JPH0442952A - 半導体装置の電極配線およびその形成方法 - 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 本発明は半導体集積回路装置の高密度化に好適な電極゛
配線およびその形成方法に関する。

従来の技術 近年半導体集積回路装置の高密度、高集積化が進んでお
り、素子の微細化および配線の多層化が技術課題の主な
ものの一つである。とくに、金属配線に関しては、微細
化が困難であり、最も一般的に使われているアルミニウ
ム配線についても、１μｍ以下の微細配線になると、多
くの技術課題が山積している。この主なものには、スル
ーホールの形成、アルミニウム配線のスルーホール被覆
性の劣化と接続の不安定性、およびスルーホール部のパ
ッシベーション膜の被覆率低下による装置の耐湿性低下
に関するものがある。

第３図に、従来の半導体集積回路装置における電極部分
の構造を示す。すなわち、同図はＣＭＯ３型Ｏ３回路装
置のＰ−ウェル１０２ａ、およびＮ−ウェル１０２ｂに
形成されたＮ＋およびＰ＋拡散便域１０６ａ、１０６ｂ
からの電極取り出し部分を示している。Ｐ型シリコン基
板１０１にＰ−ウェル領域１０２ａ、Ｎ−ウェル領域１
０２ｂ、素子分離領域１０３．ゲート絶縁膜１０４ａ、
１０４ｂ。

多結晶シリコンゲート電極１０５ａ、１０５ｂ。

Ｎ＋およびＰ＋拡散層１０６ａ、１０６ｂ、および眉間
絶縁膜１０７が設けられ、層間絶縁膜１０７にＮ＋およ
びＰ＋拡散層１０６ａ、１０６ｂからの電極取り出し用
のスルーホール１０８が開口される。

このスルーホール１０８が直径０．８μｍにまで微細化
されると、アルミニウム電極の形成工程であるアルミニ
ウム蒸着においてスルーホール１０８の内部にまで均一
にアルミニウム原子が入り込まないため、スルーホール
１０８内を均一に被覆して安定した電極接続を達成する
ことは困難である。

これを改善するため、スルーホール１０８内にのみタン
グステン１０９を選択的に成長させることにより埋め込
み、スルーホール１０８の段差を小さくすることが提案
されている（例：第４７回応用物理学会学術講演会（昭
和６２年秋季大会）予稿集１７Ｐ−Ｑ−１０，ｐ５１２
、およびＩＥＤＭ８７、ｐ２１７、Ｎｎ９．５）。この
六フッ化タングステンのシラン還元法では、水素還元法
に比べてタングステン１０９の堆積時の基板シリコン１
０１の消費が減少され、浅い接合に対する接合破壊やリ
ーク電流が改善されている。スルーホール１０８に選択
的にタングステン１０９が堆積され、このタングステン
１０９をアルミニウム配線１１０で接続し、電極が形成
されている。しかし、この方法では、基板シリコン１０
１の消費が水素還元法よりも軽減されるが、タングステ
ン１０９の成長において起こること、およびスルーホー
ル１０８の側壁とタングステン１０９０間に隙間が生じ
る。

さらにタングステン１０９と基板シリコン１０１の密着
性が低下し、タングステン１０９の剥離が起こりやすく
なる欠点がある。このように、高密度集積回路装置への
適用には多くの課題がある。

発明が解決しようとする課題 従来の微小スルーホールからの電極配線の形成方法では
、スルーホール１０８へのタングステン１０９の選択成
長に難点があり、かつ、スルーホール１０８に埋め込ま
れたタングステン１０９０基板シリコン１０１への密着
性が低く、さらに密着性を向上すると浅い接合に対する
接合破壊やリーク電流が増加するという問題があり、半
導体集積回路装置への適用には多くの制約があった。本
発明は、高密度半導体集積回路装置の微細な構造を有す
る電極取り出しに好適な信頼性の高い電極配線とその容
易な形成方法を提供し、半導体装置の信頼性の向上を図
ることを目的とする。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の電極
配線およびその形成方法は、不純物拡散層または、配線
層などを有する半導体基板の主面と、眉間絶縁膜に設け
られたスルーホールに埋め込まれたタングスタンまたは
、タングステン合金（以下、タングスタンなどと記す）
が、チタンナイトライド、チタン、チタンシリサイド、
モリブデンシリサイドよりなる群のうちの一つ以上（以
下、チタンナイトライドなどと記す）により被覆され、
この被覆金属を介してアルミニウム合金電極に接続され
る構造を有するものであり、不純物拡散層または配線層
などを有する半導体基板の主面に前記層間絶縁膜を積層
する工程と、眉間絶縁膜にスルーホールを形成し、不純
物拡散層または配線層などに電極取り出し窓を設ける工
程と、半導体基板の主面にスルーホールを覆ってチタン
ナイトライドなどよりなる金属を被覆する工程と、スル
ーホール内に存在する窪みにタングスタンなどを積層し
、窪みを埋め込み、タングスタンなどのエッチバックに
よりスルーホール以外の領域のタングスタンなどを除去
し、スルーホール内に残置する工程と、このスルーホー
ル内のタングスタンなどに前記チタンナイトライドなど
のうちの一つ以上の金属、およびアルミニウム合金膜を
被着させる工程と、前記アルミニウム合金膜と前記チタ
ンナイトライドなどのうちの一つ以上の金属からなる多
層膜の配線パターンを形成するものである。

作用 本発明の半導体装置の電極配線および、その形成方法に
よれば、タングステン膜と眉間絶縁膜との間およびタン
グステン膜とアルミニウム合金膜との間には、それぞれ
チタンナイトライド／チタン膜が介在することとなる。

実施例 本発明の一実施例の半導体装置の電極配線の要部を示す
断面図の第１図と、半導体装置の電極形成方法における
製造工程順の電極配線の要部を示す断面図の第２図（ａ
）　−（ｄ）を参照しながら説明する。

第１図は、前記従来例に用いたものと同じＣＭＯ８型Ｏ
８回路装置の一部工程断面図を示しており、Ｐ型シリコ
ン基板１に形成されたＰ−ウェル２ａ内にはゲート絶縁
膜４ａ、多結晶シリコン基板Ｉ・電極５ａ、Ｎ’−拡散
層６ａが、Ｎ−ウェル２ｂ内にはゲート絶縁膜４ｂ、多
結晶シリコンゲート電極５ｂ、Ｐ＋拡散層６ｂがそれぞ
れ設けられ、これらは素子分離絶縁膜３によって分離さ
れる。それぞれのＮ＋およびＰ＋拡散層６ａ、６ｂから
の電極取り出し用のスルーホール８ａ、８ｂが層間絶縁
膜７に開孔され、この開孔部７には、チタンナイトライ
ド／チタン膜２１（第１図では、チタンナイトライド膜
、チタン膜が薄いため、−層膜のように示したが、シリ
コン基板１、面上に接してチタン。

チタンナイトライド膜が順次積層される）により被覆さ
れたタングステン２２ａ、２２ｂが埋め込まれ、このチ
タンナイトライド／チタン膜２３を介してアルミニウム
合金膜１０が形成される。この上には、装置の保Ｎ膜１
１が形成されている。

次に、第２図を参照しながら本発明の方法の製造工程を
説明する。第２図（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基
板１の主面にＰ−ウェル２ａ、Ｎ−ウェル２ｂがそれぞ
れが形成されており、そのＰ−ウ、エル２ａ内にはゲー
ト絶縁膜４ａ、多結晶シリコンゲート電極５ａ、Ｎ＋拡
散層６ａが、Ｎ−ウェル２ｂ内にはゲート絶縁膜４ｂ、
多結晶シリコンゲート電極５ｂ、Ｐ＋拡散層６ｂがそれ
ぞれ設けられ、これらは素子分離絶縁膜３によって分離
されている。そして、眉間絶ｌ膜７が堆積されている。

次に、第２図（ｂ）に示すように、Ｎ＋およびＰ＋拡散
層６ａ、６ｂからの電極取り出し用のスルーホール８ａ
、８ｂを層間絶縁膜７に開孔した後、チタン、チタンナ
イトライド２１を連続してスパッター蒸着法で蒸着する
。次に、反応ガスに六ブッ化タングステンとシランガス
とを用い、４７０℃の条件で、減圧気相成長法によりタ
ングステン２２を堆積する。これは、水素還元法によっ
ても可能である。ＢＣｌ３を主成分とした平行平板型電
極構造を有するプラズマエツチング法により、タングス
テン２２をエッチバックし、図のようにスルーホール８
ａ、８ｂにタングステン２２ａ、２２ｂを埋め込んだ構
造とする。このとき、タングステン２２と同時に、この
下層のチタンナイトライド／チタン膜２１を連続してエ
ツチングを行う。次に、第２図（Ｃ）に示す如く、再び
、チタンナイトライド／チタン膜２１．アルミニウム合
金膜１．０の３層膜を連続して蒸着する。つぎに、第２
図（ｄ）に示す如（、チタンナイトライド／チタン膜２
１゜アルミニウム合金１１１１０の３層膜の電極パター
ンを周知の写真食刻法によりバターニングする。これを
、４２０℃で合金化した後、保護膜１１を形成する。

本構造によれば従来例に比較して以下のとおり改善され
る。タングステン膜２２ａ、２２ｂと層間絶縁膜７との
密着性が、チタンナイトライド／チタン膜２１が介在す
ることにより改善され、タングステン膜２２．ａ、２２
ｂの剥離や、膜ストレスによる浮き上がりがな（なり、
スルーホール８ａ。

８ｂ内に安定して埋めこまれる。さらに、埋めこまれた
タングステン２２を完全にチタンナイトライド／チタン
膜２１により被覆するため、アルミニウム合金膜１０と
タングステン膜２２ａ、２２ｂとの接触がなくなり、チ
タンナイトライド／チタン膜２１を介して、タングステ
ン膜２２ａ、２２ｂとアルミニウム合金１０とが接続さ
れることになる。タングステンＩ！！Ｉ２２ａ、２２ｂ
とアルミニウム合金膜１０とが直接に接触すると、アル
ミニウム合金１０のドライエツチングや洗浄時において
、アルミニウム合金膜１０の腐食が起こりやすい。

７これを、チタンナイトライド／チタン膜２１または、
チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを介して、ア
ルミニウム合金ｌｌ１１０と接続させることにより防止
することができる。本来、タングステン膜２２ａ、２２
ｂを完全にチタンナイトライド／チタン膜２１が被覆す
れば、前記の問題点は発生しないが、微細化により、ア
ルミニウム配線のパターン転写工程での重ね合わせずれ
により、タングステン２２が一部露出することがあり、
大きな課題であった。本構造でのコンタクト抵抗のばら
つきがいちじるしく小さ（、かつ安定している。また、
スルーホール８ａ、８ｂでのアルミニウム断線はなく、
安定した形状である。同時に、ストレスマイグレーショ
ン、エレクトロマイグレーション耐性も改善された。本
実施例では、チタンナイトライド／チタン膜２１の２層
膜について示したが、チタンシリサイド、モリブデンシ
リサイドを用いても同様な効果が得られる。また、埋め
込みタングステン２２の下層およびスルーホール８ａ、
８ｂの周囲にチタンナイトライド、／チタン膜２１．ア
ルミニウム合金膜１０の下層にチタンシリサイドまたは
、モリブデンシリサイドを用いた構成でも、同様な効果
が得られる。

発明の効果 以上の実施例の説明で明らかなように本発明の半導体装
置の電極配線および、その形成方法によれば、高密度半
導体装置の微細な構造を有する電極取り出しにおいて、
例えば直径０．８μｍ１深さ１．０ｕｍという高アスペ
クト比のスルーホールにおいて、アルミニウム合金膜の
スルーホール内への被覆性を劣化することがな（、高融
点金属または、金属珪化物・埋め込みダンゲステン膜・
アルミニウム合金膜の３層膜の良好な接続を介して安定
した電極の接続を可能とした。かつ、これらの３層膜構
造となるため、基板拡散層とのアロイスパイク、アルミ
ニウムのステップカバーとも改善され、かつ、Ｎ”、Ｐ
＋両タイプの拡散層に対して接続可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における半導体装置の電極配
線の要部を示す断面図、第２図は本発明の一実施例にお
けや半導体装置の電極配線の形成方法における製造工程
順の電極配線の要部を示す断面図、第３図は従来の半導
体装置の電極配線の要部を示す断面図である。 １・・・・・・Ｐ型シリコン基板、５ａ、５ｂ・・・・
・・多結晶シリコンゲート電極、６ａ・・・・・・Ｎ十
拡散層、６ｂ・・・・・・Ｐ＋拡散層、７・・・・・・
層間絶縁膜、８ａ、８ｂ・・・・・・スルーホール、１
０・・・・・・アルミニウム合金膜、２１．２３・・・
・・・チタンナイトライド／チタン膜、２２ａ、２２ｂ
・・・・・・タングステン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）不純物拡散層または配線層を有する半導体基板の
   主面と層間絶縁膜に設けられたスルーホールに埋め込ま
   れたタングスタンまたはタングステン合金が、チタンナ
   イトライド、チタン、チタンシリサイド、モリブデンシ
   リサイドよりなる群の内一つ以上のものにより被覆され
   、この被覆金属を介してアルミ合金電極に接続される構
   造を有する半導体装置の電極配線。
2. （２）不純物拡散層または配線層などを有する半導体基
   板の主面に層間絶縁膜を積層する工程と、前記層間絶縁
   膜にスルーホールを形成し、前記不純物拡散層または前
   記配線層に電極取り出し窓を設ける工程と、前記半導体
   基板の主面に前記スルーホールを覆ってチタンナイトラ
   イド、チタン、チタンシリサイド、モリブデンシリサイ
   ドよりなる群の内一つ以上のものよりなる金属を被覆す
   る工程と、前記スルーホール内に存在する窪みにタング
   ステンまたはタングスタン合金を積層し、窪みに埋め込
   み、前記タングステンまたはタングステン合金のエッチ
   バックにより前記スルーホール以外の領域の前記タング
   スタンまたはタングステン合金を除去し、前記スルーホ
   ール内に残置する工程と、このスルーホール内の前記タ
   ングスタンまたはタングステン合金に前記チタンナイト
   ライド、チタン、チタンシリサイド、モリブデンシリサ
   イドよりなる群の内一つ以上のもの、およびアルミニウ
   ム合金膜を被着させる工程と、前記アルミニウム合金膜
   と前記チタンナイトライド、チタン、チタンシリサイド
   、モリブデンシリサイドよりなる群のうち一つ以上のも
   のからなる多層膜の配線パターン形成工程を含む半導体
   装置の電極配線の形成方法。