JPH10229120A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タングステン膜上の配線膜のミスアライメン
トによるずれが発生したとしてもタングステン膜と配線
膜との接触面積の低下を防止する。 【解決手段】 層間絶縁膜２に形成したコンタクト孔３
内にバリアメタル膜４及びチタンナイトライド膜を介し
てタングステン膜を形成した後に、該タングステン膜を
全面エッチバックして、コンタクト孔３内にのみタング
ステン膜６を残膜する。次に、前記チタンナイトライド
膜をエッチングして少なくとも前記層間絶縁膜２の表面
から前記タングステン膜６の頭部を露出させた後に、該
タングステン膜６上に配線膜７を形成することで、前記
頭部の側壁部を利用してタングステン膜６と配線膜７と
の接触面積を増大させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関するもので、更に詳しく言えば、コンタクト孔
内にコンタクトプラグ材を埋設した後に、該コンタクト
プラグ材上に上層の配線膜を形成するボーダーレスコン
タクトの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】先ず、従来のコンタクト孔内に埋め込ん
だコンタクトプラグ材と配線膜とのコンタクト状態につ
いて図８及び図９を基に説明する。従来のコンタクトプ
ラグ材と配線膜とのコンタクト状態は、図８に示すよう
に例えば、半導体基板２１上の層間絶縁膜２２に形成さ
れたコンタクト孔２３内に例えば、チタン膜及びチタン
ナイトライド膜（ＴｉＮ膜）から成る後述するコンタク
トプラグ材と層間絶縁膜２２との密着性を高める密着膜
としてのバリアメタル膜２４を介してコンタクトプラグ
材としての例えばタングステン膜２５が埋設されてい
る。そして、該タングステン膜２５上に例えばアルミニ
ウム膜から成る配線膜２６が形成されている。

【０００３】このように従来の配線膜とコンタクト孔と
の関係は、図９に示すようにコンタクト孔２３の周辺部
にカバーマージンを設けておき、図１０に示すようにミ
スアライメントが発生したとしても上層の配線膜２６と
接続できるようにしていた。例えば、コンタクト孔２３
のサイズがおよそ０．８μｍであるとした場合、当該コ
ンタクト孔２３の前後左右にそれぞれおよそ０．４μｍ
程度のカバーマージンを設けていた。

【０００４】そのため、配線間のピッチを小さくするこ
とができないという問題があった。そこで、近年、半導
体装置の高集積化、微細化に伴って、配線ピッチの縮小
が必要不可欠となり、コンタクト孔と配線膜のカバーマ
ージンを持たないボーダーレスコンタクト構造の半導体
製造方法が注目されてきている。以下、例えばＷ（タン
グステン膜）プラグを用いたボーダーレス配線構造につ
いて図１１及び図１２を基に説明する。

【０００５】従来のボーダーレス配線構造は、図１１に
示すように例えば、半導体基板３１上の層間絶縁膜３２
に形成されたコンタクト孔３３内に例えば、チタン膜及
びチタンナイトライド膜から成るバリアメタル膜３４を
介してコンタクトプラグ材としての例えばタングステン
膜３５が埋設され、該タングステン膜３５上に例えばア
ルミニウム膜から成る配線膜３６が形成されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たようなコンタクト孔と配線膜のカバーマージンを持た
ないボーダーレス構造をとることで、自ずと前記タング
ステン膜３５と配線膜３６の接触面積が低減するおそれ
がある。即ち、図１３に示すようにミスアライメントが
発生した場合には、図１３に斜線で示す領域分のタング
ステン膜３５と当該配線膜３６の接触面積が低減する。
そのため、コンタクト抵抗の上昇やエレクトロマイグレ
ーション耐性の劣化という問題を引き起こす。

【０００７】尚、このようなエレクトロマイグレーショ
ン耐性の劣化のコンタクト面積依存性に関する記述が、
１９９４年(平成６年)秋季、第５５回応用物理学会学術
講演会、講演予稿集Ｎｏ．２，１９ｐ−ＺＤ−４，ｐ６
１８にある。従って、本発明ではタングステン膜上の配
線膜のミスアライメントによるずれが発生したとしても
タングステン膜と配線膜との接触面積の低下によるコン
タクト抵抗の上昇やエレクトロマイグレーション耐性の
劣化を抑制する半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の半導体
装置の製造方法は、層間絶縁膜に形成したコンタクト孔
内に密着膜を介してコンタクトプラグ材を埋設した後
に、該コンタクトプラグ材上に配線膜を形成して成るボ
ーダーレスコンタクト配線構造の半導体装置の製造方法
において、前記密着膜上にチタンナイトライド膜を介し
てコンタクトプラグ材としてのタングステン膜を形成し
た後に、該タングステン膜を全面エッチバックして、層
間絶縁膜上の前記チタンナイトライド膜の表面のタング
ステン膜を除去すると共に、コンタクト孔内にのみタン
グステン膜を残膜する。次に、前記チタンナイトライド
膜をエッチングして少なくとも前記層間絶縁膜の表面か
ら前記タングステン膜の頭部を露出させた後に、該タン
グステン膜上に配線膜を形成するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法の一実施の形態について図１乃至図６を基に説明す
る。先ず、図１に示すように例えば、半導体基板１上の
例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトオキシシラン）膜やＢＰ
ＳＧ膜から成るおよそ６０００Å乃至１２０００Åの膜
厚の層間絶縁膜２にコンタクト孔３を形成した後に、図
２に示すように基板全面に例えば、チタン膜及びチタン
ナイトライド膜（ＴｉＮ膜）から成るおよそ３００Å乃
至２０００Åの膜厚のバリアメタル膜４を形成する。該
バリアメタル膜４は、後述するブランケット−タングス
テン膜から成るコンタクトプラグ材と層間絶縁膜２との
密着性を高める密着膜として働く。

【００１０】続いて、図３に示すように全面におよそ１
０００Å乃至４０００Åの膜厚のチタンナイトライド膜
５Ａ（ＴｉＮ膜）を形成した後に、従来と同様にコンタ
クトプラグ材としておよそ５０００Å乃至１００００Å
の膜厚のタングステン膜６Ａを形成する。次に、図４に
示すように前記タングステン膜６Ａを例えば、ＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）により全面エッチバックし
て、前記コンタクト孔３内に前記バリアメタル膜４及び
チタンナイトライド膜５Ａを介してコンタクトプラグ材
としてのタングステン膜６を埋設する。

【００１１】続いて、前記タングステン膜６に対してチ
タンナイトライド膜の選択比の高いＣｌ系のエッチャン
ト、例えばＢＣｌ3／Ｃｌ2系のガスを用いてエッチング
することで、エッチングレートの差を利用して、図５に
示すようにタングステン膜６は削らずに、前記チタンナ
イトライド膜５Ａのみ削り取ることで、該タングステン
膜６の頭部６Ｂが、少なくとも前記層間絶縁膜２の表面
から十分に露出するように形成する。本工程では、少な
くとも前記層間絶縁膜２の表面から前記タングステン膜
６の頭部６Ｂが薄いチタンナイトライド膜５を介して露
出するようにして、タングステン膜６の頭部６Ｂの側壁
部が形成されるように段差部を形成している。

【００１２】次に、全面におよそ６０００Å乃至１００
００Åの膜厚のアルミニウム膜を形成した後に、周知の
パターニング技術により該アルミニウム膜をパターニン
グして、図６に示すように第１の配線膜７を形成するこ
とで、ボーダーレスコンタクト構造を形成する。尚、図
６ではおよそ０．２μｍのミスアライメントが発生した
状態を示しているが、このとき、前記層間絶縁膜２の表
面から露出した前記タングステン膜６の頭部６Ｂの側壁
部の段差部を利用することで、タングステン膜６と配線
膜７との接触面積を増大させることができる。

【００１３】即ち、本発明のボーダーレスコンタクトの
形成では、バリアメタル膜４上にチタンナイトライド膜
５Ａを形成した後に、タングステン膜６を形成し、該タ
ングステン膜６をエッチバックした後に、当該タングス
テン膜６に対してチタンナイトライド膜５Ａの選択比の
高いＣｌ系のエッチャントでエッチングして、タングス
テン膜６は削らずに、チタンナイトライド膜５Ａのみエ
ッチングすることで、図５に示すようにタングステン膜
６の頭部６Ｂが少なくとも層間絶縁膜２の表面から十分
に露出するように形成しているため（本実施の形態で
は、図６に示すようにタングステン膜６の頭部６Ｂが、
例えば層間絶縁膜２上のバリアメタル膜４の表面からお
よそ０．１μｍ露出している。）、例えば、図７に示す
ようにタングステン膜６上に形成する配線膜７がミスア
ライメントによりずれたとしても、前記頭部６Ｂの側壁
部による面積により接触面積の増大が図れるため、その
ずれ分（図７に斜線で示す領域）の接触面積の低減を補
填することができる。

【００１４】以下、本発明によるミスアライメントによ
るタングステン膜と配線膜の接触面積の低減の補填につ
いて図７、図１２及び図１３を基に検証する。図１２は
従来技術の説明で用いたミスアライメントのない場合の
ボーダーレスコンタクトの状態を示す図であり、例え
ば、コンタクト孔サイズが０．８μｍであるとした場
合、タングステン膜３５と配線膜３６との接触面積は、

【００１５】

【数１】

【００１６】である。図１３は前述したボーダーレスコ
ンタクトにおいて、０．２μｍのミスアライメントが発
生した場合のボーダーレスコンタクトの状態を示す図で
あり、この場合のタングステン膜３５と配線膜３６との
接触面積は、

【００１７】

【数２】

【００１８】である。続いて、図７は同じくボーダーレ
スコンタクトにおいて、０．２μｍのミスアライメント
が発生した場合のボーダーレスコンタクトの状態を示す
図であり、図７では示されていないがタングステン膜６
の頭部が０．１μｍ露出している（図６参照）。この場
合のタングステン膜６と配線膜７との接触面積は、

【００１９】

【数３】

【００２０】である。以上の説明は、あくまで計算上で
の補填の検証であるが、本発明のタングステン膜の頭部
を少なくとも層間絶縁膜の表面から露出させ、該頭部の
側壁部を利用してタングステン膜と配線膜との接触面積
の増大を図ることで、ミスアライメントが発生した際の
接触面積の低減を補填することができる。

【００２１】更に、タングステン膜の頭部を層間絶縁膜
の表面から露出させる実施の形態としては、例えば半導
体基板上に層間絶縁膜を予め厚く形成しておき、コンタ
クトプラグ材のエッチバックを行い、該コンタクトプラ
グ材をコンタクト孔内に埋設した後に、更に前記層間絶
縁膜をエッチバックすることで、当該コンタクトプラグ
材の頭部を層間絶縁膜の表面から露出させるような構成
としても良い。

【００２２】以上、説明したように本発明では、ミスア
ライメントによるタングステン膜と配線膜との接触面積
の低下があったとしても、タングステン膜の頭部を層間
絶縁膜の表面から露出させることで、その頭部の側壁部
を利用してタングステン膜と配線膜との接触面積の増大
を図ることで、コンタクト抵抗の上昇やエレクトロマイ
グレーション耐性の劣化という問題を抑制できる。

【００２３】更に言えば、本発明を適用することで、ミ
スアライメントが発生しなかった場合には、従来のボー
ダーレスコンタクトより接触面積の増大が図れるため、
更にコンタクト抵抗の低下やエレクトロマイグレーショ
ン耐性の向上が図れる。

【００２４】

【発明の効果】以上、本発明によればコンタクトプラグ
材としてのタングステン膜の頭部を層間絶縁膜の表面か
ら露出するように形成することで、ミスアライメントに
よるタングステン膜と配線膜との接触面積の低下があっ
たとしても、タングステン膜の頭部の側壁部を利用して
タングステン膜と配線膜との接触面積の増大を図ること
で、コンタクト抵抗の上昇やエレクトロマイグレーショ
ン耐性の劣化を抑制することができる。

【００２５】また、ミスアライメントが発生しなかった
場合には、従来のボーダーレスコンタクトに比べて接触
面積の増大が図れるため、更にコンタクト抵抗の低下や
エレクトロマイグレーション耐性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
を示す第１の断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
を示す第２の断面図である。

【図３】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
を示す第３の断面図である。

【図４】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
を示す第４の断面図である。

【図５】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
を示す第５の断面図である。

【図６】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
を示す第６の断面図である。

【図７】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法
であるミスアライメントが発生したボーダーレスコンタ
クトの状態を示す平面図である。

【図８】従来の半導体装置の製造方法であるコンタクト
プラグ材と配線膜とのコンタクト状態を示す断面図であ
る。

【図９】従来の半導体装置の製造方法であるコンタクト
プラグ材と配線膜とのコンタクト状態を示す平面図であ
る。

【図１０】従来の半導体装置の製造方法であるコンタク
トプラグ材と配線膜とのミスアライメントが発生したコ
ンタクト状態を示す平面図である。

【図１１】従来の半導体装置の製造方法であるボーダー
レスコンタクトの状態を示す断面図である。

【図１２】従来の半導体装置の製造方法であるボーダー
レスコンタクトの状態を示す平面図である。

【図１３】従来の半導体装置の製造方法であるミスアラ
イメントが発生したボーダーレスコンタクトの状態を示
す平面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 層間絶縁膜に形成したコンタクト孔内に
   密着膜を介してコンタクトプラグ材を埋設した後に該コ
   ンタクトプラグ材上に配線膜を形成して成るボーダーレ
   スコンタクト配線構造の半導体装置の製造方法におい
   て、 前記密着膜上にチタンナイトライド膜を介してコンタク
   トプラグ材を埋設した後に前記チタンナイトライド膜を
   エッチングして少なくとも前記層間絶縁膜の表面から前
   記コンタクトプラグ材の頭部を露出させた後に該コンタ
   クトプラグ材上に配線膜を形成することを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】半導体基板上に層間絶縁膜を形成した後に
   該層間絶縁膜の所定領域にコンタクト孔を形成する工程
   と、 前記コンタクト孔を含む全面に密着膜を形成する工程
   と、 前記密着膜上にチタンナイトライド膜を形成する工程
   と、 前記密着膜及びチタンナイトライド膜を介して前記コン
   タクト孔内にコンタクトプラグ材を形成した後に該コン
   タクトプラグ材を全面エッチバックして前記コンタクト
   孔内にのみコンタクトプラグ材を残膜する工程と、 前記チタンナイトライド膜をエッチングして少なくとも
   前記層間絶縁膜の表面から前記コンタクトプラグ材の頭
   部を露出させた後に前記コンタクトプラグ材上に配線膜
   を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記密着膜は、チタン膜及びチタンナイ
   トライド膜から成ることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の半導体装置の製造方法。