JPH10256187A

JPH10256187A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10256187A
Application number: JP9081891A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yoshizawa; 俊一吉沢
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】接続孔内にタングステンを選択成長させる際
に、接続孔の開口部から外にタングステン膜がはみ出す
ことなく、配線形状不良や配線間ショート等の不良をま
ねかないようにする。【解決手段】接続孔２１、２２の内面に沿ってチタン
／窒化チタン膜６を形成した後、フォトレジスト膜７を
塗布する。しかる後、接続孔２１、２２の上端部からフ
ォトレジスト膜７の表面までの距離が、チタン／窒化チ
タン膜６が形成された状態での接続孔２１、２２の幅の
１／２以上となるまでフォトレジスト膜７をエッチング
する。そして、このフォトレジスト膜７をマスクとして
チタン／窒化チタン膜６をエッチングした後、フォトレ
ジスト膜７を除去し、チタン／窒化チタン膜６を種とし
てタングステン層を選択成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンタクトプラグ
としての金属薄膜を半導体基板上に選択的に形成するよ
うにした半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化および微細
化に伴い、多層配線技術が必要不可欠となっている。こ
の多層配線構造を実現するためには、絶縁膜を挟んで、
ＭＯＳ、バイポーラなどの素子−金属配線間を、若しく
は、１層−２層配線のような金属配線間を接続しなけれ
ばならない。

【０００３】従来、この接続を行うためには、上記絶縁
膜に所望の接続孔を開け、上層の金属配線の形成と同時
に接続孔の中を金属配線で埋め込んでいた。しかしなが
ら、近年では、接続孔の径もサブミクロンオーダーとな
り、接続孔の深さ／接続孔の径（アスペクト比）が１以
上になるために、接続孔の中に金属配線が入らず、確実
な接続を行うことができなくなってきた。そこで、この
問題点を解決するために、例えば特開平４−２５１５９
号公報に記載されているような、タングステンの選択成
長法が提案されている。

【０００４】特開平４−２５１５９号公報による配線の
形成方法について簡単に説明する。先ず、半導体基板上
に絶縁膜を形成し、この絶縁膜に接続孔を形成する。そ
して、接続孔の内面に沿って比較的膜厚の薄い、選択成
長の種として金属シリサイド膜を半導体基板上の全面に
形成した後、この半導体基板上にフォトレジスト膜を形
成し、フォトレジスト膜および金属シリサイド膜をエッ
チバックすることにより、接続孔内のみに金属シリサイ
ド膜を残存させる。さらに、接続孔内に残存するフォト
レジスト膜をアッシングで除去した後、金属シリサイド
膜を種にして、タングステン膜を接続孔内に選択成長さ
せる。これにより、接続孔内を確実に埋め込むタングス
テン膜を含む配線層を形成することができる。このよう
に金属シリサイド膜を選択成長の種として形成するの
は、タングステン膜は絶縁膜上には形成されにくいから
である。

【０００５】また、特開平５−２８３５３６号公報に
は、コンタクト孔上に形成された導電膜をエッチングし
て配線を形成する際に、目ずれによりコンタクト孔の内
壁のチタン／窒化チタンがエッチングされることを防止
する製造方法が開示されている。

【０００６】特開平５−２８３５３６号公報による配線
の形成方法について簡単に説明する。先ず、半導体基板
上の層間絶縁膜に形成されたコンタクト孔の内壁にチタ
ン／窒化チタンをスパッタ形成した後に、タングステン
を成長させてコンタクト孔を埋め込む。次に、ドライエ
ッチングにより層間絶縁膜の表面を露出させ、チタン／
窒化チタンのみを選択的にエッチングして溝を形成す
る。次に、酸化シリコン膜を気相成長させて溝を埋め込
んだ後に、ドライエッチングによりタングステンの表面
を露出させ、その上に導電膜をスパッタ形成する。そし
て、フォトレジストをマスクとしてこの導電膜をドライ
エッチングすることにより、配線を形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−２５１５９号公報による方法では、金属シリサイド
膜が接続孔の開口部（接続孔の上端部）に残ってしまう
ため、この金属シリサイド膜を種にして接続孔内部にタ
ングステン膜を選択成長させ、接続孔をタングステン膜
で埋め込む場合には、接続孔の開口部領域からもタング
ステン膜が成長し、接続孔の開口部から外にタングステ
ン膜がはみ出してしまう。その結果、接続孔の開口部か
ら外にはみ出たタングステン膜上に金属配線を形成する
際に、配線形状不良や配線間ショート等の不良を引き起
こすという問題点があった。

【０００８】また、特開平５−２８３５３６号公報によ
る方法では、コンタクトの面積が酸化シリコン膜の厚み
分だけ実質的に減少してしまい、コンタクト孔上に配線
を形成する際の位置合わせに更なる高精度が要求され
る。一方、コンタクト孔をその分大きくしたならば、半
導体装置の高集積化の要請に反することになる。また、
酸化シリコンを気相成長させる工程や、ドライエッチン
グによりタングステンの表面を露出させる工程が必要と
なり、半導体装置の製造工程を複雑化させてしまう。

【０００９】そこで、本発明の目的は、接続孔内にタン
グステンなどの導電膜を選択成長させる際に、半導体装
置の製造工程を徒に複雑化させることなく、接続孔の開
口部から外に導電膜がはみ出すことなく、配線形状不良
や配線間ショート等の不良の発生を抑止する半導体装置
及びその製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、前記絶縁膜に接続孔を形成する第１の工程
と、前記接続孔の内面を含む全面に第１の導電膜を形成
する第２の工程と、前記接続孔を埋め込む塗布膜を形成
する第３の工程と、前記塗布膜が前記接続孔の底部に残
存するように、前記接続孔の上端部から前記塗布膜の表
面までの距離が、前記接続孔の幅から前記第１の導電膜
の厚みの２倍を引いた値の１／２以上となるまで前記塗
布膜をエッチングする第４の工程と、前記塗布膜をマス
クとして前記第１の導電膜をエッチングする第５の工程
と、しかる後、残存する前記塗布膜を除去する第６の工
程と、前記接続孔の内面に残存する前記第１の導電膜を
選択成長の種として、前記接続孔を埋め込むように第２
の導電膜を形成する第７の工程とを有する。

【００１１】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記接続孔を形成する前記第２の工程にお
いて、幅の異なる複数の接続孔を形成し、前記塗布膜を
エッチングする前記第４の工程において、最も幅が大き
い接続孔の開口部から前記塗布膜の表面までの距離が、
前記接続孔の幅から前記第１の導電膜の厚みの２倍を引
いた値の１／２以上となるまで前記塗布膜をエッチング
する。

【００１２】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記第１の導電膜が、チタン／窒化チタン
積層膜、タングステン膜、タングステンシリサイド膜、
モリブデン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シリコ
ン膜、アモルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜のうち
の１種を材料として含み、前記第２の導電膜が、タング
ステン膜、アルミニウム膜、アルミニウム合金膜のうち
の１種を材料として含む。

【００１３】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第７の工程の後に、前記第２の導電膜に接続さ
れる第３の導電膜を前記絶縁膜上に形成する第８の工程
を更に有する。

【００１４】本発明の半導体装置の製造方法は、前記絶
縁膜に接続孔を形成する第１の工程と、前記接続孔の内
面を含む全面に第１の導電膜を形成する第２の工程と、
前記接続孔を埋め込む塗布膜を形成する第３の工程と、
前記塗布膜を前記絶縁膜の表面までエッチングする第４
の工程と、前記塗布膜及び前記第１の導電膜が前記接続
孔の底部に残存するように、前記接続孔の開口部から前
記塗布膜及び前記第１の導電膜の表面までの距離が、前
記接続孔の幅から前記第１の導電膜の厚みの２倍を引い
た値の１／２以上となるまで前記塗布膜及び前記第１の
導電膜をエッチングする第５の工程と、残存する前記塗
布膜を除去する第６の工程と、前記接続孔の内面に残存
する前記第１の導電膜を選択成長の種として、前記接続
孔を埋め込むように第２の導電膜を選択的に成長させる
第７の工程とを有する。

【００１５】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記接続孔を形成する前記第２の工程にお
いて、幅の異なる複数の接続孔を形成し、前記塗布膜を
エッチングする前記第５の工程において、最も幅が大き
い接続孔の開口部から前記塗布膜の表面までの距離が、
前記接続孔の幅から前記第１の導電膜の厚みの２倍を引
いた値の１／２以上となるまで前記塗布膜をエッチング
する。

【００１６】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記第１の導電膜が、チタン／窒化チタン
積層膜、タングステン膜、タングステンシリサイド膜、
モリブデン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シリコ
ン膜、アモルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜のうち
の１種を材料として含み、前記第２の導電膜が、タング
ステン膜、アルミニウム膜、アルミニウム合金膜のうち
の１種を材料として含む。

【００１７】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第７の工程の後に、前記第２の導電膜に接続さ
れる第３の導電膜を前記絶縁膜上に形成する第８の工程
を更に有する。

【００１８】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記第５の工程において、前記塗布膜をエ
ッチングする際に酸素プラズマを用いるとともに、前記
塗布膜及び前記第１の導電膜をエッチングする際に塩素
雰囲気中で電子サイクロトロン共鳴により発生したプラ
ズマを用いる。

【００１９】本発明の半導体装置の製造方法は、前記絶
縁膜に接続孔を形成する第１の工程と、前記接続孔の内
面を含む全面に第１の導電膜を形成する第２の工程と、
前記接続孔を埋め込む塗布膜を形成する第３の工程と、
前記塗布膜及び前記第１の導電膜が前記接続孔の底部に
残存するように、前記接続孔の開口部から前記塗布膜及
び前記第１の導電膜の表面までの距離が、前記接続孔の
幅から前記第１の導電膜の厚みの２倍を引いた値の１／
２以上となるまで前記塗布膜及び前記第１の導電膜をエ
ッチングする第４の工程と、残存する前記塗布膜を除去
する第５の工程と、前記接続孔の内面に残存する前記第
１の導電膜を選択成長の種として、前記接続孔を埋め込
むように第２の導電膜を選択的に成長させる第６の工程
とを有する。

【００２０】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記接続孔を形成する前記第２の工程にお
いて、幅の異なる複数の接続孔を形成し、前記塗布膜を
エッチングする前記第４の工程において、最も幅が大き
い接続孔の開口部から前記塗布膜の表面までの距離が、
前記接続孔の幅から前記第１の導電膜の厚みの２倍を引
いた値の１／２以上となるまで前記塗布膜をエッチング
する。

【００２１】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記第１の導電膜が、チタン／窒化チタン
積層膜、タングステン膜、タングステンシリサイド膜、
モリブデン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シリコ
ン膜、アモルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜のうち
の１種を材料として含み、前記第２の導電膜が、タング
ステン膜、アルミニウム膜、アルミニウム合金膜のうち
の１種を材料として含む。

【００２２】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
は、前記第６の工程の後に、前記第２の導電膜に接続さ
れる第３の導電膜を前記絶縁膜上に形成する第７の工程
を更に有する。

【００２３】本発明の半導体装置の製造方法の一態様例
においては、前記塗布膜及び第１の導電膜をエッチング
する前記第４の工程において、塩素雰囲気中で電子サイ
クロトロン共鳴により発生したプラズマを用いる。

【００２４】本発明の半導体装置は、半導体基板と、前
記半導体基板上に形成されて接続孔を有する絶縁膜と、
前記接続孔の内面に形成されてなる第１の導電膜と、前
記接続孔を埋め込むように前記第１の導電膜上に形成さ
れた第２の導電膜とを備え、前記接続孔の開口部から前
記第１の導電膜の端部までの距離が、前記接続孔の幅か
ら前記第１の導電膜の厚みの２倍を引いた値の１／２以
上とされている。

【００２５】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記絶縁膜が、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを有
し、前記第１の絶縁膜は、シリコン酸化膜、硼燐珪酸ガ
ラス、燐珪酸ガラス、硼珪酸ガラスのうちの１種を材料
として含み、前記第２の絶縁膜は、硼燐珪酸ガラス、燐
珪酸ガラス、硼珪酸ガラスのうちの１種を材料として含
む。

【００２６】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第１の導電膜が、チタン／窒化チタン積層膜、
タングステン膜、タングステンシリサイド膜、モリブデ
ン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シリコン膜、ア
モルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜のうちの１種を
材料として含み、前記第２の導電膜が、タングステン
膜、アルミニウム膜、アルミニウム合金膜のうちの１種
を材料として含む。

【００２７】本発明の半導体装置の一態様例は、前記絶
縁膜上に形成され、前記第２の導電膜に接続された第３
の導電膜を更に有する。

【００２８】本発明の半導体装置は、半導体基板と、前
記半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、前記第１
の絶縁膜上に形成された第１の導電膜と、前記第１の導
電膜上に形成されて接続孔を有する第２の絶縁膜と、前
記接続孔の内面に形成されてなる第２の導電膜と、前記
接続孔を埋め込むように前記第２の導電膜上に形成され
た第３の導電膜とを備え、前記接続孔の開口部から前記
第２の導電膜の端部までの距離が、前記接続孔の幅から
前記第２の導電膜の厚みの２倍を引いた値の１／２以上
とされている。

【００２９】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第１の絶縁膜は、シリコン酸化膜、硼燐珪酸ガ
ラス、燐珪酸ガラス、硼珪酸ガラスのうちの１種を材料
として含み、前記第２の絶縁膜は、硼燐珪酸ガラス、燐
珪酸ガラス、硼珪酸ガラスのうちの１種を材料として含
む。

【００３０】本発明の半導体装置の一態様例において
は、前記第２の導電膜が、チタン／窒化チタン積層膜、
タングステン膜、タングステンシリサイド膜、モリブデ
ン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シリコン膜、ア
モルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜のうちの１種を
材料として含み、前記第３の導電膜が、タングステン
膜、アルミニウム膜、アルミニウム合金膜のうちの１種
を材料として含む。

【００３１】本発明の半導体装置の一態様例は、前記第
２の絶縁膜上に形成され、前記第３の導電膜に接続され
た第４の導電膜を更に有する。

【００３２】

【作用】本発明によれば、第２の導電膜（プラグ）の選
択成長の種となる第１の導電膜（バリア層）を、所定の
条件を満たすまで接続孔の上方においてエッチング除去
するため、接続孔内に第２の導電膜を選択成長させる際
に、接続孔の上端部から外に第２の導電膜がはみ出す前
に接続孔の埋め込みが終了する。

【００３３】また、幅の異なる複数の接続孔が存在する
ときには、最も幅が広い接続孔に関して所定の条件を満
たすように第１の導電膜を接続孔の上方においてエッチ
ング除去するため、接続孔内に第２の導電膜を選択成長
させる際に、いずれの接続孔においても接続孔の上端部
から外に第２の導電膜がはみ出すことがない。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００３５】先ず、図１を参照して、本発明に係る半導
体装置及びその製造方法の原理を説明する。

【００３６】図１（ａ）において、幅の狭い接続孔２１
および幅の広い接続孔２２に関して、接続孔２１、２２
の上端部からバリア層２３の最上部までの距離はともに
Ｍである。そして、幅の狭い接続孔２１は、バリア層２
３が形成された状態での幅がＸであり、接続孔２１の上
端部からバリア層２３の最上部までの距離Ｍが、幅Ｘの
１／２の長さＬよりも大きくなるようにされている。ま
た、幅の広い接続孔２２は、バリア層２３が形成された
状態での幅がＹであり、接続孔２２の上端部からバリア
層２３の最上部までの距離Ｍが、幅Ｙの１／２の長さＮ
よりも大きくなるようにされている。

【００３７】図１（ｂ）で示すように、接続孔２１、２
２にプラグ２４を途中まで形成すると、バリア層２３が
プラグ２４の選択成長の種となり、成長速度が同じであ
るため、接続孔２１、２２の上端部からプラグ２４の最
上部までの距離はともにＰである。また、接続孔２１は
接続孔２２よりも幅が狭いため、接続孔２１が総てプラ
グ２４で埋め込まれる前に接続孔２１の両側面のバリア
層２３から成長してきたプラグ２４が中心付近で接触し
て一体となる。そして、これ以降、接続孔２１について
は、プラグ２４が上方へほぼ均一に成長する。

【００３８】次に、図１（ｃ）で示すように、接続孔２
２に関しては、両側面のバリア層２３から成長してきた
プラグ２４が、接続孔２２を完全に埋め込んだ時点で、
中心付近で接触して一体となる。このとき、接続孔２１
のプラグ２４も接続孔２１を完全に埋め込んだ状態であ
り、いずれの接続孔２１、２２においても接続孔２１、
２２の上端部から外にプラグ２４がはみ出すことがな
い。

【００３９】このように、幅の異なる複数の接続孔２
１、２２が存在するときには、最も幅が広い接続孔２２
に関してバリア層２３の最上部と接続孔の上端部との距
離が所定以上となるようにしておけば、接続孔２１、２
２内にプラグ２４を選択成長させる際に、いずれの接続
孔２１、２２においても接続孔２１、２２の上端部から
外にプラグ２４がはみ出すことがなくなる。

【００４０】次に、図２及び図３を参照して、本発明の
具体的な実施形態を説明する。なお、この実施形態にお
いては、半導体装置の構成をその製造工程とともに順次
説明する。

【００４１】図２、図３は、本発明の実施形態の半導体
装置の製造工程を順に示す断面図である。先ず、図２
（ａ）に示すように、半導体基板１の素子形成領域に、
ゲート絶縁層（不図示）を介して不純物を含有した多結
晶シリコン膜からなるＭＯＳトランジスタのゲート電極
（不図示）を形成した後、ゲート電極の両脇の半導体基
板１の表面分極にソース・ドレインとなる一対の不純物
拡散層（その一方が符号２で示されており、他方は図３
（ａ）の断面には現れていない）をイオン注入により形
成する。その後、半導体基板１上の全面にシリコン等の
酸化膜やＢＰＳＧ膜等からなる層間絶縁膜３を形成して
から、この層間絶縁膜３を貫通し、他方の不純物拡散層
（不図示）が底面となる接続孔（不図示）を形成した
後、この接続孔の内面を埋める金属配線層４をパターン
形成する。

【００４２】その後、半導体基板１上に不純物含有溶融
ガラス５、例えば、ＢＰＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜を
形成し、その表面を平坦化する。そして、この不純物含
有溶融ガラス５および層間絶縁膜３を貫通し、且つ、一
方の不純物拡散層２が底面となる接続孔３１を形成する
と共に、不純物含有溶融ガラス５を貫通し、且つ、金属
配線層４が底面となる接続孔３２を形成する。これら２
つの接続孔３１、３２において、接続孔３１の深さは、
層間絶縁膜３および金属配線層４の膜厚分だけ接続孔３
２よりも深くなる。また、接続孔３１の径は、０．６μ
ｍ（６００ｎｍ）であり、接続孔３２の径は、０．４μ
ｍ（４００ｎｍ）である。その後、接続孔３１、３２を
含む半導体基板１上の表面に、スパッタ法等を用いてチ
タン膜と窒化チタン膜を順次形成することにより、上面
における膜厚が１００ｎｍ程度のチタン／窒化チタン積
層薄膜６を形成する。このチタン／窒化チタン積層薄膜
６は、接続孔３１、３２内を埋め込まないように接続孔
の凹凸に沿って形成する。しかる後、平坦化層としてフ
ォトレジスト膜７を膜厚１．５μｍ程度塗布する。

【００４３】次に、図３（ｂ）に示すように、フォトレ
ジスト膜７を摂氏２００℃程度でベークした後、酸素プ
ラズマによりフォトレジスト膜７を不純物含有溶融ガラ
ス５の上面および接続孔３１、３２の内部までエッチバ
ックする。このとき、フォトレジスト膜７が接続孔３
１、３２の底部に残存するようにするとともに、接続孔
３１の上端部からフォトレジスト膜７の表面までの距離
が、チタン／窒化チタン積層薄膜６が形成された状態で
の接続孔３１の幅の１／２以上、製造工程におけるばら
つきを考慮すれば５／８〜７／８、更に好適には約３／
４となるようにする。これにより、接続孔３１よりも幅
の狭い接続孔３２についても、当然に、接続孔３２の上
端部からフォトレジスト膜７の表面までの距離が、チタ
ン／窒化チタン積層薄膜６が形成された状態での接続孔
３２の幅の１／２以上となる。本実施形態では、接続孔
３１、３２の側面のチタン／窒化チタン積層薄膜６の膜
厚が５０ｎｍであり、（６００−５０×２）÷２＝２５
０以上、具体的には接続孔３１、３２の上端部からフォ
トレジスト膜７の表面までの距離（凹み量）が４００ｎ
ｍとなるようにエッチングした。

【００４４】しかる後、塩素雰囲気中でＥＣＲプラズマ
により不純物含有溶融ガラス５の上面および接続孔３
１、３２の内面のフォトレジスト膜７で被覆されていな
いチタン／窒化チタン積層薄膜６をエッチング除去す
る。従って、接続孔３１、３２の上端部からチタン／窒
化チタン積層薄膜６の最上部までの距離（凹み量）も３
００ｎｍとなる。

【００４５】以上述べたフォトレジスト膜７のエッチン
グの工程とチタン／窒化チタン積層薄膜６のエッチング
の工程は、次のように置き換えることもできる。

【００４６】即ち、フォトレジスト膜７を２００℃程度
でベークした後、酸素プラズマによりフォトレジスト膜
７をガラス５の上面までエッチバックし、しかる後、塩
素雰囲気中で電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズ
マにより、接続孔３１、３２内部のフォトレジスト膜
７、ガラス５の上面部位及び接続孔３１，３２内部のチ
タン／窒化チタン積層薄膜６をエッチング除去する。こ
のとき、フォトレジスト膜７とチタン／窒化チタン積層
薄膜６とは、塩素雰囲気中でのエッチングレートがほぼ
同じであるので、両者とも同程度の深さまで除去される
ことになる。

【００４７】更に、上述したようにフォトレジスト膜７
とチタン／窒化チタン積層薄膜６とは、塩素雰囲気中で
のエッチングレートがほぼ同じであることを利用して、
図２（ａ）に示すようにフォトレジスト膜７を塗布形成
した後に、塩素雰囲気中でＥＣＲプラズマにより接続孔
３１、３２の内部まで、フォトレジスト膜７及びチタン
／窒化チタン積層薄膜６をエッチングしてもよい。

【００４８】なお、これらの場合においても、接続孔３
１の上端部からフォトレジスト膜７の表面までの距離
が、先に述べた範囲内の値となるようにする。

【００４９】次に、図２（ｃ）に示すように、接続孔３
１、３２内に残存する平坦化層であるフォトレジスト膜
７をアッシングまたは有機洗浄により完全に除去する。
これにより、接続孔３１、３２の底面および側面の一部
に残るチタン／窒化チタン積層薄膜６を露出させる。

【００５０】次に、図３（ａ）に示すように、タングス
テンＣＶＤ装置を用いて、接続孔３１、３２の内部に残
したチタン／窒化チタン積層薄膜６上にだけ選択的にご
く薄くタングステン核（図示せず）を成長させた後、チ
タン／窒化チタン積層薄膜６を選択成長の種として、主
に六フッ化タングステン７５ｓｃｃｍ、水素４５０ｓｃ
ｃｍ、温度４５０℃、圧力８０Ｔｏｒｒの条件にて、タ
ングステン層８を接続孔３１、３２の内部のみに選択的
に成長させる。ここで、「ｓｃｃｍ」とは、標準状態で
１分間に流れる体積（ｃｃ）を表す流量の単位である。

【００５１】タングステン層８は、チタン／窒化チタン
積層薄膜６の表面から成長し、接続孔３１、３２を完全
に埋め込むが、チタン／窒化チタン積層薄膜６の凹み量
を上述のように規定しているために、タングステン層８
の最上部が接続孔３１、３２の開口部よりも上にはみ出
て成長する前に、接続孔３１、３２内を両方とも同時に
埋め込むことが可能となる。すなわち、タングステン層
８の成長時間を適当に選ぶことにより、タングステン層
８が接続孔３１、３２より外に飛び出ることなく、接続
孔３１、３２内だけにタングステン層８を良好に形成す
ることができる。

【００５２】次に、図３（ｂ）に示すように、チタン膜
９／アルミニウム合金１０からなる積層金属配線１１を
パターン形成する。以上の工程により、ショートなどの
不良がなく、良好な特性を有するように上下の配線を接
続できる。

【００５３】また接続孔３２は径（幅）がチタン／窒化
チタン積層薄膜６が形成された状態で４００−５０×２
＝３００（ｍｍ）と接続孔３１よりも小さいため、接続
孔３１がタングステン層８によって埋まりきる前にタン
グステン層８により中心まで埋まってしまうが、チタン
／窒化チタン積層薄膜６をあらかじめ０．４μｍ（４０
０ｎｍ）程度凹ませていたため、この時点で接続孔３２
の開口部とタングステン層８の最上部の間に０．４−
０．３／２＝０．２５（μｍ）の隙間が残っている。ま
た、接続孔３２はチタン／窒化チタン積層薄膜６の開口
部からの凹み量が接続孔３１と同一であるため、タング
ステン層８の最上部からの深さもやはり０．２５μｍと
なっている。この後、タングステン層８が０．１μｍ成
長した段階で接続孔３１が中心まで埋まり、さらに０．
１５μｍ成長して接続孔３１、３２が共に埋め込まれ
る。

【００５４】本実施形態では、基板と１層目金属配線と
の接続及び１層目の金属配線と２層目の金属配線との接
続を有する半導体装置の実施形態を示したが、本発明
は、それ以外の任意の配線層間の接続に用いても良いこ
とはいうまでも無い。

【００５５】また、上記の実施形態では、タングステン
層８を成長させるための下地膜にチタン／窒化チタン積
層薄膜６を用いたが、本発明では他のタングステン層８
を成長させることができる薄膜材料を用いても良い。例
えば、チタン／窒化チタン積層薄膜６の代りに、タング
ステン膜、タングステンシリサイド膜、モリブデン膜、
モリブデンシリサイド膜、多結晶シリコン膜、非結晶シ
リコン膜、ゲルマニウム膜などを用いてもよい。更に、
上述する以外にタングステン層８を選択成長させること
が可能な金属シリサイド膜、金属膜、窒化物導電膜、珪
化物、半導体薄膜、シリコン（アモルファスシリコンや
多結晶シリコン）を用いてもよい。

【００５６】また、上記の実施形態では、接続孔を埋め
る金属としてタングステン層８を用いて説明したが、下
地膜を種にして選択的成長可能な金属膜、例えば、タン
グステン層８の代わりにアルミニウム膜またはアルミニ
ウム合金等を選択成長させても良い。

【００５７】また、その膜厚や形成方法は、上記の実施
形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に逸脱
しない範囲で当該分野において通常の知識を持つ者なら
多様な変形が可能である。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、接続孔内にタングステ
ンなどのプラグを選択成長させる際に、接続孔の開口部
から外にプラグがはみ出すことなく、配線形状不良や配
線間ショート等の不良の発生が抑止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造方法の原理を説明す
るための概略断面図である。

【図２】本発明の実施形態の半導体装置の製造方法を工
程順に示す概略断面図である。

【図３】図２に引き続き、本発明の実施形態の半導体装
置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。

【符号の説明】

１半導体基板２不純物拡散層３層間絶縁膜４金属配線層５不純物含有溶融ガラス６チタン／窒化チタン積層薄膜（第１の導電膜）７フォトレジスト膜（塗布膜）８タングステン層（第２の導電膜）９チタン膜１０アルミニウム合金１１積層金属配線２１、２２、３１、３２接続孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に
おいて、前記絶縁膜に接続孔を形成する第１の工程と、前記接続孔の内面を含む全面に第１の導電膜を形成する
第２の工程と、前記接続孔を埋め込む塗布膜を形成する第３の工程と、前記塗布膜が前記接続孔の底部に残存するように、前記
接続孔の上端部から前記塗布膜の表面までの距離が、前
記接続孔の幅から前記第１の導電膜の厚みの２倍を引い
た値の１／２以上となるまで前記塗布膜をエッチングす
る第４の工程と、前記塗布膜をマスクとして前記第１の導電膜をエッチン
グする第５の工程と、しかる後、残存する前記塗布膜を除去する第６の工程
と、前記接続孔の内面に残存する前記第１の導電膜を選択成
長の種として、前記接続孔を埋め込むように第２の導電
膜を形成する第７の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。
【請求項２】絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に
おいて、前記絶縁膜に接続孔を形成する第１の工程と、前記接続孔の内面を含む全面に第１の導電膜を形成する
第２の工程と、前記接続孔を埋め込む塗布膜を形成する第３の工程と、前記塗布膜を前記絶縁膜の表面までエッチングする第４
の工程と、前記塗布膜及び前記第１の導電膜が前記接続孔の底部に
残存するように、前記接続孔の開口部から前記塗布膜及
び前記第１の導電膜の表面までの距離が、前記接続孔の
幅から前記第１の導電膜の厚みの２倍を引いた値の１／
２以上となるまで前記塗布膜及び前記第１の導電膜をエ
ッチングする第５の工程と、残存する前記塗布膜を除去する第６の工程と、前記接続孔の内面に残存する前記第１の導電膜を選択成
長の種として、前記接続孔を埋め込むように第２の導電
膜を選択的に成長させる第７の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。
【請求項３】絶縁膜を有する半導体装置の製造方法に
おいて、前記絶縁膜に接続孔を形成する第１の工程と、前記接続孔の内面を含む全面に第１の導電膜を形成する
第２の工程と、前記接続孔を埋め込む塗布膜を形成する第３の工程と、前記塗布膜及び前記第１の導電膜が前記接続孔の底部に
残存するように、前記接続孔の開口部から前記塗布膜及
び前記第１の導電膜の表面までの距離が、前記接続孔の
幅から前記第１の導電膜の厚みの２倍を引いた値の１／
２以上となるまで前記塗布膜及び前記第１の導電膜をエ
ッチングする第４の工程と、残存する前記塗布膜を除去する第５の工程と、前記接続孔の内面に残存する前記第１の導電膜を選択成
長の種として、前記接続孔を埋め込むように第２の導電
膜を選択的に成長させる第６の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。
【請求項４】前記接続孔を形成する前記第２の工程に
おいて、幅の異なる複数の接続孔を形成し、前記塗布膜をエッチングする前記第４の工程において、
最も幅が大きい接続孔の開口部から前記塗布膜の表面ま
での距離が、前記接続孔の幅から前記第１の導電膜の厚
みの２倍を引いた値の１／２以上となるまで前記塗布膜
をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項５】前記接続孔を形成する前記第２の工程に
おいて、幅の異なる複数の接続孔を形成し、前記塗布膜及び第１の導電膜をエッチングする前記第５
の工程において、最も幅が大きい接続孔の開口部から前
記塗布膜の表面までの距離が、前記接続孔の幅から前記
第１の導電膜の厚みの２倍を引いた値の１／２以上とな
るまで前記塗布膜及び第１の導電膜をエッチングするこ
とを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項６】前記接続孔を形成する前記第２の工程に
おいて、幅の異なる複数の接続孔を形成し、前記塗布膜及び第１の導電膜をエッチングする前記第４
の工程において、最も幅が大きい接続孔の開口部から前
記塗布膜の表面までの距離が、前記接続孔の幅から前記
第１の導電膜の厚みの２倍を引いた値の１／２以上とな
るまで前記塗布膜及び第１の導電膜をエッチングするこ
とを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項７】前記第１の導電膜が、チタン／窒化チタ
ン積層膜、タングステン膜、タングステンシリサイド
膜、モリブデン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シ
リコン膜、アモルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜の
うちの１種を材料として含み、前記第２の導電膜が、タングステン膜、アルミニウム
膜、アルミニウム合金膜のうちの１種を材料として含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項８】前記第１の導電膜が、チタン／窒化チタ
ン積層膜、タングステン膜、タングステンシリサイド
膜、モリブデン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シ
リコン膜、アモルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜の
うちの１種を材料として含み、前記第２の導電膜が、タングステン膜、アルミニウム
膜、アルミニウム合金膜のうちの１種を材料として含む
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項９】前記第１の導電膜が、チタン／窒化チタ
ン積層膜、タングステン膜、タングステンシリサイド
膜、モリブデン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シ
リコン膜、アモルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜の
うちの１種を材料として含み、前記第２の導電膜が、タングステン膜、アルミニウム
膜、アルミニウム合金膜のうちの１種を材料として含む
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１０】前記第７の工程の後に、前記第２の導
電膜に接続される第３の導電膜を前記絶縁膜上に形成す
る第８の工程を更に有することを特徴とする請求項１に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記第７の工程の後に、前記第２の導
電膜に接続される第３の導電膜を前記絶縁膜上に形成す
る第８の工程を更に有することを特徴とする請求項２に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記第６の工程の後に、前記第２の導
電膜に接続される第３の導電膜を前記絶縁膜上に形成す
る第７の工程を更に有することを特徴とする請求項３に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記第５の工程において、前記塗布膜
をエッチングする際に酸素プラズマを用いるとともに、
前記塗布膜及び前記第１の導電膜をエッチングする際に
塩素雰囲気中で電子サイクロトロン共鳴により発生した
プラズマを用いることを特徴とする請求項２に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記塗布膜及び第１の導電膜をエッチ
ングする前記第４の工程において、塩素雰囲気中で電子
サイクロトロン共鳴により発生したプラズマを用いるこ
とを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１５】半導体基板と、前記半導体基板上に形成されて接続孔を有する絶縁膜
と、前記接続孔の内面に形成されてなる第１の導電膜と、前記接続孔を埋め込むように前記第１の導電膜上に形成
された第２の導電膜とを備え、前記接続孔の開口部から前記第１の導電膜の端部までの
距離が、前記接続孔の幅から前記第１の導電膜の厚みの
２倍を引いた値の１／２以上とされていることを特徴と
する半導体装置。
【請求項１６】前記絶縁膜は、第１の絶縁膜と第２の
絶縁膜とを有し、前記第１の絶縁膜は、シリコン酸化膜、硼燐珪酸ガラ
ス、燐珪酸ガラス、硼珪酸ガラスのうちの１種を材料と
して含み、前記第２の絶縁膜は、硼燐珪酸ガラス、燐珪酸ガラス、
硼珪酸ガラスのうちの１種を材料として含むことを特徴
とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に形成された第１の導電膜と、前記第１の導電膜上に形成されて接続孔を有する第２の
絶縁膜と、前記接続孔の内面に形成されてなる第２の導電膜と、前記接続孔を埋め込むように前記第２の導電膜上に形成
された第３の導電膜とを備え、前記接続孔の開口部から前記第２の導電膜の端部までの
距離が、前記接続孔の幅から前記第２の導電膜の厚みの
２倍を引いた値の１／２以上とされていることを特徴と
する半導体装置。
【請求項１８】前記第１の絶縁膜は、シリコン酸化
膜、硼燐珪酸ガラス、燐珪酸ガラス、硼珪酸ガラスのう
ちの１種を材料として含み、前記第２の絶縁膜は、硼燐珪酸ガラス、燐珪酸ガラス、
硼珪酸ガラスのうちの１種を材料として含むことを特徴
とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】前記第１の導電膜が、チタン／窒化チ
タン積層膜、タングステン膜、タングステンシリサイド
膜、モリブデン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シ
リコン膜、アモルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜の
うちの１種を材料として含み、前記第２の導電膜が、タングステン膜、アルミニウム
膜、アルミニウム合金膜のうちの１種を材料として含む
ことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項２０】前記第２の導電膜が、チタン／窒化チ
タン積層膜、タングステン膜、タングステンシリサイド
膜、モリブデン膜、モリブデンシリサイド膜、多結晶シ
リコン膜、アモルファスシリコン膜、ゲルマニウム膜の
うちの１種を材料として含み、前記第３の導電膜が、タングステン膜、アルミニウム
膜、アルミニウム合金膜のうちの１種を材料として含む
ことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項２１】前記絶縁膜上に形成され、前記第２の
導電膜に接続された第３の導電膜を更に有することを特
徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項２２】前記第２の絶縁膜上に形成され、前記
第３の導電膜に接続された第４の導電膜を更に有するこ
とを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。