JPH0831430B2 - タングステンプラグ製造方法 - Google Patents

タングステンプラグ製造方法

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JPH0831430B2
JPH0831430B2 JP5295673A JP29567393A JPH0831430B2 JP H0831430 B2 JPH0831430 B2 JP H0831430B2 JP 5295673 A JP5295673 A JP 5295673A JP 29567393 A JP29567393 A JP 29567393A JP H0831430 B2 JPH0831430 B2 JP H0831430B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子のコンクタト
ホールにタングステンプラグ等の金属プラグを製造する
方法に関し、特に、深さが異なるコンタクトホールに選
択的にタングステンプラグを形成して後工程の金属ステ
ップカバレーヘジ(step coverage)を向
上させることができ、又コンクタト抵抗を低減させるこ
とができるタングステンプラグ製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の製造工程には、接続部を形
成するため基板上の絶縁層にコンタクトホールを形成
し、前記コンタクトホール内に適切な金属、例えばタン
グステンを埋め込み基板と上部の金属層の間を導電させ
る段階が含まれる。このような接続部を形成する際の問
題としては、第一に、コンクタトホール内に形成される
プラグとのその上部の金属層の間の抵抗が増加されるこ
とであり、第二に、コンタクトホールの深さが相違する
場合に2回以上の工程でプラグを形成する際、コンタク
トホール内で成長される、例えばタングステンプラグの
高さを適切に調節できないと言う問題点が発生すること
になる。
【0003】このような問題点を解決するために、先行
技術ではタングステンプラグのコンタクト抵抗を低減さ
せながらタングステンプラグを形成する方法、成長した
タングステンプラグの上面を平滑化処理して配線の信頼
性を向上させる方法、あるいは、コンタクトホールの上
部開口部周縁部をテーパ加工して最上部に形成する金属
層のステップカバレージを向上させる方法等が提案され
ていた。
【0004】しかし、このような先行技術においてはタ
ングステンプラグを異なる工程により形成する際に、そ
の高さの調節に困難性があることをが認識されておら
ず、したがって、これに対する解決方案の提示もされて
いなかった。また、このような課題と共にコンタクト抵
抗を低減せしめる方法も提示されていなかった。
【0005】このような従来技術での問題点を添付され
た図5内至図6を参照し詳しく説明する。
【0006】図5は、シリコン基板1とフィールド酸化
膜2の上部に第1絶縁層3が形成され、フィールド酸化
膜2上部の所定部分に導電配線4が形成され、その上
に、さらに全体的に第2絶縁層5が形成された構造にお
いて、シリコン基板1が露出されたコンタクトホール7
が形成されており、前記導電配線4が露出されるコンタ
クトホール7が点線で示された状態を表した断面図であ
る。シリコン基板1が露出されている深い第1コンタク
トホール7は、先ずコンタクトマスク用感光膜パターン
6を第2絶縁層5上に形成し、露出された第2絶縁層5
とその下部の第1絶縁層3をエッチングして形成する。
図6は、前記第1感光膜パターン6を除去した後、第1
コンタクトホール7に第1タングステンプラグ8をその
上面が第2絶縁層5の表面よりも低く位置するよう所定
肉厚に形成した断面図である。前記第1タングステンプ
ラグ8が満たされないことにより残った第1コンタクト
ホールの深さは、後に形成する第2コンタクトホールの
深さと近似するようにすべきである。
【0007】図7は、図6に示された工程が完了した
後、コンタクトマスク用第2感光膜パターン9を形成
し、露出された第2絶縁層5をエッチングして導電配線
4が露出される第2コンタクトホール10を形成した状
態を示した断面図である。
【0008】図8は、前記第2感光膜パターン9を除去
した後、第2タングステンブラグ11を第1コンタクト
ホール7と第2コンタクトホール10に形成した後、全
構造の上部に金属層12を形成した状態を示した断面図
である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来技術は、第
1コンタクトホール7にその深さの半分程度の肉厚にタ
ングステンプラグ8を成長させた後、さらにその上部に
第2タングステンプラグ11を成長させるため、第1タ
ングステンプラグ8の肉厚は第2コンタクトホール10
の深さを考えて決定すべきてるある。即ち、第1タング
ステンプラグ8の上面が導電配線4の上面と同じ高さに
形成することができない場合には、第2タングステンプ
ラグ11の肉厚は一定に形成されるので金属層12の層
覆い状態が悪くなる。又コンタクトマスク用第2感光膜
バターンを形成する工程の際、第1タングステンプラグ
8の上部表面が汚染されるので第1コンタクトホール7
内の第1タングステンプラグ8と第2タングステンプラ
グ11の間にコンタクト抵抗が増加される問題が発生す
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は前
記の従来技術の問題店を解決するため、第1コンタクト
ホールに第1タングステンプラグを形成する工程で前記
タングステンプラグが第1コンタクトホールを完全に埋
め込むよう第1タングステンプラグを形成し、前記第1
タングステンプラグ上部表面を化学的に処理して第2タ
ングステンプラグを形成する工程で、第1コンタクトホ
ールに位置する第1タングステンプラグ上にこれ以上タ
ングステンが成長しないようにして、各々のコンタクト
ホールに個別的にタングステンプラグを製造する方法を
提供することにその目的がある。
【0011】
【作用】前記構成によれば、本発明は深さが異るコンタ
クトホールにタングステンプラグを完全に埋め込み、層
覆いが良好な金属層を形成することができる。
【0012】また、第1および第2タングステンプラグ
のいずれも、それぞれが連続した1回の成長工程で形成
されるので、途中に抵抗を増大させる要因となる不連続
な界面が存在しない。さらに、第1タングステンプラグ
の上面が化学処理されているので、その面が後工程で汚
染されにくい。
【0013】
【実施例】以下、添付された図1内至図4を参照して本
発明の適切な実施例を詳細に説明する。
【0014】図1は、前記図5と同様な図面であり、シ
リコン基板1にフィールド酸化膜2、第1絶縁層3、導
電配線4、第2絶縁層5及びコンタクトマスク用第1感
光膜パターン6を形成した後、エッチング工程でシリコ
ン基板1が露出された第1コンタクトホール7を形成し
た状態を表す断面図である。
【0015】この状態から、前記第1感光膜パターン6
を除去し、第1コンタクトホール7に選択金属堆積反応
器を用いて第1タングステンプラグ8Aを形成する。こ
の第1タングステンプラグ8Aの形成は、既知の化学的
気相成長法(CVD法)により行うことができる。たと
えば、Arガスおよび水素ガスをキャリアガスとして用
い、WF6 をバブリングにより反応器に導入し、還元ま
たは置換反応を利用してタングステン(W)を第1コン
タクトホール7内に成長させることができる。このと
き、成長条件を適切に設定することにより、第2絶縁層
5上にタングステンを成長させないようにすることがで
きる。この例での反応は次式で表される。 WF6 +3H2 →W+6FH …(1) WF6 +3Si→2W+3SiF4 …(2) その後、第1タングステンプラグ8Aの表面をプラズマ
反応器でBCl3 /Cl2 /HF/Arを用いて化学処
理を30秒程実施した。
【0016】図2は、このときの状態を示す断面図であ
る。これにより第1コンタクトホール7を完全に埋め込
むよう形成された第1タングステンプラグ8Aは、その
上面が一部浸食され、図面に概略的に示したようにその
上面は凸凹が形成された状態として第2絶縁層5の上部
表面より僅かに低く位置するようになる。
【0017】次に、第2感光膜パターン9の形成後、第
2絶縁層5をエッチングして導電配線4が露出される第
2コンタクトホール10を形成する。図3はこのときの
状態を示す断面図である。
【0018】その後、前記第2感光膜パターン9を除去
し、第2コンタクトホール10に選択金属堆積反応器を
用いて第2タングステンプラグ11を形成する。ここで
のタングステンの選択成長も、第1タングステンプラグ
8Aの成長と同一の方法を用いることができる。ただ
し、そのときの置換反応は、たとえば導電配線4にアル
ミニウム(Al)を用いているとすると、上記(2)式
の反応の代わりに、 WF6 +2Al→W+2AlF3 …(3) という反応となる。このようにして得られた全体構造の
上部に金属層12、例えばアルミニウムでなる金属層を
形成することにより第1タングステンプラグ8Aと第2
タングステンプラグ11を介してシリコン基板1と導電
配線4を各々コンタクトさせることがでいる。図4はこ
のときの状態を示す断面図である。
【0019】前述したように、第2タングステンプラグ
11を形成する際、第1タングステンプラグ8Aの上面
には化学処理によりそれ以上タングステンが成長しない
ようになる。したがって、第1タングステンプラグ8A
の高さは第2タングステンプラグ11の形成過程中にも
同じ高さを保つことができる。本実施例におけるこのよ
うな効果は、第1タングステンプラグの形成後その上面
を適切にはBCl3 /Cl2 /HF/Arで化学処理す
ることにより、第2タングステンプラグを形成する際の
第1タングステンプラグ上部のタングテステン成長潜伏
期(incubationtime) が長くなり、タングステンプラグ
が成長されなくなるために得られる。このときの化学処
理を行う際のプラズマ反応器における最適な処理条件の
一例を以下に示す。 圧力:50〜500mTorr 温度:常温 電力:30〜250W 流量比:BCl3 ガス…2〜5sccm Cl2 ガス…2〜5sccm HFガス…5〜20sccm Arガス…50〜300sccm 処理時間:10〜30sec
【0020】なお、本実施例ではプラグ材料としてタン
グステンを用いているが、これに代えて他の金属、例え
ば、選択金属堆積方法により成長させることができるア
ルミニウム又はアルミニウム合金を用いることもでき
る。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、第1コンタクトホール
内に第1タングステンを成長させた後に、その上面を化
学処理するので、第2タングステンプラグの成長の際
に、その高さが変化しない。そのため、第2タングステ
ンプラグの成長高さを考えて第1タングステンプラグの
高さを決定すべきである先行技術に比べ工程速度を速や
かにすることができ、また全てのコンタクトホールに埋
め込まれるタングステンプラグの高さを正確に制御する
ことができるようになり、半導体素子の上面に形成され
る金属層の層覆い状態を良好にすることができる。さら
に、第1タングステンプラグ8Aの上面を化学処理する
ことにより後続する工程で発生してしまう可能性のある
前記第1タングステンプラグ上面の汚染を防ぐことがで
きるようになり、第1タングステンプラグとその上部に
積層されるようになる金属層の間の抵抗を最小限にする
ことがてきる。また、第1および第2プラグのいずれ
も、途中に不連続なコンタクト部がないので、その点か
らも抵抗を低くすることができる。上記のような特性に
より、本発明にしたがえば、金属層の層覆いが大変優れ
コンタクト抵抗を低減させることができる超高集積素子
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適切な実施例にしたがって、深さが異
るコンタクトホールに各々のタングステンプラグを完全
に埋め込む方法の第1の段階を示した断面図。
【図2】その第2の段階を示した断面図。
【図3】その第3の段階を示した断面図。
【図4】その最終段階を示した断面図。
【図5】従来技術にしたがって、深さが異るコンタクト
ホールに、各々のタングステンプラグを完全に埋め込む
方法の第1の段階を示した断面図。
【図6】その第2の段階を示した断面図。
【図7】その第3の段階を示した断面図。
【図8】その最終段階を示した断面図。
【符号の説明】
1…シリコン基板、2…フィールド酸化膜、3…第1絶
縁層、4…導電配線、5…第2絶縁層、6…第1感光膜
パターン、7…第1コンタクトホール、8,8A…タン
グステンブラグ、9…第2感光膜パターン、10…第2
コンタクトホール、11…金属層、12…金属層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/88 M

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 深さが異なるコンタクトホールに、タン
    グステンプラグを完全に埋め込み、層覆いが良好な金属
    層を形成してコンクタト抵抗を低減させるための方法に
    おいて、 深さが大きい第1コンクタトホールを第1感光膜パター
    ンを用いて第1絶縁層及び第2絶縁層をエッチングして
    先ず形成し、タングステンを選択的に金属堆積反応器を
    用いて第1コンタクトホールが完全に埋めこまれるよう
    に成長させる、第1タングスデンプラグを形成する段階
    と、 前記第1タングステンプラグの上部表面をプラズマ反応
    器にて化学処理し、後続するタングステンプラグ形成の
    際、第1タングステンプラグの上部にはタングステンが
    成長されないようにする段階と、 第2感光膜パターンを用いて第2絶縁層を導電配線が露
    出されるようにエッチングし、深さが小さい第2コンク
    タクトホールを形成した後、第2コンタクトホールに選
    択的金属堆積反応器を用いて第1タングステンプラグ上
    にはタングステンがさらに成長されない状態で第2コン
    タクトホール内にタングステンを完全に埋め込み、第2
    タングステンプラグを形成する段階と、 で構成されることを特徴とするタングステンプラグ製造
    方法。
  2. 【請求項2】 第1項において、 前記プラズマ反応器で化学処理する段階が、BCl3
    Cl2 /HF/Arガスを用いて実施されることを特徴
    とするタングステンプラグ製造方法。
  3. 【請求項3】 第1項において、 前記第1及び第2プラグが、アルミニウム又はアルミニ
    ウム合金プラグに形成されることを特徴とするタングス
    テンプラグ製造方法。
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KR100470390B1 (ko) * 2002-06-29 2005-02-07 주식회사 하이닉스반도체 에스램소자 제조시 다마신을 이용한 국부배선 스페이스최소화방법

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