JPH03280425A - 配線形成方法 - 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２回に分けて絶縁膜を形成し
、第１の絶縁膜を形成した後、この第１の絶縁膜の底部
を覆うようにバリアメタル層や選択成長可能な膜を形成
し、上記バリアメタル層や選択成長可能な膜上で第２の
開口部が開口された第２の絶縁膜を上記第１の絶縁股上
に形成し、上記第２の開口部内に高融点金属材料を選択
成長させることにより、高い耐熱性が得られ、信頼性に
優れた配線形成方法を捉供するものである。

［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
りスパッタ法や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。この技術は微細なコンタ
クトホールに配線材料を埋め込むことが可能であり、高
集積化に好適な配線形成技術として注目されている。

上述のような気相ＣＶＤ法による配線形成技術において
、コンタクトホールの底部で露出するシリコン層からな
る拡散層上にタングステン層を選択成長させる方法とし
ては、シラン還元法が知られている。このシラン還元法
では、使用されるＷＦ６ガスとシリコン層の反応が起こ
りにくく、上記拡散層の浸食が少ないので、広く実用化
されている。

一方、上述のようなタングステン層の選択成長では、シ
リコン層とタングステン層の反応は６５０°Ｃ以下では
起こらないので、比較的高い耐熱性を確保することがで
きる。ところが、例えば眉間絶縁膜の平坦化に用いられ
るＢＰＳＧ膜等のグラスリフローや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。

或いは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の熱処理は９０
０〜１０００　”Ｃ程度で行われる。このような熱処理
を行うと、シリコン層とタングステン層の反応が起こる
ために、ＰＮ接合が破壊される等の問題が生じる。

この問題の解決策として、シリコン層とタングステン層
の反応を防止するために、コンタクトホール内にバリア
メタル層を設ける技術が知られている。

例えば、第３図に示すように、素子分離領域５２に囲ま
れたｐ型のシリコン基板５１の表面のｎ゛型の不純物領
域５３上に絶縁膜５４を形成する。

この絶縁膜５４は不純物領域５３上で開口部５５を有し
ており、この開口部５５の底部にタングステン窒化膜か
らなるバリアメタル層５６を形成する。このバリアメタ
ル層５６は例えばタングステン層をＮＨ，雰囲気中で窒
化することによって得られる。このようなバリアメタル
層５６上に更にタングステン層５７が選択的に成長され
る。

また、バリアメタル層としてスパッタ法等によって形成
されるチタン窒化膜を用いる技術も提案されている。

或いは、特開昭６４−４１２４１号公報に記載されるよ
うに、コンタクトホール内のコンタクト部分の拡散層上
に金属シリサイド膜と金属窒化膜を順次積層し、上記金
属窒化股上にタングステン層等の導電材料を選択成長さ
せる技術が知られている。

Ｊ発明が解決しようとする課題］ ところで、上述のフラン還元法においては、シリコン層
等からなる下地層に対する選択性を向上させるために、
原料ガスであるＷＦ６ガスとＳｉＨ。

ガスの流量比が供給律速となるように調節される。

このため、シリコン層が還元反応を起こし、下地層が浸
食されるため、接合リークが生しる。

また、このシラン還元法では、下地層が例えばｎ゛型の
不純物領域、ｐ°型の不純物領域及びタングステンシリ
サイド層によってタングステン層等のように異なる場合
、タングステン層の堆積量もｎ゛型の不純物領域＞ｐ”
型の不純物領域〉タングステンシリサイド層の順で違っ
てくる。

一方、第３図のように、Ｎ　Ｈｓ雰囲気中でタングステ
ン窒化膜を形成する方法では、タングステン層が窒化し
にくいために、膜厚がせいぜい１０００人程度０バリア
メタル層５６しか得ることができない。また、得られた
タングステン窒化膜においてもノリコン基板５１とタン
グステン層５７がトンネル状に反応してシリサイド化し
てしまう。

従って、十分な耐熱性を確保することができない。

また、従来のようなチタン窒化膜をバリアメタル層とし
て用いる方法は、微細なコンタクトホールにおける底部
で十分な膜厚を有するチタン窒化膜を形成することが非
常に困難であることやチタン窒化膜に対するタングステ
ンの選択性が低いことから、コンタクトホール内に選択
成長によるタングステン層を埋め込む場合には不適当と
されている。

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、高い耐熱性が得られ、信転性に優れた
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、本発明は半導体基体上に第１の開口部を有する薄
膜の第１の絶縁膜を形成し、上記第１の開口部の底部で
露出した上記半導体基体を覆うように選択成長可能な膜
を形成し、該選択成長可能な膜が底部で臨む第２の開口
部を有する第２の絶縁膜を形成し、上記第２の開口部内
に高融点金属材料を選択成長することを特徴とする。

また、本願の他の発明では、上記第１の開口部の底部に
バリアメタル層を形成する。このバリアメタル層として
は、例えばチタン窒化膜、チタンタングステン膜、タン
グステン窒化膜、ジルコニウム窒化膜等が使用可能であ
る。このバリアメタル層上にＣＶＤ法等により選択成長
可能な膜を形成する。この選択成長可能な膜としては、
例えばタングステンシリサイド膜等が使用可能である。

〔作用〕

本発明では、半導体基体上に第１の開口部を有する第１
の絶縁膜を形成し、上記第１の開口部の底部で露出した
上記半導体基体を覆うように選択成長可能な膜を形成す
る。上記第１の絶縁膜は薄膜とされるので、上記第１の
開口部のアスペクト比は小さい。従って、上記第１の開
口部の底部に選択成長可能な膜を確実に形成することが
できる。

上述のようにして形成される選択成長可能な膜上を含ん
で第１の絶縁膜上に所望の膜厚を有する第２の絶縁膜を
形成する。この第２の絶縁膜には上記第１の開口部上で
第２の開口部が開口されており、この第２の開口部の底
部で上記選択成長可能な膜が露出する。従って、高融点
金属材料は露出した選択成長可能な膜上に選択成長され
るので、高融点金属材料の下部の下地層とは無関係に良
好な選択性を確保することができる。従って、第２の開
口部内に選択成長による高融点金属材料を確実に埋め込
むことができるので、良好な電極配線を形成することが
できる。

また、予め形成された上記選択成長可能な膜が底部で臨
むように第２の開口部が開口されるので、第２の開口部
のアスペクト比が高い場合でも、第２の開口部の底部に
良好な選択成長可能な膜を形成することができる。

更に、本発明では、上記第１の開口部の底部にバリアメ
タル層を形成し、このバリアメタル層上に選択成長可能
な膜を形成することにより、高温で熱処理を行っても第
１の開口部の底部で露出する半導体基板と上記選択成長
可能な膜上に選択成長される高融点金属材料が反応する
広れがない。

従って、十分な耐熱性を有する電極配線が得られる。

〔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。

第１の実施例 本実施例は眉間絶縁膜を２回に分けて形成し、第１の開
口部を有する第１の層間絶縁膜を形成した後、前記第１
の開口部の底部に選択成長可能な膜としてタングステン
シリサイド膜を形成し、更に第２の眉間絶縁膜に開口さ
れた第２の開口部内で露出する上記タングステンシリサ
イド膜上にタングステン層を選択成長させる例である。

先ず、第１図（ａ）に示すように、ｐ型のシリコン基板
１上にゲート酸化膜２を介してゲート電極３を形成する
。これらのゲート酸化膜２及びゲート電極３をバターニ
ングした後、ゲート電極３をマスクとして用いてノリコ
ン基板１０表面にイオン注入を行い、ｎ−型の不純物領
域４を形成する。

この不純物領域４上を含む全面にシリコン酸化膜等を形
成した後、エッチバックを行う。これにより、ゲート電
極３の側壁に上記シリコン酸化膜が残存し、サイドウク
ール膜５が形成される。このサイドウオール膜５及びゲ
ート電１３をマスクとして用いてイオン注入を行い、サ
イドウオール膜５とセルファラインでシリコン基板１の
表面にｎ′″型の不純物領域６を形成する。このような
ｎＭ。

ＳトランジスタはＬＤＤ構造を有しており、ソース・ド
レインの電界集中が抑えられる。

次に、ＣＶＤ法等により全面にシリコン酸化膜からなる
第１の眉間絶縁膜７を形成する。この第１の層間絶縁膜
７は膜厚が１０００人程度０薄膜とされる。この第１の
層間絶縁膜７上にフォトレジスト層を塗布し、コンタク
トホールの開口バタンに応し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ンチン
グを行い、第１図（ｂ）に示すように、第１の眉間絶縁
膜７に第１の開口部８を形成する。第１の層間絶縁膜７
が薄膜とされるので、第１の開口部８のアスペクト比は
低くなる。なお、第１の開口部８の開口幅はマスク合わ
せズレを吸収するためにやや大きめに設計することが望
ましい。

続いて、第１図（ｃ）に示すように、第１の開口部８内
で露出する不純物領域６を覆って全面にＣＶＤ法等によ
り選択成長可能な膜であるタングステンシリサイドＭ１
０を形成する。ここで、本実施例では、温度を３６０°
Ｃとし、ＳｉＨ，ガス流量を１００Ｏ５ＣＣ門、ＷＦｂ
ガス流量をＩＯ５ＣＣＭＨｅガス流量を３６０３ＣＣＭ
としてＣＶＤを行い、膜厚が１０００人程度０薄るタン
グステンシリサイド膜１０を形成する。第１の開口部８
のアスペクト比が低いので、上述の露出した不純物領域
６上にも確実にタングステンシリサイド膜１０を堆積す
ることができる。

このタングステンシリサイド膜１０上にフォトレジスト
層１１を塗布した後、このフォトレジスト層１１を第１
の開口部８上のみに残存させるパターンで露光、現像す
る。このフォトレジスト層１１を用いてタングステンシ
リサイド膜１０をエツチングする。

上述のエツチングにより、第１図（ｄ）に示すように、
第１の開口部８の底部で露出する不純物領域６を覆って
タングステンシリサイド膜１０が残存する。このタング
ステンシリサイド膜１０の端部は第１の眉間絶縁膜７上
の第１の開口部８の近傍に存在する。そして、このタン
グステンシリサイド膜１０上を含む全面にシリコン酸化
膜等からなる第２の眉間絶縁膜１２が堆積される。この
第２の層間絶縁膜１２の膜厚は例えば４０００人程度０
される。この第２の眉間絶縁膜１２を第１の開口部８上
で開口するパターンにパクーニングする。これにより、
第１の開口部８上の第２の眉間絶縁膜１２が開口されて
第２の開口部１３が形成され、この第２の開口部１３の
底部に臨んでタングステンシリサイド膜１０が露出する
。このように、予めタングステンシリサイド膜１０を形
成した後にそのタングステンシリサイド膜１０上に第２
の開口部１３を開口するので、第２の開口部１３のアス
ペクト比が高くても、第２の開口部１３の底部に良好な
タングステンシリサイド膜１ｏを得ることができる。

最後に、第１図（ｅ）に示すように、第２の開口部１３
内にタングステン層１４を選択成長する。

この時、前処理として、例えばｇ酸過水によりライトエ
ツチングを行った後、０．０５　Ｔｏｒｒに減圧下で、
ＲＦパワーを８８Ｗ、ＮＦ、ガス流量１１０５ＣＣ，Ｈ
ｆｆｉｆｆ法量７０５ＣＣＭとしてエツチングを行う。

そして、圧力を０．２　Ｔｏｒｒとし、温度を２６０°
Ｃに保ってＳｉＨ，ガス流量を７５ＣＣＭ、　ＷＦａガ
ス流量を１０ＳＣＣＭ、　　Ｈｚガス流量をｌ　Ｏ００
５ＣＣＭとしてタングステン層１４の選択成長を行う。

このタングステンｉｔ　１．４はタングステンシリサイ
ド膜１０を介して不純物領域６に接続される。タングス
テン層１４はタングステンシリサイド膜１０上に形成さ
れるので、良好な選択性を確保することができる。従っ
て、タングステン層１４の下層とされる下地層の影響を
受けずに、第２の開口部１３内に選択成長によるタング
ステン層１４を確実に埋め込むことができる。これによ
り、微細な第２の開口部１３内にも信転性に優れた電極
配線を形成することができる。なお、本実施例では、下
地層を不純物領域６であるシリコン層としたが、この他
にも下地層として、例えばアルミニウム層等のように選
択成長によるタングステン層が形成されにくい材料が使
用される場合にも本発明を適用することができる。

第２の実施例 本実施例は眉間絶縁膜を２回に分けて形成し、第１の開
口部を有する第１の眉間絶縁膜を形成した後、前記第１
の開口部の底部にチタン窒化膜とタングステンシリサイ
ド膜を積層し、更に第２の眉間絶縁膜を形成する例であ
る。

先ず、第２図（ａ）に示すように、ｐ型のシリコン基板
２１上にゲート酸化膜２２を介して所定のパターンでゲ
ート電極２３を形成する。このゲート電極２３をマスク
として用いてシリコン基板２１の表面にイオン注入を行
い、ｎ−型の不純物領域２４を形成する。この不純物領
域２４上を含む全面にシリコン酸化膜等を形成した後、
エッチハックを行い、ゲート電極２３の側壁に上記シリ
コン酸化膜を残存させる。このシリコン酸化膜はサイド
ウオール膜２５として機能する。このサイドウオール膜
２５とセルファラインでシリコン基板２１の表面にｎ゛
型の不純物領域２６を形成する。

このようなＬＤＤ構造を有するｎＭＯｓトランジスタで
は、ソース・ドレインの電界集中が抑えられる。

次に、ＣＶＤ法等により全面に膜厚が１０００人程度０
薄膜のシリコン酸化膜からなる第１の層間絶縁膜２７を
形成する。このような第１の眉間絶縁膜２７上にフォト
レジスト層を塗布する。このフォトレジスト層は不純物
領域２４上で開口するパターンに露光、現像される。こ
のフォトレジスト層を用いてエツチングを行い、第２図
（ｂ）に示すように、第１の層間絶縁膜２７に第１の開
口部２８を形成する。この第１の層間絶縁膜２７は薄膜
であるので、第１の開口部２８のアスペクト比は低くな
る。なお、第１の開口部２８の開口幅はマスク合わせズ
レを吸収するためにやや大きめに設計することが望まし
い。

続いて、第２図（ｃ）に示すように、第１の開口部２８
内で露出する不純物領域２６を覆って全面にスパッタ法
等によりチタン窒化１１１２９を形成する。このチタン
窒化膜２９はバリアメタル層として機能し、その膜厚は
１０００人程度０薄れる。

このチタン窒化膜２９上にＣＶＤ法等によりタングステ
ンシリサイド膜３０を積層する。第１の開口部２８のア
スペクト比が低いので、チタン窒化８２９及びタングス
テンシリサイ）−Ｗｉ１３０は上述のような不純物領域
２６上にも確実に堆積することができる。このタングス
テンシリサイド膜３０は後述されるタングステン層３４
の選択性を向上させるために形成される。ここで、本実
施例では、温度を３６０°Ｃとし、５ｉＨｎガス流量を
１１００ＯＳＣＣ，ＷＦ！ガス流量を１０ＳＣＣＭ、　
　Ｈｅガス流量を３６０３ＣＣＭとしてＣｖＤを行い、
膜厚カ５００人程度であるタングステンシリサイド膜３
０を形成する。

このタングステンシリサイド膜３０上にフォトレジスト
層３１を塗布した後、このフォトレジスト層３１を第１
の開口部２Ｂ上のみに残存させるパターンで露光、現像
する。このフォトレジスト層３１を用いてタングステン
シリサイド膜３０とチタン窒化膜２９のエツチング速度
がほぼ等しくなるような条件にてエツチングを行う。

上述のエツチングにより、第２図（ｄ）に示すように、
第１の開口部２８の底部の不純物領域２６を覆ってチタ
ン窒化膜２９及びタングステンシリサイ）′ｗｉ３０が
残存される。上記チタン窒化膜２９及びタングステンシ
リサイドＷＪ、３０のそれぞれの端部は第１の層間絶縁
Ｍ２１上の第１の開口部２８の近傍に存在する。そして
、タングステンシリサイド膜３０上を含む全面にシリコ
ン酸化膜等からなる第２の層間絶縁膜３２が堆積される
。この第２の層間絶縁膜３２の膜厚は例えば５０００人
程度０される。この第２の層間絶縁膜３２を第１の開口
部２８上で開口するパターンにパターニングする。これ
により、第１の開口部２８上の第２の眉間絶縁膜３２が
開口されて第２の開口部３３が形成される。この第２の
開口部３３内ではタングステンシリサイド膜３０が露出
する。このように、予めチタン窒化膜２９やタングステ
ンシリサイド膜３０を形成した後にそのタングステンシ
リサイドｌｌｌ３０上に第２の開口部３３を開口するの
で、第２の開口部３３のアスペクト比が高くても、第２
の開口部３３の底部に良好なタングステンシリサイド膜
３０が得られる。

最後に、第２図（ｅ）に示すように、第２の開口部３３
内にタングステン層３４を選択成長する。

この時、前処理として、例えば硫酸通水によりライトエ
ツチングを行った後、予め０．０５　Ｔｏｒｒに減圧下
で、ＲＦパワーを８８Ｗ、ＮＦ、ガス流量ｌ１０３ＣＣ
，Ｈｚガス流量７０ＳＣＣ？ＩとしてブリＩ７チを行う
。そして、圧力を０．２Ｔｏｒｒとし、温度を２６０″
Ｃに保ッテＳ　ｉ　Ｈ、ガス流量を７５ＣＣＭ、　Ｗ　
Ｆ　＆カス流量ヲ１０ＳＣＣＭ、　　Ｈｚ　カス流量を
１００Ｏ３Ｃ叶としてタングステン層３４の選択成長を
行う。

このタングステン層３４はチタン窒化ｖｉ、２９及びタ
ングステンシリサイド膜３０を介して不純物領域２６に
接続される。タングステン層３４はタングステンシリサ
イド１１３０上に形成されるので、良好な選択性が得ら
れる。従って、下地体の影響を受けずに、第２の開口部
３３内に選択成長によるタングステン層３４を確実に埋
め込むことができる。これにより、信穀性に優れた電極
配線を形成することができる。また、タングステン層３
４と不純物領域２６の間にチタン窒化膜２９が介在して
いるので、高温で熱処理を行ってもタングステン層３４
と不純物領域２６′が反応する虞れがない。従って、十
分な耐熱性を確保することができる。

〔発明の効果］ 以上のように、本発明では、コンタクトホールにおいて
、高融点金属材料は選択成長可能な膜上に選択成長され
るので、良好な選択性が得られる。

このため、高融点金属材料の下層とされる下地層の影響
を受けずに、コンタクトホール内に高融点金属材料を選
択成長させることができる。従って、微細なコンタクト
ホールでも、信頼性に優れた電極配線が得られる。

また、半導体基板上の第１の層間絶縁膜に形成された第
１の開口部の底部に耐熱層として機能するバリアメタル
層が形成されるので、高温で熱処理を行っても開口部内
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。従って、耐熱性に優れた配線形成方法が提供
される。

【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
工程断面図であり、第２図（ａ）乃至第２図（ｅ）は他
の例をその製造工程に従って説明するためのそれぞれ工
程断面口であり、第３回は従来の配線形成方法による′
ｇＬ極配線の構造を示す断面図である。 １．２１・・・シリコン基板 ５．２５・・・サイドウオール膜 ６．２６・・・　（ｎ’型）の不純物領域７．２７・・
・第１の層間絶縁膜 ８゜ ９ １０゜ １２゜ １３゜ ４ ２８・・・第１の開口部 ・・・チタン窒化膜 ３０・・・チタンシリサイド膜 ３２・・・第２の層間絶縁膜 ３３・・・第２の開口部 ３４・・・タングステン層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基体上に第１の開口部を有する薄膜の第１
   の絶縁膜を形成し、上記第１の開口部の底部で露出した
   上記半導体基板を覆うように選択成長可能な膜を形成し
   、該選択成長可能な膜が底部で臨む第２の開口部を有す
   る第２の絶縁膜を形成し、上記第２の開口部内に高融点
   金属材料を選択成長することを特徴とする配線形成方法
   。
2. （２）半導体基体上に第１の開口部を有する薄膜の第１
   の絶縁膜を形成し、上記第１の開口部の底部で露出した
   上記半導体基板を覆うようにバリアメタル層を形成し、
   該バリアメタル層上に選択成長可能な膜を形成し、該選
   択成長可能な膜が底部で臨む第２の開口部を有する第２
   の絶縁膜を形成し、上記第２の開口部内に高融点金属材
   料を選択成長することを特徴とする配線形成方法。