JPH02139932A

JPH02139932A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH02139932A
Application number: JP63292329A
Authority: JP
Inventors: Renpei Nakada; 錬平中田; Hitoshi Ito; 仁伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-21
Filing date: 1988-11-21
Publication date: 1990-05-29

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は基板表面の処理方法を改良した半導体装置の製
造方法に関する。

（従来の技術）近年、コンピューターや通信機器の重要部分には大規模
集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。

これらのＬＳＩは、数ミリ角の半導体基板上に多数の能
動素子或は受動素子を電気回路の構成部分となる様に結
び付けながら、これらを集積化して作られている。この
高集積化はますます進む一方であり、構成素子の微細化
及び高密度化への研究が急速に進められ、超高集積化さ
れたＬＳＩの製造が図られている。この様なＬＳＩでは
例えば配線を例にとると、設計基準の縮小で配線幅は小
さくなるのに対し、能動素子が増大するため、細くかつ
複雑な配線の取り回しを行う必要があり、コンタクトホ
ール内に直接アルミ配線が延在する一般の配線では、高
抵抗化や段切れ等の問題が生じる。そこでこの様な問題
の起きにくい構造の信頼性の高い配線が要求される。

その１つに、配線の水平部分にはアルミ系の一般配線を
用いると共に、垂直部分ではコンタクトホールにＷやア
ルミニウム等を埋め込んだ埋め込み配線を用いる手法が
有る。これを第５図に示す。

半導体基板（１１）に積層して設けられた絶縁層（１２
）上にアルミ系の第１の配線層（１３）が形成されてい
る。これは紙面の奥ゆき方向に延びている。

（１４）は層間絶縁層であり、この第１の配線層（１３
）上が開口され、そこにＷＷＪ（１６）が例えば選択Ｃ
ＶＤ法により形成されている。　（１７）はこのＷ層（
１６）とつながるアルミ系の第２の配線層である。

しかし、この様な構造の配線にもいくつかの問題が生じ
ている。これを第６図に示した。例えば、絶縁層（１４
）からアルミの第１の配線層（１３）を露出させて開口
を形成した状態から、タングステンの選択ＣＶＤ法を行
って、この開口を埋め込む際、何らかの原因でパターニ
ング時に形成されたと考えられる絶縁性の高いフッ化物
、炭化物、酸化物或はその混合物等の汚染膜（６０）が
この第１の配線層（１３）表面に被着しているために、
タングステン層（６３）はこの膜のない所に不均一に成
長してしまい、完全な層にならなかった（第６図（ａ）
）、この汚染膜（６０）は、蒸気圧が低く、化学的に極
めて安定な化合物であるため化学的に除去することは困
難である。これを除去するために第１の配線層（１３）
を露出した状態で、不活性ガス例えばアルゴンのスパッ
タリング法により真空中で物理的に除去するのが効果的
である。しかしこの後にタングステンの選択ＣＶＤを行
うと、絶縁層（１４）の表面がこのスパッタリングで活
性化されているために。

第１の配線層（１３）上のみならず、絶縁層（１４）上
にもタングステン（６４）が成長してしまい、完全な選
択成長ができなかった（第６図（ｂ））。

この様な問題はシラン（ＳｉＨ２）ガスを原料ガスとす
るシリコン膜の形成、トリメチルアルミ（Ａｇ（ｃ１３
）を用いたアルミニウム膜の形成等信の選択ＣＶＤ法に
おいても同様に生じている。

（発明が解決しようとする課題）従来の半導体装置の製造方法は、所望の領域上に被着し
た汚染膜の存在によって、この上に選択的に層を形成す
ることができなかった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、所望の領域
上に被着する汚染膜の存在に拘わる事なく、この領域の
み選択的に良好な層を形成する事のできる半導体装置の
製造方法を提供する事を目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記問題点を解決するために、本発明は基板上に設けら
れた第１の導体層がこの層上に設けられた絶縁層から露
出して成る試料をハロゲン原子を含むガスのプラズマ中
に放置する工程と、この工程の後気相成長法によって前
記第１の導体層の露出部に第２の心体層を形成する工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法を
提供するものである。

（作用）絶縁層から露出する第１の導体層表面に付着した汚染膜
は、ハロゲン原子を含むガスのプラズマによって物理的
に削り取られている。しかもこの絶縁層表面では、イオ
ン？＃撃による結合切断と、ハロゲン原子のラジカル或
はハロゲン原子のイオンとの再結合が同時進行するため
、この絶縁層表面には活性層は形成されない。従って選
択ＣＶＤ法で第２の導体層を形成する場合、この層は、
表（実施例）本発明の詳細を実施例に従って説明する。

第１図は１本発明の一実施例に係る配線構造を工程順に
示した断面図である。

先ず５図示はしていないが素子例えば電界効果トランジ
スタが形成されたシリコン基板（１１）上に、絶縁層例
えばＣＶＤ法で形成した酸化シリコン層（１２）を介し
て、アルミニウム層を堆積し、さらにＰＥＰ工程と反応
性イオンエツチング工程とによって、第１の配線層（１
３）を形成する。この配線は紙面に対して奥ゆき方向に
延びている（第１図（ａ））。

次に、プラズマＣＶＤ法により、シラン（５１）１４）
と酸素（０□）とを原料ガスに用い、層間絶縁層となる
１４００人厚の酸化シリコン層（１４）を形成する（第
１図（ｂ））。

さらに、ＰＥＰ工程とフッ素系ガスを用いた反応性イオ
ンエツチング工程とによって、第１の配線層（１３）上
の所望領域に開口（１５）を設ける。この様にしてシリ
コン基板から成る試料を用意する。

この際、主にこの開口（１５）形成のパターニング時に
形成されたと考えられる絶縁層の高いフッ化物。

炭化物、酸化物或はこれらの混合物から成る汚染膜（１
０）が第１の配線層（１３）表面に形成されている事を
別に行った実験により確認した（第１図（Ｃ））。

続いて、スパッタエツチングのできる前処理室と反応室
を備えた薄膜形成装置に、この資料をセットし、その表
面を前処理室でエツチングする。

この際のエツチング条件はＳＦ、のアルゴン希釈ガス（
ＳＦ＆濃度は１％）を用い、ガスの流量１０ｃｃ／耐ｎ
。

圧力２　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ、基板温度２０℃、高周
波電力２００Ｗ　、基板バイアス−５ｏｏｖ、エツチン
グ時間約１分にし、第１の配線層（１３）表面を１２０
人、絶縁層（１４）表面を約３００人エツチングする。

　これ以上の深さにエツチングできる条件であれば、こ
こに示したエツチング条件以外でも構わない。この様に
して開口内に付着する汚染［（１０）を除去する（第１
図（ｄ））。

この後、この処理を施した試料を大気にさらすことなく
反応室へ移動し１選択ＣＶＤ法によってこの開口（１５
）にタングステン層（１６）を埋め込む。

このタングステン層（１６）の堆積条件は、堆積温度３
００℃、堆積圧力０．２Ｔｏｒｒ、六フッ化タングステ
ン（ＷＦ、　）流量１０ｃｃ／ｗｉｎ、シラン（ＳｉＨ
４）流＠　１０ｃｃ／　ｍ１ｎｔ水素（１１□）流量５
００ｃｃ　／　ｒａｉｎとした。この時の成長速度は約
５００人／ｌｌ１ｉｎであった（第１図（０））。

以上の工程を経ることによって、第３図のＳＥＭ写真の
スケッチに示す様に、極めて選択性良く開口内にタング
ステン層（１６）を埋め込むことができ、絶ＨＭ　（１
４）上にはタングステン層は成長しなかった。比較のた
めに、先述したエツチングを行うに当り、ＳＦＧのアル
ゴン希釈ガスの代りにアルゴンガスのみを用いてスパッ
タリングした後、同様にタングステン層（１６）を形成
した場合のＳＥＭ写真のスケッチを第４図に示す。開口
内と共に絶縁層（１４）上でもタングステン（４０）が
成長しており。

良好な選択成長ができていない事が解る。

さらにタングステン層（１６）を形成した後、全面にア
ルミニウムを堆積し、所望の配線パターンに加工するこ
とでアルミニウムの第２の配ＭＪｆｌ（１７）を形成す
る（第１図（ｆ））。

ここでは第２の導体層にタングステン層を用いたが、例
えば５ｘｆ１４ＣＱｚ　（０、７５Ｑ　Ｚ　ｍｉ口）　
、　ＨＣＩ（ＩＱ／ｗｉｎ）及びＨ，（１８０Ｑ　／ｗ
ｉｎ）の混合ガスを用い、圧力１００Ｔｏｒｒ　、基板
湿度１０００℃、３００人／ｗｉｎの成長速度にて開口
（１５）を単結晶シリコン層で埋め、その後、所望のＲ
電型を呈するイオンを打ち込みＰ型或はＮ型のシリコン
層にすることで第２の導体層を形成しても良い。

次に本発明の他の実施例を第２図を用いて説明する。

先ず、先の実施例と同様に、シリコン基板（１１）上に
絶縁層（１２）を堆積し、この上にアルミニウムの第１
の配線層（１３）を形成する。形成後の第１の配線層（
１３）の表面には、やはり汚染膜（１０）が付着してい
る（第１図（ａ））。

次いで、このシリコン基板（１１）から成る資料を、ス
パッタエツチングのできる前処理室と反応室を備えた薄
膜形成装置にセットする。この前処理室でこの資料の表
面をエツチングする。エツチング条件は、先の実施例と
同様にＳＦ、のアルゴン希釈ガス（ｓｐａｆｉ度は１％
）を用い、ガス流量１０ｃｃ／ｗｉｎ。

圧力２Ｘ１０−”Ｔｏｒｒ、高周波電力２００Ｗ、基板
バイアス−５ｏｏｖ、エツチング時間約１分として、第
１の配線層（１３）の表面を約１２０人、絶縁層（１２
）の表面を約３００入夫々とエツチングした。　これに
よっ染膜は下層になるにつれアルミニウムとの混合膜に
なっている。従ってアルミニウムの含有斌の少ない汚染
膜表面を除去す込うゼ悔、この後の選択成長が十分可能
である。

この後、資料を大気にさらすことなく反応室へ移動し、
選択ＣＶＤ法により第１の配線層（１３）の露出面にの
み選択的にタングステン層（２０）を約１０００人成長
させる。この際の堆積条件は、堆積温度３００℃、堆積
圧力０．２Ｔｏｒｒ、六フッ化タングステン（すＦｓ）
の流１１１ａｃｅ　／　ｗｉｎ　、シラン（ＳｉＨ，）
の流量１０ｃｃ／ａ＋ｉｎ、水素Ｏ１，）流量５００ｃ
ｃ／ｗｉｎとした。

この時の成長速度は５００人／ｌ１ｉｎであった（第２
図（Ｃ））。

以上の様にしてアルミニウムの第１の配線層表面をタン
グステン層で完全に被覆した構造の配線を形成できる。

尚、より良好に選択成長させるためには、以下の様な点
を考慮してエツチングすれば良いことが、発明者達の実
験の結果認識できた。

■　ハロゲン原子を含むガスは、　ＳＦ、やＣＦ４等の
ハロゲン化物ガスの分圧を１０−’　Ｔｏｒｒ以下、１
Ｏ−６Ｔｏｒｒ以上にした方が良い。１０−’　Ｔｏｒ
ｒ以下とする理由は、これより濃度が高いと、ＡＱの第
１の配線層上に例えばＡＮのフッ化物が生じてしまい、
ＡＱとＷの埋込み層間の抵抗が高くなる事にある。また
。

１０−’Ｔｏｒｒ以上とする理由は、これより濃度が低
いと、例えば絶縁層表面に吸着するフッ素の量が少なく
、この表面が活性化してしまうために、Ｗを選択成長さ
せた際に、この絶縁層上にもＷが成長してしまい、良好
な選択比が取れない事にある。

■　ハロゲン化物ガスは、ＳＦ、　、　Ｃ）ＩＦ、　、
　Ｃ，Ｆ、　。

Ｃ，Ｆ、ＣＦ４．　ＮＦ３及びＦ２等のフッ化物が良く
、特にＦ２ガスが好ましい、この理由は、フッ素原子が
シリコン原子よりも原子半径及び原子量が小さく、他の
ハロゲン原子に比べて酸化シリコンや窒化シリコン等の
絶縁層表面に与えるイオン＊＠が少ないために、この層
の表面が荒れにくい事による。

本発明は以上の実施例に述べた材料に限るものではなく
次の様にしても良い。

■　ハロゲン原子を含むガスは、ＳＦ、とアルゴンとの
混合ガスを用いたが、アルゴンの代わりに他の不活性ガ
ス例えばクリプトンや窒素ガスを採用しても良い。

■　第１の配線層にはアルミニウムを用いたが、他の金
属例えば、モリブデン、タングステン、チタン硅化モリ
ブデン、硅化タングステン、珪化チタン或は窒化チタン
等でも良く、又半導体例えば実施例で示したシリコン或
はゲルマニウム等のＩＶ族半心体、その他ＧａＡｓやＩ
ｎＰ等のｍ−ｖ族の化合物半導体等でも構わない。

■　絶縁層は酸化シリコンや窒化シリコンが良くこれら
に、ＰやＢ等の不純物をドープしたものでも構わない。

０）基板はシリコンの他、ゲルマニウムやＧａＡｓ。

ＩｎＰ等の半導体に限らず、絶縁性基板例えばサファイ
アでも構わない。

■　開口に形成する第２の６体層はタングステンに限ら
ず、アルミニラへ炉化タンタル、モリブデン等の金属の
他、Ｐ或はＮ型の不純物を含んで夫々の導電型を呈する
シリコン等の導電性の高い半導体層でも良い。

〔発明の効果〕

上記構成によれば、所望領域上に被着した汚染膜の除去
後において、この領域上にのみ選択的に導体層を形成す
る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は本発明の
他の実施例を示す図、第３図は本発明を説明する図、第
４図は従来例を説明する図、第５図及び第６図は従来例
を示す図である。１０・・・汚染膜　　　　　　１１・・・シリコン基板
１２・・・酸化シリコン層　　１３・・・第１の配線層
１４・・・層間絶縁層　　　　１５・・・開口１６・・
・タングステン層　　１７・・・第２の配線層２０・・
・表面被覆層代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　松山光之第図第図第図第図第５図第

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に設けられた第１の導体層がこの層上に設
けられた絶縁層から露出して成る試料を、ハロゲン原子
を含むガスのプラズマ中に放置する工程と、この工程の
後気相成長法によって前記第１の導体層の露出部に第２
の導体層を形成する工程とを具備することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
（２）前記ハロゲン原子はフッ素原子である事を特徴と
する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
（３）前記ハロゲン原子を含むガスは、ハロゲン化物の
ガス及び、これに比べて高い分圧の不活性ガス又は窒素
ガスを含む事を特徴とする請求項１記載の半導体装置の
製造方法。
（４）前記ハロゲン化物は、ＳＦ＿６、ＣＨＦ＿３、Ｃ
＿２Ｆ＿６、Ｃ＿３Ｆ＿８、ＣＦ＿４、ＮＦ＿３及びＦ
＿２から選ばれる事を特徴とする請求項３記載の半導体
装置の製造方法。
（５）前記ハロゲン化物のガスの濃度は１０＾−＾３Ｔ
ｏｒｒ以上、１０＾−＾６Ｔｏｒｒ以下である事を特徴
とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
（６）前記第１の導体層は、アルミニウム、モリブデン
、タングステン、チタン、硅化モリブデン、硅化タング
ステン、硅化チタン、窒化チタン、III−Ｖ族の半導体
及びIV族の半導体から選ばれる事を特徴とする請求項１
記載の半導体装置の製造方法。
（７）前記絶縁層は、シリコンの酸化物又は窒化物であ
る事を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法
。
（８）前記第２の導体層は、タングステン、シリコン、
アルミニウム、硅化タンタル及びモリブデンから選ばれ
る事を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法
。
（９）前記第１の導体層は配線である事を特徴とする請
求項１記載の半導体装置の製造方法。