JPH1126577A - 配線間コンタクトおよびその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】開口するコンタクトホールの深さが異なるコン
タクトホールを形成する場合にも、信頼性を確保した配
線間コンタクトを提供する。 【解決手段】基板１０上に形成されたＡｌを含有する第
１配線３０と、第１配線３０を被覆する第１絶縁膜２０
と、第１絶縁膜２０を被覆し、第１絶縁膜２０と異なる
エッチングレートを有する第２絶縁膜２１と、第２絶縁
膜２１の上層に形成された第２配線３６と、第１絶縁膜
２０および第２絶縁膜２１を貫通するコンタクトホール
ＣＨを埋め込んで第１配線３０と第２配線３６を接続す
るプラグ３５とを有する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は配線間コンタクトお
よびその製造方法に関し、特に多層配線構造を有する配
線間のコンタクトに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＶＬＳＩ等に見られるように半導
体装置の高集積化及び高性能化が進展するに伴い、半導
体装置の微細加工が必須の条件となってきている。半導
体装置を微細に加工するために、例えばトランジスタの
ゲート電極のゲート幅やＤＲＡＭなどでのキャパシタの
占有面積を狭める一方で、配線部も同様に、多層配線構
造とするなど、微細に加工することが必要になってきて
いる。

【０００３】上記の多層配線構造の配線部として、従来
方法により形成したアルミニウム配線間のコンタクト
（ビアコンタクト；via contact ）について、図５によ
り説明する。図５においては、図面上右側と左側にそれ
ぞれコンタクトが形成されており、ここではまず図面上
右側に示すコンタクトについて説明する。シリコン半導
体基板などの基板１０上に、例えばＡｌＣｕからなる第
１配線３０が形成されており、その上層に、例えばＴｉ
からなる第１バリアメタル３１、ＴｉＮからなる第２バ
リアメタル３２、およびＴｉからなる第３バリアメタル
３３の積層体である積層バリアメタルＢＭが形成されて
いる。

【０００４】上記のバリアメタルＢＭ付きの第１配線３
０を被覆して層間絶縁膜２１が形成されており、層間絶
縁膜２１の上面から第２バリアメタル３２に達するコン
タクトホールＣＨが開口されている。コンタクトホール
ＣＨの内壁を被覆して、例えばＴｉＮからなる密着層３
４ａが形成されており、その内側に例えばＷからなるプ
ラグ３５が形成されている。プラグ３５に接続して、例
えばＡｌからなる第２配線３６が形成されている。これ
により、積層バリアメタルＢＭ、プラグ３５などを介し
て、第１配線３０と第２配線３６が接続している。

【０００５】上記の多層配線構造を有する配線部の形成
方法について説明する。まず、図６（ａ）に示すよう
に、シリコン半導体基板などの基板１０上に、例えばス
パッタリング法によりＡｌＣｕを堆積させ、さらにその
上層に例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｔｉを順に堆積させ、これ
らの積層体をパターニングすることにより、Ｔｉからな
る第１バリアメタル３１、ＴｉＮからなる第２バリアメ
タル３２、およびＴｉからなる第３バリアメタル３３の
積層体である積層バリアメタルＢＭ付きのＡｌＣｕから
なる第１配線３０を形成する。

【０００６】次に、例えばＣＶＤ法により酸化シリコン
をこれらの第１配線を被覆して全面に堆積させて、層間
絶縁膜２１を形成する。層間絶縁膜２１の上層にレジス
ト膜Ｒを形成し、コンタクトホールＣＨの開口パターン
にパターニングする。

【０００７】ここで、層間絶縁膜２１は、その膜厚にウ
ェハ内でのばらつきがあり、厚い領域と薄い領域が発生
する。図６（ａ）においては、図面上右側に、層間絶縁
膜２１の膜厚が厚い領域に形成するコンタクトについて
示し、図面上左側に、層間絶縁膜２１の膜厚が薄い領域
に形成するコンタクトについて示す。以降の説明におい
ては、図面上右側にある層間絶縁膜２１の膜厚が厚い領
域に形成するコンタクトについて説明する。

【０００８】次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト
膜Ｒをマスクとして、層間絶縁膜２１を貫通し、第２バ
リアメタル３２で停止するＲＩＥ（反応性イオンエッチ
ング）などのエッチングを施し、第２バリアメタル３２
の途中まで開口するコンタクトホールＣＨを開口する。

【０００９】次に、例えばスパッタリング法によりコン
タクトホールＣＨの内壁を被覆して全面にＴｉＮを堆積
させ、密着層３４ａを形成する。次に例えばＣＶＤ法に
よりコンタクトホールＣＨ内の密着層３４ａの内側を埋
め込んで全面にＷを堆積させ（ブランケットタングステ
ン膜の形成）、全面にＲＩＥなどのエッチングなどによ
り全面にエッチバックして、コンタクトホールの外部に
堆積させたＷを除去し、プラグ３５を形成する。次に、
例えばスパッタリング法により全面にＡｌを堆積させ、
パターニングして第２配線３６を形成する。以上で、図
５に示す積層バリアメタルＢＭ、プラグ３５などを介し
て、第１配線３０と第２配線３６が接続している配線間
コンタクト構造に至る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
配線間コンタクト構造の形成方法においては、層間絶縁
膜２１の膜厚にウェハ内でのばらつきがあることや、第
１配線などの構造的な問題から、層間絶縁膜に厚い領域
と薄い領域が発生することとなり、これに起因して、以
下に説明するように配線間コンタクトの形成工程におい
て不具合が生じやすくなっている。

【００１１】図６（ａ）の図面上左側の領域において
も、右側の領域と同様、基板１０上に、Ｔｉからなる第
１バリアメタル３１、ＴｉＮからなる第２バリアメタル
３２、およびＴｉからなる第３バリアメタル３３の積層
体である積層バリアメタルＢＭ付きのＡｌＣｕからなる
第１配線３０が形成する。その上層に、層間絶縁膜２１
を形成するが、ウェハ内の膜厚のばらつきや、第１配線
などの構造的な問題に起因して、図面上右側の領域より
も薄膜の層間絶縁膜２１となっている。これにより、図
面上右側の領域よりも左側の領域の方が層間絶縁膜表面
からバリアメタルＢＭまでの距離が短くなっている。層
間絶縁膜２１の上層にレジスト膜Ｒを形成し、コンタク
トホールＣＨの開口パターンにパターニングする。

【００１２】次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト
膜Ｒをマスクとして、ＲＩＥなどのエッチングを施し、
コンタクトホールＣＨを開口する。このとき、図面上右
側の領域では、開口部が層間絶縁膜２１を貫通し、第２
バリアメタル３２に到達したところでエッチングを停止
するが、図面上右側の領域よりも左側の領域の方が層間
絶縁膜表面からバリアメタルＢＭまでの距離が短くなっ
ていることから、右側の領域で十分コンタクトホールを
開口するまでエッチングすると、左側の領域では第２バ
リアメタル３２でエッチングが停止せず、第１バリアメ
タル３１を貫通して第１配線３０に到達してしまう。従
って、コンタクトホールＣＨ底部に第１配線３０が露出
することとなる。

【００１３】次に、図５に示すように、例えばスパッタ
リング法によりコンタクトホールＣＨの内壁を被覆して
全面にＴｉＮを堆積させ、密着層３４ａを形成するが、
このときＡｌＣｕからなる第１配線３０が露出している
ことから、密着層３４ａ中のＮと第１配線３０中のＡｌ
が反応してＡｌＮが形成され、その界面近傍に絶縁体層
２２が形成されてしまう。このように絶縁体層２２が形
成されると、コンタクト抵抗が上昇し、配線間コンタク
トの信頼性が低下してしまう。

【００１４】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、従って、本発明の目的は、第１配線の上層の
層間絶縁膜に膜厚が異なり、開口するコンタクトホール
の深さが異なるコンタクトホールを形成する場合にも、
コンタクトホールが第１配線上のバリアメタルを貫通せ
ず、ＡｌＮなどの予期せぬ絶縁体層が形成されてコンタ
クト抵抗が上昇することがなく、信頼性を確保した配線
間コンタクトおよびその形成方法を提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の配線間コンタクトは、基板上に形成された
Ａｌを含有する第１配線と、該第１配線を被覆する第１
絶縁膜と、該第１絶縁膜を被覆し、前記第１絶縁膜と異
なるエッチングレートを有する第２絶縁膜と、該第２絶
縁膜の上層に形成された第２配線と、前記第１絶縁膜お
よび前記第２絶縁膜を貫通するコンタクトホールを埋め
込んで前記第１配線と前記第２配線を接続するプラグと
を有する。

【００１６】上記の本発明の配線間コンタクトは、基板
上のＡｌを含有する第１配線と、第１配線を被覆する第
１絶縁膜および第２絶縁膜の上層の第２配線とを、第１
絶縁膜および第２絶縁膜を貫通するコンタクトホールを
埋め込むプラグで接続した配線間コンタクトである。第
１絶縁膜および第２絶縁膜は、互いに異なるエッチング
レートを有する。

【００１７】上記の本発明の配線間コンタクトによれ
ば、第１絶縁膜および第２絶縁膜は、互いに異なるエッ
チングレートを有することから、コンタクトホールを開
口するときに第２絶縁膜を早く、第１絶縁膜を遅く、あ
るいは実質的にエッチングしない条件でエッチングをす
ることが可能となり、第１配線の上層の絶縁膜の膜厚が
異なり、開口するコンタクトホールの深さが異なるコン
タクトホールを形成する場合でも、その開口途中で、例
えば第１絶縁膜と第２絶縁膜の界面近傍において、開口
部の深さを揃えることが可能となる。これにより、一度
開口途中で深さを揃えてから改めて第１絶縁膜まで貫通
するコンタクトホールを開口することにより、第１配線
や第１配線の上層に形成するバリアメタル層などをオー
バーエッチングすることを避けることが可能となり、Ａ
ｌＮなどの予期せぬ絶縁体層が形成されてコンタクト抵
抗が上昇することがなく、信頼性を確保した配線間コン
タクトとすることができる。

【００１８】上記の本発明の配線間コンタクトは、好適
には、前記第１配線の少なくとも前記プラグ側の表面に
バリアメタル層を有する。バリアメタル層は、バリアメ
タル層を挟む層、例えば、第１配線とプラグなどの合金
化反応を抑えることができ、コンタクトの破壊を抑制す
ることができる。また、バリアメタル層の膜厚を制御す
ることにより、コンタクトホールが第１配線にまで達し
てしまうことも抑制可能である。

【００１９】上記の本発明の配線間コンタクトは、好適
には、前記プラグの少なくとも前記第１配線側の表面に
密着層を有する。これにより、Ｗなどの密着性に限界が
ある配線材料を使用することができる。

【００２０】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の配線間コンタクトは、基板上に形成されたＡｌを含
有する第１配線と、該第１配線の少なくとも上面を被覆
するバリアメタル層と、該バリアメタル層を被覆し、前
記バリアメタル層と異なるエッチングレートを有する第
１絶縁膜と、該第１絶縁膜の上層に形成された第２配線
と、前記第１絶縁膜を貫通するコンタクトホールを埋め
込んで前記第１配線と前記第２配線を接続するプラグと
を有する。

【００２１】上記の本発明の配線間コンタクトは、基板
上に形成されバリアメタル層で表面を被覆したＡｌを含
有する第１配線と、第１配線を被覆する第１絶縁膜の上
層の第２配線とを、第１絶縁膜を貫通するコンタクトホ
ールを埋め込むプラグで接続した配線間コンタクトであ
る。第１絶縁膜およびバリアメタル層は、互いに異なる
エッチングレートを有する。

【００２２】上記の本発明の配線間コンタクトによれ
ば、第１絶縁膜およびバリアメタル層は、互いに異なる
エッチングレートを有することから、コンタクトホール
を開口するときに第１絶縁膜を早く、バリアメタル層を
遅く、あるいは実質的にエッチングしない条件でエッチ
ングをすることが可能となり、第１配線の上層の絶縁膜
の膜厚が異なり、開口するコンタクトホールの深さが異
なるコンタクトホールを形成する場合でも、第１配線の
上層の絶縁膜の膜厚が薄い領域において、絶縁膜が厚い
領域よりも早くコンタクトホールがバリアメタル層に達
してしまっても、バリアメタル層のエッチング速度が遅
い、あるいは実質的にエッチングしないよういにするこ
とが可能となり、これにより、第１配線を露出させるま
でオーバーエッチングすることを避けることが可能とな
り、ＡｌＮなどの予期せぬ絶縁体層が形成されてコンタ
クト抵抗が上昇することがなく、信頼性を確保した配線
間コンタクトとすることができる。

【００２３】上記の本発明の配線間コンタクトは、好適
には、前記バリアメタル層が、導電性材料の積層体によ
り形成されている。これにより、積層体を構成する各層
のそれぞれに機能を有せしめる構造とすることが可能で
あり、例えば、エッチングレートを遅くするなどの制御
をするのに寄与する層、合金化反応を抑制する層などで
ある。

【００２４】上記の本発明の配線間コンタクトは、好適
には、前記バリアメタル層を形成する導電性材料の積層
体が、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層の
５層の積層体である。これにより、ＴｉＮ層はエッチン
グレートを遅く制御することができ、また、Ｔｉ層は配
線材料に使用するＡｌなどと反応するのを抑制するバリ
アメタル層として機能することができる。

【００２５】上記の本発明の配線間コンタクトは、好適
には、前記第１絶縁膜が、エッチングレートの異なる絶
縁膜の積層体により形成されている。これにより、コン
タクトホールを開口する途中までを早く、以降を遅くエ
ッチングするような絶縁膜材料およびエッチング条件と
することができ、開口の途中で開口部の深さを揃えるこ
とが可能となり、第１配線や第１配線の上層に形成する
バリアメタル層などをオーバーエッチングすることを避
けることが可能となり、さらに信頼性を確保した配線間
コンタクトとすることができる。

【００２６】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の配線間コンタクトの形成方法は、基板上にＡｌを含
有する第１配線を形成する工程と、前記第１配線を被覆
する第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜を被
覆し、前記第１絶縁膜と異なるエッチングレートを有す
る第２絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜に対し
て選択比を有して前記第２絶縁膜をエッチングするエッ
チング条件で前記第２絶縁膜を貫通して前記第１絶縁膜
に達するコンタクトホールを開口する第１エッチング工
程と、前記第１絶縁膜を貫通するように前記コンタクト
ホールを深くする第２エッチング工程と、前記コンタク
トホールを導電体で埋め込んで前記第１配線に接続する
プラグを形成する工程と、前記第２絶縁膜の上層に前記
プラグに接続する第２配線を形成する工程とを有する。

【００２７】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法は、基板上にＡｌを含有する第１配線を形成し、第１
配線を被覆する第１絶縁膜を形成し、第１絶縁膜を被覆
し、第１絶縁膜と異なるエッチングレートを有する第２
絶縁膜を形成する。次に、第１絶縁膜に対して選択比を
有して第２絶縁膜をエッチングするエッチング条件で第
２絶縁膜を貫通して第１絶縁膜に達するコンタクトホー
ルを開口し、第１絶縁膜を貫通するようにコンタクトホ
ールを深くして形成し、コンタクトホールを導電体で埋
め込んで第１配線に接続するプラグを形成し、第２絶縁
膜の上層にプラグに接続する第２配線を形成する。

【００２８】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法によれば、第２絶縁膜を、第１絶縁膜とエッチングレ
ートが異なるように形成することから、第１絶縁膜に対
して選択比を有して第２絶縁膜をエッチングするエッチ
ング条件で第２絶縁膜を貫通して第１絶縁膜に達するコ
ンタクトホールを開口することが可能となり、続いて第
１絶縁膜を貫通するようにコンタクトホールを深くする
ことができる。これにより、第１配線の上層の絶縁膜の
膜厚が異なり、開口するコンタクトホールの深さが異な
るコンタクトホールを形成する場合でも、その開口途中
で、例えば第１絶縁膜と第２絶縁膜の界面近傍におい
て、開口部の深さを揃えることが可能となる。これによ
り、一度開口途中で深さを揃えてから改めて第１絶縁膜
まで貫通するコンタクトホールを開口することにより、
第１配線や第１配線の上層に形成するバリアメタル層な
どをオーバーエッチングすることを避けることが可能と
なり、ＡｌＮなどの予期せぬ絶縁体層が形成されてコン
タクト抵抗が上昇することがなく、信頼性を確保した配
線間コンタクトを形成することができる。

【００２９】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法は、好適には、前記第１配線を形成する工程の後、前
記第１絶縁膜を形成する工程の前に、前記第１配線の上
層表面にバリアメタル層を形成する工程をさらに有す
る。バリアメタル層は、バリアメタル層を挟む層、例え
ば、第１配線とプラグなどの合金化反応を抑えることが
でき、コンタクトの破壊を抑制することができる。ま
た、バリアメタル層の膜厚を制御することにより、コン
タクトホールが第１配線にまで達してしまうことも抑制
可能である。

【００３０】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法は、好適には、前記第２エッチング工程の後、前記プ
ラグの形成工程の前に、前記コンタクトホールの内壁を
被覆する密着層を形成する工程をさらに有する。これに
より、Ｗなどの密着性に限界がある配線材料を使用する
ことができる。

【００３１】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の配線間コンタクトの形成方法は、基板上にＡｌを含
有する第１配線を形成する工程と、前記第１配線の上面
を被覆するバリアメタル層を形成する工程と、前記バリ
アメタル層を被覆し、前記バリアメタル層と異なるエッ
チングレートを有する第１絶縁膜を形成する工程と、前
記バリアメタル層に対して選択比を有して前記第１絶縁
膜をエッチングするエッチング条件で前記第１絶縁膜を
貫通して前記バリアメタル層に達するコンタクトホール
を開口するエッチング工程と、前記コンタクトホールを
導電体で埋め込んで前記第１配線に接続するプラグを形
成する工程と、前記第１絶縁膜の上層に前記プラグに接
続する第２配線を形成する工程とを有する。

【００３２】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法は、基板上にＡｌを含有する第１配線を形成し、第１
配線の上面を被覆するバリアメタル層を形成し、バリア
メタル層を被覆し、バリアメタル層と異なるエッチング
レートを有する第１絶縁膜を形成する。次に、バリアメ
タル層に対して選択比を有して第１絶縁膜をエッチング
するエッチング条件で第１絶縁膜を貫通してバリアメタ
ル層に達するコンタクトホールを開口し、コンタクトホ
ールを導電体で埋め込んで第１配線に接続するプラグを
形成し、第１絶縁膜の上層にプラグに接続する第２配線
を形成する。

【００３３】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法によれば、第１絶縁膜を、バリアメタル層とエッチン
グレートが異なるように形成することから、バリアメタ
ル層に対して選択比を有して第１絶縁膜をエッチングす
るエッチング条件で第１絶縁膜を貫通してバリアメタル
層に達するコンタクトホールを開口することが可能とな
る。これにより、第１配線を露出させるまでオーバーエ
ッチングすることを避けることが可能となり、ＡｌＮな
どの予期せぬ絶縁体層が形成されてコンタクト抵抗が上
昇することがなく、信頼性を確保した配線間コンタクト
を形成することができる。

【００３４】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法は、好適には、前記バリアメタル層を形成する工程
が、導電性材料の積層体により形成する工程である。こ
れにより、積層体を構成する各層のそれぞれに機能を有
せしめる構造とすることが可能であり、例えば、エッチ
ングレートを遅くするなどの制御をするのに寄与する
層、合金化反応を抑制する層などとして形成することが
できる。

【００３５】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法は、好適には、前記バリアメタル層を形成する工程
が、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層の５
層の積層体により形成する工程である。これにより、Ｔ
ｉＮ層はエッチングレートを遅く制御することができ、
また、Ｔｉ層は配線材料に使用するＡｌなどと反応する
のを抑制するバリアメタル層として機能する層として形
成することができる。

【００３６】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法は、好適には、前記第１絶縁膜を形成する工程が、エ
ッチングレートの異なる絶縁膜の積層体を形成する工程
である。これにより、コンタクトホールを開口する途中
までを早く、以降を遅くエッチングするような絶縁膜材
料およびエッチング条件とすることができ、開口の途中
で開口部の深さを揃えることが可能となり、第１配線や
第１配線の上層に形成するバリアメタル層などをオーバ
ーエッチングすることを避けることが可能となり、さら
に信頼性を確保した配線間コンタクトを形成することが
できる。

【００３７】

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

【００３８】第１実施形態 本実施形態の配線間コンタクトの断面図を図１に示す。
図１においては、図面上右側と左側にそれぞれコンタク
トが形成されている。シリコン半導体基板などの基板１
０上に、例えばＡｌＣｕからなる第１配線３０が形成さ
れており、その上層に、例えばＴｉからなる第１バリア
メタル３１、ＴｉＮからなる第２バリアメタル３２、お
よびＴｉからなる第３バリアメタル３３の積層体である
積層バリアメタルＢＭが形成されている。

【００３９】上記のバリアメタルＢＭ付きの第１配線３
０を被覆して例えば窒化シリコン、あるいはＳｉＯＦな
どからなる第１絶縁膜２０が形成されており、その上層
に例えば酸化シリコンからなる第２絶縁膜２１が形成さ
れている。第１絶縁膜２０と第２絶縁膜は、互いにエッ
チングレートの異なる材料により形成されている。ここ
で、図面上右側のコンタクトと左側のコンタクトでは、
第２絶縁膜２１の膜厚にウェハ内でのばらつきがあるこ
とや、第１配線などの構造的な問題から、第２絶縁膜の
膜厚が異なり、右側のコンタクトにおける第２絶縁膜の
ほうが厚く形成されている。

【００４０】また、第２絶縁膜２１および第１絶縁膜２
０を貫通して第２バリアメタル３２に達するコンタクト
ホールＣＨが開口されている。コンタクトホールＣＨの
内壁を被覆して、例えばＴｉＮからなる密着層３４ａが
形成されており、その内側に例えばＷからなるプラグ３
５が形成されている。プラグ３５に接続して、例えばＡ
ｌからなる第２配線３６が形成されている。これによ
り、積層バリアメタルＢＭ、プラグ３５などを介して、
第１配線３０と第２配線３６が接続している。

【００４１】上記の配線間コンタクトは、第１配線の上
層の層間絶縁膜に膜厚が異なり、開口するコンタクトホ
ールの深さが異なっているが、コンタクトホールが第１
配線上のバリアメタルを貫通しておらず、ＡｌＮなどの
予期せぬ絶縁体層が形成されてコンタクト抵抗が上昇す
ることがなく、信頼性を確保した配線間コンタクトであ
る。

【００４２】かかる構造の配線間コンタクトの形成方法
について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、シ
リコン半導体基板などの基板１０上に、例えばスパッタ
リング法によりＡｌＣｕを堆積させ、さらにその上層に
例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｔｉを順に堆積させ、これらの積
層体をパターニングすることにより、Ｔｉからなる第１
バリアメタル３１、ＴｉＮからなる第２バリアメタル３
２、およびＴｉからなる第３バリアメタル３３の積層体
である積層バリアメタルＢＭ付きのＡｌＣｕからなる第
１配線３０を形成する。

【００４３】次に、例えばＣＶＤ法により窒化シリコ
ン、あるいはＳｉＯＦなどをこれらの第１配線を被覆し
て全面に堆積させて、第１絶縁膜２０を形成する。第１
絶縁膜２０の上層に、例えばＣＶＤ法により酸化シリコ
ンを全面に堆積させて、第２絶縁膜２１を形成する。こ
こで、第１絶縁膜２０と第２絶縁膜は、互いにエッチン
グレートの異なる材料により形成する。このとき、図面
上右側のコンタクトと左側のコンタクトでは、第２絶縁
膜２１の膜厚にウェハ内でのばらつきがあることや、第
１配線などの構造的な問題から、第２絶縁膜２１の膜厚
が異なり、右側のコンタクトにおける第２絶縁膜２１の
ほうが厚く形成される。次に、第２絶縁膜２１の上層に
レジスト膜Ｒを形成し、コンタクトホールＣＨの開口パ
ターンにパターニングする。

【００４４】次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト
膜Ｒをマスクとして、第２絶縁膜２１を貫通し、第１絶
縁膜２０で停止するＲＩＥ（反応性イオンエッチング）
などのエッチングを施し、コンタクトホールＣＨを開口
する。ここで、第２絶縁膜２１のエッチングレートが早
く、第１絶縁膜２０のエッチングレートが遅い、あるい
は実質的にエッチングしない条件でエッチングすること
により、コンタクトホールが第１絶縁膜２０の達したこ
とろでエッチングを停止することができ、図面上右側と
左側のコンタクトで第２絶縁膜２１の膜厚が異なってい
るが、コンタクトホールの開口の途中で開口部の深さを
揃えることが可能である。

【００４５】次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト
膜Ｒをマスクとして、第１絶縁膜２０を貫通し、バリア
メタルＢＭで停止するＲＩＥなどのエッチングを施し、
第１配線３０に接続可能なコンタクトホールＣＨを開口
する。例えば、バリアメタルＢＭ中の第２バリアメタル
３２でエッチングを停止させる。この後、レジスト膜Ｒ
を除去する。

【００４６】次に、図３（ｄ）に示すように、例えばス
パッタリング法によりコンタクトホールＣＨの内壁を被
覆して全面にＴｉＮを堆積させ、密着層３４を形成す
る。

【００４７】次に、例えばＣＶＤ法によりコンタクトホ
ールＣＨ内の密着層３４の内側を埋め込んで全面にＷを
堆積させ（ブランケットタングステン膜の形成）、全面
にＲＩＥなどのエッチングなどにより全面にエッチバッ
クして、コンタクトホールの外部に堆積させたＷおよび
密着層３４を除去し、プラグ３５を形成する。次に、例
えばスパッタリング法により全面にＡｌを堆積させ、パ
ターニングして第２配線３６を形成する。以上で、図１
に示す積層バリアメタルＢＭ、プラグ３５などを介し
て、第１配線３０と第２配線３６が接続している配線間
コンタクトを形成する。

【００４８】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法によれば、第１配線の上層の絶縁膜の膜厚が異なり、
開口するコンタクトホールの深さが異なるコンタクトホ
ールを形成する場合でも、その開口途中で、例えば第１
絶縁膜と第２絶縁膜の界面近傍において、開口部の深さ
を揃えることが可能であり、第１配線や第１配線の上層
に形成するバリアメタル層などをオーバーエッチングす
ることを避けることが可能であるので、ＡｌＮなどの予
期せぬ絶縁体層が形成されてコンタクト抵抗が上昇する
ことがなく、信頼性を確保した配線間コンタクトを形成
することができる。

【００４９】第２実施形態 本実施形態の配線間コンタクトの断面図を図４に示す。
シリコン半導体基板などの基板１０上に、例えばＡｌＣ
ｕからなる第１配線３０が形成されており、その上層
に、例えばＴｉからなる第１バリアメタル３１、ＴｉＮ
からなる第２バリアメタル３２、Ｔｉからなる第３バリ
アメタル３３と、さらに第１バリアメタル３１と第２バ
リアメタル３２の間に、Ｔｉからなり、エッチングスト
ッパとする第４バリアメタル３７、およびＴｉＮからな
る第５バリアメタル３８の積層体である積層バリアメタ
ルＢＭが形成されている。

【００５０】上記のバリアメタルＢＭ付きの第１配線３
０は、これを被覆して絶縁膜を形成して、第１配線に接
続するコンタクトホールを開口し、コンタクトホール内
を導電体で埋め込んでプラグを形成し、その上層に第２
配線を形成し、配線間コンタクトとすることができる。

【００５１】ここで、第１絶縁膜の膜厚にウェハ内での
ばらつきがあることや、第１配線などの構造的な問題か
ら、第１配線を被覆する絶縁膜の膜厚が異なっている場
合でも、コンタクトホールが第１配線上のバリアメタル
を貫通せずに、ＡｌＮなどの予期せぬ絶縁体層が形成さ
れてコンタクト抵抗が上昇することがなく、信頼性を確
保した配線間コンタクトとすることができる。

【００５２】ＴｉＮなどからなる第２バリアメタル３２
はＡｌＣｕなどからなる第１配線と上層に形成するプラ
グとの合金化反応を抑制する機能を有する他に、第１配
線の配線パターニングにおけるフォトリソグラフィーの
反射防止膜として機能する。これは、ＡｌＣｕ膜上に直
接レジスト膜を形成するとＡｌ（金属）からの光の反射
によりパターンが崩れるという問題を避けるためであ
る。また、第２バリアメタル３２と第１配線３０との反
応を防止するために、両層の間にＴｉからなる第１バリ
アメタルを形成する。さらに、第２バリアメタル３２の
上層のＴｉなどからなる第３バリアメタル３３は、スパ
ッタリング装置のターゲット表面上のクリーニングを行
う目的で、Ｔｉなどからなる第３バリアメタル３３が必
然的に形成される膜である。

【００５３】ここで、第２バリアメタル３２は、反射防
止の効果を得るために、膜厚は１００ｎｍ前後で形成す
る必要があり、さらに第３バリアメタル３３は、膜厚を
厚くしすぎるとここからの光の反射を起こしてしまう。
これらの問題を解決するために、エッチング工程におけ
るストッパーとしての膜厚を厚くするためには第２バリ
アメタル３２の下層に、例えばＴｉなどからなる第４バ
リアメタル４７を形成する。この場合、第４バリアメタ
ル３７のＴｉと第１配線３０のＡｌＣｕとの反応を防止
するために、さらにＴｉＮなどからなる第５バリアメタ
ル３８を形成することが必要となり、さらにＴｉなどか
らなる第１バリアメタル３１が第５バリアメタル３８と
第１配線３０との反応を防止している。このように、バ
リアメタルＢＭを５層の積層構造とすることにより、コ
ンタクトホールの第１配線上のバリアメタルの貫通を防
止することができる。

【００５４】かかる構造の配線間コンタクトの形成方法
について説明する。まず、シリコン半導体基板などの基
板１０上に、例えばスパッタリング法によりＡｌＣｕを
堆積させ、さらにその上層に例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｔ
ｉ、ＴｉＮ、およびＴｉを順に堆積させ、これらの積層
体をパターニングすることにより、Ｔｉからなる第１バ
リアメタル３１、ＴｉＮからなる第２バリアメタル３
２、Ｔｉからなる第３バリアメタル３３、Ｔｉからなる
第４バリアメタル３７、およびＴｉＮからなる第５バリ
アメタル３８の積層体である積層バリアメタルＢＭ付き
のＡｌＣｕからなる第１配線３０を形成する。

【００５５】以降の工程としては、第１実施形態と同様
にして、例えばＣＶＤ法により酸化シリコンを全面に堆
積させて、絶縁膜２１を形成し、コンタクトホールＣＨ
を開口してコンタクトホールＣＨの内壁を被覆して全面
にＴｉＮを堆積させ、密着層を形成し、さらにコンタク
トホール内を埋め込んでプラグ３５を形成し、その上層
に第２配線を形成する。以上で、積層バリアメタルＢ
Ｍ、プラグなどを介して、第１配線と第２配線が接続し
ている配線間コンタクトを形成する。

【００５６】上記の本発明の配線間コンタクトの形成方
法によれば、第１配線の上層の絶縁膜の膜厚が異なり、
開口するコンタクトホールの深さが異なるコンタクトホ
ールを形成する場合でも、バリアメタルの構造を多層の
積層構造とすることでエッチングレートの差を発生さ
せ、これによりバリアメタル中でエッチングを停止さ
せ、バリアメタルをコンタクトホールが突き抜けてしま
うのを防止することができ、ＡｌＮなどの予期せぬ絶縁
体層が形成されてコンタクト抵抗が上昇することがな
く、信頼性を確保した配線間コンタクトを形成すること
ができる。

【００５７】本発明は、ＤＲＡＭなどのＭＯＳトランジ
スタ系の半導体装置や、バイポーラ系の半導体装置、あ
るいはＡ／Ｄコンバータなど、配線間コンタクトを有す
る半導体装置であればなんでも適用できる。装置の微細
化、縮小化、小型化が進められた半導体装置に、信頼性
の高い配線間コンタクトを提供することができる。

【００５８】本発明は、上記の実施の形態に限定されな
い。例えば、第１実施形態において、第１絶縁膜、第２
絶縁膜はそれぞれ単層構造としているが、２層以上の多
層としてもよい。また、第１配線、第２配線も多層構造
としてもよい。さらに、第１実施形態においても、第２
実施形態と同様にバリアメタルを５層構造などの多層構
造とすることでさらにバリアメタルをコンタクトホール
が突き抜けてしまうのを防止することができる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行う
ことができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明の配線間コンタクトによれば、第
１配線の上層の層間絶縁膜に膜厚が異なり、開口するコ
ンタクトホールの深さが異なるコンタクトホールを形成
する場合にも、コンタクトホールが第１配線上のバリア
メタルを貫通せず、ＡｌＮなどの予期せぬ絶縁体層が形
成されてコンタクト抵抗が上昇することがなく、信頼性
を確保することができる。

【００６０】また、本発明の配線間コンタクトの形成方
法によれば、第１配線の上層の層間絶縁膜に膜厚が異な
り、開口するコンタクトホールの深さが異なるコンタク
トホールを形成する場合にも、コンタクトホールが第１
配線上のバリアメタルを貫通せず、ＡｌＮなどの予期せ
ぬ絶縁体層が形成されてコンタクト抵抗が上昇すること
がなく、信頼性を確保することができる本発明の配線間
コンタクトを容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施形態にかかる配線間コ
ンタクトの断面図である。

【図２】図２は本発明の第１実施形態にかかる配線間コ
ンタクトの形成方法の形成工程を示す断面図であり、
（ａ）レジスト膜の形成工程まで、（ｂ）は第１絶縁膜
に達するコンタクトホールの開口工程までを示す。

【図３】図３は図２の続きの工程を示し、（ｃ）は第２
バリアメタルに達するコンタクトホールの開口工程ま
で、（ｄ）は密着層の形成工程までを示す。

【図４】図４は本発明の第２実施形態にかかる配線間コ
ンタクトの断面図である。

【図５】図５は従来例の配線間コンタクトの断面図であ
る。

【図６】図６は従来例の配線間コンタクトの形成方法の
形成工程を示す断面図であり、（ａ）レジスト膜の形成
工程まで、（ｂ）はコンタクトホールの開口工程までを
示す。

【符号の説明】

１０…基板、２０…第１絶縁膜、２１…第２絶縁膜、２
２…絶縁体層、３０…第１配線、３１…第１バリアメタ
ル、３２…第２バリアメタル、３３…第３バリアメタ
ル、３４、３４ａ…密着層、３５…プラグ、３６…第２
配線、３７…第４バリアメタル、３８…第５バリアメタ
ル、ＢＭ…積層バリアメタル、ＣＨ…コンタクトホー
ル。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成されたＡｌを含有する第１配
   線と、 該第１配線を被覆する第１絶縁膜と、 該第１絶縁膜を被覆し、前記第１絶縁膜と異なるエッチ
   ングレートを有する第２絶縁膜と、 該第２絶縁膜の上層に形成された第２配線と、 前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜を貫通するコンタ
   クトホールを埋め込んで前記第１配線と前記第２配線を
   接続するプラグとを有する配線間コンタクト。
2. 【請求項２】前記第１配線の少なくとも前記プラグ側の
   表面にバリアメタル層を有する請求項１記載の配線間コ
   ンタクト。
3. 【請求項３】前記プラグの少なくとも前記第１配線側の
   表面に密着層を有する請求項１記載の配線間コンタク
   ト。
4. 【請求項４】基板上に形成されたＡｌを含有する第１配
   線と、 該第１配線の少なくとも上面を被覆するバリアメタル層
   と、 該バリアメタル層を被覆し、前記バリアメタル層と異な
   るエッチングレートを有する第１絶縁膜と、 該第１絶縁膜の上層に形成された第２配線と、 前記第１絶縁膜を貫通するコンタクトホールを埋め込ん
   で前記第１配線と前記第２配線を接続するプラグとを有
   する配線間コンタクト。
5. 【請求項５】前記バリアメタル層が、導電性材料の積層
   体により形成されている請求項４記載の配線間コンタク
   ト。
6. 【請求項６】前記バリアメタル層を形成する導電性材料
   の積層体が、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔ
   ｉ層の５層の積層体である請求項５記載の配線間コンタ
   クト。
7. 【請求項７】前記第１絶縁膜が、エッチングレートの異
   なる絶縁膜の積層体により形成されている請求項４記載
   の配線間コンタクト。
8. 【請求項８】基板上にＡｌを含有する第１配線を形成す
   る工程と、 前記第１配線を被覆する第１絶縁膜を形成する工程と、 前記第１絶縁膜を被覆し、前記第１絶縁膜と異なるエッ
   チングレートを有する第２絶縁膜を形成する工程と、 前記第１絶縁膜に対して選択比を有して前記第２絶縁膜
   をエッチングするエッチング条件で前記第２絶縁膜を貫
   通して前記第１絶縁膜に達するコンタクトホールを開口
   する第１エッチング工程と、 前記第１絶縁膜を貫通するように前記コンタクトホール
   を深くする第２エッチング工程と、 前記コンタクトホールを導電体で埋め込んで前記第１配
   線に接続するプラグを形成する工程と、 前記第２絶縁膜の上層に前記プラグに接続する第２配線
   を形成する工程とを有する配線間コンタクトの形成方
   法。
9. 【請求項９】前記第１配線を形成する工程の後、前記第
   １絶縁膜を形成する工程の前に、前記第１配線の上層表
   面にバリアメタル層を形成する工程をさらに有する請求
   項８記載の配線間コンタクトの形成方法。
10. 【請求項１０】前記第２エッチング工程の後、前記プラ
    グの形成工程の前に、前記コンタクトホールの内壁を被
    覆する密着層を形成する工程をさらに有する請求項８記
    載の配線間コンタクトの形成方法。
11. 【請求項１１】基板上にＡｌを含有する第１配線を形成
    する工程と、 前記第１配線の上面を被覆するバリアメタル層を形成す
    る工程と、 前記バリアメタル層を被覆し、前記バリアメタル層と異
    なるエッチングレートを有する第１絶縁膜を形成する工
    程と、 前記バリアメタル層に対して選択比を有して前記第１絶
    縁膜をエッチングするエッチング条件で前記第１絶縁膜
    を貫通して前記バリアメタル層に達するコンタクトホー
    ルを開口するエッチング工程と、 前記コンタクトホールを導電体で埋め込んで前記第１配
    線に接続するプラグを形成する工程と、 前記第１絶縁膜の上層に前記プラグに接続する第２配線
    を形成する工程とを有する配線間コンタクトの形成方
    法。
12. 【請求項１２】前記バリアメタル層を形成する工程が、
    導電性材料の積層体により形成する工程である請求項１
    １記載の配線間コンタクトの形成方法。
13. 【請求項１３】前記バリアメタル層を形成する工程が、
    Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層、ＴｉＮ層、Ｔｉ層の５層の
    積層体により形成する工程である請求項１２記載の配線
    間コンタクト。
14. 【請求項１４】前記第１絶縁膜を形成する工程が、エッ
    チングレートの異なる絶縁膜の積層体を形成する工程で
    ある請求項１１記載の配線間コンタクト。