JPH11317407A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH11317407A
JPH11317407A JP12242398A JP12242398A JPH11317407A JP H11317407 A JPH11317407 A JP H11317407A JP 12242398 A JP12242398 A JP 12242398A JP 12242398 A JP12242398 A JP 12242398A JP H11317407 A JPH11317407 A JP H11317407A
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JP
Japan
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contact hole
layer
bpsg
semiconductor substrate
film
Prior art date
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Withdrawn
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JP12242398A
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English (en)
Inventor
Koji Kinashi
幸治 木梨
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の多層金属配線におけるタングス
テンプラグが抜けにくい半導体装置及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 半導体基板11上にノンドープのシリコ
ン酸化膜(NSG膜)12を形成した後、BPSG膜1
3を形成し、BPSG膜13よりもドーパント濃度が低
いBPSG膜14を形成する。次に、コンタクト孔15
を開孔すると、BPSG膜13,14のドーパント濃度
によるエッチング速度の違いによって異方性エッチング
が起こり、矩形のコンタクト孔15が形成され、その
後、コンタクト孔15内にタングステン膜16を成長さ
せ、次にタングステン膜15に化学機械研磨を施し、コ
ンタクト孔15に埋込むように平坦化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関し、特に、金属配線のコンタクト孔の形成
方法に関するものであり、DRAMなどのLSIに適用
される。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの微細化が進み、これに伴
って配線のコンタクト孔の開孔部の径も小さくなってき
ている。これによって従来用いられてきたスパッタ技術
による金属堆積法はステップカバレージ不良のため使用
できなくなり、代わってCVD法によるタングステン成
長法が開発されてきた。この方法は物理的なスパッタと
違い、金属膜上に選択的に成長するため、コンタクト孔
のような開孔部にも完全に埋め込むことができる。
【0003】しかし、タングステンをコンタクト孔の埋
設だけでなく、ウエハー全面に成膜し、パターニングす
ることによって配線として用いるブランケットータング
ステン配線は、アルミ配線に比べて抵抗率が高いため、
最近ではコンタクト孔の埋込部分だけにタングステンを
用い、配線部分にはアルミを用いたタングステンプラグ
法を用いるようになっている。これは選択的に、あるい
はバリア膜上に全面成膜したタングステンを、開孔部上
端で平坦になるように化学機械研磨により研磨して埋込
プラグを形成するものである。
【0004】以下、図3を用いて、従来の、タングステ
ンプラグの形成方法を説明する。図3(a)〜図3
(d)は従来の一方法を示す断面図である。
【0005】先ず、図3(a)に示すように、半導体基
板31上に形成したノンドープのシリコン酸化膜(NS
G膜)32を厚さ0.2μm程度に形成する。続いて、
ボロンホスホラスドープのシリコン酸化膜(BPSG
膜)33を0.7μm程度に形成する。この後、フォト
リソグラフィー工程、エッチング工程によってコンタク
ト孔34を開孔する。続いて、図3(b)に示すよう
に、タングステンをCVD法により成長させ、コンタク
ト部に埋設し、タングステンプラグ35を形成する。さ
らに、図3(c)に示すように、化学機械研磨を用い、
研磨布36によって表面を研磨する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記方法においては、
化学機械研磨によりタングステン膜を35を研磨した際
に、図3(d)に示すように、機械的な応力が働いてタ
ングステンプラグが抜け出てしまうといった問題が生じ
ていた。
【0007】そこで、本発明においては、タングステン
プラグが抜けることのない、信頼性の高い半導体装置及
びそ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】本発明の半導体装置の製
造方法は、素子が形成された半導体基板上に、BPSG
層を形成する工程において、当該BPSG層の表面近傍
の上層部が、前記半導体基板に近い下層部よりも低い不
純物濃度を有するBPSG層を形成する第1の工程と、
エッチングにより、前記BPSG層に、前記半導体基板
まで達するコンタクト孔を形成する第2の工程と、前記
第2の工程後、前記半導体基板上にタングステン膜を形
成する第3の工程と、前記タングステン膜を、平坦化す
る第4の工程とを備える。
【0009】本発明の半導体装置の製造方法は、別の観
点では、前記第1の工程前に、前記半導体基板上に、ノ
ンドープのSiO2 (NSG)膜を形成する工程を更に
含み、前記第1の工程で、少なくとも2層に分けて、そ
れぞれ互いに濃度の異なるBPSG層を順次形成する
際、前記コンタクト孔の開孔部に最も近いBPSG層の
濃度が、当該BPSG層に続くBPSG層の濃度よりも
高くなるように積層形成する工程を有する。
【0010】本発明の半導体装置の製造方法は、更に別
の観点では、前記第1の工程前に、前記半導体基板上
に、ノンドープのSiO2 (NSG)膜を形成する工程
を更に含み、前記第1の工程で、前記BPSG層に含ま
れる不純物濃度が、前記半導体基板から遠ざかるほど低
くなるような前記BPSG層を形成する工程を有する。
【0011】本発明の一態様においては、前記平坦化す
る第4の工程は、化学機械研摩もしくはエッチバックに
よる。
【0012】本発明の半導体装置は、素子が形成された
半導体基板上に、前記半導体基板まで達するコンタクト
孔が形成されたBPSG層と、前記コンタクト孔内に形
成され、前記コンタクト孔を介して、前記半導体基板と
接続しているタングステン膜とを備える半導体装置であ
って、前記コンタクト孔の開孔近傍の上部の径が、前記
半導体基板に近い下部の径よりも小さく、また、前記B
PSG層に含まれる不純物濃度が、前記コンタクト孔の
開孔に近い上層部よりも、前記半導体基板に近い下層部
の方が高い。
【0013】本発明の一態様においては、前記BPSG
層は、それぞれ互いに異なる濃度の不純物を含む少なく
とも2層のBPSG層から成り、各BPSG層ごとに、
前記コンタクト孔の径が異なり、最上層の前記BPSG
層に含まれる不純物濃度は、それよりも下層の前記BP
SG層に含まれる不純物濃度よりも低い積層構造の前記
BPSG層を有する。
【0014】本発明の一態様においては、前記コンタク
ト孔が、該コンタクト孔の径が開孔に近い上部ほど小さ
くなる逆テーパ形状であり、前記BPSG層に含まれる
不純物濃度が、前記コンタクト孔の開孔に近い上層部ほ
ど低い。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的ないくつか
の実施形態について、図面を参照して説明する。
【0016】(第1の実施形態)図1(a)〜図1
(d)は本発明の第1の実施形態の半導体装置を示す断
面図である。
【0017】先ず、図1(a)に示すように、半導体基
板11上にノンドープのシリコン酸化膜(NSG膜)1
2を厚さ0.2μm程度に形成する。続いて、第1のボ
ロンホスホラスドープのシリコン酸化膜(BPSG膜)
13を厚さ0.5μm程度に形成する。さらに、BPS
G膜13よりも、ドーパント濃度が低い第2のBPSG
膜14を厚さ0.2μm程度に形成する。
【0018】これらを形成した後、フォトリソグラフィ
ー工程、エッチング工程によってコンタクト孔を開孔す
る。この際、エッチング工程においては、異方性エッチ
ングの条件を用いることによって、図中BPSG膜1
3,14のドーパント濃度の違いによって生じるエッチ
ング速度の違いにより、開孔される孔径が変わり、矩形
のコンタクト孔15が形成される。これは、ドーパント
濃度が高いほどエッチングレートは速くなるからであ
る。
【0019】続いて、図1(b)に示すように、タング
ステンをCVD法により成長させ、コンタクト部に埋設
し、タングステンプラグ16を形成する。さらに、図1
(c)に示すように、化学機械研磨(CMP)を用い、
研磨布17によって表面を研磨する。この際に機械的応
力によってタングステンプラグが抜けそうになっても、
矩形のコンタクト孔15によって妨げられ、プラグの抜
けを防止でき、図1(d)に示すようなコンタクトプラ
グが形成できる。
【0020】(第2の実施形態)図2(a)〜図2
(d)は本発明の第2の実施形態の半導体装置を示す断
面図である。
【0021】先ず、図2(a)に示すように、半導体基
板21上にノンドープのシリコン酸化膜(NSG膜)2
2を厚さ0.2μm程度に形成する。続いて、ボロンホ
スホラスドープのシリコン酸化膜(BPSG膜)23
を、通常の常圧CVD装置にて、BPSG膜23に含ま
れる不純物濃度が、半導体基板21に近いほど高くなる
ように、膜厚方向にドーパント濃度を変化させて厚さ
0.7μm程度に形成する。
【0022】これらを形成した後、フォトリソグラフィ
ー工程、エッチング工程によってコンタクト孔24を開
孔する。この際、エッチング条件に異方性エッチングの
条件を用いることによって、BPSG膜のドーパント濃
度よって生じるエッチング速度の違いによって、図2
(a)中24で示すような逆テーパー形状のホールが形
成される。これは、ドーパント濃度が濃くなるほどエッ
チングレートが速くなるためである。
【0023】続いて、図2(b)に示すように、タング
ステンをCVD法により成長させ、コンタクト部に埋設
し、タングステンプラグ25を形成する。さらに、図2
(c)に示すように、化学機械研磨を用い、研磨布26
によって表面を研磨する。この際に機械的応力によって
タングステンプラグが抜けそうになっても、逆テーパー
形状のコンタクト孔25によって妨げられ、プラグの抜
けを防止でき、図2(d)に示すようなコンタクトプラ
グが形成できる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、膜特性によるドライエ
ッチング速度の相違を用いて、コンタクト孔の形状を、
開孔付近が狭くなるように形成し、タングステンプラグ
が機械的応力によって上部に抜けてしまう現象を防ぐこ
とができるため、信頼性の高い半導体装置およびその製
造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を説明するための概略
断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態を説明するための概略
断面図である。
【図3】従来のコンタクトプラグの形成方法を示す概略
断面図である。
【符号の説明】
11,21,31 半導体基板 12,22,32 ノンドープのシリコン酸化膜(NS
G膜) 13,23,33 第1のBPSG膜 14 第2のBPSG膜 15,24,34 コンタクト孔 16,25,35 タングステンプラグ 17,26,36 研磨布

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 素子が形成された半導体基板上に、BP
    SG層を形成する際に、前記BPSG層の表面近傍の上
    層部が、前記半導体基板に近い下層部よりも低い不純物
    濃度を有する前記BPSG層を形成する第1の工程と、 エッチングにより、前記BPSG層に、前記半導体基板
    まで達するコンタクト孔を形成する第2の工程と、 前記第2の工程後、前記半導体基板上にタングステン膜
    を形成する第3の工程と、 前記タングステン膜を平坦化する第4の工程とを備える
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の工程前に、前記半導体基板上
    に、ノンドープのシリコン酸化膜を形成する工程を更に
    含み、 前記第1の工程で、少なくとも2層に分けて、それぞれ
    互いに濃度の異なる前記BPSG層を順次形成する際
    に、前記コンタクト孔の開孔部に最も近い前記BPSG
    層の濃度が、当該BPSG層に続く前記BPSG層の濃
    度よりも高くなるように積層形成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。
  3. 【請求項3】 前記第1の工程前に、前記半導体基板上
    に、ノンドープのシリコン酸化膜を形成する工程を更に
    含み、 前記第1の工程で、前記BPSG層に含まれる不純物濃
    度が、前記半導体基板から遠ざかるほど低くなるような
    前記BPSG層を形成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。
  4. 【請求項4】 前記第4の工程は、化学機械研摩もしく
    はエッチバックによ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。
  5. 【請求項5】 素子が形成された半導体基板上に、前記
    半導体基板まで達するコンタクト孔が形成されたBPS
    G層と、 前記コンタクト孔内に形成され、前記コンタクト孔を介
    して、前記半導体基板と接続しているタングステン膜と
    を備え、 前記コンタクト孔の開孔近傍の上部の径が、前記半導体
    基板に近い下部の径よりも小さく、また、前記BPSG
    層に含まれる不純物濃度が、前記コンタクト孔の開孔に
    近い上層部よりも前記半導体基板に近い下層部の方が高
    いことを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記BPSG層は、それぞれ互いに異な
    る濃度の不純物を含む少なくとも2層から成り、 各層ごとに、前記コンタクト孔の径が異なり、最上層に
    含まれる不純物濃度は、それよりも下層に含まれる不純
    物濃度よりも低いことを特徴とする請求項5に記載の半
    導体装置。
  7. 【請求項7】 前記コンタクト孔が、当該コンタクト孔
    の径が開孔に近い上部ほど小さくなる逆テーパ形状であ
    り、前記BPSG層に含まれる不純物濃度が、前記コン
    タクト孔の開孔に近い上層部ほど低いことを特徴とする
    請求項5に記載の半導体装置。
JP12242398A 1998-05-01 1998-05-01 半導体装置及びその製造方法 Withdrawn JPH11317407A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100366635B1 (ko) * 2000-11-01 2003-01-09 삼성전자 주식회사 반도체 소자의 금속 배선 및 그 제조방법
US6600225B2 (en) 2001-06-12 2003-07-29 Oki Electric Industry Co, Ltd. Semiconductor device with elongated interconnecting member and fabrication method thereof

Cited By (3)

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Effective date: 20050705