JPH0574955A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】平坦化された絶縁膜８に開孔された深さの異な
るコンタクト孔１０，１４中に、タングステン膜１６な
どの導体を過不足なく埋め込む方法を提供する。 【構成】平坦化された絶縁膜８を形成する工程と、一番
深いコンタクト孔１０を開孔する工程と、コンタクト孔
１０内に二番目に深いコンタクト孔１４の深さまでタン
グステン膜１２などの導体を埋め込む工程と、二番目に
深いコンタクト孔１４を開孔する工程と、コンタクト孔
１０，１４をタングステン１６などの導体で埋め込む工
程を有する。そしてそれらの工程と同様の工程をコンタ
クト孔の深さの違いがあるだけ繰り返す。最も浅いコン
タクト孔を開孔する工程が終ったら全てのコンタクト孔
を金属で埋め込んで平坦化された絶縁膜８の表面に対し
てほぼ同じ面又は同じ凹凸状態になるように埋め込む工
程を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にコンタクト用開孔部とコンタクト用開孔部内
の導体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＯＳ ＩＣの高集積化により、
コンタクト用開孔部の大きさ、配線幅などが縮小されて
きている。それに伴い配線の信頼性、例えば、コンタク
ト段部におけるアルミニウム配線の断線などが問題とな
っている。

【０００３】図９（ａ）〜（ｃ）は、従来の半導体装置
の製造方法の一例を説明するための工程順に示した半導
体装置の断面図である。

【０００４】図９（ａ）に示すように、半導体素子の電
極や配線などがある素子領域５１が形成されている半導
体基板５２上に層間絶縁膜５３を形成し、写真蝕刻法に
より素子領域５１上の層間絶縁膜５３にコンタクト用開
孔部５４を形成する。

【０００５】次に、図９（ｂ）に示すように配線用のア
ルミニウム膜５５をスパッタ法により被着する。

【０００６】次に、図９（ｃ）に示すように、アルミニ
ウム膜５５をパターニングしてアルミニウム配線を形成
し、半導体装置を形成していた。ところが、上述した従
来の半導体装置の製造方法は、ＩＣの集積度が向上し、
コンタクト用開孔部の直径が小さくなり、開孔部の（深
さ／直径）であるアスペクト比が大きくなると、アルミ
ニウム配線が開孔部５４の縁で断線しやすくなる欠点が
ある。これを解決する手段として、金属膜、特にタング
ステン膜の選択成長により、アスペクト比が大きいコン
タクト用開孔部を埋め込む方法が知られている。

【０００７】これについて、図１０（ａ），（ｂ）を用
いて説明する。

【０００８】図１０（ａ）に示すように、素子領域６１
上の層間絶縁膜６３に異方性のエッチングによりコンタ
クト用開孔部６４を形成し、次いで、コンタクト用開孔
部で露出している半導体基板上に、タングステン膜６６
を選択的に成長させ、コンタクト用開孔部６４をタング
ステン膜６６で埋め込む。次に、図１０（ｂ）に示すよ
うにアルミニウム膜６７をスパッタ法により被着し、こ
れをパターニングして、アルミニウム配線を形成する。
この方法を使えばコンタクト用開孔部６４内の上面は平
坦に近くなり、コンタクト用開孔部６４の縁の段部にお
けるアルミニウム配線の断線を防止することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の製造方
法では、深さの異なるコンタクト用開孔部の段を同時に
良好に埋め込むことができないという欠点がある。これ
について、図１１（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

【００１０】図１１（ａ），（ｂ）は、深さの異なるコ
ンタクト用開孔部を有する半導体装置の製造工程の一部
を示す断面図である。図１１（ａ）に示すように、半導
体基板７１上に、フィールド絶縁膜７２，ゲート絶縁膜
７３，拡散層７４が形成されている。フィールド絶縁膜
７２上には、多結晶シリコン層７５が形成されている。
それらの上には、平坦化された層間絶縁膜７６が形成さ
れ、多結晶シリコン層７５或いは拡散層７４に到達する
コンタクト用開孔部７７，７８がそれぞれ形成されてい
る。ここで図面から明らかなように、コンタクト用開孔
部７７とコンタクト用開孔部７８とでは、コンタクト用
開孔部の段の深さが異なる。実際の半導体装置では、こ
のような深さの異なるコンタクト用開孔部の段が多数存
在する。ここで、コンタクト用開孔部７７内で層間絶縁
膜７６の表面までタングステン膜７９を選択成長する
と、コンタクト孔７７は完全に埋め込まれるが、コンタ
クト用開孔部７８は一部しか埋め込まれない。この状態
で次に、配線用アルミニウム膜８０を形成すると、図１
０（ｂ）に示すように、コンタクト用開孔部７８で層間
絶縁膜７６の表面のアルミニウム膜８０とタングステン
膜７９とが接続できずアルミニウム膜８０の段切れが生
じる。アルミニウム配線の段切れを防ぐ方法としては図
１２のようなコンタクト用開孔部の縁を等方性エッチン
グで丸くすることが知られているが、そうするとコンタ
クト段の浅い部位ではコンタクト用開孔部の大きさが横
に広がってしまい、所定の部位よりはみ出してしまうと
いう不都合が生じる。図１２中点線で示すように、コン
タクト段の浅い所でもコンタクト用開孔部を広がらない
ように等方性エッチング量を抑えると、コンタクト段の
深い所では、高い垂直段が残ってしまいこれをタングス
テン膜で十分埋めることができず、良好はアルミ配線の
カバレッジを得ることは困難となる。以下、具体的な数
値をあげて説明する。

【００１１】多結晶シリコン上の絶縁膜厚が約０．６μ
ｍ，拡散層上が約１．６μｍ程度の場合、先に述べた制
限により、等方性エッチで開孔できる深さは約０．６μ
ｍで拡散層上は約１．０μｍ程度の垂直段が残ってしま
う。このうち、約０．４μｍはタングステンで埋まるが
それでも約０．６μｍ程度の垂直段が残る。コンタクト
サイズが約０．６μｍ〜０．８μｍとすると、アスペク
ト比は１に近い。この部分に例えば厚さ約０．５μｍの
アルミ配線を形成すると、カバレッジは１０％以下にな
ると予想される。

【００１２】このように、従来の製造方法では、深さの
異なるコンタクト段に対し、各コンタクト部で良好なア
ルミ配線のカバレッジを得ることは困難である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、領
域を形成する工程と、半導体基板上に平坦化された絶縁
膜を形成する工程と、絶縁膜に素子領域に到達する深さ
の略等しい第一の開孔群を形成する工程と、第一の開孔
群に第一の導体材の選択的に成長する工程と、第一の絶
縁膜に配線領域に到達する深さが略等しい第二の開孔部
を形成する工程と、第一及び第二の開孔群を第二の導体
材の選択成長により埋め込む工程とを有している。

【００１４】

【実施例１】次に本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１５】ここでは深さの異なるコンタクト段を同一
半導体装置上に形成する一例として拡散層上のコンタク
ト用開孔部と、フィールド絶縁膜上の多結晶シリコン層
上にあるコンタクト用開孔部とを同一半導体装置上に形
成する場合を考える。

【００１６】図１（ａ）（ｂ），図２（ｃ）（ｄ），図
３（ｅ）（ｆ），図４（ｇ）（ｈ）は、本発明の実施例
１を説明するための、工程順に示した半導体装置の断面
図である。

【００１７】まず、図１（ａ）に示すように半導体基板
１上の一部に、周知のＬＯＣＯＳ法により、厚さ約０．
６μｍのフィールド絶縁膜２を選択的に形成し、次いで
ゲート絶縁膜３を形成する。

【００１８】次に、図１（ｂ）に示すように、周知のＣ
ＶＤ技術並びに写真蝕刻法により、フィールド絶縁膜上
に厚さ約４０００オングストロームの多結晶シリコン層
４を形成し、イオン注入法により基板と逆導電型の不純
物を導入して拡散層５を形成する。次に、図２（ｃ）に
示すように全面に層間絶縁膜例えば厚さ２．０μｍのＢ
ＰＳＧ膜６を堆積し、次いでフォトレジスト７を塗布す
る。

【００１９】次に、図２（ｄ）に示すように、フォトレ
ジスト７とＢＰＳＧ膜６の選択比がほぼ等しいようなド
ライエッチングを適度な時間行い、平坦化された絶縁膜
８を形成する。この時、絶縁膜の膜厚は例えば拡散層５
上で約１．５μｍ，多結晶シリコン４上で約０．８μｍ
である。この他に平坦化された絶縁膜を形成する方法と
して、ＴＥＯＳ膜を堆積する方法や、塗布膜を用いる方
法もある。次に、図３（ｅ）に示すように、フォトレジ
スト９を塗布した後、周知のＰＲ技術により、拡散層５
上の所定の位置に開孔パターンを形成しこれをマスクと
して、絶縁膜８を異方性エッチングにより除去して、拡
散層５に到達する第一のコンタクト用開孔部１０，１１
を形成する。第一のコンタクト用開孔部の深さは約１．
５μｍである。

【００２０】次に、図３（ｆ）に示すように、フォトレ
ジスト９を除去した後コンタクト用開孔部１０，１１で
露出した拡散層５表面に対して、第一の導体材例えばタ
ングステン膜１２を、多結晶シリコン層４の表面の高さ
（図中、Ａの位置）まで、すなわち、約０．７μｍ選択
成長させ、コンタクト用開孔部１０，１１を部分的に埋
め込む。

【００２１】次に図４（ｇ）に示すようにフォトレジス
ト１３を塗布した後、周知のＰＲ技術により多結晶シリ
コン層４上の所定の位置に開孔パターンを形成し、これ
をマスクとして絶縁膜８を異方性エッチングにより除去
して多結晶シリコン４に到達する第二のコンタクト用開
孔部１４，１５を形成する。第二のコンタクト用開孔部
の深さは、約０．８μｍである。次に図４（ｈ）に示す
ように、フォトレジスト１３を除去した後、露出した多
結晶シリコン層４の表面及びタングステン膜１２の表面
に対し、第二の導体材、例えばタングステン膜１６を第
二のコンタクト用開孔部の深さ分、すなわち、０．８μ
ｍ程度選択成長させることにより、第二のコンタクト用
開孔部１４，１５及び、先に部分的に埋め込まれた第一
のコンタクト用開孔部１０，１１を、ほぼ過不足なく導
体材で埋め込む。図面から明らかなように、多結晶シリ
コン層４の表面と絶縁膜８の表面との高さの差と、タン
グステン膜１６の表面と絶縁膜８の表面との高さの差は
ほぼ等しいため、双方のコンタクト用開孔部をともに過
不足なく埋め込むことができる。

【００２２】このようにして、半導体基板上にある深さ
の異なるコンタクト用開孔部をすべて導体材で過不足な
く埋め込むことができる。

【００２３】次に、周知のＰＲ技術ならびにエッチング
技術により、アルミニウム配線１７を形成する。先に述
べたように各コンタクト用開孔部はタングステン膜１
２，１６で過不足なく絶縁膜の表面まで埋め込まれてい
るから、ほぼ１００％のカバレッジが得られる。

【００２４】

【実施例２】本発明の実施例２について、図面を参照し
て説明する。

【００２５】ここでは、深さの異なるコンタクト段を同
一チップ上に形成する一例として第二アルミ拡散層を接
続するコンタクト用開孔部と第二アルミ、第一アルミを
接続するコンタクト用開孔部を同一チップ上に形成する
場合を考える。

【００２６】図５（ａ）（ｂ），図６（ｃ）（ｄ），図
７（ｅ）（ｆ），図８（ｇ）は本発明の実施例２を説明
するための工程順に示した半導体装置の断面図である。

【００２７】まず、図５（ａ）に示すように、半導体基
板１上に周知のＬＯＣＯＳ法により厚さ約０．６μｍの
フィールド絶縁膜２を形成し、次いでゲート絶縁膜３を
形成し、イオン注入法により、基板と逆導電型の不純物
を導入して拡散層５を形成する。次に、図５（ｂ）に示
すように、実施例１と同様の方法を用いて平坦化された
層間絶縁膜１８を形成した後、周知のＰＲエッチング技
術を用いて、アルミニウム配線１７を形成する。次い
で、その上にプラズマ気相成長法により、シリコン酸化
膜１９を１．５μｍの厚さに成長させ続いてシリカフィ
ルム２０を回転塗布法を用いて膜形成する。シリカフィ
ルムの代わりに、フォトレジストを用いてもよい。次
に、図６（ｃ）に示すように、シリカフィルムとプラズ
マ酸化膜の選択比がほぼ等しいようなドライエッチング
を適度な時間行い、二層膜からなる平坦化された絶縁膜
２１を形成する。絶縁膜厚は、例えば、アルミニウム配
線１７上で０．８μｍ拡散層５上で約３μｍとなる。ア
ルミニウム配線上の絶縁膜を形成する方法として、他に
例えばプラズマ気相成長法により、シリコン酸化膜０．
６μｍ、シリカフィルム膜形成、さらにシリコン酸化膜
を０．３μｍ成長するというような方法も考えられる。
次に、図６（ｄ）に示すように、フォトレジスト２４を
塗布した後周知のＰＲ技術により、拡散層５上の所定の
位置に開孔パターンを形成し、これをマスクとして、平
坦化された絶縁膜２１を異方性エッチングにより除去し
て、拡散層５に到達する第１のコンタクト用開孔部２
２，２３を形成する。第一のコンタクト用開孔部の深さ
は約３μｍである。次に、図７（ｅ）に示すように、露
出した拡散層５表面に対し、タングステン膜１２をアル
ミニウム配線表面の高さ、すなわち図中Ｂの高さまで、
約２．２μｍ選択的に成長させる。次に、図７（ｆ）に
示すように、フォトレジスト２５を塗布した後、周知の
ＰＲ技術により、アルミニウム配線１７上に開孔パター
ンを形成し、これをマスクとして絶縁膜を異方性エッチ
ングにより除去して、アルミニウム配線表面に到達する
第二のコンタクト用開孔部２６，２７を形成する。第二
のコンタクト用開孔部の深さは、約０．８μｍとなる。
次に図８（ｇ）に示すように、フォトレジスト２５を除
去した後、第二のコンタクト用開孔部２６，２７で露出
したアルミニウム配線表面及び第一のコンタクト用開孔
部２２，２３のタングステン１２の表面に対し、第二の
導体材、例えば第二のタングステン膜２８を約０．８μ
ｍ選択成長させて、コンタクト用開孔部２２，２３，２
６，２７を埋め込む。図面から明らかなように、第二の
コンタクト用開孔部２６，２７におけるアルミニウム配
線１７の表面と絶縁膜２１の表面との高さの差は、第一
のコンタクト用開孔部２２，２３におけるタングステン
１２表面と絶縁膜２１表面との高さの差にほぼ等しい。
従って、すべてのコンタクト用開孔部を、タングステン
膜１２及び第二のタングステン膜２８で過不足なく埋め
込むことができる。次に、周知のＰＲ技術、エッチング
技術を用いて、第二のアルミニウム配線２９を形成す
る。実施例１と同様各コンタクト用開孔部で１００％近
いカバレッジが得られる。

【００２８】なお、以上実施例１，２において、タング
ステンは必ずしもコンタクト用開孔部を完全に埋め込む
まで成長しなくても、アルミニウム配線のコンタクト用
開孔部における段差被覆性に問題を生じない程度の段差
を残してもよい。例えば、コンタクト用開孔部１．０μ
ｍに対して、埋め込み後に０．３μｍ以下の段差があっ
てもよい。また、埋め込む材料は、本実施例で述べたタ
ングステン以外でも、モリブデン等の選択成長可能で半
導体装置に使用できる材料であれば同様の効果が得られ
ることは、本発明の主旨から当然のことである。また、
深さの異なる複数のコンタクトを２つのグループに分
け、第一のグループを第一及び第二の導体材で、第二の
グループを第二の導体材で埋め込む例について説明した
が、当然３つ以上のグループに分けて行ってもよい。例
えば、第一のグループを第一，第二及び第三の導体材
で、第二のグループを第二及び第三の導体材で、第三の
グループを第三の導体材で埋め込むことにより、例えば
第一アルミ・拡散層を接続するコンタクト用開孔部、第
一アルミ・多結晶シリコン層を接続するコンタクト用開
孔部、第二アルミ・拡散層を接続するコンタクト用開孔
部を、同一半導体装置上に同様の方法で過不足なく埋め
込むことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
深さの異なる複数の微細コンタクト用開孔部を導体材の
選択成長により埋め込み、かつ埋め込み後のコンタクト
用開孔部の段差を一様に形成できるため、チップ上の場
所によらず、コンタクト用開孔部でのカバレッジが良好
な安定した配線接続が可能となり、従って、高信頼な半
導体装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１〜図４】本発明の実施例１の製造工程別断面図で
ある。

【図５〜図８】本発明の実施例２の製造工程別断面図で
ある。

【図９】従来の半導体装置の一例の製造工程別断面図で
ある。

【図１０】従来の半導体装置の他の例の製造工程別断面
図である。

【図１１】図１０の製造工程が応用できない製造工程別
断面図である。

【図１２】従来の半導体装置の構造の別の例の断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ フィールド絶縁膜 ３ ゲート絶縁膜 ４ 多結晶シリコン層 ５ 拡散層 ６ ＢＰＳＧ膜 ７ フォトレジスト ８ 平坦化された絶縁膜 ９ フォトレジスト １０ 第一のコンタクト用開孔部 １１ 第一のコンタクト用開孔部 １２ タングステン膜 １３ フォトレジスト １４，１５ 第二のコンタクト用開孔部 １６ タングステン膜 １７ アルミニウム配線 １８ 平坦化された層間絶縁膜 １９ シリコン酸化膜 ２０ シリカフィルム ２１ 平坦化された第一の絶縁膜 ２２，２３ 第一のコンタクト用開孔部 ２４ フォトレジスト ２５ フォトレジスト ２６，２７ 第二のコンタクト用開孔部 ２８ 第二のタングステン膜 ２９ 第二のアルミニウム配線 ５１，６１ 素子領域 ５２ 半導体基板 ５３，６３ 層間絶縁膜 ５４，６４ コンタクト用開孔部 ５５ アルミニウム膜 ６６ タングステン膜 ６７ アルミニウム膜 ７１ 半導体基板 ７２ フィールド絶縁膜 ７３ ゲート絶縁膜 ７４ 拡散層 ７５ 多結晶シリコン層 ７６ 層間絶縁膜 ７７，７８ コンタクト用開孔部 ７９ タングステン膜 ８０ アルミニウム膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の素子形成領域を形成する工程と、
   前記第１の素子形成領域の上面より半導体基板の表面に
   対して高い位置に上面がある第２の素子形成領域を形成
   する工程と、前記第１および第２の素子形成領域をおお
   い表面が平坦な絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に
   前記第１の素子形成領域の上面に達する第１のコンタク
   ト用開孔部を形成する工程と、前記第１のコンタクト用
   開孔部内に前記第２の素子形成領域の上面の高さまで導
   体を埋め込む工程と、前記絶縁膜に前記第２の素子形成
   領域の上面に達する第２のコンタクト用開孔部を形成す
   る工程と、前記第１および第２のコンタクト用開孔部内
   に導体を埋め込む工程とを有することを特徴とする半導
   体装置の製造方法。