JPS60117719A - 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】 （ａ）　発明の技術分野 本発明は半導体装置の製造方法にかかり、特に接続電極
並びに配線層の形成方法に関する。

ｆｂｌ　従来技術と問題点 周知のように半導体集積回路（ＩＣ）などの半導体装置
においては、半導体基板上に半導体素子や抵抗等の素子
が形成されて、これらの電極から導出する配線層が上面
に多数設けられている。

その配線層には、従前からアルミニウム（＾１）膜また
はぞの合金膜が用いられており、これはアルミニウムが
半導体基板とのオーミックコンタクトが容易に得られ、
二酸化シリコン（Ｓｉ０２）　Ｉｊ）との密着がよい高
電導度材料であるからである。

しかし、アルミニウムは溶融点の低いのが欠点で、その
ためにＩＣを高密度化して、その上面に多層配線層を積
層する場合には絶縁膜の形成等に制約を与える。

従って、それに代わる配線層として導電性多結晶シリコ
ン膜が併用されているが、導電性多結晶シリコン映は電
気伝導度の低い難点がある。それを改善するために、最
近では高融点金属シリサイド膜や高融点金属が配線層に
使用され始めており、モリブデン（ＭＯ）やタングステ
ン（Ｗ）などの高融点金属、モリブデンシリサイド（Ｍ
ｏＳｉ２　）やタングステンシリサイド（ＷＳｉ２）な
どのシリサイド膜はその代表的な材料である。

′　一方、ＩＣ上面に配線層を形成する場合、多層に積
層するほど凹凸が激しくなつ′ζ、断線し易いことが知
られている。それは配線層を被着する際に、電極窓部分
が陥没して窓側面で配線層が薄く形成されるためで、第
１図にそれを図示している。

図において、１はｐ型シリコン基板、２はｎ型領域、３
は燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）膜からなる絶縁膜、４は電極
窓、５はタングステンシリサイド（ＷＳｉ２）配線で、
電極窓側部Ｓで断線し易いわけである。また、この問題
はＷ　Ｓ　＋　２配線５だけでなくて、タングステン金
属や導電性多結晶シリコン、アルミニウムを用いても同
様であるが、導電性多結晶シリコンの場合には化学気相
成長（ＣＶＤ）法で形成されるから被覆性（カバーレイ
ジ）が比較的に良くて、Ｓ部分に比較的に厚く被着する
。

しかし、高融点金属シリサイド膜の場合にはＣＶＤ法に
よる被着が困難で、一般に蒸着法やスパッタ法によって
被着されている。そのため、特に電極窓Ｓ部分での被覆
性が十分でなくて、断線の可能性が一層大きくなる。ま
た、高融点金属膜はＣＶＤ法で形成できるが、絶縁膜と
の接着力が他の材料に劣る欠点がある。

ところで、このような断線をなくするために、従前から
数多くの提案がなされて、種々の対策が採られているが
、その形成方法はデリケートで複雑なものが多い。その
中で常用されている方法は絶縁膜として燐濃度の多いＰ
ＳＧ膜を用い、高温度（９００℃前後）でＰＳＧ膜を溶
融して電極窓の肩部分を丸くし、配線の凹凸を緩やかに
する方法である。しかし、この方法も積層数が増加する
と凹凸が激しくなり、且つＰＳＧ膜の燐濃度と溶融温度
とのコントロールが微妙である。

ｔｅｌ　発明の目的 本発明はこれらの欠点を無くして、何らの加工を施さな
い電極窓を有する表面に、ＣＶＤ法によってタングステ
ン又はタングステンシリサイド類似の配線層を平坦化し
て形成する製造方法を提案するものである。

（ｄ）　発明の構成 その目的は、半導体基板上の絶縁膜に形成された電極窓
の底面に導電性多結晶シリコン股を被着し、次いで該電
極窓内にタングステンを充填し、更に該タングステンお
よび絶縁股上に導電性多仔吉晶シリコン膜を形成し、該
導電性多結晶シリコン基板にタングステン層を形成する
工程が含まれる半導体装置の製造方法によって達成され
る。

ｔｅｌ　発明の実施例 以下２図面を参照して実施例によって詳細Ｇこ説明する
。

第２図ないし第６図は本発明にかかる形成方法の工程順
断面図を示しており、その中でＣＶＤ法による被膜形成
工程には第７図に示す化学気相成敗装置（ＣＶＤ装置）
が用いられる。特に、第４図から第６図までの工程はＣ
ＶＤ装置内にシリコン基板を挿入したまま継続して行わ
れる被膜形成工程である。第７図において、１は被処理
基板（シリコン基板）、２１は反応炉、２２はヒータ、
２３ルよ導電性多結晶シリコン膜の成長用ガス源、２４
番よタングステン膜の成長用ガス源で、複数のコ・ツク
２５を切り換えてこの成長用ガスが反応炉２Ｈこ流入さ
れ、あるいは成長が休止される。

さて、第２図はｎ型領域２が設ＬＪられたＰ型シリコン
基板１に膜厚１μｍ程度のＰＳＧＳａＯ２着し、そのＰ
ＳＧＳａＯ２知の方法で窓あけして電極窓４を形成した
工程断面図を示している。電極窓４の大きさは１．５μ
ｍ角程度である。　次いで、第３図に示すように上面に
約１０００人のｎ型多結晶シリコン膜ｌＯを化学気相成
長（ＣＶ　Ｄ）法で被着し、次に電極窓４をレジス目央
マスク（図示せず）で被覆して、ＰＳＧＳａＯ２面に被
着しているｎ型多結晶シリコン膜１０を、フレオン（Ｃ
Ｆ４）ガスを用いたドライエツチングによってエツチン
グ除去する。ここに、ｎ型多結晶シリコン膜１０の被着
は、上記のようなＣＶＤ装置（第７図参照）を使用して
、モノシラン（Ｓｉ）Ｉ４）とホスフィン（ＰＨａ）と
を６２０℃で分解させて被着さ一層るものである。

次いで、レジスト膜を除去した後、シリコン基板（被処
理基板）１を再び第７図に示ずＣＶＤ装置に挿入する。

ＣＶＤ装置では反応炉の温度を３５０℃に保って、タン
グステン膜の成長用ガス源２４から、窒素（Ｎ２）ガス
又はアルゴン（Ａｒ）ガスをキャリアガスとした六弗化
タングステン（ＷＦ６）ガスを流入し、分解させてタン
グステン膜１１を被着させる。そうすると、第４図に示
すように多結晶シリコン膜１０上にのみタングステン１
１が選択的に被着し、ＰＳＧ膜３上には被着しない。そ
のため、電極窓４内がタングステン膜１１で完全に埋没
される。それば ＷＦ６　＋５ｉ＝Ｗ＋ＳｉＦ４ なる反応式によってＳｉＦ４が生成され、その触媒作用
によって選択的に被着するものと考えられている。従っ
て、図示のように電極窓４は埋没されて、電極とＰＳＧ
膜とが同一平面となって平坦化する。

次いで、反応炉の温度を６２０℃に保持し、導電性多結
晶シリコン膜の成長用ガス源２３から、モノシラン（Ｓ
ｉ０４）とボスフィン（ＰＨ８）とを流入し分解してｎ
型多結晶シリコン膜１２を被着さ−Ｖる。そうすると、
第５図に示すように平坦化したＰＳＧ膜３とタングステ
ンＩ’ｌｌとの全上面に、ｎ型多結晶シリコン膜１２が
被着する。

次いで、再び反応炉の温度を３５０°Ｃに下読し、タン
グステン膜の成長用ガス源２４から、水素（Ｈ２）ガス
をキャリアガスとした六弗化タングステン（ＷＦ６）ガ
スを流入し、分解させてタングステン膜１３を被着させ
る。そうすると、第６図に示すようにｎ型多結晶シリコ
ン膜１２の′全面にタングステン膜１３が被着する。か
くしてｎ型多結晶シリコン膜１２とタングステン膜１３
とを被着させたシリコン基板１をＣＶＤ装置より取り出
し、公知のフォトプロセスによってパターンニングして
配線層を形成する。その際のエツチングはドライエツチ
ングを用いて、エツチング剤ばフレオン（ＣＦ４）を主
体にしたものである。

そうすれば、電極上に平坦なシリコンとタングステンと
の二重層からなる配線が形成され、熱処理すると両者の
膜厚比によってタングステンシリサイド、あるいはタン
グステン主体の配線層が青られる。また、熱処理しなく
ても、このように形成した配線は高電導度で、且つ絶縁
膜との密着も良い。従って、多層構造に債屓して、凹凸
がなくて高い信頼性の配線層が形成することができる。

（［１発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明Ｇこよれば極め
て平坦化された配線が形成されて、面も電導度、密着度
の良い高品質な配線層であり、ｒｃの信頼性向上に顕著
に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の配線層の断面図、第２図〜第６図は本発
明にかかる製造方法の工程順断面図、第７図はその製造
方法で用いられるＣＶＤ装置である。 図中、１はＰ型シリコン基板、２はｎ型領域。 ３はＰＳＧ膜（絶縁膜）、４は電極孔、５はタングステ
ンシリサイド配ＩＬ　１０．１２はｎ型多結晶シリコン
膜、比１３はタングステン膜、２１番よ反応管。 ２２はヒータ、２３は導電性多結晶シリコン膜の成長用
ガス源、２４はタングステン膜の成長用ガス源を示して
いる。 第１図 ４ 第２図 Δ 第３図 ム 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上の絶縁膜に形成された電極窓の底面に導電
   性多結晶シリコン膜を被着し、次いで該電極窓内にタン
   グステンを充填し、更に該タングステンおよび絶縁膜上
   に導電性多結晶シリコン膜を形成し、該導電性多結晶シ
   リコン膜上にタングステン層を形成する工程が含まれて
   なることを特徴とする半導体装置の製造方法。