JPS60115221A - 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、集積回路などの半導体装置の製造方法に係
わり、特に配線層が二層またはこれ以上におよぶ多層配
線構造の形成方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来多層配線を形成する方法として、一般に第１図に示
す様に半導体素子を形成した基板１１上に絶縁ｌ！１２
を介して第１層目の配線層１３゜（１３１，１３２）を
形成した後、絶縁膜１４を被着し、該絶縁膜１４に接続
孔（スルーホール）を形成して、第２層目の配線層１５
を形成する方法が用いられている。シリコン集積回路の
如き半導体装置の配線金属としては、通常スペッタリン
グ法により被着したＡＪｌあるいは八１を主成分とする
合金が用いられている。

しかし、半導体装置の高密度化が進み、多層配線が微細
化するにつれてエレクトロマイグレーションによる配線
の断線が問題となっている。特に、多層配線の微細化に
おいては、配線層間を接続するためのスルーホールを微
細化する必要があり、このため異方性ドライエツチング
が用いられるようになり、スルーホールが必然的に急峻
な深い穴となる。この結果スパッタリング法で被着した
Ａ、Ｃ膜では、いわゆるシャドウィングのために被覆性
が著しく悪くなり、電気的導通がとれなかったり、エレ
クトロマイグレーションによる断線が短時間で生ずるな
どの問題があった。

このような問題を解決するために、第２図に示すように
、絶縁膜１４に形成したスルーホール内に選択的に金属
膜１６を埋込んでから第２層目の配線層１５を形成する
方法が考えられている。このような金属膜１６の埋込み
は、金属ハロゲン化物ガスを用いた選択気相成長法によ
り可能である。

例えばＷ　Ｆ　ｓガスを用いたＷ膜、の選択成長法が注
目されている。

この方法を用いれば、スルーホールの段差を減らすこと
により、配線の断切れやエレク１−ロマイグレーション
による断線を防止することができる。

ところがこの方法においては、配線層間の接触抵抗が高
いという別の問題がある。例えば第１層配線をＡＪｌ配
線とし、この上を絶縁膜でおおってスルーホールをあけ
た後、基板温度約３５０℃、反応室内圧力的１０４Ｔｏ
ｒｒに設定してＷＦｓカスによるＷ膜の選択成長を行う
と、成長初期においてＡｉ、とＷ　Ｆ　ｓガスとの反応
によって抵抗の高いＡｆのフッ化物が生成される。この
フッ化物は蒸気圧が低いために１成長するＷ膜とＡ１配
線との間に残される。その結果、第１層ＡＪｌ配線と第
２層Ａｆ配線の接触抵抗は１×１０°７Ω・ｃｄ程度と
なり、１配線同志が直接接触した場合に比べて約２桁も
高い接触抵抗値を示すことになる。このことは、特に微
細配線構造とした場合の素子の高速動作を妨げる原因と
なる。

［発明の目的〕 本発明の目的は、微細なスルーホールに対しても断線の
ない高い信頼性を有する多層配線を十分に低い層間接触
抵抗をもって実現しうる半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。

［発明の概要］ 本発明は、下地配線層上の絶縁膜に設けられたスルーホ
ール内部に金属ハロゲン化物ガスを用いた気相成長法に
より金属膜を選択的に成長させるに当って、少くとも成
長の初期条件として、反応室内圧力がスルーホールに露
出する下地配線層の表面層の主成分と金属ハロゲン化物
ガスとの反応により生ずるハロゲン化合物の蒸気圧より
低くなるように設定したことを特徴とする。

［発明の効果］ 本発明によれば、選択気相成長によりスルーホール内に
埋め込まれる金属膜と下地配線層との間に高抵抗層が介
在することが抑制され、多層配線の層間の接触抵抗を十
分小さくすることができる。

従って配線の段切れやエレクトロマイグレーションによ
る劣化が防止されるだけでなく、微細な多層配線をもっ
た高速動作が可能な半導体装置を得ることができる。

［発明の実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第３図（ａ　）〜（０）は本発明の一実施例を示す工程
断面図である。まず第３図（ａ　）に示す謀に、素子が
形成された８１基飯２１の上に絶縁膜２２を介して第１
層目のＡ−を膜またはＡｆを主成分とする合金膜からな
る配線（以下単にＡ！配線と呼ぶ）２３を１［μｍ］の
厚さに形成する。このＡ！配線２３の表面には２００〜
１０００人の３ｉ膜２４　（２４１，２４２）が積層し
である。

この３ｉ膜２４は、後の金属ハロゲン化物ガスを用いた
選択気相成長工程でＡＪｌのハロゲン化物よりも蒸気圧
の高いハロゲン化物を生成するものであればよく、３ｉ
の他に１ｙｌｏ　、　Ｗ、　Ｔｉあるいはこれらの化合
物を利用することができる。

次に全面に絶縁ＩＩ　２５を１ＥμＩＩｌ］の厚さ被着
し、配線間を、接続するためのスルーホール２６を絶縁
膜２５の所望の位置に公知の写真食刻法により形成する
。この場合の絶縁膜２５としては、プラズマ気相成長法
あるいはバイアススパッタリング法などにより形成した
５１０２膜などを用いる。

次に第３図（ｂ）に示す如く、スルーホール２６内に、
六弗化タングステン＜ＷＦｓ）ガスとＨ２ガスを用いた
気相成長法によりタングステン（Ｗ）膜２７を０．３〜
１［μＩｌｌ］の厚さに被着する。この時のＷ膜２７の
被着条件としては、基板温度２５０〜４００　［℃］　
、反応寮内の圧力Ｉ　Ｘ　１０−２［Ｔｏｒｒ　］以下
、ＷＦｓＦ２ガス圧１ｘｌＯ−’　〜５Ｘ１０−２　［
Ｔｏｒｒ　］の範囲が望ましい。

次に第３図（Ｃ）に示す如く、Ｗ膜２７を介して第１層
ＡＪｌ配線２３に接続する第２層ＡＪｌ配線２８を形成
する。

この様にして得られた２層配線構造は、スルーホール２
６の口径が１［μｌｌ］程度の微細なものでも、第２層
ＡＪｌ配線２８の段切れや、エレクトロマイグレーショ
ンによる断線などのない信頼性の高いものとなる。

また、第１層ＡＪｌ配線２３の表面にはＳ１膜２４が形
成されているため、Ｗ膜２７の気相成長工程で抵抗の高
いＡＪＬのフッ化物が生成されることはなく、ＷＦ６と
８１１１２４の反応により生成される３ｉのフッ化物は
蒸気圧が高くて容易に飛散してしまうため、第１層Ａｆ
配線２３と第２層ＡＪＬ配線２８の接続部に高抵抗のフ
ッ化物層が残らない。従って配線層間の接触抵抗が小さ
いものとなり、第１層Ａｆ配線上のスルーホールに直接
Ｗ膜を選択成長して第２層ＡＪｌ配線を形成した場合に
比べて、半導体装置の高速動作が可能となる。

なお、上記実施例では、第１層Δ１配線゛２３の表面全
面に３ｉ膜２４を積層しているが、この３ｉ膜２４は少
くともスルーホール２６部分にあれば目的は達成される
。従って例えば、第１層ＡＪｌ配線を形成した後絶縁膜
でおおってスルーホールをあけ、この後イオン注入等に
よりスルーホールに露出したＡＪｌ配線表面部にのみ３
ｉ、Ｍｏ。

Ｗなどを注入するようにしてもよい。

次に本発明の別の実施例を第４図（ａ　）〜（Ｃ）によ
り説明する。なお、第３図（ａ）〜（Ｃ）と対応する部
分には同一符号を付して詳細な説明は省く。この実施例
では、第４図（ａ　）のように第１層ＡＪｌＩｉｉ！線
２３の表面に何らの物質膜を積層することなく、絶縁膜
２５を形成してスルーホール２６をあける。そしてＷＦ
６ガスを用いた気相成長法により、第４図（ｂ　）のよ
うにスルーホール２６内にＷ膜２７を埋込む。ここでＷ
Ｉｌ＊２７の埋込み工程の条件が従来と異なる。例えば
基板温度を２５０〜４００　［℃］　、ＷＦ６ガス分圧
を１×１０−　’　〜５Ｘ　１０−２［Ｔｏｒｒ　］に
設定し、かつ少くとも成長の初期において反応室内圧力
を例えば１０−　’　〜１０−　’　［Ｔｏｒｒ　］と
いう十分低い値に設定して気相成長を行う。このような
低い反応室内圧力の下でＷ膜２７の選択成長を行うこと
により、ＷＦｓとＡｆとの反応により生成されるＡＬの
フッ化物の多くが飛散する結果、Ｗ膜２７と第１層Ａｆ
配線２３の藺にあまり高抵抗−が残らない。この後先の
実施例と同様、第４図（Ｃ）に示すように第２層Ａ℃配
線２８を形成する。

この実施例によっても、従来に比べて配線層間の接触抵
抗を十分に小さいものとすることが可ＩＩシである。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、第１層の配線材料ＩよＡＪｌに限るもので
はなく、Ｍｏ　、Ｗ、Ｔａ等の金属ＩＩでもよい。特に
フッ化物の蒸気圧が高０材￥１を用０れば金属の選択成
長の際の反応室内圧力を低くするだけの第４図の実施例
で十分な効果が得られる。

また、上記実施例では、スルーホール部への金属膜の気
相成長をＷＦｓＦ２ガスいたＷ膜の成長の場合について
説明したが、ＭＯ、Ｔａ　、Ｎｂなどの弗化物による気
相成長を用い−Ｃも同様の効果ｈζ得られる。さらに、
これらの金属の塩化物を１１用してもよい。

また、上記実施例では２層配線につ０て述べたが、３１
１以上の多層配線に適用しても同！ｉ　ｔＫり」果が得
られる。この場合例えば、第１層とＭ３層酉ｅ線とを接
続するに当って、第１のスルーホール（第１層配線と第
２層配線との接続）の面上に第２のスルーホール（第２
層配線と第３層配線との接続）を設けても平坦な配線構
造が得られ、接続面積の小さい信頼性の高い多層配線が
形成できる。

さらに、スルーホール部が平坦な配線構造になっている
ためスルーホール上にも一様な厚さの平坦な絶縁膜が形
成できる結果、第２層配線と第３層配線との絶縁特性が
大幅に改善される。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の製造方法による多層配線構
造を示す断面図、第３図（ａ　）〜（０）は本発明の一
実施例を説明するための工程断面図、第４図（ａ　）〜
（０）は他の実施例を説明するための工程断面図である
。 ２１・・・８１基板、２２・・・絶縁膜、２３　（２３
１゜２３２）・・・第１１Ａ、を配線、２４　（２４１
，２４２）・・・３ｉ膜、２５・・・絶縁膜、２６スル
ーホール、２７・・・Ｗ膜、２８・・・第２層へ１配線
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図 第４１ｉ１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一層または二層以上の下地配線層が形成された半
   導体基板上に接続孔をもつ絶縁膜を形成する工程と、金
   属ハロゲン化物ガスを用いて前記接続孔に選択的に金属
   膜を気相成長させる工程と、前記金属膜を介して下地配
   線層に接続する上部配線層を形成する工程とを有する半
   導体装置の製造方法において、前記金属膜を気相成長さ
   せる工程は、少くとも初期条件として、前記接続孔−に
   露出する下地配線層の表面層の主成分と金属ハロゲン化
   物ガスとの反応により生ずるハロゲン化合物の蒸気圧に
   比べて反応室内圧力を低く設定したことを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
2. （２）前記下地配線層はＡＪｌ膜またはＡｆを主成分と
   する合金膜であり、前記初期条件は、下地配線層の少く
   とも接続孔部の表面層をＡｆのハロゲン化物に比べてハ
   ロゲン化物の蒸気圧が高い物質膜とすることにより満た
   すようにした特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の
   製造方法。
3. （３）前記接続孔部の表面層がシリコン層または金属シ
   リサイド層である特許請求の範囲第２項記載の半導体装
   置の製造方法。