JPH0425020A - 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】 〔概　要〕 半導体装置の製造方法、特にコンタクトホールの形成方
法に関し、 コンタクトホールと配線との間に位置ずれを生じた際に
も、配線のパターニングに際してコンタクトホール下部
の導電性基体が侵食されることのないコンタクトホール
の形成方法を提供することによって、コンタクトホール
」二部の配線に形成するランド部を廃止して集積度の向
上を図ることを目的とし、 導電性基体上に窒化シリコン膜と絶縁膜とを順次形成す
る工程と、該絶縁膜に下層の窒化シリコン膜を表出する
コンタクトホールを形成する工程と、該コンタクトホー
ル内の窒化シリコン膜の表出面上を含む該絶縁膜上に一
体の高融点金属膜を形成する工程と、熱処理により高融
点金属と窒化シリコンを反応せしめ、該コンタクトホー
ルの底部に、選択的に、該導電性基体面を直に覆う高融
点金属ナイトライドとシリコンの混合層を形成する工程
と、ウェットエツチング手段により残留する高融点金属
膜を除去する工程と、該高融点金属ナイトライドとシリ
コンの混合層の上面を酸化する工程と、該コンタクトホ
ールの内部を含む該絶縁膜上にアルミニウム若しくはア
ルミニウム合金膜を形成する工程と、該アルミニウム若
しくはアルミニウム合金膜をドライエツチング手段によ
り該コンタクトホール上を通る配線形状にパターニング
する工程を含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法、特にコンタクトホール
の形成方法に関する。

ＶＬＳＩ等の高集積化の進行に伴い、アルミニウム（ア
ルミニウム合金を含む）配線の幅やコンタクトホールの
径が一段と縮小されてきており、その結果、アルミニウ
ム（Ａｎ）配線の幅とコンタクトホール径とが同一サイ
ズになる傾向にある。

しかし、その場合、Ａｌ膜を配線形状にパターニングす
る時にコンタクトホールとＡＡ配線との位置合わせにず
れを生ずると、パターニングに際してのエツチングにお
いてコンタクトホールの底部に表出する導電性基体例え
ばシリコン（Ｓｉ）基板がエツチングされ、そこに形成
されているｐｎ接合が破壊されるというような問題を生
ずる。

そこでコンタクトホールと配線の位置ずれを生じてもコ
ンタクトホール下部の導電性基体が侵食されないような
プロセスが望まれている。

〔従来の技術〕

第３図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は配線形成に際しての従
来技術を模式的に示した図である。

従来技術においては、通常、絶縁膜に二酸化シリコン（
ＳｉＯ□）、燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）等の珪酸ガラス系
絶縁膜を用い、導電性基体例えばＳｉ基板上に上記珪酸
ガラス系絶縁膜を直に堆積し、それにＳｉ基板面を表出
するコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内を
含む絶縁膜上にＡｌ膜を形成し、このＡ１膜を配線形状
にパターニングすることによってＳｉ基板から絶縁膜上
に導出されるＡＡ配線が形成されていた。

かかる従来技術を用い、配線幅とコンタクトホール径が
同等になった高集積度の半導体装置を形成する際、第３
図（ａ）に示すように、Ｓｉ基板５１面を表出するコン
タクトホール５３と、上記絶縁膜５２上に形成されるＡ
ｊ２配線５４との位置合わせが正確になされた際には、
コンタクトホール５３内に表出するＳｉ基板５１の全面
がレジスト膜を上部に有するへβ配線５４で覆われる形
になるので、Ａｎ配線５４のパターニングに際してエツ
チング除去される１４’膜は総てＡ１とエツチングの選
択性を有する絶縁膜５２−ににあるので、何等問題を生
じない。

しかし、第３図（ｂ）に示すように、コンタクトホール
５３とＡｌ配線５４との間に位置ずれ（現状では±０．
２μｍ程度）があった場合には、レジストに上部を覆わ
れたＡＡ配線５４の部分から、レジストに覆われないＡ
ｊ？膜のエツチング除去される領域にコンタクトホール
５３がはみ出した形になり、配線部以外のＡｊ７膜の除
去された後のオーバエツチングによって、コンタクトホ
ール５３内に表出したＡβとエツチングの選択性を持た
ないＳｉ基板５１面がエツチングされ、このＳｉ基板５
１に形成されているｐ−ｎ接合が破壊されるという問題
を生ずる。

そのため、従来は第３図（Ｃ）に示すように、コンタク
トホール５３とＡｌ配線５４との間に位置ずれを生じた
際にも、コンタクトホール５３が、ｌ膜の除去領域には
み出さないように、Ａｌ配線５４のコンタクトホール５
３の上部に当たる部分に幅を例えば両側に各０．４μｍ
程度拡大したランド部５５を設けて、上記問題の発生を
防止していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、」二部のようにＡＡ配線５４のコンタクトホー
ル５３の」二部に当たる領域にランド部５５を設ける従
来技術においては、このランド部５５が占有する広い幅
によって半導体装置の高集積化が妨げられるという問題
があった。

そこで本発明は、コンタクトホールと配線との間に位置
ずれを生じた際にも、配線のパターニングに際してコン
タクトホール下部の導電性基体が侵されることのないコ
ンタクトホールの形成方法を提供し、コンタクトホール
上部の配線に形成するラント部を廃止して集積度の向上
を図ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

」二部課題は、導電性基体上に窒化シリコン膜と絶縁膜
とを順次形成する工程と、該絶縁膜に下層の窒化シリコ
ン膜を表出するコンタクトホールを形成する工程と、該
コンタクトホール内の窒化シリコン膜の表出面上を含む
該絶縁膜」二に一体の高融点金属膜を形成する工程と、
熱処理により高融点金属と窒化シリコンを反応せしめ、
該コンタクトホールの底部に、選択的に、該導電性基体
面を直に覆う高融点金属ナイトライドとシリコンの混合
層を形成する工程と、ウェットエツチング手段により残
留する高融点金属膜を除去する工程と、該高融点金属ナ
イトライドとシリコンの混合層の上面を酸化する工程と
、該コンタクトホールの内部を含む該絶縁膜上にアルミ
ニウム若しくはアルミニウム合金膜を形成する工程と、
該アルミニウム若しくはアルミニウム合金膜をド弓イエ
ツチンク手段により該コンタクトホール上を通る配線形
状にパターニングする工程を含む本発明による半導体装
置の製造方法によって解決される。

〔作　用〕

即ち本発明の方法においては、珪酸ガラス系絶縁膜の下
層に予め窒化シリコン膜を形成しておき、コンタクトホ
ールの底部にこの窒化シリコン膜を表出させ、この表出
窒化シリコン膜とチタン膜とを反応させてコンタクトホ
ールの底部のみに、選択的に、窒化チタン（ＴｉＮ）と
Ｓｉとの混合層（ＴｉＮ／Ｓｉ層）を形成し、このＴｉ
Ｎ／Ｓｉ層の上面を酸化してそこにＡｌとエツチングの
選択性を有する酸化膜を形成した後、コンタクトホール
上にＡＡ層を形成し、このＡｌ層の配線形状へのドライ
エッヂング手段によるパターニングを行う。従って、Ａ
ｌ膜のパターニングに際して、コンタクトホールとＡｊ
２配線との位置ずれが生じても、前記　ＴｉＮ／Ｓｉ層
上の酸化膜がエツチングマスクとなってコンタクトホー
ル下部の例えばＳｉ基板面が侵されることがない。

そのため、コンタクトホールとＡＡ配線の位置ずれをカ
バーするためにコンタクトホール」二部のＡｌｌ’ｌｌ
−広い幅のランド部を形成する必要がなくなり、その分
、集積度の向上が図れる。

また別に、ＴｉＮ／Ｓｉ層及びその酸化膜はＡｌ及びＳ
ｉの拡散バリアとなるのでコンタクトホール下部の接合
破壊を防止する効果も有する。

なお、ＴｉＮ／Ｓｉ層及びその酸化膜の介在によるコン
タクト抵抗の増大は、生じないことが確認されている。

〔実施例〕

以下本発明を、図示実施例により具体的に説明する。

第１図（ａ）〜（ｇ）は半導体基板に配線を接続する際
の一実施例の工程断面図、第２図（ａ）〜（ｄ）は配線
の層間接続を行う際の他の実施例の工程断面図である。

全図を通じ同一対象物は同一符合で示す。

第１図（ａ）参照 本発明の方法によりＳｉ基板Ｉに形成された不純物拡散
領域２から絶縁膜上に導出されたＡ１（ＡＡ金合金含む
）配線を形成するに際しては、不純物拡散領域２が形成
されたＳｉ基板Ｉ上に、先ず通常のＣＶＤ法により厚さ
５００Ａの窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜３を形成し、
次いでその」二にＣＶＤ法により厚さ５０００人程度０
燐珪酸ガラス（ＰＳＧ）膜４を形成する。

第１図（ｂ）参照 次いで、通常のフォトリソグラフィ手段により不純物拡
散領域２の上部のＰＳＧ膜４に、下層の５１３Ｎ４膜３
を表出する例えば径０．８μｍ程度のコンタクトホール
５を形成する。

第１図ＦＣ＋参照 次いて、」二記コンタクトホール５内のＳｉ３Ｎ４膜３
表出面上を含むＰＳＧ膜４」−に厚さ２００Ａ程度の一
体のチタン（Ｔｉ）膜６をスパッタリング法により形成
する。

第１図（ｄ）参照 次いて、この基板を１０−’Ｔｏｒｒ程度の真空中で約
５００°Ｃの温度てアニールし、上記コンタクトホール
５の底部に表出するＳｉ３Ｎ４膜３を、選択的に、底部
まで完全にＴｉと反応させて、その部分に窒化チタン（
ＴｉＮ）／Ｓｉの混合層７を形成する。

第１図ｆｅ）参照 次いて基板の表面に残留しているＴｉ膜６のみを選択的
に、弗酸等によるウェットエッチンク処理により除去す
る。

第１図げ）参照 次いて、この基板を１〜ｌ０Ｔｏｒｒ程度の酸素の分圧
を有する真空中或いは窒素中において４５０°Ｃ程度の
温度で所望の時間アニールし、前記コンタクトホール５
内ノＴｉＮ／Ｓｉ混合層７の上面＋、ｍ１００人程度の
厚程度酸化膜８を形成する。

第１図（ｇ）参照 次いて、上記コンタクトホール５の内部を含むＰＳＧＳ
縁膜４上に厚さ５０００人程度０Ａｊｌ’（合金を含む
）膜をスパッタリング法等により形成し、その」二に、
フォトプロセスにより、コンタクトホール径の上部を通
る、コンタクトホール径と同等の０．８μｍの幅を有す
るレジスパターン９を形成し、このレジストパターン９
をマスクにし、ＣＣｌ４．５ｉＣ１４、ＢＣｌ３等塩素
（ＣＩ）系のガスによるリアクティブイオンエツチング
処理によるパターニングを行ってＡＡ（合金を含む）配
線ＩＯを形成する。

このＡｊ２配線１０のパターニングに際し、図示のよう
にレジストパターン９とコンタクトホール５との間に位
置ずれがあっても、レジストパターン９外に表出するＡ
Ａ２膜が除去された後コンタクトホール９の底部には、
ＴｉＮ／Ｓｉ？Ｊｉ４合層７上の酸化膜８が表出してエ
ツチングのバリアとなるため、ＡＡとエツチングの選択
性を持たないコンタクトホール９下部の不純物拡散領域
２はエツチングされることがなく、その下部のｐ−ｎ接
合の破壊は防止される。

なおこの方法では、不純物拡散領域２とＡＡ配線１０と
の間にＴｉＮ／Ｓｉ混合層７と、その表面の酸化膜８が
介在するが、それによるコンタクト抵抗の増大は生じな
いことが確認されている。

次ぎに、配線の層間接続の際の実施例について、第２図
（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

第２図（ａ）参照 即ち、下層の絶縁膜１１上に下層の例えばタングステン
（Ｗ）配！Ａ１２が形成された被加工基板を用い、先ず
その表面上にＣＶＤ法により厚さ５００Ａ程度のｓＬＩ
’Ｊ４膜３を形成し、その」二に例えば厚さ５０００人
程度０Ａ間絶縁膜であるＰＳＧ膜４を形成し、リソグラ
フィによりＷ配線Ｉ２上に、５ｉ３Ｎ４膜３の上面を表
出するコンタクトホール５を形成する。

第２図（ｂｌ参照 次いでこの基板上に厚さ２ＱＯＡ程度のＴｉ膜６を形成
し、前記実施例同様の熱処理によりコンタクトホール５
底部に選択的に、Ｗ配線１２上を覆うＴｉＮ／Ｓｉ混合
層７を形成する。

第２図（Ｃ）参照 次いで、残留するＴｉ膜６をウェットエツチングにより
除去した後、前記実施例同様の酸素含有雰囲気中におけ
る熱処理によりＴｉＮ／Ｓｉ混合層７上面に厚さ１００
Ａ程度の酸化膜８を形成する。

第２図（ｄ）参照 次いで、前記実施例同様の方法によりＰＳＧ膜４上にコ
ンタクトホール５の上部を通るＡＡ配線１０を形成する
。

この場合も、図示のようにコンタクトホール５とＡＡ配
線１０の位置ずれがあっても、コンタクトホール５内に
表出するＴｉＮ／Ｓｉ混合層７の酸化膜８により、ＡＡ
膜のパターニングに際してのエツチングで選択性を持た
ないＷ配線１２は保護される。

なお、ＴｉＮ／５ｉｌ１合層７及びその酸化膜８の介在
によりコンタクト抵抗が増大しないことは、前記実施例
と同様である。

〔発明の効果〕

以」−説明のように本発明の方法によれば、コンタクト
ホールと配線が位置ずれしてＡｌ配線パターンの外にコ
ンタクトホールがはみ出した場合でも、ＡＩ２配線のパ
ターニングに際してのエツチングで、コンタクトホール
下部のＳｉ基板或いは下層配線が侵されることがない。

従って、上記位置ずれをカバーするために、コンタクト
ホール」二部の配線に広い幅のランド部を設ける必要が
な（なり、その分、半導体装置の高集積化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明の方法の一実施例の工程
断面図、 第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の方法の他の実施例の工
程断面図、 第３図（ａ）、（ｂ）、 である。 （Ｃ）は従来技術の模式図 図において、 １はＳｉ基板、 ２は不純物拡散領域、 ３は３１３Ｎ４膜、 ４はＰＳＧ膜、 ５はコンタクトホール、 ６はＴｉ膜、 ７はＴｉＮ／Ｓｉ混合層、 ８は酸化膜、 ９はレジストパターン、 １０はＡＡ配線、 １１は下層絶縁膜、 １２は下層のＷ配線 を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　導電性基体上に窒化シリコン膜と絶縁膜とを順次形成
   する工程と、 該絶縁膜に下層の窒化シリコン膜を表出するコンタクト
   ホールを形成する工程と、 該コンタクトホール内の窒化シリコン膜の表出面上を含
   む該絶縁膜上に一体の高融点金属膜を形成する工程と、 熱処理により高融点金属と窒化シリコンを反応せしめ、
   該コンタクトホールの底部に、選択的に、該導電性基体
   面を直に覆う高融点金属ナイトライドとシリコンの混合
   層を形成する工程と、 ウェットエッチング手段により残留する高融点金属膜を
   除去する工程と、 該高融点金属ナイトライドとシリコンの混合層の上面を
   酸化する工程と、 該コンタクトホールの内部を含む該絶縁膜上にアルミニ
   ウム若しくはアルミニウム合金膜を形成する工程と、 該アルミニウム若しくはアルミニウム合金膜をドライエ
   ッチング手段により該コンタクトホール上を通る配線形
   状にパターニングする工程を含むことを特徴とする半導
   体装置の製造方法。