JPH03280424A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高い耐熱性が得られる配線形成方法に関する
。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体基板上に形成された絶縁膜の開口部の
底部にバリアメタル層を形成した後、上記開口部内に高
融点金属材料を非選択成長させることにより、プロセス
安定度が高く、良好な耐熱性を有する配線形成方法が提
供されるものである。

〔従来の技術〕

半導体装置の高集積化に伴い、コンタクトホールにおい
ても微細化が進められている。このような微細なコンタ
クトホール内に電極配線を形成する方法として、従来よ
りスバ・７タ法やＣＶＤ法によるアルミニウム層を用い
る方法が行われているが、最近では、気相ＣＶＤ法によ
ってタングステン（Ｗ）等の高融点金属材料を被着させ
る技術が活発に研究されている。この技術によれば、微
細なコンタクトホールに配線材料を埋め込むことが可能
とされる。このため、このような高融点金属材料を用い
た方法は半導体装置の高集積化に対応可能な配線形成技
術として注目されている。

この気相ＣＶＤ法による高融点金属材料を用いた配線形
成技術において、シリコン層等からなる下地層のコンタ
クト部分上にタングステン層を形成する場合、シリコン
層とタングステン層の反応は６００°Ｃ以下では起こら
ないので、比較的高い耐熱性が得られる。

ところが、層間絶縁膜の平坦イヒに用いられるＢＰＳＧ
膜等のグラスリフローは９００°Ｃ程度で行われる。ま
た、ＳＲＡＭや３次元集積回路等の抵抗素子として用い
られるポリシリコン層のアニールや薄膜のポリシリコン
層に形成される薄膜トランジスタ（ＴＰＴ）の不純物領
域の活性化等は１０００°Ｃ程度で行われる。従って、
これらの処理温度ではシリコン層とタングステン層の反
応が起こるため、ＰＮ接合が破壊される等の問題が生し
てしまう。

この問題の解決策として、コンタクトホール内に耐熱層
として機能するバリアメタル層を形成する技術が知られ
ている。例えば、第２図に示すように、素子分離領域１
２に囲まれたｐ型のシリコン基板ＩＩの表面のｎ゛型の
不純物領域１３上に絶縁膜１４が形成される。この絶縁
膜１４は不純物領域１３上で開口部１５を有する。この
開口部１５の底部にタングステン窒化膜からなるバリア
メタル層１６が設けられる。このバリアメタル層１６は
、例えば開口部１５の底部に形成されたタングステン層
をＮＨ，雰囲気中で窒化することによって得られる。こ
のバリアメタル層１６上に更にタングステン層１７が選
択的に成長される。

また、シリコン層とタングステン層の反応を防止する方
法としては、シリコン層等からなる拡散層をチタンシリ
サイド化させ°る方法や、このようにチタンシリサイド
化された拡散層のコンタクト部分のみを窒化させてチタ
ン窒化膜を形成する方法等も提案されている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし、第２回に示すような方法では、タングステン層
が窒化しにくいために、十分な耐熱性を有するバリアメ
タル層１６を形成することは難しい。

また、拡散層をチタンシリサイト′化させる方法では、
チタンソリサイド層とそのチタンシリサイド層上に形成
されるタングステン層の反応が約９００°Ｃで起きてし
まうため、上述の不純物領域の活性化処理等のような９
００°Ｃを越える熱処理に対しては耐熱性を確保するこ
とはできない。

更に、チタンシリサイド化された拡散層のコンタクト部
分のみを窒化する方法では、チタン窒化膜に対するタン
グステン層の選択性が低いので、タングステン層を選択
成長させる場合には不適当である。

この方法に対して、特開昭６４−４１２４１号公報に記
載されるように、上述のチタン窒化膜の表面にイオン注
入を行って微量のシリコンを含んだチタン窒化膜を形成
することにより、チタン窒化膜上べのタングステン層の
選択成長を可能にした技術が試みられているが、良好な
耐熱性を確保しながらプロセス安定度の高い電極配線を
形成することは非常に困難であるのが実情である。

そこで、本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案され
たものであって、プロセス安定度が高く、良好な耐熱性
を有する配線形成方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の配線形成方法は、上述の目的を達成するために
提案されたものである。

即ち、本発明は半導体基板上に開口部を有する絶縁膜を
形成し、上記開口部の底部にバリアメタル層を形成した
後、上記開口部内に高融点金属材料を非選択成長するこ
とを特徴とする。

上記バリアメタル層としては、ｌ　０００　’Ｃ程度で
半導体基板と反応しない材料とされ、例えばタングステ
ン窒化膜、タングステンチタン膜、チタン窒化膜、ジル
コニウム窒化膜等が使用可能である。

〔作用］ 本発明では、半導体基板上に形成される絶＆！膜の開口
部の底部にバリアメタル層を設けることにより、上記開
口部内ムこ埋め込まれる高融点金属材料と半導体基板と
の反応が防止される。即ち、高温で熱処理を行っても上
記半導体基板と上記高融点金属材料が反応する虞れがな
いので、１Ｉｉｉ１熱性に優れた電極配線が形成される
。

また、上記高融点金属材料は開口部内に非選択成長され
るので、上記バリアメタル層に対する高融点金属材料の
選択性は問題にされない、従って、高いプロセス安定性
を確保することができる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例は所謂ブランケットタングステン膜を用いて電
極配線を形成する例である。

先ず、第１図（ａ）に示すように、ｐ型のシリコン基板
１上にＬＯＣＯ５法等により素子分離領域２を形成する
。この素子分離領域２に囲まれたシリコン基板１上にイ
オン注入を行ってｎ゛型の不純物領域３を形成する。こ
の不純物領域３上を含む全面に膜厚が１０００人程度０
チタン膜を堆積した後、ランプアニールにより約６５０
℃の比較的低温でこのチタン膜をシリサイド化させる。

そして、アンモニア通水を用いて未反応の上記チタン膜
を除去し、約８５０℃の比較的高温でこの完全にシリサ
イド化させる。この結果、不純物領域３上にチタンシリ
サイドＷ１４が形成される。

次に、第１図（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法等によりシ
リコン酸化膜からなる層間絶縁膜５を形成する。この層
間絶縁膜５の膜厚は５０００人程度０する。このような
層間絶縁膜５上にフォトレジスト層を塗布し、コンタク
１ホールの開ロバターンに応じてフォトレジスト層を露
光、現像した後、このフォトレジスト層を用いてエツチ
ングを行って層間絶縁膜５に開口部６を形成する。

続いて、第１図（ｃ）に示すように、アンモニア雰囲気
中でランプアニールにより窒化を行う。この結果、開口
部６で露出したチタンシリサイド膜４が窒化され、開口
部６における不純物領域３上にチタン窒化膜７が形成さ
れる。これにより、不純物領域３上に耐熱層として機能
するバリアメタル層が設けられる。なお、この窒化反応
の条件は適宜選定すればよく、本実施例では温度を９０
０℃程度、処理時間を約１０秒間とした。

そして、第１図（ｄ）に示すように、チタン窒化膜７上
を含む全面に反応性スパッタ法等により膜厚が１０００
人程度０チタン窒化膜８を堆積する。

この時、予め不純物領域３上にチタン窒化膜７が形成形
成されているので、開口部６の底部にはチタン窒化膜７
．８からなる十分な膜厚のバリアメタル層が形成される
。これにより、開口部６のアスペクト比が高い場合でも
、不純物領域３上に良好なバリアメタル層が形成される
ので、十分な耐熱性を確保することができる。

そして、開口部６内にＣＶＤ法により所謂ブランケット
タングステン層９を形成する。このタングステン層９は
開口部６内を十分に埋め込んで、更に層間絶縁膜５の主
面上に約３０００人程度の膜厚を有して堆積される。こ
の時、開口部６の内壁にチタン窒化ＷｉＢが形成されて
いるので、タングステン層９の密着性が向上する。従っ
て、良好な電極配線を形成することができる。また、タ
ングステン層９は非選択成長により開口部６内に埋め込
まれるので、下層のチタン窒化膜８に対する選択性は問
題にされない、従って、高いプロセス安定性を確保する
ことができる。

続いて、ＲＩＥ法により全面エッチバックを行って眉間
絶縁膜５上のタングステン層９とチタン窒化膜８を除去
し、ウェハ表面の平坦化を行う。

その結果、第１図（ｅ）に示すように、眉間絶縁膜５の
主面が露出し、開口部６内にタングステン層９が残存さ
れる。そして、再び全面にスパッタ法により膜厚が約３
０００人のタングステン層１０を形成した後、リソグラ
フィ技術を用いてＲＩＥ法等によりエツチングを行って
タングステン層１０をパターニングする。

そして、タングステン層１０上を含む全面にＢＰＳＧ膜
を形成し、約９００°Ｃで２０分程度の熱処理を施して
リフローさせる。更に上記ＢＰＳＧ膜上に５ｉｚＮ−膜
及びポリシリコン層を順次約３０００程度積層させ、こ
の薄膜のポリシリコン層をパターニングした後、このポ
リシリコン層中に選択的にリン等のイオンを注入する。

そして、イオンが導入された上記ポリシリコン層の活性
化を行うために、１０００°Ｃ程度で約２０秒間の熱処
理を施す、このように、約９００〜１０００℃の熱処理
を行っても、不純物領域３上にチタン窒化膜７．８が形
成されているので、タングステン層９．１０と不純物領
域３が反応を起こす政れがない、従って、良好な耐熱性
を有する電極配線が得られる。また、タングステン層９
．１０と不純物領域３の反応が防止されるので、ＰＮ接
合が破壊されることがない。これにより、リーク電流の
低減化が図られる。

なお、本実施例では、タングステン層９を開口部６内に
過剰に埋め込んだ後、エッチバンクを行って表面の平坦
化を行ったが、上述のようなエッチバックを行わず、タ
ングステン層９を形成したままの状態を電極配線層とし
て用いても何ら問題はないことは言うまでもない。

〔発明の効果］ 以上のように、本発明では、半導体基板上に形成された
絶縁膜の開口部の底部にバリアメタル層が形成されるの
で、上記開口部内に埋め込まれる高融点金属材料と半導
体基板の反応が防止される。

このため、高温で熱処理を行ってもＰＮ接合が破壊され
る虞れがなく、高い耐熱性が得られる。また、ＰＮ接合
が破壊される虞れがないので、リーク電流が低減される
。

また、本発明では、高融点金属材料の埋め込みにおいて
下地層に対する選択性が問題とされないので、プロセス
安定性が高い配線形成方法が提供される。また、本発明
は深さの異なるコンタクトホールにおいても適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）乃至第１図（ｅ）は本発明の配線形成方法
の一例をその製造工程に従って説明するためのそれぞれ
断面図であり、第２回は従来の配線形成方法による電極
配線の構造を示す断面図である。 １　・　・ ２　・　・ ３　・　・ ４　・　・ ５　・　・ ６　・　・ ８ ９、ト シリコン基板 ・素子分離領域 ・不純物領域 ・チタンシリサイド膜 ・層間絶縁膜 ・開口部 ・・・チタン窒化膜 ０・・・タングステン層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上に開口部を有する絶縁膜を形成し、上記
   開口部の底部にバリアメタル層を形成した後、上記開口
   部内に高融点金属材料を非選択成長することを特徴とす
   る配線形成方法。