JPH02267933A

JPH02267933A - ビアホール内配線およびその形成方法

Info

Publication number: JPH02267933A
Application number: JP8861989A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Sasaoka; 千秋笹岡
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-04-07
Filing date: 1989-04-07
Publication date: 1990-11-01
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JP2841449B2

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、半導体集積回路におけるＭ間配線のためのビ
ア、ホール内配線との形成方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体素子の高速化、大容量化に伴ない、素子の集積度
をより向上させることが急務となっている。このため、
高度な微細プロセス技術が要求され、例えば１６Ｍビッ
トＤＲＡＭではサブミクロンの精度が必要となる。微細
プロセス技術の中でも、特に微細配線技術は素子サイズ
に直接影響を与えることから重要度を増している。素子
の高速性を上げるには、配線抵抗の低減が不可欠であり
、その一つの解決策として、近年多層金属配線が用いら
れるようになった。この場合、層間配線のためにビアホ
ール内の配線が必要になる。

ビアホール内配線の形成には、従来、蒸着法またはスパ
ッタ法が用いられてきた。しかし、ビアホール径がサブ
ミクロンになると、蒸着法ではアスペクト比の高いビア
ホールを埋めきることができないという問題点が生じる
。このため、気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏ
ｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＣＶＤと記す）を用い
、ビアホール部分に選択的に金属を堆積させることが試
みられるようになった。金属の選択ＣＶＤの例として、
タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉ
ｘ）があげられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｗの選択成長については、アルブケルク（＾１ｂｕｑｕ
ｅｒｑｕｅ）、プロシーデイングズ　オブ　タングステ
ン　アンド　アザ−リフラクトリ−メタルズ　フォー　
ブイエルニスアイ　アプリケーションズ（Ｐｒｏｃｅｅ
ｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｔｕｎｇｓｔｅｎ　ａｎｄ　０ｔｈ
ｅｒＲｅｆｒａｃｔｏｒｙ　Ｍｅｔａｌｓ　ｆｏｒ　Ｖ
ＬＳＩ＾ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）、４０７ページ、１
９８５年に、原料ガスとして六フッ化タングステン（Ｗ
Ｆ６）を用い、水素気流中でＳｉ基板上にＷが選択成長
できることが報告されている。この方法では、ある程度
Ｗが成長すると、そこで成長速度が激減してしまうため
、ビアホールを埋め込めないという問題があった。この
理由は次のように考えられている。水素よりもＳｉの方
が還元性が強いので、Ｓｉ上への成長では、水素による
還元反応と同時に、基板からＳｉｗ、子が拡散し胃Ｆ６
　　＋６／ｘＳｉ−＋Ｗ＋６／ｘＳｉＦｘ（ｘ＝　　１
〜４）　　　　　　　・・・（１）なる反応が生じる。Ｗの膜厚がある程度以上になると、
基板から拡散するＳｉ原子の数が減少する。

このため、（１）式の反応は生じなくなり、代りにＷＦ
６＋３１（２→Ｗ＋６１１Ｆ　　　　　・・・（２）な
る還元反応によりＷが成長する。しかし、（２）式によ
るＷの成長速度が非常に低いなめ、成長速度が激減する
。

一方、ＷＳｉｘによるビアホールの埋め込みに関しては
、９１）１６をシラン（ＳｉＨ４）で還元する方法があ
り、これに関しては、ティ・オーバ、ニス・イノウニ、
エム・メダ（Ｔ、０ｈｂａ、Ｓ、Ｉｎｏｕｅ、Ｍ、Ｍｅ
ｄｉ）、プロシーテインダス　オブ　アイイーイーイー
　アイイーデイ−エム　テクニカル　ダイジェスト（Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎＢ　　ｏｆ　　ＩＥＥＥ　　ＩＥＤＭ
　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｄｉｇｅｓｔ、）、２１３
ページ、３９８７年に報告されている。この場合、水素
還元で見られたような成長の停止、低成長速度という問
題はない。しかし、胃Ｓｉｘは金属Ｗと比べ抵抗率が１
桁以上高いため、配線材料として不利である。

また、水素およびシラン還元による選択成長では、成長
界面に１％近い高濃度のフッ素が蓄積することが知られ
ており、このため堆積膜の密着性が低下し、埋め込んだ
Ｗ、ＷＳｉｘが容易に剥離するという欠点があった。

本発明の目的は、抵抗が低く、かつ基板との密着性の高
いビアホール内配線とその形成法を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のビアホール内配線は、半導体基板上に絶縁膜を
介して下層導体層と上層導体層とが設けられ、かつ前記
下層導体層と上層導体層とが前記絶縁膜に設けられたビ
アホールに埋込まれた導体で電気的に接続されているビ
アホール内配線において、前記導体が少くともタングス
テンとアルミニウムを含むことを特徴とする。

本発明のビアホール内配線の形成方法は、半導体基板上
の下層導体層を絶縁、膜で覆い該絶縁膜にビアホールを
形成し、該ビアホールを導体で埋めた後前記絶縁膜上に
上層導体層を形成して前記下層導体層と上層導体層とを
電気的に接続するビアホール内配線の形成方法において
、原料ガスとしてアルミニウム原子を含む有機金属と六
フッ化タングステンとを少くとも用いる気相成長法を用
いて前記ビアホール内に導体を形成することを特徴とす
る。

〔作用〕

金属アルミニウムの抵抗率は、約３Ω口とタングステン
の５Ω印の比べ低く、さらにＷＳｉｘの抵抗率の１／１
０以下である。従って、Ｗ−ＡＪ２’の合金をビアホー
ルの埋め込みに用いることで、ＷやＷＳｉｘを用いる場
合に比べ抵抗値が低減される。また、Ａｆｆのみでビア
ホールを埋め込んだ場合、エレクトロマイグレーション
による断線の可能性があるが、Ｗ−へｅ合金ではエレク
トロマイグレーションの影響は大幅に低減される。

ところで、従来の選択ＣＶＤは、アルミニウムを広い成
長条件で選択成長させることが困難であり、本発明のビ
アホール内配線を形成することは困難であった。

本発明による形成方法では、アルミニウムを選択的に堆
積させることができるなめ、Ｗと　ＡＮからなる電極を
選択的に形成することが可能である。

有機アルミニウムとしてジエチルアルミニウムクロライ
ド（ＤＥＡｅＣｆｆ）を例にとると、ＤＥＡＩＣ／！は
５ｉ０２、ＳｉＮｘ上の分解温度が金属や半導体表面上
での分解温度より高いなめ、４００℃以下では後者の上
にのみ選択的に堆積する。従って、ｌ１ｆＦ６をＤＥＡ
ｅ（、ｊ？と同時に供給すると、ＷＦ、、＋２　　人！
→Ｗ＋２　　人２Ｆ３なる還元反応により　ｌ？が堆積
した部分のみにＷが堆積し、結果としてＷ−ｋｅ金合金
選択的に堆積させることができる。生成されたｌ’Ｆ３
は蒸気圧が高いため、成長表面に滞在することがない。

よって、ＷＦ６の水素、シラン還元でみちれたような成
長界面へのフッ素の蓄積が起こらず、下地との密着性も
よい。さらに、Ｗと　１’の組成比を、ＷＦ６と有機ア
ルミニウムの供給量により調節てきるという特徴をを持
つ。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例について図面を用いて説明する
。

第１図は本発明の実施に使用する気相成長装置の系統図
である。

アルミニウム原子を含む有機金属としてジエチルアルミ
ニウムクロライド（以下ＤＥＡｆＣｅと記す）を用いた
。恒温槽１により６０℃に保たれたＤＥＡｔ？Ｃ４？２
はキャリア窒素３によりバブルされ、反応管４に供給さ
れる。途中配管は、Ｄ　ＥＡｅＣｅの析出を防ぐなめ、
ヒーター５によつ８０℃に昇温した。キャリア窒素３の
流量および？／Ｆ、ガス６の流量は流量制御器７により
制御した。基板８はカーボンサセプタ９上に置かれ、高
周波加熱により成長温度まで昇温される０反応管３は圧
力制御器１０およびポンプ１］により１００　Ｔｏｒｒ
に保った。ＤＥＡｆＣｆｆのキャリア窒素は４００３Ｃ
ＣＭとし、ＷＦ６流量は２５．５０．７５．１１００５
ＣＣとした。全窒素量は２ＳＬＭとし、成長温度は３２
℃とした。

第２図は本発明の実施に使用した基板の断面図である。

結晶面（１００）のＳＳ基板２１の上に５ｉ０２膜２２
が２００ｎｍの厚さに、＾ｌ膜２３が５００ｎｍの厚さ
に、さらに５ｉ０２膜２４が１μｍの厚さに順次堆積さ
れており、最上層のＳ１０□膜２４には０．５μｍ径の
ビアホール２５が形成されている。

上記成長条件の下で、すべての試料についてビアホール
部分のみに金属のｔ９．Ｍがみられた。堆積した金属の
組成をオージェ電子分光により分析した結果、堆積した
金属はＷと　ｌ？からなること、およびＷＦ６流量の増
加と共にＷ含有率が増加することがわかった。また、フ
ッ素は検出されず、体積した膜の密着性も良好であった
。

ＷＦ６流ス５０ＳＣＣＭの条件で、ビアホールを完全に
埋め込み、その後Ａｔ？を蒸着したところ、第１層の＾
ｅＨと電気的に良好なコンタクトがとれていることがわ
かった。また、ビアホール部分の抵抗率はバルクの値と
ほぼ等しかった。

次に、比較のため、名訳成長を行ったのと同じ基板上に
Ｗ、ｋｅを蒸着法でそれぞれ１μｍ　Ｄｉ　Ｎしたもの
を作製した。この場合、段切れにより第１層とのコンタ
クトがとれないものが全体の約４０％あった。また、段
切れしていないものについても、ビアホール全体が埋め
込まれていないなめ、ビアホール部分の抵抗率が高かっ
た。これにより、本発明により高アスペクト比のビアホ
ールに対しても、良好なコンタクトをとることができる
ことがわかった。

本実施例では、へｌ原子を含む有機金属とじてジエチル
アルミニウムクロライドを用いたが、本発明はこれに限
定されず、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルア
ルミニウムを用いた場合も同様の効果が得られる。

本実施例では、減圧下の成長を示したが、本発明におけ
る選択性は、基板表面の触媒作用により有機アルミニウ
ムの分解が低温で起こることを利用したものなので、常
圧下の成長でも同様の効果が得られる。また同じ理由か
ら、高周波加熱炉のかわりにホットウォール炉を用いる
こともできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＷＳｉｘを用いる場合に比べてコンタ
クト抵抗が低く、かつ基板との密着性の高いビアホール
内配線を形成することができる。さらに、本発明による
ビアホール内配線は、八ｅで問題となるエレクトロマイ
グレーションの影響もない第１図は本発明の実施に使用する気相成長装置の系統図
、第２図は本発明の実施に使用した基板の断面図である
。

１・・・恒温槽、２・・・ＤＥＡＩ；ＩＣＩ！、３・・
・キャリア窒素、４・・・反応管、５・・・ヒーター　
６・・・ＷＦ６ガス、７・・・流量制御器、８・・・基
板、９・・・カーボンサセプタ、１０・・・圧力制御器
、１１・・・ポンプ、１２・・・Ｓｉ基板、２２・・・
５ｉ０２膜、２３・・・Ａ！膜、２４・・・５ｉ０２膜
、２５・・・ビアホール。

代理人　弁理士　　内　原　　晋

【図面の簡単な説明】

酷Ｚ区

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板上に絶縁膜を介して下層導体層と上層
導体層とが設けられ、かつ前記下層導体層と上層導体層
とが前記絶縁膜に設けられたビアホールに埋込まれた導
体で電気的に接続されているビアホール内配線において
、前記導体が少くともタングステンとアルミニウムを含
むことを特徴とするビアホール内配線。
（２）半導体基板上の下層導体層を絶縁膜で覆い該絶縁
膜にビアホールを形成し、該ビアホールを導体で埋めた
後前記絶縁膜上に上層導体層を形成して前記下層導体層
と上層導体層とを電気的に接続するビアホール内配線の
形成方法において、原料ガスとしてアルミニウム原子を
含む有機金属と六フッ化タングステンとを少くとも用い
る気相成長法を用いて前記ビアホール内に導体を形成す
ることを特徴とするビアホール内配線の形成方法。