JPH10214895A - 配線構造及びその製造方法 - Google Patents

配線構造及びその製造方法

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JPH10214895A
JPH10214895A JP9017994A JP1799497A JPH10214895A JP H10214895 A JPH10214895 A JP H10214895A JP 9017994 A JP9017994 A JP 9017994A JP 1799497 A JP1799497 A JP 1799497A JP H10214895 A JPH10214895 A JP H10214895A
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plug
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マーク ドライナン ジョン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層配線に適し、且つ、高速性にも対応でき
る低抵抗の配線構造及びその製造方法を提供することで
ある。 【解決手段】 コンタクト孔を有する絶縁膜を有する配
線構造において、コンタクトホール以外の領域の絶縁膜
に、直接、W層をスパッタリングにより被着させた配線
構造が得られる。W層は、コンタクトホールの領域で
は、Ti/TiN等により形成されたプラグと電気的に
接続されている。また、スパッタリングによって形成さ
れたW層は、(200)及び(211)の配向性を有し
ていることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に使用
される配線構造及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、この種の半導体装置には、半導
体基板に、メモリ素子等の素子を多数形成すると共に、
これら素子間を導体により電気的に接続する配線が施さ
れている。また、メモリ素子等の高集積化の要求と共
に、配線も、緻密化、複雑化している。配線の緻密化並
びに複雑化に対する一つの対策として、配線を半導体基
板上で多層化することが企図されている。
【0003】このように、半導体基板上における配線を
多層化した場合、単に、半導体基板上だけでなく、半導
体基板上に形成された絶縁膜上にも、配線が施され、こ
の絶縁膜上の配線は、絶縁膜の下部に設けられた素子、
配線等とコンタクト孔を介して電気的に接続されなけれ
ばならない。この場合、コンタクト孔内には、導電体に
よって形成されたプラグが設けられ、このプラグを介し
て、絶縁膜上の配線は下部の素子等と電気的に接続され
る。
【0004】一方、これら半導体装置に対しては、素子
の高速化も要求されている。この高速化の要求並びに高
集積化の要求に応えるためには、配線における抵抗を出
来るだけ低くすることが望ましい。
【0005】このような要求に応える配線材料として、
DRAM等のメモリでは、ゲート電極及びワード線とし
て、ポリシリコンシリサイド(ポリサイド)を使用し、
ビット線として、タングステンシリサイドを使用したも
のが提案されている。この場合、メモリセルを構成する
MOSトランジスタのソース、又は、ドレイン領域をビ
ット線と電気的に接続するコンタクトとして、ポリサイ
ド、或いは、ドープトポリシリコンが使用され、且つ、
容量素子を接続するためのコンタクトとしても、ポリサ
イド、或いは、ドープトポリシリコンが使用されること
多い。
【0006】更に、メモリセルの高集積化及び微細化が
進むと、これらタングステンシリサイド、ポリサイド、
及び、ドープトポリシリコンより、低い抵抗を有する配
線構造が志向される傾向にある。
【0007】上記したポリサイド、タングステンシリサ
イド、ドープトポリシリコン等に代わる材料として、特
開平3−256330号公報(以下、引用例1と呼ぶ)
では、CVD法を用いて形成されたタングステン膜を形
成することが開示されている。このCVD法を用いて形
成されたタングステン膜は、絶縁膜との密着性が悪いた
め、絶縁膜上に、チタン膜を第1の下地層として絶縁膜
上にスパッタ法により形成すると共に、このチタン膜上
に、第2の下地層としてスパッタ法によりタングステン
層を形成した後、CVD法によるタングステン膜を形成
している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、引用例
1で述べられた方法を使用して、CVD法によって堆積
されたタングステン膜の下部に、2層の下地層を設けた
場合、絶縁層内に形成されたコンタクト孔の直径が深さ
に比較して小さくなると共に、コンタクト孔内に、タン
グステンが被着されない隙間、即ち、ボイドが残存する
ことが観測され、このボイドは、タングステンによって
被覆されない状態で残ってしまうことが分かった。この
ため、配線、特に、コンタクト孔における抵抗値が大き
いと言う欠点があることが判明した。
【0009】また、絶縁膜上の配線全体が実質上、3層
構造を有しているため、タングステン単層の場合より
も、抵抗値が比較的大きくなってしまうと言う欠点もあ
る。
【0010】更に、3層構造の配線をプラズマエッチン
グして、配線構造を形成する条件も、タングステン単層
の場合に比較して、複雑である。
【0011】本発明の目的は、抵抗値を低下させること
ができ、したがって、高速化の要求に応えることができ
る配線構造を提供することである。
【0012】本発明の他の目的は、多層配線に適した配
線構造を提供することである。
【0013】本発明の更に他の目的は、タングステン層
を直接絶縁層に被着することができ、このため、接着
層、バリア層等を不要にすることができる配線構造を提
供することである。
【0014】本発明の他の目的は、接着層、バリア層等
なしで、タングステン層を直接絶縁層上に被着できる配
線構造の製造方法が得られる。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、コンタ
クト孔を有する絶縁膜を有する配線構造において、前記
コンタクト孔以外の領域で、前記絶縁膜に直接被着され
たW層を有する配線構造が得られる。この場合、コンタ
クト孔は前記W層とは異なる材料で形成されたプラグに
よって埋め込まれており、当該プラグは、金属Tiと、
TiNとによって形成され、前記W層と電気的に接続さ
れている。
【0016】
【発明の実施の形態】図1(A)、(B)、及び、
(C)を参照して、本発明の一実施の形態に係る配線構
造の製造方法を説明する。まず、図1(A)に示すよう
に、p型、或いは、n型の半導体基板11が用意されて
おり、図示された半導体基板11内には、DRAM等の
半導体素子が多数形成されているものとする。半導体基
板11上には、シリコン酸化膜等の層間絶縁膜12が一
様に形成されており、図示された層間絶縁膜12には、
深さ(dp)と直径(di)との比(dp/di)、即
ち、アスペクト比が2以上であるコンタクトホール13
が設けられている。この場合、コンタクトホール13の
直径(di)は0.25μmであり、0.5μm以上の
深さを有しているものとし、このコンタクトホール13
は、図示されているように、半導体基板11に達してい
る。
【0017】層間絶縁膜12の上表面、及び、コンタク
トホール13の内には、30nmの膜厚を有する金属T
i層14がCVD法により形成され、更に、この金属T
i層14上には、同様に、CVD法により、膜厚100
nmのTiN層15が形成されている。コンタクトホー
ル13は金属Ti層14及びTiN層15によって完全
に埋め込まれており、コンタクトホール13内中には、
ボイドがなく、一方、層間絶縁膜12の上表面には、金
属Ti層14及びTiN層15が形成されている。更
に、コンタクトホール13内の半導体基板11と金属T
i層14との間には、チタニウムシリサイドが形成され
ている。
【0018】次に、図1(B)に示すように、層間絶縁
膜12上の金属Ti層14及びTiN層15はCMP
法、RIE法、または、エッチバック法により除去され
る。この結果、コンタクトホール13内には、半導体基
板11内に設けられた素子との電気的な接続を行うため
の導電性のプラグが形成され、且つ、平坦な表面を持つ
層間絶縁膜12が半導体基板11上に残る。
【0019】続いて、層間絶縁膜12上には、200n
mの膜厚を有するW層16がスパッタリング、即ち、P
VD法により、形成された後、ドライエッチング等によ
り、選択的に除去されることにより、形成されている。
この結果として、図1(C)に示すように、層間絶縁膜
12上には、Ti/TiNによって形成されたプラグと
電気的に接続されたW層16が形成された。ここで、上
記したように、スパッタリングによって形成されたW層
16は、CVD法によって形成されたW層に比較して、
層間絶縁膜12との密着性が良く、このW層16をその
まま層間絶縁層12上の配線層として利用できることが
判明した。また、スパッタリングによって形成されたW
層16は、層間絶縁膜12上では、0.70Ω/□のシ
ート抵抗を有し、他方、Ti/TiNのプラグ上では、
0.99Ω/□のシート抵抗を示した。したがって、直
接、層間絶縁膜12上に被着されたスパッタリングW層
は、Ti/TiNのプラグ上に被着されたWに比較し
て、30%程度低いシート抵抗を示すことが判明した。
【0020】より多数の実験により、スパッタリングW
層は、層間絶縁膜12上において、0.66〜0.78
Ω/□のシート抵抗を有しており、プラグ上において、
0.94〜1.08Ω/□のシート抵抗を有することが
判った。
【0021】上記したシート抵抗の相違を検討して見る
と、層間絶縁膜12上に直接スパッタリングによって被
着されたW層は(110)、(200)、及び、(21
1)の配向性を有しており、他方、TiN上にCVD及
びPVDにより形成されたW層は、主に、(100)の
配向性を有していた。このことは、W層をスパッタリン
グにより単層被着した場合、(110)の配向性を制御
することにより、W層の抵抗を低下させることができる
ことを意味している。換言すれば、(200)及び(2
11)の配向性を有するW層を利用すれば、より抵抗の
小さなW配線を形成できることを示している。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、コンタクトホール13
により半導体基板11との電気的接続される部分には、
Ti/TiN等のプラグを形成して、残りの部分をWに
より形成することにより、半導体基板11及び層間絶縁
膜12との密着性においても、十分な強度を有する配線
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の一実施の形態に係る配線構造
の製造方法の一工程を示す図である。(B)は図1
(A)に示した工程とは異なる工程を示す図である。
(C)は図1(B)とは異なる工程を説明すると共に、
本発明の一実施の形態に係る配線構造を示すための図で
ある。
【符号の説明】
11 半導体基板 12 層間絶縁膜 13 コンタクトホール 14 金属Ti層 15 TiN層 16 スパッタリングさ
れたW層

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンタクト孔を有する絶縁膜を有する配
    線構造において、前記コンタクト孔以外の領域で、前記
    絶縁膜に直接被着されたW層を有していることを特徴と
    する配線構造。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記コンタクト孔は
    前記W層とは異なる材料で形成されたプラグによって埋
    め込まれており、当該プラグは前記W層と電気的に接続
    されていることを特徴とする配線構造。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記プラグは、Ti
    を含んだプラグであることを特徴とする配線構造。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記プラグは、金属
    Tiと、TiNとによって形成されていることを特徴と
    する配線構造。
  5. 【請求項5】 請求項1において、前記W層は、スパッ
    タリングによって前記絶縁膜上に被着されていることを
    特徴とする配線構造。
  6. 【請求項6】 請求項1において、前記W層は、(20
    0)及び(211)の少なくとも一方の配向性を有する
    タングステンによって形成されていることを特徴とする
    配線構造。
  7. 【請求項7】 請求項1において、前記W層は、スパッ
    タリングによって形成された第1のW膜と、CVDによ
    って形成された第2のW膜とを有していることを特徴と
    する配線構造。
  8. 【請求項8】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
    と、該絶縁膜にコンタクト孔を形成する工程と、前記コ
    ンタクト孔をWとは異なる材料によって埋め込み、前記
    コンタクト孔のみに前記材料のプラグを形成する工程
    と、前記プラグに電気的に接続されたW層をスパッタリ
    ングにより形成する工程とを含むことを特徴とする配線
    構造の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項8において、前記プラグは、Ti
    及びTiNとによって形成されていることを特徴とする
    配線構造の製造方法。
  10. 【請求項10】 請求項9において、前記プラグを形成
    する工程は、前記コンタクト孔及び絶縁膜上に、Ti膜
    及びTiN膜を順次被着する工程と、前記絶縁膜上のT
    i膜及びTiN膜を除去して、前記コンタクト孔だけ
    に、Ti及びTiNによって形成された前記プラグを残
    す工程とを有していることを特徴とする配線構造の製造
    方法。
  11. 【請求項11】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
    と、前記絶縁膜上にW層をスパッタリングにより被着す
    る工程と、前記絶縁膜に前記W層を介してコンタクト孔
    を形成する工程と、コンタクト孔をWとは異なる材料に
    よって埋め込む工程とを有することを特徴とする配線構
    造の製造方法。
JP9017994A 1997-01-31 1997-01-31 配線構造及びその製造方法 Pending JPH10214895A (ja)

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