JPS62206852A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置の製造方法に係わり、特に配線の接
続部をタングステン等の金属膜で埋め込んだ半導体装置
の製造方法に関する。

さ１（従来の技術） 一部 ３　従来、半導体装置において、例えば上下層の配線を
つなげる接続部にスルーホールを形成し、このスルーホ
ールをタングステン等の導電性材料で埋込む方法が床用
されている。この方法を第４図を参照して説明する。つ
まり、基板端に形成した＋ Ｎ又はＰシリコン配線層なυ上に絶縁膜として例えばＳ
ｉｎ、膜四を形成し、通常のフォトＩＪソゲラフイーと
反応性イオンエツチングを用いて前記５１０２膜Ｃａに
開孔Ｓ＠即ちスルーホールを形成する（第４図（ａ））
。しかる後、減圧したＣＶＤ装置内にて六フフ化タング
ステン（ＷＦｓ）を用いてシリコン層Ｃ（１）上にタン
グステンｉＧ！４１を成長させる（第４図（ｂ））。

シリコンが六フフ化タングステンと反応して前記タング
ステン膜（２４）が一定膜厚になった後はシリコンとの
反応はおこらないので六フッ化タングステンに水素（鴇
）ガスを添加することにより前記タングステン換Ｑａ上
に更にタングステンを成長させ、第４図（Ｃ１に示す如
く、タングステン層（２４ａ）を形成していく。

この方法によるとタングステン層（２４ａ）はその厚さ
が０．５μｍ程度までは選択的にシリコン配線圓上に堆
積させることはり能であるが、それ以上になると８ｉ０
．ｉ＠正においてタングステンの核形成及びそれに続く
成長が匙こりやすく、選択１性を保持できなくなるとい
う問題があった。

・“　上記問題点を克服すべく方法として、第５図に示
すものがある。即ち、第５図（ａ）に示すように基−根
囲の上に酸化膜（３１港被着した後、前記基板艶の寸 一部を露出するように所望の開孔部（３５菱設ける。

次にＬＰＣＶｌ）法により第５図（ｂ）のようにタング
ステン膜（３謔形成した後、第５図（Ｃ）に示すように
平坦化材料としてフォトレジスト（３４）を塗布して乾
燥後、フォトレジスト（３４）とタングステン膜（３２
）が同程度のエツチング速度となる条件で反応性イオン
エツチングを行ない第５図（ｄ）に示すように所望の開
孔部（３５）このみタングステン膜（３２ａ）を埋込む
方法が考えられている。この方法によれば、選択的埋込
みを行なうことができるが、開孔部（３５）を埋めるた
めには、開孔部（３５沖サイズの半分以上の厚みのタン
グステン膜（３２）を被着する必要がある。しかし、直
径１μｍ以上の開孔部（３５）即ちタングステン＠（３
２）の厚みが０．５μｍ以上では、第５図（Ｃ）に示す
ようｉこ顕著に空洞（３３）ができて、膜のはがれが起
こりやすくなる。膜はかれは、レジスト（３４）！布時
レジストの厚みの不均一性を生じせしめるので第５図（
ｄｌのように酸化！（３１）の表面に凹凸が生じ平坦化
ができない。又開孔部（３５）においても酸化膜（３１
）とタン膜はがれがひどい場合には、開孔部（３５）に
埋込まれ（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記問題点を考慮してなされたもので、酸化膜
等の絶縁底に設けられたコンタクトホールあるいはスル
ーホールのような開孔部をタングステン等の金属膜で埋
め込む方法において、この金属膜と酸化膜とのはがれを
生じない半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために半導体もしくは金鵜
表面上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜に前記半導体もし
くは金属の一部が露出するように開孔部を設ける工程と
、その後前記絶縁膜と密着性の良い第１の金属膜を前記
開孔部及び絶縁膜上に被着する工程と、続いて前記第１
の金属膜の上の全面に第２の金属膜を形成して前記開孔
部を埋め込む工程と、しかる後前記開孔部以外に存在す
る前記第１及び第２の金属膜を除去する工程とを含む半
導体装置の製造方法を提供する。

（作用） 本発明によれば酸化膜等の絶縁膜に形成した開孔部に埋
め込むタングステン等の金属膜と前記絶縁膜との間にこ
の絶縁膜と密着性の良い金属膜を介在させるので絶縁膜
表面の金属膜のはがれや開孔部の隙が生じることがない
。

（実施例） 以下、本発明による半纏体＆＆の製造方法の実施例につ
いて説明する。

ます本発明の第１の実施例を第１図を参照して説明する
。第１図（ａ）の如く５０ｍのＰ型（１００）シリコン
基板αωに形成したヒ素（Ａｓ）Ｔｈ濃度ドーピング層
Ｃ１（ｌの上に絶に膜として約１，２μｎ１のＳｉｎ、
膜住υを常圧ＣＶＤ法で形成した後、反応性イオンエツ
チング等により所望の場所に直径０４μｍの開孔部ａ９
を設ける。次に第１図（ｂ）の如く６５０℃の減圧ＣＶ
Ｄ装置内において分圧０．１５　Ｔｏｒ　ｒで水素（Ｈ
ｔ）を、分圧０．０５ＴｏｒｒでＴｉｃｔ４を導入し、
約２００＾の第１の金属膜であるチタン（Ｔｉ）膜ｕ４
を被着し、続いて装置内を排気した後、基板温度４００
℃９分圧０．２’ｌ’ｏｒｒで水素（ル）を、分圧０．
０３Ｔｏｒｒで六フッ化タングステン（ＷＦ＠）を導入
し第２の金属膜であるタングステン膜Ｑ漕を０，３μｍ
堆積して開孔部α９を埋め込んだ。その後、第１図（Ｃ
）の如＜０．５μｍのフォトレジストＩを塗布し、２０
０℃でベーキングした後、第１図（（１）の如く、ＣＦ
、と凡を用いて開孔部ａ３以外に形成したタンク・１ｊ ″ステン膜（Ｘ３ａ）を反応性イオンエツチングで除去
し、続いて塩素ＣＣｔ＊＞を導入し平坦部のチタン膜（
１２ａ）を除去して開孔部ｕ〜にのみタングステン！（
１３ｂ）及びチタン膜（１２ｂ）が埋め込まれた形状を
得る。この実施例では、タングステン膜（１３）の膜は
がれは見られず又上層に図示しないＡｔ−８ｉ　　間融
をした時のシリコン基板とのコンタクト抵抗を測定する
とＩＸ　１０　　Ω−で電流−電圧特性は良好なオーミ
ック性を示した。

尚、上述した実施例では、第１の金属膜としてチタン膜
ｒ１２を形成した例を示したが、これに代えてタングス
テン−シリコン合金膜を形成することもできる。この合
金膜は、゛上記実施例に於いて、第１図（ａ）に示すよ
うに８　ｉ　０．膜（」υの所望の場所に開孔部ａ９を
形成した後、減圧ＣＶＤ装置内において、４００Ｃのシ
リコン半導体基板に分圧０．０６Ｔｏｒｒで水素（ｉ：
４＠）を、０．１２Ｔｏｒｒで８　ｉ　Ｈ，を、０．０
０１Ｔｏｒｒで六フッ化タングステン（ＷＦａ）を導入
し、シリコン成分が過剰なタングステン−シリコン合金
膜を５００Ａ被層することにより形成される。この後は
、第１の実施例と同様に分圧０、２　Ｔｏｒ　ｒで水素
（Ｈｔ）を、０．０３’ｆ’ｏｒｒで六７ツ化タングス
テン（１，）を導入することにより第２−Ｃ１４１を塗
布し２００℃で２０分のベーキングした後第１図（ｄ）
のように、開孔部ｕ５１以外のタングステン膜（１３ａ
）及びタングステン−シリコン合金膜（１２ａ）を反応
性イオンエツチングで除去し、開孔部（へ）にのみタン
グステン膜（１３ｂ）及びタングステン−シリコン合金
Ｊｌａ（１２ｂ）が埋め込まれた形状を得る。このよう
な工程においてもタングステン膜ｕ′５の膜はがれは見
られず、又上層に図示しないＡｔ−８ｉ配線をした時の
シリコン基板とのコンタクト抵抗を測定すると２〜３Ｘ
１０　　Ω−と良好なオーミック性を示した。

上述したように、本発明による方法を用いれは膜はがれ
及び膜はがれによるＳｉＯ２膜（１１）の凹凸はすく、
スルーホール又はコンタクトホール等の開孔部（１９に
も隙はなく信頼性良く開孔部ｔ１５＋を埋め込むことが
できた。

次に本発明の第２の実施例としてＳ　ｉ　Ｏ，膜に開孔
部を形成した後、この開孔部にフッ化物気体で反応させ
た金属層を形成する工程を含む製造方法を第２図を用い
て説明する。

まず、第２図（ａ）の如く、５ａ画のＰ型（Ｚｏｏ）ｅ
ＷＦａ）とアルゴン（Ａｒ）を用いて基板温度４００℃
、圧力０．２Ｔｏｒｒの圧力下で〜５００Ａのタングス
テン配線層（３）を化学気相堆積法により形成する。

次に０，３５Ｔｏｒｒの圧力下で８ｉＨ，とＮ、Ｏを用
いて約１．２μｍの絶縁膜として８ｉ０．膜αυを被着
して、その後直径０．４μｍの開孔部−を反応性イオン
エツチング等により形成する。その後、基板（１）の温
度６００℃で０．１μｍの多結晶シリコン膜（４）を減
圧化学気相堆積法（ＣＶＤ法）を用いて開孔部α四及び
ＳｉＯ，［αυ上に被着する。しかる後、第２図（ｂ）
の如（ＢＢ　ｒ、−ｃｔ４の塩素系気体を用いた反応性
イオンエツチングで異方的に多結晶シリコン（４）をエ
ツチングして、開孔部ａ１側壁にシリコン膜（４ａ）を
残す。続いて圧力０．２Ｔｏｒｒ　、基板（１）の温度
４００℃でタングステンのフッ化物気体である六フッ化
タングステン（ＷＦｓ）とアルゴン（Ａｒ）を流し、前
記シリコン！（４ａ）で六フッ化タングステン（ＷＦ、
）を還元し、側壁部シリコンＪ［（４ａ）をすべて第２
図（Ｃ）に示す如くタングステン膜（５）に置換する。

０．１μｍのシリコン膜（４ａ）がすべて六フッ化タン
グステン（ＷＦａ）と反応すると約５ｏｏＡのタングス
テン膜（５）が形成される。

しかる後に、第２図（ｄ）に示すように減圧ＣＶＤ装置
内において基板温度を４００℃にして分圧０．０６Ｔｏ
ｒｒで水素（Ｈ：）を、０．１２ＴｏｒｒでＳｉＨ。

を、０．００１　Ｔｏｒｒ　で六フッ化タングステン（
ＷＦａ）を導入し、第１の金属膜である５００Ａのシリ
コン成分過剰のタングステン−シリコン合金膜ａつを、
続いて分圧０．２Ｔｏｒｒで水素（Ｈりを０．０３Ｔｏ
ｒｒ　テ六フッ化タングステン（ＷＦａ）を導入して０
．３μｍの第２の金属膜、ここではタングステン膜αり
を堆積する。その後、平坦化材としてフォトレジストＩ
を塗布して２００℃で２０分のベーキング後、ＣＦ、と
Ｎ、で開孔部（へ）以外のタングステン膜（１３ａ）及
びタングステン−シリコン合金ｇ（ｘ２ａ）を反応性イ
オンエツチングで除去し、第２図（ｄ）の如く開孔部（
１５にのみタングステン膜（１３ｂ）及びタングステン
−シリコン合金膜（１２ｂ）が埋め込まれた形状を得る
。

この実施例によれば第１の金属膜であるタングステン−
シリコン合金膜αり、第２の金属膜であるタングステン
膜圓の膜厚を金属膜（５）の膜厚分薄くすることができ
るので、パターニングの際のエツチングが容易であり、
又、膜はがれ及びこの膜はがれによる８ｉ０．腰囲の凹
凸はみられず、開孔部α９にも隙は見られず、信頼性良
く開孔部ａ９の埋め込みを行なうことができた。更に、
上層に図示しないｋＡ−８ｉ配線をした時のコンタクト
抵抗を測定するとＡｔ−８ｉ配線とタングステン膜（１
３ｂ）の接触抵抗は３〜４×１０　Ω−，タングステン
膜（１３ｂ）と下層のタングステン配線層（３）とは２
〜４×１０　Ωｄ、タングステン配線層（３）と高績度
ヒ素（ＡＳ）ドーピングシリコン層（２）との接触抵抗
は５×１００−と良好なオーミック特性を示した。

尚、上述した第２の実施例において、タングステン配線
層（３）を形成しない場合、即ち、Ｎ拡散層（２）上に
直接８ｉ０．腰囲が形成される場合でも、同様な効果が
得られる。この場合、最終的に得られる構造は第３図に
示される。ここで第２図と四一部分は同一符号で示され
ている。

上記各実施例において、第１の金属としてチタンあるい
はタングステン−シリコン合金、第２の金属としてタン
グステンを用いたが、本発明はこれらに限定されるもの
ではなく第１の金属としてはチタン（Ｉｌｌ　ｉ　）、
ジルコニウム（Ｚｒ　）　、ハフニウム（Ｈｆ）、　ニ
オブ（Ｎｂ）、タンク／ｌ／　（Ｔａ）、及びこれらの
硅化物（シリコンとの合金）、窒化物、又はモリブデン
（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）の硅化物であってもよく
、第２の金属としては、タングステン（Ｗ）以外にモリ
ブデン（Ｍｏ）あるいはそれらの硅化物で・、１ ニスる金属としてタングステンを用いたがモリブデンで
あってもよい。

更にＳｉｎ、膜（ｉｌｌの下層はｔあるいはＶのシリコ
ン基板モジくはチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニ
オブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン及
びこれらの硅化物又は窒化物、あるいは、ニッケル、パ
ラジウム、プラチナ及びこれらの硅化物、あるいはアル
ミニウム、銅を主成分とする金ｍ！Ｉのいずれでもよい
。

〔発明の効果〕

以上、述べてきたように本発明によれば絶縁膜に形成し
たコンタクトホールあるいはスルーホール等の開孔部を
タングステン等の金属膜で埋め込むに際し、この金ｋＡ
膜と前記絶縁膜との間にこの絶縁膜と密層性の良い第１
の金属膜を介在させるので金属膜のはがれが生ぜずエツ
チングした後も絶縁膜表面の平坦化が保たれる。又、開
孔部にも隙は生じないので電気的接触も良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す工程断面図、第２図及
び第３図は本発明の他の実施例を示す工程断面図、第４
図及び第５図は従来例を示す工程断面図である。 ｌ、１６・・・シリコン基板、２，１０・・・Ｎ拡散層
、３・・・タングステン１１．４，４ａ・・・シリコン
膜、５・・・タングステン暎、１２，１２ａ　、１２ｂ
・・・第１の金属膜、１３，１３ａ、１３ｂ−ｇ２の金
属ｉｌｌ、１４・・・フォトレジスト。 出願人　工業技術院長　等々力　達 ０　　　　　　　　　　　　　　°〇 一一一 第２図 第２図 第８図 第４図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体もしくは金属表面上に絶縁膜を形成し、こ
   の絶縁膜に前記半導体もしくは金属の一部が露出するよ
   うに開孔部を設ける工程と、その後前記絶縁膜と密着性
   の良い第１の金属膜を前記開孔部及び絶縁膜上に被着す
   る工程と、続いて前記第１の金属膜の上の全面に第２の
   金属膜を形成して前記開孔部を埋め込む工程と、しかる
   後前記開孔部以外に存在する前記第１及び第２の金属膜
   を除去する工程とを含む半導体装置の製造方法。
2. （２）半導体もしくは金属表面上に絶縁膜を形成し、こ
   の絶縁膜に前記半導体もしくは金属の一部が露出するよ
   うに開孔部を設ける工程と、次に前記絶縁膜及び開孔部
   表面に半導体膜を被着し反応性イオンエッチングで前記
   開孔部の少なくとも側壁に半導体膜を残す工程と、この
   残存した半導体膜を金属のフッ化物気体と反応させてこ
   の金属を前記開孔部内の少なくとも側壁に堆積させる工
   程と、その後前記絶縁膜と密着性の良い第１の金属膜を
   前記開孔部及び絶縁膜上に被着する工程と、続いて前記
   第１の金属膜の上に第２の金属膜を形成して前記開孔部
   を埋め込む工程と、しかる後前記開孔部以外に存在する
   前記第１及び第２の金属膜を除去する工程とを含む半導
   体装置の製造方法。
3. （３）第１の金属がチタン、ジルコニウム、ハフニウム
   、ニオブ、タンタル、及びこれらの硅化物、窒化物又は
   タングステンあるいはモリブデンの硅化物のいずれかで
   ある特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法
   。
4. （４）第２の金属がタングステン又はモリブデン及びこ
   れらの硅化物のいずれかである特許請求の範囲第１項記
   載の半導体装置の製造方法。
5. （５）金属表面を形成する金属がチタン、ジルコニウム
   、ハフニウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン
   、タングステン及びこれらの硅化物又は窒化物、あるい
   はニッケル、パラジウム、プラチナ及びこれらの硅化物
   、あるいはアルミニウム、銅を主成分とする金属のいず
   れかである特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製
   造方法。
6. （６）第１及び第２の金属は化学気相堆積法で被着する
   特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。
7. （７）フッ化物気体を構成する金属がタングステン又は
   モリブデン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。