JPH0945680A

JPH0945680A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0945680A
Application number: JP19357195A
Authority: JP
Inventors: Kichiji Ogawa; 吉司小川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高融点金属配線の形成でタングステン膜等の高
融点金属膜の堆積後に生じるシリコン基板ウェハの反り
量を低減させ、微細配線の形成を容易にする。【解決手段】高融点金属の微細配線方法が、半導体素子
を有する半導体基板１表面に形成された層間絶縁膜３上
に高融点金属薄膜５，６を成膜する工程と、高融点金属
薄膜を成膜した後、半導体基板の裏面全体に引っ張り応
力を有する絶縁膜７を堆積させる工程と、高融点金属薄
膜上のフォトレジストに配線パターン転写する投影露光
の工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に高融点金属を用いる微細な配線の形成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の微細化および高密度化は依
然として精力的に進められており、現在では０．１５〜
０．２５μｍの寸法基準で設計されたメモリデバイスあ
るいはロジックデバイス等の超高集積の半導体デバイス
が開発試作されている。このような半導体デバイスの高
集積化と共に、半導体デバイスに対する低電圧化あるい
は低消費電力化および動作の高速化が強く要求されてき
ている。そして、半導体装置の微細配線の多層化の要求
がますます高まりつつある。

【０００３】このような半導体デバイスの微細化と高速
化に対応できる効果的な具体的手段は、前述した微細配
線の多層化におけるゲート電極配線あるいは下層部の配
線材料として、抵抗値の低い高融点金属を有効に使用す
ることである。このような金属としてタングステン、タ
ングステンシリサイド等が最もよく知られている。

【０００４】このような高融点金属配線の従来の形成方
法について図６で説明する。図６は拡散層に電気接続す
る高融点金属配線の工程順の略断面図である。シリコン
基板２１の表面部にはＭＯＳトランジスタ等の半導体素
子の構成要部、例えば、素子分離領域、ゲート電極等が
形成される（図示せず）。そして、図６（ａ）に示すよ
うに、シリコン基板２１の表面の所定の領域に拡散層２
２が形成され、全体を被覆するようにして層間絶縁膜２
３が形成される。次に、この層間絶縁膜２３の所定の領
域で拡散層２２に達するコンタクト孔２４が形成され
る。

【０００５】次に、バリアメタル２５が層間絶縁膜２３
を被覆し、コンタクト孔２４部の拡散層２２上に被着し
て形成される。そして、タングステン膜２６が前述のバ
リアメタル２５に積層して堆積される。ここで、タング
ステン膜は化学気相成長（ＣＶＤ）法で形成される。こ
れは、半導体デバイスが微細化しコンタクト孔２４の寸
法が縮小してくると、タングステン膜が通常のスパッタ
法ではこのようなコンタクト孔内に形成されなくなるた
めである。

【０００６】しかし、このタングステン膜２６は図６
（ａ）に示すように半導体デバイスの形成されるシリコ
ン基板表面が凹になるようにウェハを反らす。そして、
このタングステン膜には非常に高い引っ張り応力が発生
するようになる。

【０００７】次に、図６（ｂ）に示すようにフォトリソ
グラフィ技術とドライエッチング技術とで、前述のバリ
アメタル２５とタングステン膜２６が微細加工される。
この加工によりバリアメタル配線パターン２７とタング
ステン配線パターン２８とで形成される高融点金属配線
２９が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
高融点金属配線の形成では、タングステン等の高融点金
属膜の堆積後、半導体基板であるウェハが凹状に反る。
このようなウェハの反り量はタングステン膜等の高融点
金属膜の成膜の条件およびその膜厚に大きく依存する。
そして、このウェハの反りは先述したフォトリソグラフ
ィ工程における配線パターン転写のための縮小投影露光
で焦点ズレを生じさせ、配線のでき上がり寸法のウェハ
位置による大きなバラツキを引き起す。

【０００９】更にこのウェハの反りが大きくなると、縮
小投影露光装置であるステッパのステージにウェハが真
空吸着されなくなり、ステッパによる露光が不可能にな
る。このことについて図７で説明する。図７はステッパ
のステージに前述した反りのあるウェハを真空吸着する
ときの断面図である。図７に示すように、ステージ３０
には空洞３１が形成されている。そして、真空ポンプに
より真空引き３２がなされている。このようなステージ
の表面にウェハ３３を搭載する場合、先述した凹状の反
り量が大きくなると、図７に示すようにウェハ３３の裏
面で吸着されない領域ができる。そして、ウェハ３３は
ステージ３０に固定されなくなる。そして、投影露光で
のステージのステップ＆リピートの際にウェハが位置ズ
レしたりステージから落下したりする。このためにステ
ッパによる露光ができなくなる。あるいは、このような
搬送トラブルのために、設備の稼働率が低下する。

【００１０】本発明の目的は、このような高融点金属の
配線形成で生じる問題点を解決し、半導体装置に用いる
微細な多層配線の形成を容易にすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このために本発明の高融
点金属配線の製造方法は、半導体素子を有する半導体基
板表面に形成された層間絶縁膜上に高融点金属薄膜を成
膜する工程と、前記高融点金属薄膜を成膜した後、前記
半導体基板の裏面全体に引っ張り応力を有する絶縁膜を
堆積させる工程とを含む。

【００１２】あるいは、半導体素子を有する半導体基板
表面に形成された層間絶縁膜上に高融点金属膜を成膜す
る工程と、前記高融点金属膜を成膜した後、前記半導体
基板の裏面全体に引っ張り応力を有する多項質のシリコ
ン酸化膜を堆積させる工程と、前記シリコン酸化膜に被
着して耐湿性を有する絶縁膜を堆積させる工程とを含
む。

【００１３】ここで、前記耐湿性を有する絶縁膜の堆積
温度が、前記多項質のシリコン酸化膜の堆積温度より低
くなるように設定される。

【００１４】更に本発明の製造方法は、前記半導体基板
の裏面全体に前記絶縁膜を堆積させた後、フォトリソグ
ラフィ工程において前記高融点金属薄膜上のフォトレジ
ストに配線パターン転写するための投影露光をする工程
とを含む。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の工程概略図
を示す。図１に示すＡ工程で、高融点金属膜を半導体基
板の絶縁膜上にメタル成膜がなされる。そして、ウェハ
の反り量が計測される。次に、ウェハ表面部にメタル成
膜されたそのウェハの裏面に多孔性を有する絶縁膜が、
その反り量に応じた膜厚だけ堆積される。すなわち、図
１に示すＢ工程で、歪み矯正絶縁膜形成工程が施され
る。そして、このような工程を経てステッパを用いる縮
小投影露光工程のあるフォトリソグラフィ工程（Ｃ工
程）に移される。

【００１６】以下、具体的にこれらの工程を説明する。
図２乃至図５は本発明において拡散層に電気接続する高
融点金属配線の工程順の略断面図である。Ｐ型導電型の
シリコン基板１の表面部には、従来の技術で説明したよ
うにＭＯＳトランジスタ等の半導体素子の構成要部が形
成される（図示されず）。そして、図２に示すように、
導電型がＮ型の拡散層２がシリコン基板１の所定の領域
に形成される。このようにした後、常圧のＣＶＤ法でシ
リコン酸化膜が堆積される。ここで、このシリコン酸化
膜の膜厚は４００ｎｍ程度に設定される。そして、この
シリコン酸化膜には８００℃程度温度での熱処理が施さ
れる。この熱処理でシリコン酸化膜は緻密になり、層間
絶縁膜３が形成される。この層間絶縁膜３はウェハに対
してほとんど反りを生じさせない。

【００１７】次に、前述の層間絶縁膜３の所定の領域が
ドライエッチングされる。そして、拡散層２の所定の領
域にコンタクト孔４が形成される。

【００１８】このようにした後、図３に示すように高融
点金属配線用のメタル成膜が行われる。図３に示すよう
にバリアメタル５が層間絶縁膜３の表面およびコンタク
ト孔４の底部の拡散層２表面に被着される。ここで、こ
のバリアメタル５は膜厚が５０ｎｍ程度の窒化チタン膜
で構成される。なお、拡散層２とバリアメタル５との接
触抵抗を低減するためには、コンタクト孔４の底部の拡
散層上にチタン薄膜をコリメーテッド・スパッタ法で形
成し、熱処理を加えてシリコンとチタン薄膜との熱反応
を起させ、この領域にチタンシリサイド層を形成すると
よい。

【００１９】次に、膜厚３００ｎｍ程度のタングステン
膜６がＣＶＤ法で堆積される。この場合の反応ガスはＷ
Ｆ₆とＨ₂であり成膜温度は４５０℃に設定される。こ
こで、タングステン膜がコンタクト孔４内に高いステッ
プカバレッジで堆積されるように成膜条件が設定され
る。半導体デバイスが高密度化しコンタクト孔が微細に
なるとコンタクト孔の深さ寸法と横寸法の比すなわちア
スペト比が増大するため、タングステン膜は高いステッ
プカバレッジで成膜されることが要求される。

【００２０】このような成膜条件の場合には、６インチ
径のウェハでのシリコン基板１の反り量、すなわち凹状
に反ったウェハの最大高低差は６０μｍ以上に達する。
そして、タングステン膜６には、１×１０¹⁰ｄｙｎ／ｃ
ｍ²程度の引っ張り応力が生じるようになる。

【００２１】次に、先述した歪み矯正絶縁膜形成が行わ
れる。シリコン基板１の表面部に拡散層２が形成され、
層間絶縁膜３に設けたコンタクト孔４を通して拡散層２
と接続するバリアメタル５とタングステン膜６が形成さ
れたウェハの裏面、すなわち図４に示すシリコン基板１
の裏面に歪み矯正絶縁膜７が形成される。この歪み矯正
絶縁膜７は、常圧ＣＶＤ法で形成される多孔質性を有す
るシリコン酸化膜である。そして、このシリコン酸化膜
の膜厚は２μｍ程度である。ここで、この常圧ＣＶＤの
成膜温度は４００℃程度に設定される。そして、反応ガ
スとしてはＳｉＨ₄とＯ₂が用いられる。このようにし
て形成される多孔質のシリコン酸化膜は、所定の膜厚に
形成された後成膜温度から室温に冷却される時に大きな
膜収縮を生じる。そして、このシリコン酸化膜には大き
な引っ張り応力が形成されるようになる。

【００２２】このような条件で歪み矯正絶縁膜７がウェ
ハ裏面に形成されると、先述した凹状の反りを有してい
たウェハは、その反り量が６０μｍから１０μｍ程度に
低減し大幅に改善されるようになる。この場合には、歪
み矯正絶縁膜７には強い引っ張り応力が形成される。

【００２３】しかし、この状態で大気中に放置される
と、歪み矯正絶縁膜７を構成する多孔質のシリコン酸化
膜は大気中の水分を吸湿し、反り量の低減効果が低下す
る。そこで、この水分吸湿の影響を無くするため、歪み
矯正絶縁膜７表面に保護絶縁膜８が被着される。ここ
で、この保護絶縁膜８は膜厚１００ｎｍのシリコン窒化
膜で構成される。このシリコン窒化膜は反応ガスとして
ＳｉＨ₄とＮＨ₃の混合ガスを用いたプラズマＣＶＤで
形成される。そして、この成膜温度は歪み矯正絶縁膜７
の成膜温度より低くなるように設定される。すなわち、
今の場合には３５０℃程度に設定される。これは、保護
絶縁膜８の成膜工程で歪み矯正絶縁膜７が熱処理され緻
密化されて多孔質度が低下するのを防止するためであ
る。この歪み矯正絶縁膜７の多孔質度の低下は、先述し
たのと同様にウェハ反り量の低減効果を低下させる。な
お、このシリコン窒化膜はウェハの反り量を増加させる
ように働くのでその膜厚は薄くなるように設定される。

【００２４】先述した歪み矯正絶縁膜７は、プラズマＣ
ＶＤ法で形成してもよい。この場合には、反応ガスとし
てＳｉＨ₄とＮ₂Ｏの混合ガスが用いられる。ここで、
この成膜温度は３５０℃である。そして、引き続いて同
一の装置内の別チャンバーで先述したような条件でシリ
コン窒化膜が堆積され保護絶縁膜８が形成されるように
なる。この場合には、プラズマを発生させるＲＦ電源の
発信周波数は１３．５６ＭＨｚと高周波にする必要があ
る。このような高周波にすることで、堆積するシリコン
酸化膜の多孔質度は高くなり膜収縮が生じ易くなり、反
り量の低減効果が高くなる。そして、必要とされる歪み
矯正絶縁膜７の膜厚が薄くなる。

【００２５】次に、フォトリソグラフィ工程で図４に示
したタングステン膜６上のフォトレジスト（図示され
ず）に公知の方法で配線パターンが転写される。

【００２６】そして、図５に示すように、このフォトレ
ジストに転写された配線パターンをドライエッチングの
マスクにしてタングステン膜６とバリアメタル５が順次
エッチグされる。そして、バリアメタル配線パターン９
とタングステン配線パターン１０が形成され、高融点金
属配線１１が形成されるようになる。

【００２７】そして、ウェハの反り量の低減のために用
いた歪み矯正絶縁膜７と保護絶縁膜８は公知の化学薬液
によるウェットエッチングあるいはドライエッチングで
除去される。

【００２８】このように本発明の方法によれば、配線材
料であるタングステン膜の成膜後シリコン基板の裏面に
ウェハの反り量を低減させるための絶縁膜が形成され
る。このため、このウェハの反り量は従来の場合の１／
５程度に低減されシリコン基板は平坦化される。そし
て、配線パターン転写のためのフォトリソグラフィ工程
で、微細な配線パターンの転写が容易に行われるような
り、微細な多層配線が形成できるようになる。

【００２９】以上の実施例では、保護絶縁膜８がシリコ
ン窒化膜で構成される場合について説明した。この保護
絶縁膜８がシリコンオキシナイトライド膜で形成される
場合も同様な効果のあることに言及しておく。このオキ
シナイトライド膜は、反応ガスをＳｉＨ₄、ＮＨ₃およ
びＮ₂Ｏの混合ガスとするプラズマＣＶＤで堆積され
る。このオキシナイトライド膜は耐湿性に優れ、しかも
ほとんど応力を発生させない。このため、シリコン窒化
膜の場合よりも先述したウェハの反り量の低減が容易に
なる。

【００３０】このような歪み矯正絶縁膜７は、多孔質の
シリコン酸化膜に限定するものではない。例えば、アル
ミナ膜等その内部に引っ張り応力が生じる絶縁膜であれ
ばよい。この場合、耐湿性のある絶縁膜であれば保護絶
縁膜８は不要になる。

【００３１】なお、実施例ではタングステン配線に対す
る本発明の適用例について説明したが、その他の高融点
金属の配線あるいは高融点金属のシリサイド配線の形成
においても同様に適用できる。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は高融点
金属配線の形成で、タングステン膜等の高融点金属膜の
堆積後にシリコン基板の裏面に歪み矯正絶縁膜を堆積さ
せ、ウェハの反り量を低減させる。

【００３３】このようにすることで、配線パターン転写
のフォトリソグラフィ工程において、ステッパによる縮
小投影露光での焦点ズレはなくなり、ウェハ位置による
配線寸法のバラツキは大幅に低減する。そして、高融点
金属を用いた微細な多層配線が容易に形成できるように
なる。

【００３４】更に、縮小投影露光装置であるステッパの
ステージにウェハが容易に真空吸着されるため、フォト
リソグラフィ工程での作業時間が短縮されるようにな
る。更に、ウェハの搬送トラブルは低減し稼働率が大幅
に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う実施例の概略工程図である。

【図２】本発明の製造方法を説明するための断面図であ
る。

【図３】本発明の製造方法を説明するための断面図であ
る。

【図４】本発明の製造方法を説明するための断面図であ
る。

【図５】本発明の製造方法を説明するための断面図であ
る。

【図６】従来の技術を説明するための工程順の略断面図
である。

【図７】従来の技術を説明するためのステージ部の断面
図である。

【符号の説明】

１，２１シリコン基板２，２２拡散層３，２３層間絶縁膜４，２４コンタクト孔５，２５バリアメタル６，２６タングステン膜７歪み矯正絶縁膜８保護絶縁膜９，２７バリアメタル配線パターン１０，２８タングステン配線パターン１１，２９高融点金属配線３０ステージ３１空洞３２真空引き３３ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子を有する半導体基板表面に形
成された層間絶縁膜上に高融点金属薄膜を成膜する工程
と、前記高融点金属薄膜を成膜した後、前記半導体基板
の裏面全体に引っ張り応力を有する絶縁膜を堆積させる
工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】半導体素子を有する半導体基板表面に形
成された層間絶縁膜上に高融点金属膜を成膜する工程
と、前記高融点金属膜を成膜した後、前記半導体基板の
裏面全体に引っ張り応力を有する多項質のシリコン酸化
膜を堆積させる工程と、前記シリコン酸化膜に被着して
耐湿性を有する絶縁膜を堆積させる工程とを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記耐湿性を有する絶縁膜の堆積温度
が、前記多項質のシリコン酸化膜の堆積温度より低いこ
とを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記半導体基板の裏面全体に前記絶縁膜
を堆積させた後、フォトリソグラフィ工程において前記
高融点金属薄膜上のフォトレジストに配線パターン転写
するための投影露光をする工程とを含むことを特徴とす
る請求項１、請求項２または請求項３記載の半導体装置
の製造方法。