JPH02199827A - 配線形成方法 - Google Patents

配線形成方法

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JPH02199827A
JPH02199827A JP1017616A JP1761689A JPH02199827A JP H02199827 A JPH02199827 A JP H02199827A JP 1017616 A JP1017616 A JP 1017616A JP 1761689 A JP1761689 A JP 1761689A JP H02199827 A JPH02199827 A JP H02199827A
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斉藤 政良
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正恭 鈴樹
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西田 高
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、微細配線に係り、特に微細なコンタクト孔内
Il=導電膜を埋め込んだ高信頼性微細配線に関する。
〔従来の技術〕
従来の微細配線及びその製造方法は例えばシンポジウム
 オン ブイエルニスアイ テクノロジー ダイジェス
ト オン テクニカル ペーパーズ(Sy++posi
um  on  VLSI  Technology 
 Digest  ofTechnical Pape
rs) p、1011988J、「伊藤他、1988年
半導体専門講習会予行集 於蔵王(財)半導体研究振興
会編p、101 1988Jに記載されている。従来、
微細配線はスパッタ法または化学気相成長法により形成
されていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術のうちスパッタ法により形成された微細配
線には段差被覆特性が劣るという問題があった。すなわ
ち、直径が0.5  μm、深さが直径と同程度以上の
寸法の微細で高アスペクト比の接続孔の内部には導電(
金属または金属化合物)材料を十分に埋め込むことがで
きないという欠点があった。また、上記従来技術のうち
化学気相成長法により形成された微細配線には下地との
密着性が十分でなく、剥離を生じたりコンタクト抵抗が
増大するという問題があった。
本発明の目的は、密着性1段差被覆特性に優れ、低コン
タクト抵抗の微細配線を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、微細なコンタクト孔を有する基板表面にス
パッタ法で、Si拡散層などの導電材料上にも2また。
5iOzなどの絶縁材料の上にも良好な密着性で、しか
も次に形成する膜とも密着性、導通特性が良い50nm
程度の薄い圧縮性応力を有する導1lt(金属または金
属化合物)膜を形成した後、CVD法で厚い導11!(
金属または金属化合物)[を形成することにより達成さ
れる。
〔作用〕
微細なコンタクト孔を有する基板表面にスパッタ法で形
成した50nm程度ψ・薄い導電(金属または金属化合
物)膜は、下地と該導電膜との良好な密着性と低コンタ
クト抵抗を実現する6該導電膜上にCVD法で形成する
際に導入する高融点金属フッ化物のガスは、スパッタ導
電膜上に形成される自然酸化膜を除去し、スパッタ導電
膜上に形成したCVD−導電膜は良好な段差被覆特性を
実現する。またスパッタ法で形成した50nm程度の薄
い導電膜は、CVD法で厚い′導電膜を形成する際の反
応生成物とSiとの反応を防ぐバリア層として作用する
ので、従来のCVD法のみで配線を形成する際に発生し
たエンクローチメントやトンネリングを防止することが
できる。また、圧縮性応力を有するスパッタ導電膜は引
っ張り性のCVD−導電膜を形成する際の応力を低減さ
せる作用をする。
〔実施例〕
第1図は配線材料にWを用いた場合の本発明の一実施例
の微細配線の製造工程を示す断面図である。
接続孔の直径は0.5 μm、深さも0.5 μmとし
た。
第1図(a)は、p型Si基板1の一生面の所望の領域
に5 X I O”cya−”のAs+をイオン打ち込
みし、900℃の窒素雰囲気中で1o分間熱処理し、n
十拡散層2を形成した後、CVD法で0.5 μmの膜
厚の層間絶縁膜5iOa3を形成し、接続孔をドライエ
ツチング法で開孔した試料の断面を示す図である。
次に、開孔部に露出したSi表面をHFとNHaFの混
合液(HF : NH4F = 1 : 20、以下1
/20Bと略す)で30秒間洗浄し、50nmのW4を
DCスパッタ法で形成した。Wのスパッタ条件は2 、
5kV、 1 mTorrとした。この状態を示したの
が第1図(b)である。
次に、CVD法により0.5  μmのw5を形成した
。形成条件は、圧力が100 mTorr、温度が39
0℃、WFa流量が20scc+a、Hz流斌が100
0scc@である。この状態の断面を示したのが第1図
(c)である。
この構造のW/n+ −8iのコンタクト抵抗は18Ω
であり、十分低く良好であった。また、n型Si基板を
用イテ、BFt+を5 X 10 ”car−”イオン
打ち込みし、900℃の窒素雰囲気中で1゜分間熱処理
して形成したp◆拡散層に対するW/p+−8iのコン
タクト抵抗は45Ωであり、p+−8iに対しては十分
低い値であった。平坦な絶縁膜5iOz上のW層の抵抗
率は7.8 μΩ国と低い値であった。
本発明による段差被覆特性の改善を第2図に示した。第
2図(a)は本発明の一実施例による配線膜の模式図で
あり、微細な接続孔の内部にも充分にWが埋め込まれて
いる。一方、従来のスパッタ法のみによるW配線では、
第2図(b)に示すように、絶縁膜としてグラスフロー
を行なってコンタクト孔の開孔部を拡げたBPSG膜8
を用いているにもかかわらず、平坦な部分の膜厚に対す
る微細な接続孔の内部の最も薄い部分の膜厚の比(カバ
レジファクタ)は0.2 以下となっており。
顕著な改善がされていることがわかる。ここで5上記B
PSG膜はボロン酸化物を添加して加熱流動性を増加さ
せたPSG (ホスホシリケートグラス)である。
また、第1図(c)の構造のW配線のシート抵抗は0.
39 Ω/口であるがCVD−W膜のがわりにCVD法
で形成したM o 、あるいはA2膜を用いても良く、
更にシート抵抗を低減するためには第3図のようにAl
−Cu−8i/TiN積層薄膜6,7を形成しても、あ
るいはまた、TiN6を用いないでA Q −Cu −
S i薄膜7のみを形成しても良い。これらの配線の膜
厚は回路設計から要求されるシート抵抗より決定される
。
スパッタWを用いないで直接下地上にCVD−Wを形成
すると、密着性を示すひっがき試験の臨界荷重は50g
w以下であり、極めて剥離しやすいのに対し、本発明の
実施例では臨界荷重が5001w以上であり、密着性の
良好なスパッタWと同等の値が得られた。
また、この薄いスパッタw改は、CVD過程中の反応ガ
スとSiとの反応を防止するバリア層としても作用する
。従来W F sのH2還元反応を適用した場合にはS
 i OxとSiとの界面付近の領域にエンクローチメ
ントやトンネリングが存在したが、本発明によりばこれ
らの発生はなく、良好な界面が形成された。エンクロー
チメントの発生が防止されていることは第2図(a)に
示した。
また、この第2図(a)を見てわかるように、スパッタ
W上にCVD−Wを形成すると、スパッタWの表面に形
成されたWの自然酸化膜は、VFsガスを流すことによ
り容易に除去され、CVD−W膜はエピタキシャル成長
をし、下地近傍ではく110〉に配向したスパッタW膜
に近い性質を持ち、下地から遠ざかるに従ってCVD−
W膜特有の特性となっており、CVD−Wの表面には数
100人の凹凸が見られる。
次に、第4図を用いて別の実施例を示す、接続孔の底面
積に対し開孔部の面積が同等以下の所謂逆テーパーの接
続孔の場合には、接続部に空洞が形成されることがある
が、第4図の実施例のように開孔上部の面積が底面積よ
り広くなるように形成すれば厚いCVD膜を形成しても
空洞はできず、CVD−Wを十分に埋め込んで微細配線
が形成できる。
次に、第5図を用いて別の実施例を示す。
第5図(a)は、p型Si基板1の一生面の所望の領域
に5 X 10 ”x−”のAs+イオンをイオン打ち
込み900℃の窒素雰囲気中で10分間熱処理し、n十
拡散層2を形成した後、CVD法で0.5 μmの膜厚
の層間絶縁膜5iOz3を形成し、接続孔をドライエツ
チング法で開孔し、1/20B液で処理した後、スパッ
タW膜4とCVD−W膜5を形成した試料の断面を示す
図である。
次に、ホトレジスト9を0.5  μm塗布した。この
状態を示したのが第5図(b)である。
次に、ドライエツチング法を用いてホトレジスト9と5
iOa3上のW膜4,5をエッチバックして除去し、W
プラグを形成した。ドライエツチングは、圧力が20 
m Torr、電力が50 W 、 SFsガスの流量
が20secmの条件で行なった。なお、5iOz3上
のVH2,5のドライエツチングの終点検出はSzの発
光をモニターして行なった。
この状態を示したのが第5図(c)である。
そして、スパッタ法によりAl2−Cu−5i配線層7
を形成し、第5図(d)に断面構造を示した金属配線を
作製した。
この金属配線のコンタクト抵抗は第1図に示したW配線
と同程度の5Ωであり、密着性も極めて良好であった。
また、W/p+ −siのコンタクトも形成して測定し
たところ、抵抗は47Ωであり、第1図に示したW配線
と同程度であり、密着性も極めて良好であった。
以上、スパッタ膜としてスパッタW膜を、CVD膜とし
てCVD−W膜を例として説明してきたが、スパッタ膜
としてTiW、Mo、W珪化物、Ti珪化物、Mo珪化
物のいずれかを適用しても、また、CVD11%として
Mo、Ti珪化物のうちのいずれかを適用しても同様の
効果がある。また、Cu、TiWのCVD法は現在開発
途上にあるが。
この技術が適用可能となればCVD−Cu、CVD −
TiWも有効であると考えられる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、積層W (CVD−W/スパッターW
)構造のため、高信頼性でかつ低抵抗の配線が実現でき
る。すなわち、スパッタW k S i上に形成するの
でW/n+ −8iのコンタクトでコンタクト抵抗が1
8Ω、W/p+−8iのコンタクトでコンタクト抵抗が
45Ωという低コンタクト抵抗が実現できた。また、5
 i 0x上にスパッタWを形成するので密着性の良好
な配線が実現できる。更にスパッタW上にCVD−Wを
形成する際ニW F eガスによりスパッタW上の自然
酸化膜は除去され、CVD−WはスパッタW上にエピタ
キシャル成長し、CVD−Wの特性を反映した8μΩ口
程度の低抵抗率で、しかも極めて段差被覆特性の優れた
金属薄膜が形成できる。また、従来のCVD−Wを形成
する際に問題となったエンクローチメントやトンネリン
グはスパッタWがバリア層として作用するので全く問題
はない。
従ッて1本発明は0.5 μmレベル以降の微細配線に
好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のW配線の製造工程を示す断
面図、第2図は本発明の一実施例のW配線と従来のスパ
ッタW配線の段差被覆形状を比較した断面図、第3図は
本発明の一実施例のAl−Cu −S i / W配線
の断面図、第4図は本発明の一実施例を示す下地接続孔
の開口形状を緩和したW配線の断面図、第5図は本発明
の一実施例のWプラグAl−Cu−8i配線の製造工程
を示す断面図である。 1・・・P型Si基板、2・・・n÷拡散層、3・・・
5iOz、4−2バツタW、5−CVD−W、6−Ti
N。 7−Afi  Cu  Si、8−BPSG。 第1図 3  St、θ2 冨 3 回 冨 4 図 S6θ2 スへ1ヅ7−W′ CVD−1/ 121)(”A スへ”−y7−W vu−w LN Al−(u−5L VJ 5 図 ニ」) ニ]; ]]斗・ スハ1ファーW vo−w Al−Cu、−5i。 ホLLジスト

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、スパッタ蒸着法で形成した導電膜と化学気相成長法
    で形成した導電膜を積層させた微細配線に於いて、スパ
    ッタ蒸着法で形成した導電膜が化学気相成長法で形成し
    た導電膜より薄いことを特徴とする微細配線。 2、請求項1記載の微細配線に於いて、化学気相成長法
    で形成した導電膜の表面を平坦化したことを特徴とする
    微細配線。 3、請求項1記載の微細配線に於いて、化学気相成長法
    で導電膜を形成した後、エッチバックによつてコンタク
    ト孔内部に導電材料を残してプラグを形成し、その他の
    部分の導電膜を除去した後、新たに配線を形成すること
    を特徴とする微細配線。 4、請求項1記載の微細配線に於いて、スパッタ蒸着法
    で形成した導電膜と化学気相成長法で形成した導電膜と
    が同種の金属であり、該金属がW、Mo、Alの中のい
    ずれかであることを特徴とする微細配線。 5、請求項1記載の微細配線に於いて、スパッタ蒸着法
    で形成した導電膜がW、Moのいずれかであり、化学気
    相成長法で形成した導電膜がW、Mo、W珪化物、Mo
    珪化物、Ti珪化物のいずれかであることを特徴とする
    微細配線。 6、請求項1記載の微細配線に於いて、スパッタ蒸着法
    で形成した導電膜が100nm以下であることを特徴と
    する微細配線。 7、請求項1記載の微細配線に於いて、TiN、TiW
    、MoSi_2、WSi_2、TiSi_2の中の少な
    くとも一つをスパッタ蒸着法で形成した後、スパッタ蒸
    着法で導電膜を形成することを特徴とする微細配線。
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