JP2768304B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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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、タングステンによって充填されたコンタク
トホール(またはスルーホール)、すなわちにタングス
テンプラグを有する半導体装置の製造方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体装置の高集積化に伴い、コ
ンタクトホールの微細化も進みしかもアスペクト比が益
々高くなってきているため、コンタクトホール内部での
配線層のステップカバレッジの低下が問題化している。
この問題を解決する微細コンタクト接続技術の一つにタ
ングステンプラグコンタクト法がある。図5は、従来技
術によって形成されたタングステンプラグの断面図であ
る。
【0003】同図において、Aは製品形成領域の状態
を、またBはウェハ周辺領域の状態を示す。シリコン基
板1上にフィールド酸化膜2および拡散層領域3を形成
した後、第1の層間絶縁膜4として例えば二酸化シリコ
ン膜をCVD法を用いて形成する。その後、BPSG膜
をCVD法を用いて堆積した後、熱処理を施してリフロ
ーさせ、第2の層間絶縁膜5を形成する。続いて、フォ
トリソグラフィ技術およびドライエッチング法を用いて
拡散層領域3の表面を露出させるコンタクトホールを開
口する。次に、スパッタ法を用いてチタン膜9および窒
化チタン膜10を順次堆積する。
【0004】このときウェハ周辺領域Bにおいて、スパ
ッタ装置のウェハース位置合わせ精度の不足のために、
窒化チタン膜に被覆されないチタン膜露出領域Cが形成
される。その後、タングステン膜10をCVD法を用い
て全面に形成した後、エッチバックを施してコンタクト
ホール内のみにタングステン膜を残すことによりタング
ステンプラグを形成する。次に、スパッタ法を用いてA
l膜11を堆積した後、フォトリソグラフィ技術および
ドライエッチング法を用いて所望のパターンに加工すれ
ば、図5に示す半導体装置が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
り形成したタングステンプラグでは、ウェハ周辺領域B
においてチタン膜露出部が形成されてしまう。このチタ
ン膜は、下地のBPSG膜に対する密着性が高くなくか
つ反応性が高いため、タングステン膜をCVD法によっ
て形成する際に、ソースガスであるWF6 とチタン膜が
反応し、第2の層間絶縁膜から簡単に剥離してしまう。
その結果、パーティクルが発生し、歩留りが低下すると
いう問題が生じていた。
【0006】したがって、本発明の目的は、チタン膜の
反応を抑制するとともにチタン膜の密着性を高めて、C
VD法によるタングステン膜の形成時に、チタン膜の剥
離を防止しうるようにすることであり、このことにより
製造歩留りの向上を果たそうとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、 半導体基板上または半導体基板上に形成された下層
配線上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜を選択的に除去して半導体基板表面に形
成された拡散層または前記下層配線の表面を露出させる
開口を形成する工程と、 前記開口内を含む全面に多結晶シリコン膜、チタン
膜および窒化チタン膜をこの順に堆積する工程と、 窒素雰囲気中にてランプアニーラにより700〜8
00℃で所定時間熱処理を行って露出しているチタン膜
の表面を窒化するとともに前記多結晶シリコン膜と前記
チタン膜との界面にチタンシリサイド層を形成する工程
と、 CVD法によりタングステンを堆積しエッチバック
を行って前記開口内をタングステンにより充填する工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法、が
提供される。
【0008】また、本発明によれば、 半導体基板上または半導体基板上に形成された下層
配線上に絶縁膜および多結晶シリコン膜を形成する工程
と、 前記多結晶シリコン膜および前記絶縁膜を選択的に
除去して半導体基板表面に形成された拡散層または前記
下層配線の表面を露出させる開口を形成する工程と、 前記開口内を含む全面にチタン膜および窒化チタン
膜をこの順に堆積する工程と、 窒素雰囲気中にてランプアニーラにより700〜8
00℃で所定時間熱処理を行って露出しているチタン膜
の表面を窒化するとともに前記多結晶シリコン膜と前記
チタン膜との界面にチタンシリサイド層を形成する工程
と、 CVD法によりタングステンを堆積しエッチバック
を行って前記開口内をタングステンにより充填する工程
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法、が
提供される。
【0009】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の第1の実施例により形成
された半導体装置の断面図であり、図2(a)〜(c)
は、本発明の第1の実施例の製造方法を工程順に示した
工程断面図である。図1に示す本実施例の半導体装置の
構造はその製造方法を説明することにより明らかになる
ので、以下、図2を参照してその製造方法について説明
する。まず、シリコン基板1の表面にLOCOS法によ
りフィールド酸化膜2を形成し、このフィールド酸化膜
によって区画された活性領域内に拡散層領域3を形成す
る。
【0010】次いで、シリコン基板表面に、CVD法に
より例えば二酸化シリコン膜を堆積して第1の層間絶縁
膜4を形成し、さらに、第1の層間絶縁膜4上にCVD
法によりBPSG膜からなる第2の層間絶縁膜5を形成
する。リフロー処理により第2の層間絶縁膜5の表面を
平坦化した後、フォトリソグラフィ技術および異方性ド
ライエッチング法を用いてコンタクトホール6を開口す
る。続いて、コンタクトホール6内部および第2の層間
絶縁膜5上にCVD法を用いて多結晶シリコン膜7を約
500Å程度の膜厚に堆積する。その後、拡散層領域3
が例えばn型拡散層の場合、全面にリンを注入して多結
晶シリコン膜7を低抵抗化する〔図2(a)〕。
【0011】その後、スパッタ法によりチタン膜8を6
00Å程度の膜厚に、窒化チタン膜9を1000Å程度
の膜厚に順次堆積する。この際、スパッタ装置のウェハ
ース位置合わせ精度の不足により、ウェハ周辺領域Bに
おいてチタン膜が窒化チタン膜に被覆されないチタン膜
露出領域Cが形成されてしまう〔図2(b)〕。その
後、窒素ガス雰囲気中でランプアニーラにより700℃
〜800℃で1分程度の急速加熱を行う窒化処理を施
す。これにより、チタン膜8とその下層の多結晶シリコ
ン膜7との間には、両者の反応によってチタンシリサイ
ド層の密着層が形成され、また、窒化チタン膜に被覆さ
れないチタン膜露出領域Cの表面には、約200〜30
0Åの窒化チタン層が形成される。
【0012】その後、ウェハ全面にCVD法を用いてタ
ングステン膜10を成長させ、エッチバックを行ってコ
ンタクトホール内部のみにタングステン膜10を残して
タングステンプラグを形成する〔図2(c)〕。上記の
タングステン膜の成膜工程において、チタン膜表面が窒
化されていることにより、WF6 ガスとチタン膜との反
応が抑制されており、また仮にチタン膜がWF6 と反応
することがあっても、チタン膜8と多結晶シリコン膜7
との間にはチタンシリサイド層からなる密着層が形成さ
れているため、BPSG膜5からのチタン膜8の剥がれ
は防止される。その後、全面にAl膜11を形成し、フ
ォトリソグラフィ技術およびドライエッチング法を用い
てパターニングしてAl配線を形成すれば、図1に示す
半導体装置が得られる。
【0013】次に、本発明の第2の実施例を図3および
図4を参照して説明する。図3は、本発明の第2の実施
例により形成された半導体装置の断面図であり、図4
(a)〜(c)は、本発明の第2の実施例の製造方法を
工程順に示した工程断面図である。以下、図4を参照し
てその製造方法について説明する。第1の実施例で説明
した方法と同様な方法を用いて、シリコン基板表面にフ
ィールド酸化膜2、拡散層領域3を形成した後、二酸化
シリコンおよびBPSGを堆積して、第1および第2の
層間絶縁膜4、5を形成する。しかる後、第2の層間絶
縁膜5上にCVD法により多結晶シリコン膜7を500
Å程度の膜厚に堆積する。
【0014】続いて、フォトリソグラフィ技術およびド
ライエッチング技術を用いて多結晶シリコン膜7、第
2、第1の層間絶縁膜を選択的に順次エッチング除去し
て、コンタクトホール6を形成する〔図4(a)〕。
【0015】その後、スパッタ法により、膜厚約600
Åのチタン膜8と膜厚約1000Åの窒化チタン膜9を
順次堆積する〔図4(b)〕。そして、第1の実施例の
場合と同様に、700℃〜800℃の範囲の急速熱窒化
処理を施し、チタン膜露出領域Cのチタン膜表面を窒化
して、後のタングステン膜成膜時のWF6 ガスとの反応
を抑制しうるようにするとともに、チタン膜8と多結晶
シリコン膜7とを反応させて両膜間にチタンシリサイド
からなる密着層を形成する。
【0016】その後、ウェハ全面にCVD法を用いてタ
ングステン膜10を成長させ、エッチバックを行ってコ
ンタクトホール内部のみにタングステン膜10を残す
〔図4(c)〕。その後、全面にAl膜11を形成し、
フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング法を用
いてパターニングして上層のAl配線を形成すれば、図
3に示す第2の実施例の半導体装置が得られる。
【0017】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された範囲内において適宜の変更が可
能なものである。例えば実施例では、層間絶縁膜を二酸
化シリコン膜やBPSG膜によって形成していたが、そ
れらの少なくとも一方をPSG膜によって置き換えるこ
とができる。また、実施例では、拡散層上にコンタクト
ホールを形成する場合の例について説明したが、本発明
は配線層間のスルーホールにも適用が可能なものであ
る。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、チタン
膜と窒化チタン膜からなるバリア層を介して形成された
タングステンプラグを有する半導体装置において、チタ
ン膜の下層に多結晶シリコン膜を設け、バリア層形成後
に熱窒化処理を施すことによって、露出しているチタン
膜の表面に窒化チタン膜を形成するとともに、チタン膜
と多結晶シリコン膜との間にチタンシリサイド膜を形成
するものであるので、本発明によれば、CVD法による
タングステン膜の成膜時にWF6 ガスとチタン膜との反
応を抑制することができる。また、仮に薄い窒化チタン
膜を通してチタン膜がWF6 と反応することがあって
も、チタン膜と多結晶シリコン膜との間に密着層が形成
されているため、チタン膜の下層絶縁膜からの剥がれを
防止することができる。したがって、本発明によれば、
従来生じていたパーティクルの発生を防止することがで
き、歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例により製作された半導体
装置の断面図。
【図2】本発明の第1の実施例の半導体装置の製造方法
を説明するための工程順断面図。
【図3】本発明の第2の実施例の半導体装置の断面図。
【図4】本発明の第2の実施例の半導体装置の製造方法
を説明するための工程順断面図。
【図5】従来法により形成された半導体装置の断面図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 拡散層領域 4 第1の層間絶縁膜 5 第2の層間絶縁膜 6 コンタクトホール 7 多結晶シリコン膜 8 チタン膜 9 窒化チタン膜 10 タングステン膜 11 Al膜 A 製品形成領域 B ウェハ周辺領域 C チタン膜露出領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/28 - 21/288 H01L 29/40 - 29/51

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (1)半導体基板上または半導体基板上
    に形成された下層配線上に絶縁膜を形成する工程と、 (2)前記絶縁膜を選択的に除去して半導体基板表面に
    形成された拡散層または前記下層配線の表面を露出させ
    る開口を形成する工程と、 (3)前記開口内を含む全面に多結晶シリコン膜、チタ
    ン膜および窒化チタン膜をこの順に堆積する工程と、 (4)窒素雰囲気中にてランプアニーラにより700〜
    800℃で所定時間熱処理を行って露出しているチタン
    膜の表面を窒化するとともに前記多結晶シリコン膜と前
    記チタン膜との界面にチタンシリサイド層を形成する工
    程と、 (5)CVD法によりタングステンを堆積しエッチバッ
    クを行って前記開口内をタングステンにより充填する工
    程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 (1)半導体基板上または半導体基板上
    に形成された下層配線上に絶縁膜および多結晶シリコン
    膜を形成する工程と、 (2)前記多結晶シリコン膜および前記絶縁膜を選択的
    に除去して半導体基板表面に形成された拡散層または前
    記下層配線の表面を露出させる開口を形成する工程と、 (3)前記開口内を含む全面にチタン膜および窒化チタ
    ン膜をこの順に堆積する工程と、 (4)窒素雰囲気中にてランプアニーラにより700〜
    800℃で所定時間熱処理を行って露出しているチタン
    膜の表面を窒化するとともに前記多結晶シリコン膜と前
    記チタン膜との界面にチタンシリサイド層を形成する工
    程と、 (5)CVD法によりタングステンを堆積しエッチバッ
    クを行って前記開口内をタングステンにより充填する工
    程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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