JPS59220919A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、高融点金属またはその硅化物により電極配
線を形成する半導体装置の製造方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ シリコン集積回路の如き半導体装置の電極配線として、
スパッタリング法により被着したアルミニウム（Ａ１）
が多く用いられている。しかし、半導体装置の高密度化
が進み、電極配線が微細化するにつれて電流密度が大き
くなり、エレクトロマイグレーションによる配線の断線
が問題となる。

特に配線の微細化においては、基板と配線とを接続する
電極窓（コンタクトホール）や配＃１層間を接続するた
めの電極窓（スルーホール）を微細化する必要があり、
これらの電極窓が必然的に急峻な深い穴となり、スパッ
タリング法で被着したＡ１１ｌでは、いわゆるシャドウ
ィングのためこのような急峻な穴でのＡ１の被覆性が著
しく悪くなる結果、エレクトロマイグレーションによる
断線が短時間で生じ、半導体装置の信頼性は極端に低下
する。

この様な観点から、エレクトロマイグレーションの生じ
にくいタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高
融点金属を、スパッタリング法に比べて、段差部での膜
の被覆性（ステップ力バレイジ）が優れている気相成長
法により形成し、電極配線として用いることが考えられ
ている。例えば、Ｗを気相成長させる場合、六弗化タン
グステン（ＷＦ、）や六塩化タングステン（ＷＣ＋、）
を水素中で還元することにより行う。

この場合、シリコン酸化膜（Ｓ　ｉ　Ｏｔ　）等の絶縁
膜上にも均質なＷ膜を成長させるには５００℃以上に基
板を加熱する必要がある。しかしこの様な高温では、シ
リコン基板表面に形成された浅いＰｎ接合上のコンタク
トホール部において露出したシリコンとハロゲン化金属
との置換反応が激しくおこるため表面シリコンが消費さ
れ、しがもコンタクトホール底面の周囲の５ｉｎ２下に
もＷ　ｈ＜成長するためｐｎ接合がショートする問題が
生じる。また絶縁膜上に被着したＷ膜の表面が粗粒状に
なるため微細パターンの加工性が悪く配線の微細化が困
難であった。

［発明の目的コ 本発明は、上記した点に鑑みてなされたもので、気相成
長法による高融点金属膜またはその硅化物を用いて電極
配線を形成する場合に、浅いＰｎ接合特性の劣化を防止
し、しがも絶縁膜上にも表面が平滑で均質な高融点金属
またはその硅化物膜を被着するようにした半導体装置の
製造方法を提供するものである。

［発明の概要］ 本発明の特徴は、絶縁膜の一部に電極窓が形成された基
板表面に、先ずシリコン膜またはシリコンを含む導体膜
を被着した後、金属化合物ガスを用いた気相成長法によ
り前記シリコン膜またはシリコンを含む導体膜上に高融
点金属またはその硅化物膜を被着するようにしたことに
ある。

［発明の効果］ 本発明によれば、電極窓を有する絶縁膜でおおわれた基
板表面に４５０℃以下の低温で高融点金属またはその硅
化物膜を気相成長することができる。しかも低温プロセ
スを用いることと、コンタク１〜ホール部に直接基板シ
リコンが露出していないことから、浅いｐｎ接合上のコ
ンタクトホール部での基板シリコンとハロゲン化金属と
の置換反応が抑制される結果、Ｐ　ｎ接合特性の劣化を
防止することができる。

また、高融点金属またはその硅化物膜は絶縁膜上でも均
質で平清な表面をもって形成されるため、微細なパター
ンに精度良く加工することができ、信頼性の高い微細な
電極配線を形成することができる。

［発明の実施例］ この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図（ａ　）〜（ｄ　）は、本発明の一実施例を示す
工程断面図である。

まず、第１図（ａ　）に示す如く例えばＰ形シリコン基
板１１の所定領域に砒素（Ａｓ　）等の不純物をイオン
注入して熱処理を行いｎ膨拡散層１２を形成してｐｎ接
合を設（ブた後、絶縁膜１３として例えばシラン（Ｓｉ
　Ｈ，）ガス、酸素（ｏ２）ガス、および小スフィン（
ＰＨｓ　）ガスを用いた気相成長法によりＳ！０２膜あ
るいはＰＳＧ膜（リンシリケートガラス）を０．５〜１
．５μｍの厚さ被着し、この絶縁膜１３の所定個所に写
真食刻と反応性イオンエツチングとによりコンタクトボ
ール１４を開孔する。次に（ｂ）に示すように、この基
板表面全面に、拡散層１２と同−伝導形の不純物、例え
ばＡｓをｌｘ　１０　’　Ｑ／／ｃｎ＋３−１　ｘ　１
０”／ｃｍ％むシリコン膜１５をＳｉＨ＋とアルシン（
ＡＳＨｓ）ガスを用いた気相成長法により１゜Ｘ以上の
厚さ被着する。シリコン膜１５の厚さを１０Ｘ以上とす
るのは、これより薄いと次に成長するＷ膜の表面が粗粒
状になり易いためである。

次に、（Ｃ）に示すように、このシリコン膜１５上に例
えばＷ　Ｆ　ａガスとＨ２ガスを用いた気相成長法によ
り、Ｗ膜１６を０．１〜１μｍの厚さを被着する。この
時のＷ膜１６の被着条件としては、基板温度２５０℃〜
４５０℃、反応炉内の圧力Ｉ　Ｘ　１０−２〜’７’６
０ＴＯｒｒ　、　ＷＦｅガスの分圧ｌＸ１０−’　〜５
Ｘ１０２Ｔｏｒｒの範囲が望ましい。

次に写真食刻と反応性イオンエツチングどにＪ：すＷ膜
１６およびシリコン膜１５を順次エツチング（ることに
よって、（ｄ）に示すように所定の電極配線パターンを
形成する。

これにより、拡散層１２の深さが０．１μｍのｐ　ｎ接
合に対して、良好な接合特性を有し、かつ電極のオーミ
ック特性の良い電極配線が形成−できた。

更に、コンタクトホール１４が大きさ１μｍ角、その深
さ１μｍの微小なものであっても、コンタクト抵抗が５
００でそのバラツキも小さくまた平坦部とほぼ同じ厚さ
にＷ膜１６が被着され信頼性の高い電極が得られた。ま
た、絶縁膜１３上にも表面が平滑で均質なＷ膜１６が形
成され、２μｍ以下の微細な配線パターンを精度よく加
工することができた。

尚、Ｗ膜１６を気相成長する前に被着するシリコン膜１
５に不純物を添加しなくてもシリコン膜１５の厚さが３
００Ｘ以下であればコンタクト抵抗の低い良好なオーミ
ック特性を有する電極を形成することができる。これは
、Ｗ膜１６を成長する初期の反応過程において、Ｗ　Ｆ
　ａ　とシリコン膜１５の置換反応によってシリコン膜
１５の多くが消費され、拡散層１２表面にほぼ純粋なＷ
膜１６が形成されるためである。従って、この条件にお
いては絶縁ｌ１１３上のシリコン膜１５も殆んど消費さ
れるため、絶縁膜１３上に直接Ｗ膜１６が形成された状
態となり、配線パターンの加工が容易になる。

また、上述したように成長温度の低下によってＷＩｌ＃
１６のステップ力バレイジが良くなるため、コンタクト
ホール１４の大きさが例えば１μｍ角の場合、Ｗ［！１
６を０．５μｍ以上の厚さに被着することによってコン
タクトホール１４内にＷ膜１６を埋込んでコンタクトホ
ール１４の上部を平坦にすることもでき、その上部に更
に絶縁膜を介して形成する上層配線の信頼性を大巾に改
善することができる。

また、Ｗ膜の比抵抗は７Ｘ１０’ΩｃｍＦＡＩｌ！に比
べて２．５倍程度大きいことも有利であるが、更に配線
抵抗を低くするために、Ｗ膜上にスパッタリング法等に
よりＡ１膜を被着してもよい。

本発明によれば高融点金属またはその硅化物膜による微
細な多層配線構造が実現できる。この場合高融点金属膜
が４５０’Ｃ以下の低温で形成できるため、下層配線金
属膜にＡＩ膜またはＳｌ。

Ｃｕ等を添加したＡ１合金膜を用いた場合でもその上層
配線に高融点金属膜を用いることができる。

第２図（ａ）〜（ｅ）は本発明を多層配線に適用した一
実ｈＩ例を示す工程断面図である。

まず第２図（ａ　）に示す如く、Ｐ型シリコン基板２１
に１１型拡散層２２を設け、第１の絶縁膜２３１を被着
したあと、ＡＩ配線２４を形成する。

この後（ｂ）に示すように第２の絶縁膜２３２を？！！
！着し、所定領域にコンタク１〜ホール２５およびスル
ーホール２６を設け、その全面に（０）に示づようにシ
リコン膜２７を被着する。このシリコン膜２７はスパッ
タリング法により２００Ｘ程度の厚さに被着してやれば
よい。

次に、（ｄ　’）に示すように、ＷＦｅ　とＨ２による
気相成長法により、３５０℃の温度で、全面にＷ膜２８
を被着する。この時、前述したようにＷＦ６とシリコン
膜２７との置換反応によって、シリコン膜・２７が消費
され、拡散層２２表面、ＡＩ配線２４表面、第２の絶縁
ＩＩ！２３２表面にはほぼ純粋なＷ膜２８が形成される
。そしてこのＷ１１２８を（ｅ）に示すように所定の電
極配置２８．。

２８２にパターン加工することによって多層配線が形成
される。

この多層配線において、コンタク１へボール２５の大き
ざが１μｍ角その深さが２μｍまたスルーホール２６の
大きさが１μｍ角、その深さが１μｍの場合でもＷ膜２
８のステップ力バレイジが良く導通確率９９．９９９９
％以上の値を得た。この信頼性は超高密度化された集積
回路の配線の多層化に対し十分満足しうる値である。

本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えば、上記実施例では基板表面の全面にシリコン膜を
被着した状態でＷ膜の気相成長を行ったが、第３図＜ａ
　＞に示すようにシリコン膜１５を電極窓を覆って所望
の電極配線を行なうパターン状に加工した後、同図（ｂ
）のようにこのシリコン膜１５上にのみ選択的にＷ膜１
６を成長させてもよい。この場合Ｗ膜１６の成長膜厚が
０．２μｍ以上になると絶縁膜１３の表面にもＷの粒子
が成長するため、Ｗ膜厚は制限されるが、その膜厚を選
べば膜を加工する必要がなくなる点で有利である。

またシリコン膜の側壁にもＷ膜が成長するため、隣接す
る配線間距離の縮小した微細配線が実現できる効果があ
る。

また第２図の実施例では金屑膜の２層配線について述べ
たが本発明は３層以上の多層配線においても同様な効果
が得られる。

また上記実施例では、Ｗ　Ｆ　、ガスによるＷｉｌｌの
気相成長を用いた場合について説明したが、タングステ
ン塩化物を用いてもよいし、更にモリブデン、ニオブ、
タンタル、チタンの弗化物および塩化物による気相成長
膜を利用することもできる。

またこれらの金属化合物ガスと５ｉ）−１４゜Ｓｔ　Ｈ
２ＣＩ　２等の混合ガスによる高融点金属硅化物の気相
成長膜を用いても同様の結果が得られた。

また本実施例では高融点金Ｒ膜を気相成長する前に被着
する膜としてシリコン膜を用いたが、タングステン、ニ
オブ、タンタル、チタン等の珪化物膜でも同様な結果が
得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ　）〜（ｄ　）は本発明の一実施例を示す工
程断面図、第２図（ａ）〜（ｅ　’）および第３図（ａ
）、（ｂ）は本発明の他の実施例を示プ工程断面図であ
る。 １１．２１・・・シリコン基板、１２．２２・・・拡散
層、１３．２３．．２３２・・・絶縁膜、１４．．２５
゜２６−１ｒｉ窓、１５．　２７．−＞＋）］ン膜、１
６゜２８・・・タングステン膜、２４・・・アルミニウ
ム配線。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 醐−僑搦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板に電極窓を有する絶縁膜を形成し、金属化合
   物ガスを用いた気相成長法により高融点金属膜または高
   融点金属硅化物膜を被着して電極配線を形成する工程を
   有する半導体装置の製造方法において、前記電極配線の
   形成工程に先立って、前記電極窓を有する絶縁膜が被着
   された基板上にシリコン膜又はシリコンを含む導体膜を
   形、成する工程を設けたことを特徴とする半導体装置の
   製造方法。