JPH08236626A - 半導体接続構成体及び方法 - Google Patents

半導体接続構成体及び方法

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JPH08236626A JP7337311A JP33731195A JPH08236626A JP H08236626 A JPH08236626 A JP H08236626A JP 7337311 A JP7337311 A JP 7337311A JP 33731195 A JP33731195 A JP 33731195A JP H08236626 A JPH08236626 A JP H08236626A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 相互接続層を形成する場合に侵食されること
のないコンタクト開口を提供する。 【解決手段】 タングステンプラグ（２０）接続構成体
の上側に存在するアルミニウム相互接続層（６）を形成
する期間中にコンタクト開口（３０）内におけるバリア
金属層（２）を保護するための電気的接続構成体を提供
する。バリア金属層の上側に存在する付着形成したタン
グステンプラグを充分にエッチバックして開口において
僅かな凹所（３１）を形成する。次いで、タングステン
の薄い層（２２）を選択的に付着形成して該凹所を充填
する。この層は、アルミニウム相互接続層を形成する期
間中にエッチストップとして作用し下側に存在するバリ
ア金属層を保護する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大略、半導体装置
及びその製造方法に関するものであって、更に詳細に
は、半導体装置のレベル間の電気的接続を形成する構成
体及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の製造において、集積回路の異
なる要素を互いに接続させるために、付着形成させ且つ
エッチングすることが比較的容易であると共に高度に導
電性のアルミニウムからなる相互接続層を使用すること
が一般的である。この層は、通常、絶縁層の上に乗って
おり、絶縁層は導電層の上に位置されている。金属相互
接続を確立するために導電層表面を露出させるためにア
ルミニウムを付着形成させる前に絶縁層に開口を形成す
る。これらの導電層表面は単結晶シリコン表面（トラン
ジスタのソース、ドレイン、コレクタ、ベース及びエミ
ッタ）、多結晶シリコン要素（電界効果トランジスタの
ゲート）又は別の相互接続層の金属表面とすることが可
能である。コンタクト開口は、最初に、例えばアルミニ
ウム又はタングステン等の金属層で充填（即ちプラグ）
させて下側に存在する導電層と上側に存在する相互接続
アルミニウム層との間に堅実な電気的接続を形成する。
【０００３】然しながら、後の処理ステップにおいての
アルミニウムの相互拡散のためにシリコン上のアルミウ
ムコンタクトでは問題が発生し且つ時間と共に劣化す
る。アルミニウムは、更に、シリコン内においてスパイ
クを発生させる場合がある。スパイクを防止すると共に
アルミウム相互接続金属とシリコン表面との間での合金
化を防止するために、開口をアルミウムでプラグ即ち充
填させる前に、コンタクト開口の露出したシリコン表面
上に薄い「バリア」又は「シード」金属層を付着形成さ
せる。最も有用で且つ実際的なバリア金属はチタン、又
はチタン及びその上に設けた窒化チタン（ＴｉＮ／Ｔ
ｉ）二重膜であり、それはシリコン及び二酸化シリコン
表面上に良好に付着形成し且つシリコン表面上のタング
ステンからなる金属プラグに対する接着剤として作用す
る。然しながら、ＴｉＮ／Ｔｉ方法は幾つかの欠点を有
している。それは開口の垂直な側壁上に容易に且つ一様
に付着形成するものではなく、且つ底部上の厚さはスパ
ッタリング又は物理的蒸着を使用した場合には、コンタ
クト外側の表面上の厚さの僅かな一部である。底部及び
側壁被覆は、アルミニウム原子のコンタクト開口内への
表面拡散を簡単化させ且つ高いアルミウム付着温度に起
因するスパイク発生のより大きな傾向に耐えるために、
特に、「ホットアルミニウムプラグ」処理において重要
である。このようなアルミニウムプラグに対してコンタ
クト開口の底部及び側壁上にバリア膜の適切なる付着形
成を確保するために、米国特許第４，５９２，８０２号
及び第５，２３１，０５１号に示されるように以前にお
いてはコンタクト開口をステップダウンすることが必要
であった。然しながら、このようなコンタクト開口のス
テップはシリコン構成体の貴重なレイアウト空間を使用
してしまうこととなる。
【０００４】この問題は、米国特許第４，５９２，８０
２号及び５，２３１，０５１号に記載されており且つ当
該技術分野において公知なプロセスであるＣＶＤタング
ステンエッチバックプラグを使用することによって部分
的に解決される。このプロセスにおいては、コンタクト
開口を絶縁層より上側のレベルへタングステンで充填し
て開口を完全に充填させることを確保する。次いで、絶
縁層が露出されるまで付着形成したタングステンをマス
クなしでエッチバックする。タングステンのＣＶＤは、
通常、コンフォーマルであるから、即ち垂直表面上の付
着速度が水平表面上の付着速度とほぼ等しいものである
から、この方法は開口内に完全なプラグを形成する。こ
の方法を使用することによって、アルミニウムプラグと
シリコンとの間でのスパイク発生の問題を防止するため
にもはやバリア金属層は必要ではなくなる。
【０００５】然しながら、タングステンプラグを使用す
ることによってスパイク発生を防止することが可能であ
るが、コンタクト開口の底部において尚且つバリア金属
層を設けることが望ましい。タングステンプラグの下側
に位置したバリア層は、アルミウムの場合におけるよう
にスパイク発生問題のために望ましいものではなく、
「タングステンエンクローチメント（侵入）」又は「ウ
ォームフォーリング（虫の孔開け）」として知られてい
る異なる現象のためである。タングステンとシリコンと
は５００℃より低い典型的なメタリゼーション温度にお
いて容易に反応するものではない。然しながら、タング
ステンのＣＶＤはＷＦ6 を使用して行なわれ、且つＷＦ
6 における弗素が反応において触媒として作用するタン
グステンの存在下においてシリコンと反応する。このタ
ングステンエンクローチ問題は当該技術分野において公
知であり且つ業界の文献において広く報告されている。
例えばＴｉＮ等のバリア金属層は弗素がシリコン表面と
接触することを防止することによってこの問題を解決す
る。
【０００６】タングステンエンクローチ問題を防止する
ためにはバリア金属をコンタクト開口の底部において必
要とされるに過ぎないが、バリア金属をコンタクト開口
の側壁上にも付着形成させることが尚且つ必要であるか
又は少なくとも望ましいものである。何故ならば、ＣＶ
Ｄタングステンは例えばＳｉＯ2 等の絶縁層上に容易に
付着形成するものではなく又は接着するものではないか
らである。コンタクト開口の側壁は絶縁層の一部である
から、側壁上の連続的なバリア金属層がコンタクト開口
内に完全なプラグを形成するために必要とされるタング
ステンのコンフォーマル付着形成を確保するために有用
である。
【０００７】従って、接続プラグとしてどの金属（アル
ミニウム又はタングステン）を使用するかに拘らず、現
在高度の集積回路に対し約３．５：１乃至高々５：１の
大きなアスペクト比を有するコンタクト開口において特
にそうであるように、側壁上に連続的なバリア金属層を
設けることの必要性が存在している。このために、業界
ではコンタクト開口内においてバリア金属をコンフォー
マル付着形成させる多大な努力が払われている。この目
的のために、集積回路製造業界では最近ＴｉＮのＣＶＤ
プロセスを開発し、それは、コンタクト開口の良好なる
側壁カバレッジ（被覆）を与え、殆どの製造業者がＴｉ
ＮのＣＶＤへ移行している。
【０００８】然しながら、全ての表面に対して良好な接
着を与え且つコンタクト開口の底部におけるエンクロー
チメント（侵入）を防止するコンタクト開口内の良好な
一貫性のあるバリア膜は新たな困難性を提起している。
ある場合においては、マスク不整合及びその他の処理変
動のために、コンタクト開口内の金属タングステンプラ
グ上の金属相互接続層はその開口の全ての部分を完全に
被覆するものではない場合がある。そのような場合に
は、金属相互接続層のエッチング期間中に、エッチング
化学物質に露呈されるバリア金属もエッチングされ、そ
の結果ボイドが形成されたり又はコンタクト開口の側壁
に沿ってスパイクが発生したりする。
【０００９】アルミニウム又はチタンに対してタングス
テンの選択的エッチングは容易に行なうことが可能であ
る。例えば、タングステンは、チタン、窒化チタン、ア
ルミニウムと比較して弗素イオンで選択的にエッチング
される。更に、チタン、窒化チタン、アルミニウムは、
タングステンと比較して、塩素イオンで選択的にエッチ
ングされる。この選択的エッチングのために、コンタク
ト開口内のタングステンプラグは、エッチストップとし
て、窒化チタン、バリア金属を使用して、非常に一様に
且つ完全にエッチバックすることが可能である。次い
で、例えば、アルミニウム相互接続層の形成期間中に、
タングステンプラグをアルミニウムに対するエッチスト
ップとして使用する。このアルミニウムエッチプロセス
は地形的なステップ上での残存アルミニウム及び窒化チ
タンを除去する必要性のために比較的長いものであり、
それらはエッチングすることがより困難なものである。
【００１０】本発明者によって判明された問題は、アル
ミニウムをエッチングするのに好適な塩素エッチングは
例えばチタン又は窒化チタン等のバリア金属もエッチン
グするということである。その結果、アルミニウムをエ
ッチングする場合に、側壁とタングステンプラグとの間
のバリア金属もエッチングされる。アルミニウム金属に
対するエッチング期間及びオーバーエッチ期間は比較的
長いので、側壁上のバリア金属はコンタクト開口の底部
に向かっても部分的に侵食される場合がある。このこと
は、タングステンプラグの下側に位置しているトランジ
スタのソース又はドレイン等の下側に存在する導電性領
域を破壊する場合がある。
【００１１】この問題を防止する１つの方法は、プラグ
の上においてアルミニウムの相互接続層を充分に長いも
のとさせ、それがタングステンプラグを完全に被覆し且
つ包囲するようにさせることである。最小のエンクロジ
ャ（包囲）はマスク不整合及びその他の処理変動を補償
するために相互接続層へ付加されねばならないエキスト
ラな表面積を定義する。プラグ上での幅広とされた部分
は、典型的に、小型の幾何学的形状のデバイス（装置）
に対する相互接続層の幅の約２倍である場合がある。こ
の拡大された区域は、相互接続層上において中心位置決
めされるように設計されるが、それは片側に偏る場合が
あり、且つマスク不整合及びその他の処理変動を補償す
るために充分に大きなものとされる場合がある。例え
ば、相互接続層が１ミクロンの幅を有する場合、コンタ
クト開口の上側に存在する領域の幅は、タングステンプ
ラグ及びチタン側壁の完全なるカバレッジ（被覆）及び
エンクロジャ（包囲）を確保するために２．０ミクロン
とする場合がある。コンタクトの上側に幅広の相互接続
層又は拡大した領域を設けることは明らかに不利益であ
り、特に、回路要素及び相互接続層が以前のものよりも
より密接して集積化されている今日の集積回路装置にお
いては特にそうである。例えば、今日の０．３５ミクロ
ン技術装置においては、相互接続層は０．４乃至０．５
ミクロンの幅であるに過ぎず３乃至５レベル（層）に積
層されている場合がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
述した如き従来技術の欠点を解消し、相互接続層を形成
する期間中に侵食されることのないコンタクト開口を与
える技術を提供することを目的とする。更に、開口内の
金属プラグの付着がコンフォーマルであるように側壁上
に付着形成されるバリア金属の殆どを維持するような態
様でこのような開口を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の原理によれば、
コンタクト開口の上側に存在する相互接続層を形成する
期間中にコンタクト開口内におけるバリア金属層を保護
するための電気的接続構成体及び方法が提供される。
【００１４】本発明によれば、半導体基板の上に集積回
路要素の導電層領域を形成する。これらの導電性領域の
上に絶縁層を付着形成する。その絶縁層を貫通してコン
タクト開口をエッチング形成し、下側に存在する導電層
の一部を露出させる。接続プラグを形成するために、絶
縁層の上にバリア金属からなる薄い層を付着形成する。
それは、下側に存在する導電層の露出区域及びコンタク
ト開口の側壁上にバリア金属を付着形成させる。開口内
の薄いバリア金属層の上に、例えばタングステン等の導
電性物質を開口を充填するのに充分な厚さに付着形成さ
せる。次いで、絶縁層上のバリア金属が露出されるま
で、マスクなしで付着形成させた導電性物質をエッチバ
ックする。その後の制限した期間の間、付着形成させた
導電性物質を更にエッチバックしてコンタクト開口の下
側に僅かな凹所を形成する。これは、開口の側壁上の薄
いバリア金属層の上部部分を露出させる。次のステップ
は、絶縁層上のバリア金属の薄い層及び開口内の露出さ
れたバリア金属をエッチングすることである。このステ
ップは、導電性物質の上部近くの側壁及び導電性物質の
間のバリア金属層を僅かに侵食させる場合がある。凹所
内で且つ露出されたバリア金属層上に、導電性物質を選
択的に付着形成させる。この導電性物質の選択的付着形
成によってコンタクト開口が被覆され且つコンタクト開
口の底部表面及び側壁上のバリア金属の薄い層を爾後の
エッチングステップから保護する。例えば、選択的に付
着形成したタングステンの上にアルミニウムの相互接続
層を形成する期間中に、タングステンと比較してアルミ
ニウムが選択的にエッチングされ、その場合にタングス
テンはエッチストップとして作用する。バリア金属層が
選択的に付着形成したタングステンによって被覆されて
いるので、アルミニウムエッチャントはバリア金属層と
接触することはなく、従ってそれはエッチングされるこ
とはない。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は本発明者によって認識され
た問題を示している。相互接続層６をパターン形成する
ために使用したホトレジスト２６は下側に存在する接続
区域と不整合状態となる場合がある。例えばアルミニウ
ム等の相互接続層６のエッチング期間中に、例えばタン
グステン等の付着形成させた金属プラグ４がエッチスト
ップとして使用される。ホトレジスト２６は金属プラグ
４と不整合であるので、露出されたバリア金属２はアル
ミニウム６と共にエッチングされる。バリア金属層２は
図示したコンタクト開口の側壁に沿って侵食される。こ
のことは、相互接続層６と下側に存在する導電層領域１
０との間に劣悪な電気的接触を発生させる。残留アルミ
ニウム及びバリア金属を除去するための必要性からアル
ミニウムエッチングプロセス期間中にオーバーエッチ即
ち過剰なエッチングをすることは当該技術分野において
一般的である。従って、最悪の場合において、バリア金
属２の侵食は、側壁にわたって継続して行なわれ導電層
１０の一部に到達し、関連する電気的回路を破壊する場
合がある。今日の集積回路チップ内には１００万を超え
る電気的回路が存在しているので、当業者にとって明ら
かなように、例え１個の欠陥性の回路であっても集積回
路チップ全体を使用不可能なものとさせる場合がある。
エッチングが層１０に到達するまでチタンを除去するも
のではないとしても、側壁から充分なるエッチングが行
なわれてプラグ４を開口内において移動させ且つ電気的
な問題を発生させる場合がある。
【００１６】図２は上述したエンクロジャ（包囲）基準
を使用することによって側部侵食問題を防止するために
コンタクト開口３０の上側に形成した従来の相互接続層
６の概略平面図を示している。相互接続層６の幅広とさ
せた部分はコンタクト開口３０の上において中心位置決
めされている。第二相互接続層１２が第一相互接続層６
に沿って走行している。この相互接続層の幅はｗである
に過ぎないが、コンタクト開口３０の両側における最大
の不整合ｅに対する補償として層６の両側にエキストラ
な幅ｅを付加せねばならない。このことは、コンタクト
開口のレベルにおいての相互接続層６，１２の間のピッ
チｐ（相互接続層ｉの幅＋間隔ｓ）を増加させ、その結
果貴重なレイアウト空間を浪費することとなる。
【００１７】図３は、図２の線３−３に沿ってとった従
来の相互接続層６の概略断面図である。理解されるよう
に、エンクロジャ（包囲）条件が絶縁層８の上に形成す
ることの可能な相互接続層６，１２の密度を減少させ
る。何故ならば、各層は幅広とした区域を具備する部分
を有しているからである。
【００１８】図４Ａ乃至４Ｉは、コンタクト開口３０の
上側に存在する相互接続層６を形成する期間中にライナ
ー物質層２を保護する現在好適な方法を示している。半
導体基板１４は電気的コンタクトを設けることが所望さ
れる導電層領域１０を有している（図４Ａ）。一方、層
１４はポリシリコン又は金属のいずれかからなる相互接
続層自身とすることが可能である。二酸化シリコンから
なる絶縁層８が基板１４の上に設けられている。絶縁層
８を貫通してコンタクト開口３０を形成する。絶縁層８
の上及び開口３０内にバリア金属からなる薄い層２を付
着形成させる。コンタクト開口３０の内側に付着形成さ
れるライナー物質２は、好適には、例えばチタン、窒化
チタン、又はチタンの上に窒化チタンを設けた二重膜等
のバリア金属である。一方、下側の層に対し改善した付
着（接着）及び保護を与える所望の機能を達成するその
他の合金又は化合物をライナー層２に対して使用するこ
とが可能である。別の実施例においては、例えばＴｉ／
ＴｉＮ／Ｔｉ等のバリア金属／バリア金属化合物／バリ
ア金属からなるサンドイッチ構造を使用することも可能
である。然しながら、接続プラグ物質２２と比較して選
択的にエッチングすることの可能な金属又は半金属等の
任意の物質を使用することが可能である。付着形成は、
バリア金属２をスパッタリングさせるか、又はＣＶＤ方
法はバリア金属を窒化チタンの選択に制限させるが、比
較的新しいプロセスであるバリア金属ＣＶＤによって行
なうことが可能である。このバリア金属層２は設計条件
に依存して約１００Åから３０００Å以上の範囲の厚さ
を有することが可能である。バリア金属２の上に、好適
にはＣＶＤによってコンフォーマル導電性物質２０を付
着形成させる（図４Ｂ）。一実施例においては、コンフ
ォーマル導電性物質２０はタングステンである。別の実
施例においては、コンフォーマル導電性物質２０はアル
ミニウムか、又はコンフォーマル付着を行なうことの可
能なその他の高度に導電性の物質である。次いで、付着
形成した導電性物質２０をマスクなしでエッチバックす
る。このエッチングは、絶縁層８上のバリア金属層２が
露出されるまで継続して行なう。次いで、制御した時間
の間、コンタクト開口３０内の物質２０を更にエッチン
グして開口３０下側の所望のレベルの凹所３１を形成す
る（図４Ｃ）。この凹所の深さは、好適には以下に説明
する理由により５０Å乃至１０００Åの範囲内である。
【００１９】所望の凹所レベルが形成されると、エッチ
ングを終了し且つバリア金属層２をエッチングする。こ
のバリア金属をエッチングするための多くの使用可能な
技術が公知であり、１つの使用可能な技術としては、絶
縁層８が露出されるまで塩素イオンを使用してエッチン
グを行なうプラズマエッチングである（図４Ｄ）。タン
グステンプラグと比較してバリア金属に対して選択性の
あるエッチングが好適である。このエッチングプロセス
において、開口３０の側壁上のバリア金属層２の僅かな
凹所３３を図４Ｄに示した如くに形成することが可能で
あるが、このことは必ずしも必要なものではない。
【００２０】次いで、選択的タングステン付着形成を行
なって、コンタクト開口３０内の凹所３１及び存在して
いる場合には凹所３３を充填する（図４Ｅ）。この選択
的タングステン付着形成はマスクなしで行なう。この場
合の付着反応は、タングステンがプラグ２０の上には選
択的に付着形成されるが絶縁層８の上には付着形成され
ないように選択される。タングステン又は例えばアルミ
ニウム等のその他の物質の上にタングステンの選択的付
着形成を行なうための付着反応は当該技術において公知
であり刊行されている文献に記載されている。１つの好
適なプロセスはＣＶＤプロセスであって、その場合に、
比較的高いＨ2 対ＷＦ6 流れ比でＷＦ6及びＨ2 を導入
させてタングステン上にタングステンを付着形成させ
る。好適には、この流れ比は１０乃至２０の範囲内にお
いてＨ2 がＷＦ6 よりも一層多い。この環境の下におい
て他の表面上に付着形成される前に露出されているタン
グステン表面２０の上に最大で１０００Åまでのタング
ステン２２が選択的に付着形成される。このタングステ
ン２２のエッチストップ層２２は下側に存在する側壁上
のバリア金属層２及び導電層領域１０を保護し、且つ後
にアルミニウム相互接続層６をエッチングするために使
用される塩素イオンに対し完全なるエッチストップとし
て作用する。凹所３１の深さは、保護用タングステン層
が形成されるのに充分に深いものであるが、タングステ
ンの上にのみ選択的に付着形成を行なうことが容易に行
なえない程度に深いものでないように選択する。従っ
て、今日の技術に基づいた場合には、５０Å乃至１００
０Åの範囲が好適である。マスク及びエッチングステッ
プは不要であり、従ってプロセスが簡単化されている。
【００２１】図４Ｆを参照して説明すると、選択的に付
着形成したタングステン２２の上にアルミニウム相互接
続層６を形成する期間中に、アルミニウム６は絶縁層８
の上にブランケット即ち一様に付着形成される。次い
で、選択したアルミニウム領域の上にホトレジストパタ
ーン２２を形成する（図４Ｇ）。ホトレジスト２６によ
って被覆されていない付着形成されたアルミニウムの領
域はエッチストップとして作用するタングステン２２の
上において選択的にエッチングされる（図４Ｈ）。図示
した如く、ホトレジストパターン２６は不整合状態であ
る場合がある。バリア金属層２は選択的に付着形成され
たタングステン２２によって被覆されているので、アル
ミニウムエッチャントはバリア金属層２と接触すること
はない。
【００２２】相互接続層６がアルミニウムである場合に
は、エッチストップ層２２はアルミニウムではない。エ
ッチストップ層２２の物質は相互接続層６のエッチング
に対しエッチストップとなるように選択されている。従
って、一実施例においては、プラグ２０はタングステン
から形成し、キャップ層２２はタングステンであり、且
つ相互接続層６はアルミニウムである。別の実施例にお
いては、プラグ２０がアルミニウムであり、エッチスト
ップ層２２がタングステンであって、相互接続層６がア
ルミニウムである。
【００２３】導電層１０がプラグ物質２０と互換性のあ
る別の実施例においては、ライナー層２は使用しない。
例えば、導電層２０がアルミニウムであり且つプラグ２
０がアルミニウムであり、従ってライナー層２は必要で
はない。この実施例においては、相互接続層６もアルミ
ニウムである。従って、エッチストップ層２２は例えば
タングステン等のアルミニウムエッチングに対するエッ
チストップ物質を使用して前述した如くに形成する。
【００２４】次に、図５を参照して説明すると、一実施
例においては、相互接続層６と接続構成体２，２０，２
２との間に導電性キャップ層２４がオプションとして配
置されている。このキャップ層２４は、図４Ｇに示した
如く層６の一様付着の前に一様に付着させる。次いで、
キャップ層２４の上にアルミニウムを一様に付着させ、
且つ単一のマスクを使用して両方の層をエッチングす
る。キャップ層２４はコンタクトレベルにおける界面化
学的性質を改善するために使用する。このことは、界面
における電気抵抗を低下させ、且つ相互接続層６と接続
構成体２，２０，２２との間に良好なる接着を与えるこ
とを包含している。キャップ層２４の所望の特性はバリ
ア金属のものと類似しているので、上述したいずれのバ
リア金属もキャップ層２４として適切なものである。
【００２５】図６を参照して説明すると、１つの不整合
状態にある相互接続層６がコンタクト開口３０の上側に
存在している。このことは従来技術においては主要な関
心事であったが、本発明に基づく接続構成体２，２０，
２２ではこのタイプの不整合を許容することが可能であ
る。何故ならば、開口３０の側壁に沿ってのバリア金属
２は相互接続層６をパターン形成するために使用するエ
ッチング化学物質から完全に保護されているからであ
る。接続構成体２，２０，２２の上において相互接続層
６の幅広とした部分は存在していないので、第二相互接
続層１０を図２に示したものと比較して第一相互接続層
６へ一層近付けて配置させることが可能である。理解さ
れるように、図６におけるピッチｐ′は図２におけるピ
ッチｐよりも著しく小さく、そのことは、電気的回路及
び相互接続層６，１０を従来可能であったものよりも一
層緊密に集積化させることを可能としている。
【００２６】上述した処理ステップ及び構造は集積回路
全体を製造するための全てのステップの完全なる処理の
流れを構成するものではない。本発明は当該技術分野に
おいて現在使用されている集積回路製造技術に関連して
実施することが可能であり、従って、本発明の重要な特
徴をより良く理解するのに必要な処理ステップについて
重点的に説明している。又、添付の図面は縮尺通りに描
いたものではなく、本発明の重要な特徴をより良く示す
ために適宜拡縮して示してある。
【００２７】本明細書において説明した接続プラグ構成
体の製造方法は、下側に存在するシリコン基板の導電性
領域へのコンタクトを形成するものとして説明してあ
る。当業者にとって明らかな如く、同一の技術を上側の
相互接続層と下側の多結晶シリコン相互接続体との間、
又は２つの金属相互接続層の間における接続構成体を製
造するために使用することが可能であることは勿論であ
る。
【００２８】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。例えば、制限した数のバリア金属のタイプについて
記載するに過ぎないが、例えばタンタル又はモリブデン
等のその他の任意の導電性金属を使用することも可能で
ある。選択的に付着形成した層２２は好適にはタングス
テン又はタングステン合金であるが、相互接続層６と相
対的に選択的にエッチストップとすることの可能なその
他の任意の導電性物質を使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 相互接続層によって被覆されていないコンタ
クト開口及びバリア金属の侵食の危険性を示した概略断
面図。
【図２】 コンタクト開口の上側に形成した従来の相互
接続層を示した概略平面図。
【図３】 図２の線３−３に沿ってとった従来の装置の
概略断面図。
【図４Ａ】 本発明の原理に基づく一実施例に基づいて
接続構成体を製造する一段階における状態を示した概略
断面図。
【図４Ｂ】 本発明の原理に基づく一実施例に基づいて
接続構成体を製造する一段階における状態を示した概略
断面図。
【図４Ｃ】 本発明の原理に基づく一実施例に基づいて
接続構成体を製造する一段階における状態を示した概略
断面図。
【図４Ｄ】 本発明の原理に基づく一実施例に基づいて
接続構成体を製造する一段階における状態を示した概略
断面図。
【図４Ｅ】 本発明の原理に基づく一実施例に基づいて
接続構成体を製造する一段階における状態を示した概略
断面図。
【図４Ｆ】 本発明の原理に基づく一実施例に基づいて
接続構成体を製造する一段階における状態を示した概略
断面図。
【図４Ｇ】 本発明の原理に基づく一実施例に基づいて
接続構成体を製造する一段階における状態を示した概略
断面図。
【図４Ｈ】 本発明の原理に基づく一実施例に基づいて
接続構成体を製造する一段階における状態を示した概略
断面図。
【図４Ｉ】 本発明の原理に基づく一実施例に基づいて
接続構成体を製造する一段階における状態を示した概略
断面図。
【図５】 オプションとしてのキャップ層を有する接続
構成体を示した概略断面図。
【図６】 接続構成体の上に形成した相互接続層を示し
た概略平面図。
【符号の説明】
２ ライナー物質層 ６ アルミニウム ８ 絶縁層 １０ 導電層領域 １４ 半導体基板 ２０ 導電性物質 ２２ エッチストップ層（タングステン） ２４ キャップ層 ２６ ホトレジストパターン ３０ コンタクト開口 ３１ 凹所
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート オー． ミラー アメリカ合衆国， テキサス 75007， カーロルトン， キャノン ゲート サー クル 3727 (72)発明者 グレゴリー シー． スミス アメリカ合衆国， テキサス 75007， カーロルトン， ションリア ドライブ 1505

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積回路装置における電気的接続構成体
    において、 第一導電層、 前記導電層の上側に設けられており上表面を具備する絶
    縁層、 前記絶縁層を貫通しており且つ前記導電層の１領域を露
    出されており側壁を具備する開口、 前記露出された導電層領域を被覆すると共に前記側壁の
    上部部分は被覆されないように前記側壁の一部のみを被
    覆するバリア物質からなる薄い層、 前記バリア物質の薄い層の上で前記絶縁層の上表面の下
    側のレベルまで前記開口を充填する第一導電性物質、 前記第一導電性物質及び前記露出されたバリア物質の上
    に設けられており前記絶縁層の上表面とほぼ同一面状の
    上表面を有する第二導電性物質からなる層、を有するこ
    とを特徴とする構成体。
  2. 【請求項２】 請求項１において、更に、前記第二導電
    物質層の上側に相互接続層が設けられていることを特徴
    とする構成体。
  3. 【請求項３】 請求項２において、更に、前記第二導電
    性物質層と前記相互接続層との間に薄い導電性キャップ
    層が設けられていることを特徴とする構成体。
  4. 【請求項４】 請求項１において、前記バリア物質の薄
    い層がチタン、又は窒化チタン、又はチタンの上に窒化
    チタンを設けた二重膜であることを特徴とする構成体。
  5. 【請求項５】 請求項１において、前記導電層が集積回
    路要素又はポリシリコンであることを特徴とする構成
    体。
  6. 【請求項６】 請求項１において、前記導電層が他の集
    積回路要素への相互接続層であることを特徴とする構成
    体。
  7. 【請求項７】 請求項１において、前記開口の横方向寸
    法が、１乃至４ミクロンの範囲内の厚さを有する絶縁層
    の場合に、約１ミクロンであることを特徴とする構成
    体。
  8. 【請求項８】 請求項１において、前記第二導電性物質
    層の厚さが１００Å乃至１０００Åの範囲内であること
    を特徴とする構成体。
  9. 【請求項９】 請求項１において、前記第二導電性物質
    がタングステンであることを特徴とする構成体。
  10. 【請求項１０】 請求項９において、前記第二導電性物
    質の層が比較的高いＨ2 対ＷＦ6 流れ比でＣＶＤによっ
    て形成したものであることを特徴とする構成体。
  11. 【請求項１１】 請求項１０において、前記Ｈ2 対ＷＦ
    6 流れ比が５乃至２０の範囲内であることを特徴とする
    構成体。
  12. 【請求項１２】 請求項１において、前記第一及び第二
    導電性物質が両方ともタングステンであることを特徴と
    する構成体。
  13. 【請求項１３】 請求項１において、前記第二導電性物
    質がアルミニウムであることを特徴とする構成体。
  14. 【請求項１４】 請求項１において、前記開口の側壁周
    りの前記第二導電性物質層の下側部分が前記第一導電性
    物質層の上表面の下側のレベルへ延在していることを特
    徴とする構成体。
  15. 【請求項１５】 集積回路装置における電気的接続構成
    体において、 第一導電層、 前記導電層の上側に設けられており上表面を具備する絶
    縁層、 前記絶縁層を貫通して設けられており前記導電層の１領
    域を露出させ側壁を具備する開口、 前記絶縁層の上表面下側のレベルへ前記開口を充填する
    第一導電性物質、 前記第一導電性物質の上に設けられており前記絶縁層の
    上表面とほぼ同一面状の上表面を具備する第二導電性物
    質からなる層、 前記第二導電層物質層の上側に設けられた相互接続層、
    を有しており、前記第二導電性物質層が前記相互接続層
    のエッチングに対してエッチストップであるように前記
    第二導電性物質層及び相互接続層が互いに選択されてい
    ることを特徴とする構成体。
  16. 【請求項１６】 請求項１５において、前記第一導電
    層、第一導電性物質及び相互接続層が全てアルミニウム
    であり、且つ前記導電性物質がタングステンであること
    を特徴とする構成体。
  17. 【請求項１７】 集積回路装置において電気的接続構成
    体を製造する方法において、 導電層を形成し、 前記導電層の上側に絶縁層を形成し、 前記絶縁層を貫通して側壁を具備する開口をエッチング
    形成し且つ前記導電層の１領域を露出させ、 第一導電性物質を付着形成する前に、前記側壁及び前記
    露出された導電層領域の上側にバリア金属からなる薄い
    層を付着形成し、前記開口を充填するために充分な厚さ
    で前記バリア金属からなる薄い層の上に第一導電性物質
    を付着形成し、 付着形成した第一導電性物質を充分にエッチングして前
    記開口における僅かな凹所を形成し、 前記絶縁層の上表面から及び前記開口の側壁の上部部分
    から前記バリア金属をエッチングして凹所を形成し、 前記第一導電性物質及び前記バリア金属からなる薄い層
    の上側に第二導電性物質を選択的に付着形成させること
    によって前記開口内の凹所を充填させ且つ充填された凹
    所の下側のバリア金属が爾後のエッチングステップから
    保護されるように前記開口の側壁と接触させる、上記各
    ステップを有することを特徴とする方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１７において、前記開口内の凹
    所を充填するステップの後に、更に、 相互接続物質の一様付着によって前記第二導電性物質の
    上側に相互接続層を形成し、 前記第二導電性物質の上側の相互接続層に対して選択性
    を有するエッチングで前記相互接続層をエッチングす
    る、上記各ステップを有することを特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１８において、更に、前記第二
    導電性物質と前記相互接続層との間に薄い導電性キャッ
    プ層を設けることを特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１７において、前記第二導電性
    物質がタングステンであることを特徴とする方法。
  21. 【請求項２１】 請求項２０において、前記凹所を充填
    するステップが、比較的高いＨ2 対ＷＦ6 流れ比でＣＶ
    Ｄによってタングステンを選択的に付着形成させること
    を特徴とする方法。
  22. 【請求項２２】 請求項２１において、前記Ｈ2 対ＷＦ
    6 流れ比が５乃至２０の範囲内であることを特徴とする
    方法。
  23. 【請求項２３】 請求項１７において、前記第一及び第
    二導電性物質が両方ともタングステンであることを特徴
    とする方法。
  24. 【請求項２４】 請求項１７において、前記絶縁層の上
    表面からバリア金属をエッチングするステップの後に、
    前記凹所が、付着形成した第一導電性物質の上の凹所の
    部分よりも前記側壁の上部部分の周辺部周りにおいて僅
    かに一層深いものであることを特徴とする方法。
  25. 【請求項２５】 請求項１７において、前記選択的に付
    着形成した第二導電性物質の厚さが１００Å乃至１００
    ０Åの範囲内であることを特徴とする方法。
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