JPS63127551A - 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、特に配線形
成工程の改良をはかった半導体ＨＨのｖＪ造方法に関す
る。

（従来の技術） 近年、半導体集積回路においては、高集積化への傾向が
高まる一方であり、素子の微細化、高集積化に伴い、そ
の配線構造は多層化への傾向を強めている。多層配線技
術を考える場合、■　配線抵抗が低い。

■　各配線層間の絶縁膜の平坦化が容易。

■　各配線、′ＦＸ極相互の接続が簡単。

等の点が肝要である。しかしながら、工程上の問題から
上記の全てを満たす多層配線の実現は困難であった。

第２図に従来一般的な半導体！！ｉ置の断面構造を示ず
。シリコン基板２１上に素子形成のための或いは配線層
としての多結晶シリコン膜２２が形成されており、これ
らの上に層間絶縁膜としての５ｉ０２１１２２３が堆積
されている。そして、このＳｉＯ２膜２３の一部にコン
タクトホールを形成したのち、金属膜からなる配線Ｆｇ
ｊ２４が形成され、これによりシリコン基板２１と多結
晶シリコン膜２２とが接続されるものとなっている。

上記構造において、配線材料としてアルミニウム或いは
その合金を用いた場合、アルミニウムが低融点金属であ
ることから、ゲッタリングのための高温工程や絶縁膜平
坦化のための高温溶融工程を用いることが不可能である
。このため、十分なゲッタリングを行うことができない
。さらに、絶縁膜の平坦化のために、エッチバック法や
りフトオフ法等の複雑な工程を選択せざるを（りない。

また、配線材料として多結晶シリコンや高融点金属シリ
サイド等を用いた場合は、高温工程を経ても同等問題は
ないが、一方で配線抵抗がアルミニウムの数１０倍から
数１００倍も大きくなる。

このため、半導体素子の信号遅延を招くことになり、回
路設計上の大きな障害となる。

一方、配線材料としてモリブデンやタングステン等の高
融点金屑を用いた場合、配線材料自体は低抵抗であり、
しかも融点が高いことから、前記の■■の要素を満たし
ている。ところが、この横ｊ告においても、ゲッタリン
グや絶１１膜平坦化のために、配線上の層間絶縁膜を高
温溶融で平坦化すると、配線抵抗が著しく大きくなると
云う問題がある。これは、高融点金属とシリコンとの接
触部において、高温工程中にこれらが反応してシリサイ
ドを形成し、シリコン部分の浸蝕と配線のシリサイド化
による高抵抗化が起こるためである。

これを避けるためには、高融点金属配線をシリコン部と
接触しないように形成し、層間絶縁膜を高温で溶融平坦
化する等の全ての高温工程の後に、シリコン部と高融点
金属配線とを上層金属配線を介して接触する方法が考え
られる。しかし、この方法では、上層金属配線とシリコ
ン部及び高融点金属配線とを接続するための新たな接続
孔を設ける必要があり、また配線構造の複雑化を招くこ
とになるので、素子微細化の大きな妨げとなる。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来、配線材料を選択しても前記■〜■の全
ての要素を満足することは困難であった。特に、ゲッタ
リングや絶縁膜平坦化のための高温工程は避けられず、
また配線の低抵抗化が必須であることから、配線材料と
しては高融点金属を用いざるを（ｑず、従って高温工程
中における高融点金属膜と半導体部との接触部の抵抗増
大が大きな問題となっていた。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、ゲッタリングや絶Ｉｌ膜平１！１化の
ためのれ温熱処理工程を用いることができ、旦つ配線抵
抗を十分小さくすることができ、素子の微細化等に好適
する配線ｍ造を実現し得る半導体装置の製造方法を提供
することにある。

［発明の目的］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、配線材料として高融点金属を用いると
共に、この高融点金属と半導体基板若しくは半導体膜と
の接続を高温工程後に行うことにある。

即ち本発明は、多層配線ｌｆｌ造を有する半導体装置の
製造方法において、素子が形成された半導体基板上に第
１の層間絶縁膜を形成したのち、この絶縁膜上に高融点
金属膜を形成し、次いで前記絶縁膜に上記高融点金属膜
と前記基板若しくは基板上の半導体部分と接続するため
のコンタクトボールを形成し、このコンタクトホールを
形成する工程の前或いは後に前記基板をｉ温熱処理し、
しかるのち前記コンタクトホールに金属膜を埋込むよう
にした方法である。

（作用） 上記工程であれば、ゲッタリングや絶縁膜平坦化のため
の高温熱処理工程は、高融点金属膜と半導体部とが非接
触の状態で行われることになる。

このため、高温熱処理工程時に高融点金属膜がシリサイ
ド化することはなく、高融点金屑を用いた配線と半導体
基板や半導体膜等との接触抵抗の低い配線が実現可能と
なる。また、高融点金属膜と基板若しくは半導体膜との
接続は、コンタクトホールに金属膜を埋込むのみの簡易
な工程で実現可能となる。

（実流例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例方法に係わる
半導体装置の製造工程を示す断面図である。まず、第１
図（ａ）に示す如く、面方位（１０１）のＰ型シリコン
基板１１上にゲート酸化膜を介して多結晶シリコンから
なるゲート電極１２を形成し、周知の拡散工程等により
図示しないソース・ドレイン領域を形成してＭＯＳトラ
ンジスタを作成する。続いて、気相成長法（ＣＶＤ法）
を用い、全面に第１の居間絶縁膜としてのＳ　ｉ　０２
膜１３を５０００　［人１の厚さに堆積する。

次いで、第１図（ｂ）に示す如＜ＳｉＯ２膜１３上にタ
ングステン膜（高融点金属膜）１４をスパッタ法により
４０００　［入］の厚さに堆積し、写真蝕刻法により所
望の配線パターンに加工する。

続いて、全面に第２の居間絶縁膜として、ボロンとリン
を各々１０［％］金含有たＳｉＯ２ＭＩＪ１５をＣＶＤ
法によりａｏｏｏ　ｒ人コの厚さに堆積する。このとき
、ＳｉＯ２躾１５の表面は下地の凹凸を反映して、比較
的大きな凹凸を有している。

第１図（ｂ）に示す状態の試料を、不純物ゲッタリング
と平坦化のために、９５０　［℃］の窒素雰囲気中で３
０分間熱処理する。この熱処理により、不純物がゲッタ
リングされると共に、３ｉ０２膜１５の表面が平坦なも
のとなる。さらに、スパッタにより形成したタングステ
ンＭ１１４は熱処理前は５０［μΩα〕程度の抵抗であ
るが、９５０Ｃ″］の熱処理によりタングステン１１１
４は１０［μΩＣｔＸ　］程度まで低抵抗化する。また
、この高温熱処理工程においてはタングステン膜１４は
下地シリコン部と接触していないため、タングステン１
１１４の一部がシリサイド化する等の不都合も全く生じ
なかった。

次いで、第１図（Ｃ）に示す如く、タングステン膜１４
と基板１１及びゲート′Ｗ１極１２とを接続するための
コンタクトホール１６（１６ａ、１６ｂ）を写真蝕刻法
により形成する。ここで、コンタクトホール１６により
、タングステンＩｔ！１１４は一部露出した状態となる
。

次いで、６弗化タングステン及び水素ガスを用いた選択
ＣＶＤ法により、第１図（ｄ）に示す如く、５ｉ０２膜
以外の部分、つまり基板１１．ゲート電極１２及びタン
グステン膜１４の露出部分のみにタングステン膜１７　
（１７ａ、　１７ｂ）を堆積する。ここで、タングステ
ンｇ１１７は、基板１１及びゲート電極１２とタングス
テン膜１４とが接続するまでコンタクトホール１６内に
埋込む。

また、選択ＣＶＤ法の条件としては、混合ガスの圧力を
０．２　［ｔｏｒｒ］とし、６０分間行った。

次いで、０１１図（ｅ）に示す如く、全面にアルミニウ
ム膜１８をスパッタ法で形成し、写Ｆ！蝕刻法でエツチ
ングして配線パターンを形成する。続いて、ＣＶＤ法に
より全面にパッシベーション躾としてのＳｉＯ２膜１９
を５０００　［人コの厚さに堆積する。ここで、第２の
Ｆｒ！Ｊ間絶縁狽である５ｉＯ２１１０１５は先の熱処
理工程で十分に平坦化されているため、アルミニウム膜
１８は被覆性も良く、信頼性及び歩留りの高いものとな
る。さらに、タングステン膜１４とシリコン部やアルミ
ニウム配置２等との接続も、コンタク１〜ホール１６内
にタングステン膜１７が埋込まれているので、信頼性及
び歩留りが向上りる。

かくして本実施例方法によれば、タングステン膜１４が
シリコン部と接触しない状態でゲッタリング及び平坦化
のための高温熱処理を行っているので、タングステン膜
１４の一部がシリサイド化することもなく、十分抵抗の
小さい配線を実現することができる。また、第２の層間
絶縁膜は上記熱処理により十分平坦化されるので、その
上に形成する配線の信頼性を高めることができる。さら
に、コンタクトホール１６は選択ＣＶＤ法によりタング
ステン膜１７で埋込まれるので、コンタクトホール１６
における段差を小さくすることも可能である。また、選
択ＣＶＤ法を用いることにより、タングステン膜１４と
シリコン部との接続に写真蝕剣法等を用いる必要もなく
、上記接続を極めて容易に行い（りる等の利点がある。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば、前記第２の居間絶縁膜の平坦化を左程
必要としない場合、第２の眉間絶縁膜を形成しない状態
で高温熱処理を１７うようにしてもよい。この場合であ
っても、高融点金ｆｌｌＱの低抵抗化の効果は同様であ
る。ざらに、コンタクトホール形成前に限らず、コンタ
クトホール形成後に上記高温熱処理を施すようにしても
よい。

また、コンタクトホールに埋込む金属膜はタングステン
等の高融点金属に限るものではなくアルミニウム等の低
融点金属膜であってもよい。さらに、金属膜の埋込み工
程としては選択ＣＶＤ法に限らず、通常のＣＶＤ法で金
ｆｌ膜を形成したのちに、コンタクトホール部以外の金
属膜をエツチング除去するようにしてもよい。その他、
本発明の要りを逸麗しない覇囲で、種々変形して実施す
ることができる。

［光明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、高融点金属膜を半
導体基板や半導体膜等に接触させない状態で高温熱処理
を施すようにしているので、配線材料として高融点金属
を用いるにも拘らず、該金属膜のシリサイド化を防止す
ることができ、配線抵抗の増大を未然に防止することが
できる。従って、低抵抗配線、絶縁膜の平坦化及び接続
の簡便化等を実現することができ、多層配線の形成に極
めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に係わる半導体装置の製
造工程を示す断面図、第２図は従来の半導体装置の概略
構造を示す断面図である。 １１・・・シリコン基板（半導体基板）、１２・・・ゲ
ートｆｆ１１４（半導体Ｉｌり　、１３−３　ｉ　０２
膜（第１の層間絶縁膜）、１４・・・タングステンＩＩ
Ｃ高融点金属膜）、１５・・・Ｓ　ｉ　０２膜（第２の
居間絶縁膜）１６・・・コンタクトホール、１７・・・
タングステン膜（埋込み金属膜）、１８・・・アルミニ
ウム膜、１９・・・５ｉＯ２１１９（パッシベーション
股）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）素子が形成された半導体基板上に第１の層間絶縁
   膜を形成する工程と、上記絶縁膜上に高融点金属膜を形
   成する工程と、前記絶縁膜に上記高融点金属膜と前記基
   板若しくは基板上の半導体部分と接続するためのコンタ
   クトホールを形成する工程と、上記コンタクトホールを
   形成する工程の前或いは後に、前記基板を熱処理する工
   程と、次いで前記コンタクトホールに金属膜を埋込む工
   程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）前記高融点金属膜形成工程の後で、且つ前記コン
   タクトホール形成工程及び前記熱処理工程の前に、全面
   に第２の層間絶縁膜を形成することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。
3. （３）前記金属膜の埋込み工程として、選択的化学気相
   成長法を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の半導体装置の製造方法。
4. （４）前記高融点金属膜及び前記コンタクトホールに埋
   込む金属膜として、それぞれタングステンを用いたこと
   を特徴と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。（５）前記基板及び半導体部分は、それぞれ
   シリコンであることを特徴と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。