JPH02239665A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH02239665A JPH02239665A JP1061557A JP6155789A JPH02239665A JP H02239665 A JPH02239665 A JP H02239665A JP 1061557 A JP1061557 A JP 1061557A JP 6155789 A JP6155789 A JP 6155789A JP H02239665 A JPH02239665 A JP H02239665A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
- H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
- H01L23/53204—Conductive materials
- H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
- H01L23/53214—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being aluminium
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-
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は半導体装置およびその製造方法に関するもので
あって、特に微細コンタクト孔部の平坦化に使用される
ものである。
あって、特に微細コンタクト孔部の平坦化に使用される
ものである。
(従来の技術)
従来、LSIの高密度配線には主としてAII−Si合
金をスパッタリング法で成膜したものが用いられている
。第3図を参照してAJ?−Si合金を用いた従来の配
線の形成方法を説明する。
金をスパッタリング法で成膜したものが用いられている
。第3図を参照してAJ?−Si合金を用いた従来の配
線の形成方法を説明する。
表面の所定の場所に不純物拡散領域2が形成された半導
体基板1上に例えばSiO2からなる絶縁膜3を堆積す
る。そして絶縁膜3の不純物拡散領域2に対応した位置
に不純物拡散領域2とのコンタクト孔4を開孔する(第
3図(a)参照)。
体基板1上に例えばSiO2からなる絶縁膜3を堆積す
る。そして絶縁膜3の不純物拡散領域2に対応した位置
に不純物拡散領域2とのコンタクト孔4を開孔する(第
3図(a)参照)。
次にマグネトロンースパッタリング技術を用いてAJ−
SL膜9を堆桔させ、選択的にエッチングを行ってkl
−Si配線を形成する(第3図(b)参照)。
SL膜9を堆桔させ、選択的にエッチングを行ってkl
−Si配線を形成する(第3図(b)参照)。
(発明が解決しようとする課題)
このようなAl−Si配線を多層配線に適用すると、配
線層間の絶縁膜12中にボイド15が形成されやすいと
いう間濁が有った(第3図(c)参照)。
線層間の絶縁膜12中にボイド15が形成されやすいと
いう間濁が有った(第3図(c)参照)。
また、コンタクト孔4の寸法が微細化してコンタクト孔
のアスペクト比が増大した場合に上述のマグネトロンー
スパッタリング技術を用いてAI−S iJjlを形成
すると、コンタクト孔内部のAl−S illのステッ
プカバレージが極端に悪化するという問題があった。そ
こでコンタクト孔4の内部のAN−Si膜のステップ力
バレージを向上させるために第4図に示すようにコンタ
クト孔4の上部の縁に凹状の丸み3aをつけることが行
われている。しかしコンタクト孔のアスベクト比が高く
なると丸み3aをつけてもコンタクト孔底部でAl−S
i膜の断切れが生ずる可能性がある(第4図参照)。ま
た、Al−SL膜形成直後は断切れしていなくても、ス
テップ力バレージが悪い場合はエレクトロマイグレーシ
ョンあるいはストレスマイグレーシ日ンによって断線に
至りやすくなって信頼性の低い配線となってしまうとい
う問題があった。
のアスペクト比が増大した場合に上述のマグネトロンー
スパッタリング技術を用いてAI−S iJjlを形成
すると、コンタクト孔内部のAl−S illのステッ
プカバレージが極端に悪化するという問題があった。そ
こでコンタクト孔4の内部のAN−Si膜のステップ力
バレージを向上させるために第4図に示すようにコンタ
クト孔4の上部の縁に凹状の丸み3aをつけることが行
われている。しかしコンタクト孔のアスベクト比が高く
なると丸み3aをつけてもコンタクト孔底部でAl−S
i膜の断切れが生ずる可能性がある(第4図参照)。ま
た、Al−SL膜形成直後は断切れしていなくても、ス
テップ力バレージが悪い場合はエレクトロマイグレーシ
ョンあるいはストレスマイグレーシ日ンによって断線に
至りやすくなって信頼性の低い配線となってしまうとい
う問題があった。
本発明は上記問題点を考慮してなされたものであって、
高アスペクト比を有するコンタクト孔においても良好な
ステップ力バレージを保つとともに断線の無い高信頼性
を有する半導体装置およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
高アスペクト比を有するコンタクト孔においても良好な
ステップ力バレージを保つとともに断線の無い高信頼性
を有する半導体装置およびその製造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)
第1の発明は、半導体基板上に堆積された絶縁膜の所定
領域にコンタクト孔が開孔されている半導体装置におい
て、コンタクト孔の底部および内壁部に半導体基板およ
び絶縁膜との反応を抑えるバリア膜を形成した後、半導
体基板を加熱して所定の温度に保ちながらコンタクト孔
を第1の金属膜で充填し、その後全面に第2の金属膜を
堆積してパターニングを行って前記第1の金属膜で充填
されたコンタクト孔上を通る配線賂を形成したことを特
徴とする。
領域にコンタクト孔が開孔されている半導体装置におい
て、コンタクト孔の底部および内壁部に半導体基板およ
び絶縁膜との反応を抑えるバリア膜を形成した後、半導
体基板を加熱して所定の温度に保ちながらコンタクト孔
を第1の金属膜で充填し、その後全面に第2の金属膜を
堆積してパターニングを行って前記第1の金属膜で充填
されたコンタクト孔上を通る配線賂を形成したことを特
徴とする。
第2の発明による半導体装置の製造方法は、半導体基板
上に堆積された絶縁膜の所定領域にコンタクト孔を開孔
した後、このコンタクト孔の底部および内壁に前記半導
体基板及び絶縁膜との反応を抑えるバリア膜を形成する
工程と、半導体基板を加熱して所定の温度に保ちながら
コンタクト孔を第1の金属膜で充填する工程と、全面に
第2の金属膜を堆積し、パターニングを行って前記第1
の金属膜で充填されたコンタクト孔上を通る配線路を形
成する工程とを備えていることを特徴とする。
上に堆積された絶縁膜の所定領域にコンタクト孔を開孔
した後、このコンタクト孔の底部および内壁に前記半導
体基板及び絶縁膜との反応を抑えるバリア膜を形成する
工程と、半導体基板を加熱して所定の温度に保ちながら
コンタクト孔を第1の金属膜で充填する工程と、全面に
第2の金属膜を堆積し、パターニングを行って前記第1
の金属膜で充填されたコンタクト孔上を通る配線路を形
成する工程とを備えていることを特徴とする。
(作 用)
このように構成された本発明の半導体装置によれば、コ
ンタクト孔の底部および内壁部にバリア膜を形成した後
、半導体基板を加熱して所定の温度に保ちながら上記コ
ンタクト孔を第1の金属膜で充填する。この時、上記バ
リア膜は半導体基板と第1の金属膜との反応を抑え、接
合破壊を防ぐ働きをする。その後全面に第2の金属膜を
堆積しパターニングを行うことによって第1の金属膜で
充填されたコンタクト孔上を通る配線路が形成される。
ンタクト孔の底部および内壁部にバリア膜を形成した後
、半導体基板を加熱して所定の温度に保ちながら上記コ
ンタクト孔を第1の金属膜で充填する。この時、上記バ
リア膜は半導体基板と第1の金属膜との反応を抑え、接
合破壊を防ぐ働きをする。その後全面に第2の金属膜を
堆積しパターニングを行うことによって第1の金属膜で
充填されたコンタクト孔上を通る配線路が形成される。
これにより高アスベクト比を有するコンタクト孔におい
ても良好なステップ力バレージを保つとともに断線のな
い信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
ても良好なステップ力バレージを保つとともに断線のな
い信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
また上述のように構成された第2の発明の半導体装置の
製造方法によればコンタクト孔の底部および内壁部にバ
リア膜が形成される。その後、半導体基板を加熱して所
定の温度に保ちながらコンタクト孔が第1の金属膜で充
填される。そして全面に第2の金属膜を堆積し、パター
ニングを行うことにより第1の金属膜で充填されたコン
タクト孔上を通る配線路が形成される。これにより高ア
スベクト比を有するコンタクト孔においても良好なステ
ップ力バレージを保つことができるとともに断線のない
信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
製造方法によればコンタクト孔の底部および内壁部にバ
リア膜が形成される。その後、半導体基板を加熱して所
定の温度に保ちながらコンタクト孔が第1の金属膜で充
填される。そして全面に第2の金属膜を堆積し、パター
ニングを行うことにより第1の金属膜で充填されたコン
タクト孔上を通る配線路が形成される。これにより高ア
スベクト比を有するコンタクト孔においても良好なステ
ップ力バレージを保つことができるとともに断線のない
信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
(実施例)
本発明による半導体装置の製造方法の一実施例を第1図
を参照して説明する。
を参照して説明する。
まず例えばStからなる半導体基板(以下、単に基板と
もいう)1上に堆積された例えば厚さが1. 8μmの
シリコン酸化膜からなる絶縁膜3に、基板1の表面に形
成された不純物拡散領域2に対応したコンタクト孔4を
設ける(第1図(a)参照)。なお、コンタクト孔上部
には例えば6000人の凹状の丸み3aがつけられてい
る(第1図(a)参照)。その後、コンタクト孔4の底
部および内壁部に例えばTi層5およびTiN層6から
なるバリア膜を形成する(第1図(b)参照)。そして
基板1を所定の温度(例えば約500〜550℃の温度
範囲)に保持しながら、コンタクト孔4が埋込まれるよ
うにマグネトロンースパッタリング法を用いてA,77
−St膜7を堆積する(第1図(c)参照)。これによ
り、ターゲットから飛来するスパッタリング粒子の基板
表面におけるマイグレーション効果が促進され、コンタ
クト孔4が埋込まれる。なお、基板を550℃以上に加
熱すると、AM−St@7が一旦溶融してしまい、再度
凝固する際に表面張力によってコンタクト孔4の内部で
球状塊になってしまう。また、500℃以下の温度では
All−StH7の基板表面におけるマイグレーション
効果は小さく、高アスベクト比のコンタクト孔4の埋込
は不可能となる。
もいう)1上に堆積された例えば厚さが1. 8μmの
シリコン酸化膜からなる絶縁膜3に、基板1の表面に形
成された不純物拡散領域2に対応したコンタクト孔4を
設ける(第1図(a)参照)。なお、コンタクト孔上部
には例えば6000人の凹状の丸み3aがつけられてい
る(第1図(a)参照)。その後、コンタクト孔4の底
部および内壁部に例えばTi層5およびTiN層6から
なるバリア膜を形成する(第1図(b)参照)。そして
基板1を所定の温度(例えば約500〜550℃の温度
範囲)に保持しながら、コンタクト孔4が埋込まれるよ
うにマグネトロンースパッタリング法を用いてA,77
−St膜7を堆積する(第1図(c)参照)。これによ
り、ターゲットから飛来するスパッタリング粒子の基板
表面におけるマイグレーション効果が促進され、コンタ
クト孔4が埋込まれる。なお、基板を550℃以上に加
熱すると、AM−St@7が一旦溶融してしまい、再度
凝固する際に表面張力によってコンタクト孔4の内部で
球状塊になってしまう。また、500℃以下の温度では
All−StH7の基板表面におけるマイグレーション
効果は小さく、高アスベクト比のコンタクト孔4の埋込
は不可能となる。
上述のAl −S’i膜が形成される際にTi層5およ
びTiN層からなるバリア膜は次の2つの役割をはたす
。
びTiN層からなるバリア膜は次の2つの役割をはたす
。
(1) AI−Si膜7と半導体基板1および絶縁H
3のSiとの反応を抑え、接合破壊を防ぐ。
3のSiとの反応を抑え、接合破壊を防ぐ。
(2) TiN層6が赤外線を吸収することにより、
基板1の加熱を効率良く行うことができる。
基板1の加熱を効率良く行うことができる。
なおターゲット材料としては、AMに1%のStを添加
した合金が最適である。純AIlまたはSi含有量の高
いA,Q−St合金は上記の温度マージンが狭く実用化
には適さない。
した合金が最適である。純AIlまたはSi含有量の高
いA,Q−St合金は上記の温度マージンが狭く実用化
には適さない。
また、基板とターゲット間距離を長くしてコンタクト孔
に入射するスパッタリング粒子の垂直成分を増やしたほ
うが、より高アスベクト比のコンタクト孔4に対しても
コンタクト底部にボイドが形成されないように埋込みが
可能となる。
に入射するスパッタリング粒子の垂直成分を増やしたほ
うが、より高アスベクト比のコンタクト孔4に対しても
コンタクト底部にボイドが形成されないように埋込みが
可能となる。
こうしたAII−Si膜7は、結晶粒径が大きく約10
μm程度にまで成長する。この為、エレクトロマイグレ
ーションには強いがストレスマイグレーションに対して
弱くなる可能性がある。更に、Al−Si膜7の結晶粒
界には高抵抗のStが析出するため配線抵抗も増大し、
こうしたAl−Si膜を配線に使用するのは困難である
。そこでコンタクト部以外のAll−Si膜を除去する
必要がある。
μm程度にまで成長する。この為、エレクトロマイグレ
ーションには強いがストレスマイグレーションに対して
弱くなる可能性がある。更に、Al−Si膜7の結晶粒
界には高抵抗のStが析出するため配線抵抗も増大し、
こうしたAl−Si膜を配線に使用するのは困難である
。そこでコンタクト部以外のAll−Si膜を除去する
必要がある。
Ail−Si膜7を形成した後、リン酸を用いてAN−
Si膜7をエツチオフし、コンタクト孔4の内部にのみ
Al−St膜7aを残す(第1図(d)参照)。その後
、A,77−SL膜7aおよびTiN膜6の表面をA『
イオンを用いてエッチングし自然酸化膜を除去した後、
真空中で配線用のAI −S i −C uM8を約8
000Aの厚さで堆積する(第1図(e)参照)。こう
して、高アスベクト比のコンタクト孔4上においても断
切れのない、信頓性の高い配線が形成される。その後、
このAISi−Cu膜8をパターニングし配線とした後
、この配線上に絶縁膜12を形成すると、ボイドのない
絶縁膜が形成される(第1図(f)参照)。
Si膜7をエツチオフし、コンタクト孔4の内部にのみ
Al−St膜7aを残す(第1図(d)参照)。その後
、A,77−SL膜7aおよびTiN膜6の表面をA『
イオンを用いてエッチングし自然酸化膜を除去した後、
真空中で配線用のAI −S i −C uM8を約8
000Aの厚さで堆積する(第1図(e)参照)。こう
して、高アスベクト比のコンタクト孔4上においても断
切れのない、信頓性の高い配線が形成される。その後、
このAISi−Cu膜8をパターニングし配線とした後
、この配線上に絶縁膜12を形成すると、ボイドのない
絶縁膜が形成される(第1図(f)参照)。
以上説明したように本実施例によれば高アスベクト比を
有するコンタクト孔においても良好なステップカバレー
ジを保つとともに断線の無い高信頼性を有する半導体装
置を得ることができる。
有するコンタクト孔においても良好なステップカバレー
ジを保つとともに断線の無い高信頼性を有する半導体装
置を得ることができる。
なお通常の配線パターンにおいては、コンタクト孔4の
周辺は第2図に示すようにコンタクト余裕20gを必要
とするが、本発明を用いると第2図(b)に示すように
コンタクト余裕が不要となり、配線の微細化を行うこと
ができる。何故ならば、仮に配線8とコンタクト孔4と
に関して位置合せズレが生じても(第2図(C)および
(d)参照)、異方性エッチングを用いて配線8のパタ
ーンニングを行う際に第2図(e)に示すようにコンタ
クト孔4に埋込まれたAfI−Si膜7aがオーバーエ
ッチングを阻止する役割を果たすからである。
周辺は第2図に示すようにコンタクト余裕20gを必要
とするが、本発明を用いると第2図(b)に示すように
コンタクト余裕が不要となり、配線の微細化を行うこと
ができる。何故ならば、仮に配線8とコンタクト孔4と
に関して位置合せズレが生じても(第2図(C)および
(d)参照)、異方性エッチングを用いて配線8のパタ
ーンニングを行う際に第2図(e)に示すようにコンタ
クト孔4に埋込まれたAfI−Si膜7aがオーバーエ
ッチングを阻止する役割を果たすからである。
また、本発明を多層配線に応用すればコンタクト孔4の
上部の層間絶縁膜にボイドの生じない信頼性の高いデバ
イスを得ることが可能となる。
上部の層間絶縁膜にボイドの生じない信頼性の高いデバ
イスを得ることが可能となる。
本発明によれば高アスペクト比を有するコンタクト孔に
おいても良好なステップカバレージを保つとともに断線
の無い信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
おいても良好なステップカバレージを保つとともに断線
の無い信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
第1図は本発明による半導体装置の製造工程を示す断面
図、第2図(ll)は従来の半導体装置のコンタクト孔
と配線との関係を示す図、第2図(b)および(C)は
本発明の半導体装置のコンタクト孔と配線との関係を示
す図、第2図(d)および(e)は第2図(c)に示し
たx−x’線で切断した場合の半導体装置の断面図、第
3図は従来の半導体装置の製造工程を示す断面図、第4
図は高アスペクト比を有する従来の半導体装置の断面図
である。 1・・・半導体基板、2・・・不純物拡散領域、3・・
・絶縁膜、5−T i層、6−TLN層、7* 7 a
=・AN−St膜、8”AN−SL−Cu膜、12
−・・保護膜。 出願人代理人 佐 藤 一 雄第1図 第3図 X−X’獣面 (e) ’( ジ 第2図 X一X′断面
図、第2図(ll)は従来の半導体装置のコンタクト孔
と配線との関係を示す図、第2図(b)および(C)は
本発明の半導体装置のコンタクト孔と配線との関係を示
す図、第2図(d)および(e)は第2図(c)に示し
たx−x’線で切断した場合の半導体装置の断面図、第
3図は従来の半導体装置の製造工程を示す断面図、第4
図は高アスペクト比を有する従来の半導体装置の断面図
である。 1・・・半導体基板、2・・・不純物拡散領域、3・・
・絶縁膜、5−T i層、6−TLN層、7* 7 a
=・AN−St膜、8”AN−SL−Cu膜、12
−・・保護膜。 出願人代理人 佐 藤 一 雄第1図 第3図 X−X’獣面 (e) ’( ジ 第2図 X一X′断面
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に堆積された絶縁膜の所定領域にコン
タクト孔が開孔されている半導体装置において、 前記コンタクト孔の底部および内壁部に前記半導体基板
および絶縁膜との反応を抑えるバリア膜を形成した後、
前記半導体基板を加熱して所定の温度に保ちながら前記
コンタクト孔を第1の金属膜で充填し、その後全面に第
2の金属膜を堆積してパターニングを行って前記第1の
金属膜で充填されたコンタクト孔上を通る配線路を形成
したことを特徴とする半導体装置。 2、前記第1の金属膜としてAl系合金を用いることを
特徴とする請求項1記載の半導体装置。 3、前記バリア膜として遷移金属化合物を主成分とする
膜を用いることを特徴とする請求項1記載の半導体装置
。 4、半導体基板上に堆積された絶縁膜の所定領域にコン
タクト孔を開孔した後、このコンタクト孔の底部および
内壁部に前記半導体基板および絶縁膜との反応を抑える
バリア膜を形成する工程と、前記半導体基板を加熱して
所定の温度に保ちながら前記コンタクト孔を第1の金属
膜で充填する工程と、全面に第2の金属膜を堆積し、パ
ターニングを行って前記第1の金属膜で充填されたコン
タクト孔上を通る配線路を形成する工程とを備えている
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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