JPH09213801A - 接続孔の形成工程を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents
接続孔の形成工程を有する半導体装置の製造方法Info
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- JPH09213801A JPH09213801A JP8034296A JP3429696A JPH09213801A JP H09213801 A JPH09213801 A JP H09213801A JP 8034296 A JP8034296 A JP 8034296A JP 3429696 A JP3429696 A JP 3429696A JP H09213801 A JPH09213801 A JP H09213801A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板と導体配線、もしくは導体配線間の接続
孔形成に関して、ボーダーレスコンタクトである場合を
含め、コンタクト抵抗を低減でき、高集積で、微細な半
導体装置が得られる製造方法を提供する。 【解決手段】 接続孔６の底部の半導体基板露出部を
エッチング条件を変更することにより荒れさせる（２
０）表面処理を行う工程を備える。下部絶縁膜上に、
下部導体配線を、該下部導体配線の少なくとも上表面が
化学量論組成からずれた化学組成を有するメタル材とす
る構成で形成する。埋め込み導体をエッチングすると
ともに、このエッチングによりエッチング後の該導体の
表面を荒らさせる。
孔形成に関して、ボーダーレスコンタクトである場合を
含め、コンタクト抵抗を低減でき、高集積で、微細な半
導体装置が得られる製造方法を提供する。 【解決手段】 接続孔６の底部の半導体基板露出部を
エッチング条件を変更することにより荒れさせる（２
０）表面処理を行う工程を備える。下部絶縁膜上に、
下部導体配線を、該下部導体配線の少なくとも上表面が
化学量論組成からずれた化学組成を有するメタル材とす
る構成で形成する。埋め込み導体をエッチングすると
ともに、このエッチングによりエッチング後の該導体の
表面を荒らさせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、接続孔の形成工程
を有する半導体装置の製造方法に関する。本発明は、接
続孔を形成する工程を有する各種半導体装置製造の分野
で利用することができる。
を有する半導体装置の製造方法に関する。本発明は、接
続孔を形成する工程を有する各種半導体装置製造の分野
で利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置はその微細化が進んでいる。
半導体装置の微細化、集積化に伴い、半導体装置におけ
る各部分のコンタクト抵抗上昇が問題となってくる。例
えば代表的には、基板と導体配線との接続孔（半導体基
板の拡散領域と上部配線との接続孔等）におけるコンタ
クト抵抗上昇、もしくは導体配線相互間の接続孔（半導
体基板上の下部導体配線と、更にその上の上部導体配線
との接続孔等）におけるコンタクト抵抗上昇の問題が、
重要になってきている。
半導体装置の微細化、集積化に伴い、半導体装置におけ
る各部分のコンタクト抵抗上昇が問題となってくる。例
えば代表的には、基板と導体配線との接続孔（半導体基
板の拡散領域と上部配線との接続孔等）におけるコンタ
クト抵抗上昇、もしくは導体配線相互間の接続孔（半導
体基板上の下部導体配線と、更にその上の上部導体配線
との接続孔等）におけるコンタクト抵抗上昇の問題が、
重要になってきている。
【０００３】従来技術の問題点を、図面を参照して説明
すると、次のとおりである。図９（ａ），（ｂ）、及び
図１０（ａ），（ｂ）に示すのは、第１の従来技術であ
る。この従来技術は、半導体基板上に設けられた絶縁膜
にエッチングにより接続孔を形成して、この接続孔に導
体を埋め込むことにより、半導体基板の拡散領域と上部
配線との接続をとる場合の従来の代表的な手法である。
すると、次のとおりである。図９（ａ），（ｂ）、及び
図１０（ａ），（ｂ）に示すのは、第１の従来技術であ
る。この従来技術は、半導体基板上に設けられた絶縁膜
にエッチングにより接続孔を形成して、この接続孔に導
体を埋め込むことにより、半導体基板の拡散領域と上部
配線との接続をとる場合の従来の代表的な手法である。
【０００４】この従来技術にあっては、まず半導体基板
１（ここではＮ型シリコン半導体基板）に、素子分離領
域２（ここでは、いわゆるＬＯＣＯＳ）を形成し、拡散
領域３を形成する。二酸化シリコン等の層間絶縁膜４
を、常圧ＣＶＤ成膜等の手段により形成し熱処理して、
その上にフォトリソグラフィ技術によりレジストパター
ン５を形成する（図９（ａ））。
１（ここではＮ型シリコン半導体基板）に、素子分離領
域２（ここでは、いわゆるＬＯＣＯＳ）を形成し、拡散
領域３を形成する。二酸化シリコン等の層間絶縁膜４
を、常圧ＣＶＤ成膜等の手段により形成し熱処理して、
その上にフォトリソグラフィ技術によりレジストパター
ン５を形成する（図９（ａ））。
【０００５】上記工程における拡散領域３の形成、二酸
化シリコン層間絶縁膜４の成膜、及び熱処理の条件を、
以下に示す。 拡散領域３形成 ＢＦ2 + イオン注入（注入条件：３５ｋｅＶ，３Ｅ１５
ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） 熱処理（熱処理条件：縦型拡散炉使用のアニール、９０
０℃、Ｎ2 下、１０分） 絶縁膜４形成 常圧ＣＶＤ法 原料ガス：ＴＥＯＳ ６０ｓｃｃｍ，ＴＭＰＯ １５ｓ
ｃｃｍ，ＴＥＢ １５ｓｃｃｍ 温度：５２０℃ 成膜組成：ボロン（Ｂ）２ｗｔ％、リン（Ｐ）５ｗｔ％ 成膜膜厚：１２００ｎｍ 絶縁膜４の熱処理 縦型拡散炉使用のアニール、Ｎ2 下、７５０℃、１０分
化シリコン層間絶縁膜４の成膜、及び熱処理の条件を、
以下に示す。 拡散領域３形成 ＢＦ2 + イオン注入（注入条件：３５ｋｅＶ，３Ｅ１５
ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） 熱処理（熱処理条件：縦型拡散炉使用のアニール、９０
０℃、Ｎ2 下、１０分） 絶縁膜４形成 常圧ＣＶＤ法 原料ガス：ＴＥＯＳ ６０ｓｃｃｍ，ＴＭＰＯ １５ｓ
ｃｃｍ，ＴＥＢ １５ｓｃｃｍ 温度：５２０℃ 成膜組成：ボロン（Ｂ）２ｗｔ％、リン（Ｐ）５ｗｔ％ 成膜膜厚：１２００ｎｍ 絶縁膜４の熱処理 縦型拡散炉使用のアニール、Ｎ2 下、７５０℃、１０分
【０００６】次に、上記形成したレジストパターン５を
マスクとして、エッチング（ここでは反応性イオンエッ
チングを行う）により接続孔６を形成する（図９
（ｂ））。この場合の接続孔６の加工形成条件を、以下
に示す。 接続孔６加工形成 反応性イオンエッチング 温度：−３０℃ 圧力：５．３Ｐａ パワー：１２００Ｗ 反応ガス：ＣＯ １００ｓｃｃｍ，Ｃ4 Ｆ8 ７ｓｃｃ
ｍ，Ａｒ ２００ｓｃｃｍ ジャストエッチングに、３０％のオーバーエッチングを
加える。
マスクとして、エッチング（ここでは反応性イオンエッ
チングを行う）により接続孔６を形成する（図９
（ｂ））。この場合の接続孔６の加工形成条件を、以下
に示す。 接続孔６加工形成 反応性イオンエッチング 温度：−３０℃ 圧力：５．３Ｐａ パワー：１２００Ｗ 反応ガス：ＣＯ １００ｓｃｃｍ，Ｃ4 Ｆ8 ７ｓｃｃ
ｍ，Ａｒ ２００ｓｃｃｍ ジャストエッチングに、３０％のオーバーエッチングを
加える。
【０００７】次いでレジスト除去を行った後、コンタク
トイオン注入、及び熱処理を行って、形成した接続孔６
の接続底部を活性化し、更に酸化膜除去の前処理を行っ
てから、密着層７として例えばメタルを、例えばマグネ
トロンスパッター法により全面成膜し、ランプアニール
を施した後、導体８例えば代表的にはタングステン膜を
熱ＣＶＤ法により全面成膜する（図１０（ａ））。上記
成膜等の条件を、以下に示す。
トイオン注入、及び熱処理を行って、形成した接続孔６
の接続底部を活性化し、更に酸化膜除去の前処理を行っ
てから、密着層７として例えばメタルを、例えばマグネ
トロンスパッター法により全面成膜し、ランプアニール
を施した後、導体８例えば代表的にはタングステン膜を
熱ＣＶＤ法により全面成膜する（図１０（ａ））。上記
成膜等の条件を、以下に示す。
【０００８】不純物のコンタクトイオン注入による活性
化 下記条件のイオン注入による。 ＢＦ2 + イオン注入（注入条件：２０ｋｅＶ，３Ｅ１５
ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） 酸化膜除去の前処理 下記薬液によるウェットエッチング（６０秒） Ｈ2 Ｏ：バファードフッ酸＝４００：１ 密着層７メタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のコリメートス
パッター Ｔｉ ３０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：８ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ７０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ，Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 密着層７ランプアニール 下記条件で、３０秒アニール 温度：６５０℃ 圧力：１ａｔｍ 雰囲気ガス：Ｎ2 １００％ 導体８成膜（ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成
膜） 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
化 下記条件のイオン注入による。 ＢＦ2 + イオン注入（注入条件：２０ｋｅＶ，３Ｅ１５
ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） 酸化膜除去の前処理 下記薬液によるウェットエッチング（６０秒） Ｈ2 Ｏ：バファードフッ酸＝４００：１ 密着層７メタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のコリメートス
パッター Ｔｉ ３０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：８ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ７０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ，Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 密着層７ランプアニール 下記条件で、３０秒アニール 温度：６５０℃ 圧力：１ａｔｍ 雰囲気ガス：Ｎ2 １００％ 導体８成膜（ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成
膜） 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
【０００９】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔６内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ８ａを形成する。更に上部導体配線
材料を、例えばマグネトロンスパッター法により全面成
膜し、フォトレジストパターニングと異方性エッチング
により、上部導体配線９を形成する（図１０（ｂ））。
この上部導体配線９は、バリアメタル９ａ、導体部９
ｂ、及びキャップメタル９ｃからなる。埋め込みプラグ
８ａ、上部導体配線９（バリアメタル９ａ，導体部９
ｂ，キャップメタル９ｃ）の形成のそれぞれのプロセス
条件例を以下に示す。
孔６内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ８ａを形成する。更に上部導体配線
材料を、例えばマグネトロンスパッター法により全面成
膜し、フォトレジストパターニングと異方性エッチング
により、上部導体配線９を形成する（図１０（ｂ））。
この上部導体配線９は、バリアメタル９ａ、導体部９
ｂ、及びキャップメタル９ｃからなる。埋め込みプラグ
８ａ、上部導体配線９（バリアメタル９ａ，導体部９
ｂ，キャップメタル９ｃ）の形成のそれぞれのプロセス
条件例を以下に示す。
【００１０】埋め込みプラグ形成 第１ステップ（Ｗエッチング） 圧力：４５．５Ｐａ パワー：２７５Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝１１０：９０：５ｓ
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ 上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔＣｕ％を、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ 上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔＣｕ％を、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
【００１１】上記従来工程により形成した接続孔の、Ｐ
+ Ｓｉ基板でのコンタクト抵抗（拡散領域とのコンタク
トを取る場合のコンタクト抵抗）は、直径０．４μｍの
接続孔で、２０Ωのオーミック抵抗を示し、直径０．２
μｍの接続孔で、２２０Ωの非オーミック特性を示し
た。接触面積と、プラグ比抵抗から算出される理論上昇
値は、直径０．２μｍになると、６倍程度の１３０Ωと
なる。しかし、実際には理論上昇値以上のコンタクト抵
抗にシフトしている。接触面積縮小、アスペクト比増大
による二次的なコンタクト抵抗上昇要因が発生している
と考えられる。コンタクト抵抗が上昇し、非オーミック
特性になると、トランジスタの動作遅延や性能バラツ
キ、分留り低下等の特性劣化が懸念される。また、導体
配線間の接続孔においても、程度の差はあっても、接触
面積縮小によるコンタクト抵抗増加は避けられなくな
る。
+ Ｓｉ基板でのコンタクト抵抗（拡散領域とのコンタク
トを取る場合のコンタクト抵抗）は、直径０．４μｍの
接続孔で、２０Ωのオーミック抵抗を示し、直径０．２
μｍの接続孔で、２２０Ωの非オーミック特性を示し
た。接触面積と、プラグ比抵抗から算出される理論上昇
値は、直径０．２μｍになると、６倍程度の１３０Ωと
なる。しかし、実際には理論上昇値以上のコンタクト抵
抗にシフトしている。接触面積縮小、アスペクト比増大
による二次的なコンタクト抵抗上昇要因が発生している
と考えられる。コンタクト抵抗が上昇し、非オーミック
特性になると、トランジスタの動作遅延や性能バラツ
キ、分留り低下等の特性劣化が懸念される。また、導体
配線間の接続孔においても、程度の差はあっても、接触
面積縮小によるコンタクト抵抗増加は避けられなくな
る。
【００１２】一方、回路面積縮小のために、導体配線と
導体プラグとがオーバーラップしない、いわゆるボーダ
ーレス（オーバーラップレス）コンタクトが注目されて
いる（これについては、Ｈ．Ｗ．Ｃｈｕｎｇ，ｅｔ．ａ
ｌ．，“ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＩＮ ＯＦ ＢＯＲＤＥＲ
ＬＥＳＳ ＶＩＡＳ ＦＯＲ ＳＵＢ−ＨＡＬＦ ＭＩ
ＣＲＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ”，Ｊｕｎｅ２７
−２９，１９９５ ＶＭＩＣ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，
１９９５ ＩＳＭＩＣ，ｐｐ６６７〜６６９参照）。
導体プラグとがオーバーラップしない、いわゆるボーダ
ーレス（オーバーラップレス）コンタクトが注目されて
いる（これについては、Ｈ．Ｗ．Ｃｈｕｎｇ，ｅｔ．ａ
ｌ．，“ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＩＮ ＯＦ ＢＯＲＤＥＲ
ＬＥＳＳ ＶＩＡＳ ＦＯＲ ＳＵＢ−ＨＡＬＦ ＭＩ
ＣＲＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ”，Ｊｕｎｅ２７
−２９，１９９５ ＶＭＩＣ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，
１９９５ ＩＳＭＩＣ，ｐｐ６６７〜６６９参照）。
【００１３】通常の導体配線は、接続孔の上部では、最
小デザインルールで形成されることはなく、接続孔のオ
ーバーラップや、接続孔への導体配線の合わせずれを考
慮した緩いデザインルールで形成されている。従って、
微細化が進むと、集積度はこのオーバーラップ部分によ
って規定されてしまうため、ボーダーレスの接続孔と導
体配線を実現することが、高集積化への一つの突破口と
なる。
小デザインルールで形成されることはなく、接続孔のオ
ーバーラップや、接続孔への導体配線の合わせずれを考
慮した緩いデザインルールで形成されている。従って、
微細化が進むと、集積度はこのオーバーラップ部分によ
って規定されてしまうため、ボーダーレスの接続孔と導
体配線を実現することが、高集積化への一つの突破口と
なる。
【００１４】以下に、従来のボーダーレス（オーバーラ
ップレス）コンタクト技術の問題点を、従来技術（Ｉ
Ｉ）として、図１１（ａ），（ｂ）、及び図１２
（ａ），（ｂ）、及び図１３を参照して説明する。
ップレス）コンタクト技術の問題点を、従来技術（Ｉ
Ｉ）として、図１１（ａ），（ｂ）、及び図１２
（ａ），（ｂ）、及び図１３を参照して説明する。
【００１５】この従来技術にあっては、基板１上の絶縁
膜１０上に、下部導体配線１１を、マグネトロンスパッ
ター法、フォトレジストパターニング、異方性エッチン
グなどの手段を用いて、形成する（図１１（ａ））。下
部導体配線１１は、バリアメタル１１ａ、導体部１１
ｂ、及びキャップメタル１１ｃからなる。この導線構造
の形成・成膜条件、配線加工条件を、以下に示す。
膜１０上に、下部導体配線１１を、マグネトロンスパッ
ター法、フォトレジストパターニング、異方性エッチン
グなどの手段を用いて、形成する（図１１（ａ））。下
部導体配線１１は、バリアメタル１１ａ、導体部１１
ｂ、及びキャップメタル１１ｃからなる。この導線構造
の形成・成膜条件、配線加工条件を、以下に示す。
【００１６】下部導体配線１１形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 下部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 下部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
【００１７】次に、ＣＶＤ絶縁膜や、塗布型シリコン樹
脂（ＳＯＧと称されているものなど）等を用いることな
どによって、層間平坦化膜１２を形成し、接続孔１３を
フォトリソグラフィーパターニング技術、異方性エッチ
ング技術等を用いて形成する（図１１（ｂ））。このと
き、ボーダーレスコンタクトの形成技術では、図１１
（ｂ）に符号１４で示す、下部導体配線１１を外れて下
部導体配線１１の側面がわに落ちた加工形状が発生す
る。
脂（ＳＯＧと称されているものなど）等を用いることな
どによって、層間平坦化膜１２を形成し、接続孔１３を
フォトリソグラフィーパターニング技術、異方性エッチ
ング技術等を用いて形成する（図１１（ｂ））。このと
き、ボーダーレスコンタクトの形成技術では、図１１
（ｂ）に符号１４で示す、下部導体配線１１を外れて下
部導体配線１１の側面がわに落ちた加工形状が発生す
る。
【００１８】このあと、密着層１５をマグネトロンスパ
ッター法により全面成膜し、次いで、埋め込み導体１６
としてタングステン膜を熱ＣＶＤにより全面成膜する
（図１２（ａ））。それぞれの成膜条件を以下に示す。
ッター法により全面成膜し、次いで、埋め込み導体１６
としてタングステン膜を熱ＣＶＤにより全面成膜する
（図１２（ａ））。それぞれの成膜条件を以下に示す。
【００１９】酸化膜除去の前処理 酸化膜の下記条件によるスパッタエッチング（２０ｎ
ｍ） スパッタエッチング条件 圧力：０．５２Ｐａ ガス：Ａｒ ２０ｓｃｃｍ パワー：６００Ｗ 温度：３００℃ 密着層１５のメタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のスパッター Ｔｉ ３０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成膜 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
ｍ） スパッタエッチング条件 圧力：０．５２Ｐａ ガス：Ａｒ ２０ｓｃｃｍ パワー：６００Ｗ 温度：３００℃ 密着層１５のメタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のスパッター Ｔｉ ３０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成膜 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
【００２０】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔１３内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ１７を形成する（図１２（ｂ））。
埋め込みプラグ加工形成条件を以下に示す。
孔１３内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ１７を形成する（図１２（ｂ））。
埋め込みプラグ加工形成条件を以下に示す。
【００２１】埋め込みプラグ加工形成 第１ステップ（Ｗエッチング） 圧力：４５．５Ｐａ パワー：２７５Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝１１０：９０：５ｓ
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ
【００２２】このあと、上部導体配線材料を、マグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニング技術、異方性エッチング技術を用いて、上部
導体配線１８を形成する。この上部導体配線１８は、バ
リアメタル１８ａ、導体部１８ｂ、及びキャップメタル
１８ｃからなる（図１３）。それぞれの形成プロセス条
件の例を以下に示す。
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニング技術、異方性エッチング技術を用いて、上部
導体配線１８を形成する。この上部導体配線１８は、バ
リアメタル１８ａ、導体部１８ｂ、及びキャップメタル
１８ｃからなる（図１３）。それぞれの形成プロセス条
件の例を以下に示す。
【００２３】上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
【００２４】このとき、この従来技術に係るボーダーレ
スコンタクトでは、タングステンプラグ１７について、
図１３に示すようにその上面が一部露出した領域１９が
発生する。この工程により試作された微細接続孔を有す
る多層配線では、導体配線間の１００万個コンタクトチ
ェーン歩留まりは、０．３μｍ直径で、下部導体配線に
対するずれは、０．０５μｍ以上となると、顕著な歩留
まり低下が確認された。この結果は、第１に、接続孔上
下の接触抵抗の差で説明できる。つまり、下部導体配線
に対するずれでは、配線側壁部も接触しているため、コ
ンタクト抵抗上昇は少ないが、上部導体配線に対するず
れでは、ずれた分だけ、プラグと上部導体配線間の接触
抵抗が上昇することになる。従って、回路設計縮小を図
っても、上部導体配線とのずれ許容量で規定される程度
しか、期待できないことになる。
スコンタクトでは、タングステンプラグ１７について、
図１３に示すようにその上面が一部露出した領域１９が
発生する。この工程により試作された微細接続孔を有す
る多層配線では、導体配線間の１００万個コンタクトチ
ェーン歩留まりは、０．３μｍ直径で、下部導体配線に
対するずれは、０．０５μｍ以上となると、顕著な歩留
まり低下が確認された。この結果は、第１に、接続孔上
下の接触抵抗の差で説明できる。つまり、下部導体配線
に対するずれでは、配線側壁部も接触しているため、コ
ンタクト抵抗上昇は少ないが、上部導体配線に対するず
れでは、ずれた分だけ、プラグと上部導体配線間の接触
抵抗が上昇することになる。従って、回路設計縮小を図
っても、上部導体配線とのずれ許容量で規定される程度
しか、期待できないことになる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決して、基板と導体配線、もしくは導体
配線間の接続孔形成に関して、ボーダーレスコンタクト
である場合を含め、コンタクト抵抗を低減させることが
でき、よって高集積で、微細な半導体装置を得ることが
できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
術の問題点を解決して、基板と導体配線、もしくは導体
配線間の接続孔形成に関して、ボーダーレスコンタクト
である場合を含め、コンタクト抵抗を低減させることが
でき、よって高集積で、微細な半導体装置を得ることが
できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明の接続孔の形成工
程を有する半導体装置の製造方法は、第１に、半導体基
板上に設けられた絶縁膜にエッチングにより接続孔を形
成する工程と、接続孔の底部の半導体基板露出部をエッ
チング条件を変更することにより荒れさせる表面処理を
行う工程と、接続孔に導体を埋め込む工程を有するもの
である。
程を有する半導体装置の製造方法は、第１に、半導体基
板上に設けられた絶縁膜にエッチングにより接続孔を形
成する工程と、接続孔の底部の半導体基板露出部をエッ
チング条件を変更することにより荒れさせる表面処理を
行う工程と、接続孔に導体を埋め込む工程を有するもの
である。
【００２７】本発明の接続孔の形成工程を有する半導体
装置の製造方法は、第２に、半導体基板上に設けられた
下部絶縁膜上に、下部導体配線を、該下部導体配線の少
なくとも上表面が化学量論組成からずれた化学組成を有
するメタル材とする構成で形成する工程と、該下部導体
配線上に上部絶縁膜を形成する工程と、該上部絶縁膜に
前記下部導体配線と接続をとる接続孔を反応性イオンエ
ッチングにより形成する工程と、接続孔に導体を埋め込
む工程を有するものである。
装置の製造方法は、第２に、半導体基板上に設けられた
下部絶縁膜上に、下部導体配線を、該下部導体配線の少
なくとも上表面が化学量論組成からずれた化学組成を有
するメタル材とする構成で形成する工程と、該下部導体
配線上に上部絶縁膜を形成する工程と、該上部絶縁膜に
前記下部導体配線と接続をとる接続孔を反応性イオンエ
ッチングにより形成する工程と、接続孔に導体を埋め込
む工程を有するものである。
【００２８】本発明の接続孔の形成工程を有する半導体
装置の製造方法は、第３に、半導体基板上に設けられた
絶縁膜に接続孔を形成する工程と、該接続孔に導体を埋
め込む工程と、該導体をエッチングするとともに、この
エッチングによりエッチング後の該導体の表面を荒らさ
せる工程を有するものである。
装置の製造方法は、第３に、半導体基板上に設けられた
絶縁膜に接続孔を形成する工程と、該接続孔に導体を埋
め込む工程と、該導体をエッチングするとともに、この
エッチングによりエッチング後の該導体の表面を荒らさ
せる工程を有するものである。
【００２９】この場合、接続孔が、半導体基板上に設け
られた下部絶縁膜上の下部導体配線と、上部導体配線と
の接続をとるためのものであり、かつ、上部導体配線が
必ずしも接続孔に埋め込まれた導体の上面全体を覆うも
のではない構造をとることができ、いわゆるボーダーレ
スコンタクト構造に適用することができる。
られた下部絶縁膜上の下部導体配線と、上部導体配線と
の接続をとるためのものであり、かつ、上部導体配線が
必ずしも接続孔に埋め込まれた導体の上面全体を覆うも
のではない構造をとることができ、いわゆるボーダーレ
スコンタクト構造に適用することができる。
【００３０】第１の発明によれば、接続孔の底部の半導
体基板露出部をエッチング条件を変更することにより荒
れさせる表面処理を行うので、この接続孔に導体を埋め
込むことで、この荒れた表面において十分な接触面積を
確保することができる。したがって、コンタクト抵抗を
低減した接続を達成でき、信頼性の高い接続構造をもっ
た信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
体基板露出部をエッチング条件を変更することにより荒
れさせる表面処理を行うので、この接続孔に導体を埋め
込むことで、この荒れた表面において十分な接触面積を
確保することができる。したがって、コンタクト抵抗を
低減した接続を達成でき、信頼性の高い接続構造をもっ
た信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００３１】第２の発明によれば、下部導体配線を、該
下部導体配線の少なくとも上表面が化学量論組成からず
れた化学組成を有するメタル材とする構成で形成するの
で、この上に接続孔をエッチング等で形成する際、接続
孔底部に該当するこの上表面は、接続孔形成のエッチン
グ等により表面荒れが生じる。よって形成された接続孔
に導体を埋め込むことで、この荒れた表面において十分
な接触面積を確保することができる。したがって、コン
タクト抵抗を低減した接続を達成でき、信頼性の高い接
続構造をもった信頼性の高い半導体装置を製造すること
ができる。
下部導体配線の少なくとも上表面が化学量論組成からず
れた化学組成を有するメタル材とする構成で形成するの
で、この上に接続孔をエッチング等で形成する際、接続
孔底部に該当するこの上表面は、接続孔形成のエッチン
グ等により表面荒れが生じる。よって形成された接続孔
に導体を埋め込むことで、この荒れた表面において十分
な接触面積を確保することができる。したがって、コン
タクト抵抗を低減した接続を達成でき、信頼性の高い接
続構造をもった信頼性の高い半導体装置を製造すること
ができる。
【００３２】第３の発明によれば、該接続孔に導体を埋
め込んだのち、該導体をエッチングし、このエッチング
によりエッチング後の該導体の表面を荒らさせので、こ
の接続孔上面に上層配線を形成すると、上層配線との接
続部は、この荒れた表面において十分な接触面積を確保
することができることになる。したがって、コンタクト
抵抗を低減した接続を達成でき、信頼性の高い接続構造
をもった信頼性の高い半導体装置を製造することができ
る。この発明は、ボーダーレスコンタクト構造の形成に
有効に適用することができる。
め込んだのち、該導体をエッチングし、このエッチング
によりエッチング後の該導体の表面を荒らさせので、こ
の接続孔上面に上層配線を形成すると、上層配線との接
続部は、この荒れた表面において十分な接触面積を確保
することができることになる。したがって、コンタクト
抵抗を低減した接続を達成でき、信頼性の高い接続構造
をもった信頼性の高い半導体装置を製造することができ
る。この発明は、ボーダーレスコンタクト構造の形成に
有効に適用することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照して説明する。但し当然のこと
ではあるが、本発明は以下に具体的に説明する実施の形
態により、限定をうけるものではない。
態について、図面を参照して説明する。但し当然のこと
ではあるが、本発明は以下に具体的に説明する実施の形
態により、限定をうけるものではない。
【００３４】実施の形態１ 本発明の第１の実施の形態を、図１及び図２を参照して
説明する。本例は、半導体基板上に設けられた絶縁膜に
エッチングにより接続孔を形成して、この接続孔に導体
を埋め込むことにより、半導体基板の拡散領域と上部配
線との接続をとる場合に、第１の発明を適用したもので
ある。
説明する。本例は、半導体基板上に設けられた絶縁膜に
エッチングにより接続孔を形成して、この接続孔に導体
を埋め込むことにより、半導体基板の拡散領域と上部配
線との接続をとる場合に、第１の発明を適用したもので
ある。
【００３５】本例では、半導体基板１（ここではＮ型シ
リコン半導体基板）に、素子分離領域２（いわゆるＬＯ
ＣＯＳ）を形成し、拡散領域３を形成する。二酸化シリ
コン等の層間絶縁膜４を、常圧ＣＶＤ成膜等の手段によ
り形成し熱処理して、その上にフォトリソグラフィ技術
によりレジストパターン５を形成する（図１（ａ））。
リコン半導体基板）に、素子分離領域２（いわゆるＬＯ
ＣＯＳ）を形成し、拡散領域３を形成する。二酸化シリ
コン等の層間絶縁膜４を、常圧ＣＶＤ成膜等の手段によ
り形成し熱処理して、その上にフォトリソグラフィ技術
によりレジストパターン５を形成する（図１（ａ））。
【００３６】上記工程における拡散領域３の形成、二酸
化シリコン層間絶縁膜４の成膜、及び熱処理の条件を、
以下に示す。 拡散領域３形成 ＢＦ2 + イオン注入（注入条件：３５ｋｅＶ，３Ｅ１５
ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） 熱処理（熱処理条件：縦型拡散炉使用のアニール、９０
０℃、Ｎ2 下、１０分） 絶縁膜４形成 常圧ＣＶＤ法 原料ガス：ＴＥＯＳ ６０ｓｃｃｍ，ＴＭＰＯ １５ｓ
ｃｃｍ，ＴＥＢ １５ｓｃｃｍ 温度：５２０℃ 成膜組成：ボロン（Ｂ）２ｗｔ％、リン（Ｐ）５ｗｔ％ 成膜膜厚：１２００ｎｍ 絶縁膜４の熱処理 縦型拡散炉使用のアニール、Ｎ2 下、７５０℃、１０分
化シリコン層間絶縁膜４の成膜、及び熱処理の条件を、
以下に示す。 拡散領域３形成 ＢＦ2 + イオン注入（注入条件：３５ｋｅＶ，３Ｅ１５
ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） 熱処理（熱処理条件：縦型拡散炉使用のアニール、９０
０℃、Ｎ2 下、１０分） 絶縁膜４形成 常圧ＣＶＤ法 原料ガス：ＴＥＯＳ ６０ｓｃｃｍ，ＴＭＰＯ １５ｓ
ｃｃｍ，ＴＥＢ １５ｓｃｃｍ 温度：５２０℃ 成膜組成：ボロン（Ｂ）２ｗｔ％、リン（Ｐ）５ｗｔ％ 成膜膜厚：１２００ｎｍ 絶縁膜４の熱処理 縦型拡散炉使用のアニール、Ｎ2 下、７５０℃、１０分
【００３７】次に、上記形成したレジストパターン５を
マスクとして、エッチング（ここでは反応性イオンエッ
チングを行う）により接続孔６を形成する（図１
（ｂ））。本例では、接続孔６の加工形成を下記条件で
行うとともに、オーバーエッングを下記の条件で行うこ
とにより、接続孔６の底部（コンタクト部）の表面を荒
らす処理を行う。接続孔６の底部表面を荒れを、図１
（ｂ）中、模式的に、符号２０で示す。 接続孔６加工形成 反応性イオンエッチング 温度：−３０℃ 圧力：５．３Ｐａ パワー：１２００Ｗ 反応ガス：ＣＯ １００ｓｃｃｍ，Ｃ4 Ｆ8 ７ｓｃｃ
ｍ，Ａｒ ２００ｓｃｃｍ 基板オーバーエッチング 反応性イオンエッチング 温度：−３０℃ 圧力：５．３Ｐａ パワー：１２００Ｗ 反応ガス：ＣＯ １００ｓｃｃｍ，Ｃ4 Ｆ8 ７ｓｃｃ
ｍ，Ａｒ ２００ｓｃｃｍ，Ｃｌ2 １０ｓｃｃｍ 酸化膜４００ｎｍエッチング相当時間処理
マスクとして、エッチング（ここでは反応性イオンエッ
チングを行う）により接続孔６を形成する（図１
（ｂ））。本例では、接続孔６の加工形成を下記条件で
行うとともに、オーバーエッングを下記の条件で行うこ
とにより、接続孔６の底部（コンタクト部）の表面を荒
らす処理を行う。接続孔６の底部表面を荒れを、図１
（ｂ）中、模式的に、符号２０で示す。 接続孔６加工形成 反応性イオンエッチング 温度：−３０℃ 圧力：５．３Ｐａ パワー：１２００Ｗ 反応ガス：ＣＯ １００ｓｃｃｍ，Ｃ4 Ｆ8 ７ｓｃｃ
ｍ，Ａｒ ２００ｓｃｃｍ 基板オーバーエッチング 反応性イオンエッチング 温度：−３０℃ 圧力：５．３Ｐａ パワー：１２００Ｗ 反応ガス：ＣＯ １００ｓｃｃｍ，Ｃ4 Ｆ8 ７ｓｃｃ
ｍ，Ａｒ ２００ｓｃｃｍ，Ｃｌ2 １０ｓｃｃｍ 酸化膜４００ｎｍエッチング相当時間処理
【００３８】このオーバーエッチングは、塩素ガスを添
加することによりガスの組成条件を変更して、連続して
行うことができる。
加することによりガスの組成条件を変更して、連続して
行うことができる。
【００３９】次いでレジスト除去を行った後、コンタク
トイオン注入、及び熱処理を行って形成した接続孔６の
接続底部を活性化し、更に酸化膜除去の前処理を行って
から、密着層７として例えばメタルを、例えばマグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、ランプアニールを
施した後、導体８例えば代表的にはタングステン膜を熱
ＣＶＤ法により全面成膜する（図２（ａ））。上記成膜
等の条件を、以下に示す。
トイオン注入、及び熱処理を行って形成した接続孔６の
接続底部を活性化し、更に酸化膜除去の前処理を行って
から、密着層７として例えばメタルを、例えばマグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、ランプアニールを
施した後、導体８例えば代表的にはタングステン膜を熱
ＣＶＤ法により全面成膜する（図２（ａ））。上記成膜
等の条件を、以下に示す。
【００４０】不純物のコンタクトイオン注入による活性
化 下記条件のイオン注入による。 ＢＦ2 + イオン注入（注入条件：２０ｋｅＶ，３Ｅ１５
ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） 酸化膜除去の前処理 下記薬液によるウェットエッチング（６０秒） Ｈ2 Ｏ：バファードフッ酸＝４００：１ 密着層７メタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のコリメートス
パッター Ｔｉ ３０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：８ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ７０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ，Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 密着層７ランプアニール 下記条件で、３０秒アニール 温度：６５０℃ 圧力：１ａｔｍ 雰囲気ガス：Ｎ2 １００％ 導体８成膜（ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成
膜） 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
化 下記条件のイオン注入による。 ＢＦ2 + イオン注入（注入条件：２０ｋｅＶ，３Ｅ１５
ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ） 酸化膜除去の前処理 下記薬液によるウェットエッチング（６０秒） Ｈ2 Ｏ：バファードフッ酸＝４００：１ 密着層７メタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のコリメートス
パッター Ｔｉ ３０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：８ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ７０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ，Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 密着層７ランプアニール 下記条件で、３０秒アニール 温度：６５０℃ 圧力：１ａｔｍ 雰囲気ガス：Ｎ2 １００％ 導体８成膜（ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成
膜） 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
【００４１】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔６内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ８ａを形成する。更に上部導体配線
材料を、例えばマグネトロンスパッター法により全面成
膜し、フォトレジストパターニングと異方性エッチング
により、上部導体配線９を形成する（図２（ｂ））。こ
の上部導体配線９は、バリアメタル９ａ、導体部９ｂ、
及びキャップメタル９ｃからなる。埋め込みプラグ８
ａ、上部導体配線９（バリアメタル９ａ，導体部９ｂ，
キャップメタル９ｃ）の形成のそれぞれのプロセス条件
例を以下に示す。
孔６内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ８ａを形成する。更に上部導体配線
材料を、例えばマグネトロンスパッター法により全面成
膜し、フォトレジストパターニングと異方性エッチング
により、上部導体配線９を形成する（図２（ｂ））。こ
の上部導体配線９は、バリアメタル９ａ、導体部９ｂ、
及びキャップメタル９ｃからなる。埋め込みプラグ８
ａ、上部導体配線９（バリアメタル９ａ，導体部９ｂ，
キャップメタル９ｃ）の形成のそれぞれのプロセス条件
例を以下に示す。
【００４２】埋め込みプラグ形成 第１ステップ（Ｗエッチング） 圧力：４５．５Ｐａ パワー：２７５Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝１１０：９０：５ｓ
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ 上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー： １１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ 上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー： １１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
【００４３】本例の工程により形成した接続孔の、Ｐ+
Ｓｉ基板でのコンタクト抵抗（拡散領域とのコンタクト
を取る場合のコンタクト抵抗）は、従来技術では直径
０．２μｍの接続孔で、２２０Ωの非オーミック特性を
示したのに対し、これをはるかに改善することができ
て、１２０Ω程度のオーミック特性まで改善できた。こ
れは、上記工程で、接続孔６の加工形成において、オー
バーエッングを、接続孔６の底部（コンタクト部）の表
面を荒らす条件で（具体的にここではガス組成を変える
ことで）行ったことによるものである。この荒らし処理
により、コンタクト接触面積が約２倍程度になったため
と考えられる。
Ｓｉ基板でのコンタクト抵抗（拡散領域とのコンタクト
を取る場合のコンタクト抵抗）は、従来技術では直径
０．２μｍの接続孔で、２２０Ωの非オーミック特性を
示したのに対し、これをはるかに改善することができ
て、１２０Ω程度のオーミック特性まで改善できた。こ
れは、上記工程で、接続孔６の加工形成において、オー
バーエッングを、接続孔６の底部（コンタクト部）の表
面を荒らす条件で（具体的にここではガス組成を変える
ことで）行ったことによるものである。この荒らし処理
により、コンタクト接触面積が約２倍程度になったため
と考えられる。
【００４４】上述のように、本例では、半導体基板１上
に設けられた絶縁膜４にエッチングにより接続孔６を形
成し、接続孔６の底部の半導体基板露出部をエッチング
条件を変更することにより荒れさせる表面処理を行う工
程（図１（ａ）（ｂ））と、接続孔６に導体８を埋め込
む工程（図２（ａ）（ｂ））を有する構成とした結果、
コンタクト抵抗の低い、良好な接続性を有する半導体装
置を製造することができた。
に設けられた絶縁膜４にエッチングにより接続孔６を形
成し、接続孔６の底部の半導体基板露出部をエッチング
条件を変更することにより荒れさせる表面処理を行う工
程（図１（ａ）（ｂ））と、接続孔６に導体８を埋め込
む工程（図２（ａ）（ｂ））を有する構成とした結果、
コンタクト抵抗の低い、良好な接続性を有する半導体装
置を製造することができた。
【００４５】実施の形態２ 本発明の第２の実施の形態を、図３ないし図５を参照し
て説明する。本例は、半導体基板上に設けられた下部絶
縁膜上に、下部導体配線を形成し、該下部導体配線上に
上部絶縁膜を形成し、該上部絶縁膜に下部導体配線と更
に形成する上部導体配線との接続をとる接続孔を形成す
る場合に、第２の発明を適用したものである。
て説明する。本例は、半導体基板上に設けられた下部絶
縁膜上に、下部導体配線を形成し、該下部導体配線上に
上部絶縁膜を形成し、該上部絶縁膜に下部導体配線と更
に形成する上部導体配線との接続をとる接続孔を形成す
る場合に、第２の発明を適用したものである。
【００４６】本例にあっては、基板１上の絶縁膜１０
に、下部導体配線１１を、マグネトロンスパッター法、
フォトレジストパターニング、異方性エッチングなどの
手段を用いて、形成する（図３（ａ））。下部導体配線
１１は、バリアメタル１１ａ、導体部１１ｂ、及びキャ
ップメタル２１からなる。ここで、本例では、下部導体
配線１１のキャップメタル２１を、通常はガス比がＮ2
／（Ｎ2 ＋Ａｒ）が７５％程度であるのを、６０％程度
になる条件で成膜させ、これにより、チタンと窒素との
組成を、化学量論組成１：１からずれた組成としたチタ
ンナイトライド膜を形成させて得る。約３０ａｔ％程度
チタンリッチな組成になっていると考えられる。具体的
な各配線加工等の条件を、以下に示す。
に、下部導体配線１１を、マグネトロンスパッター法、
フォトレジストパターニング、異方性エッチングなどの
手段を用いて、形成する（図３（ａ））。下部導体配線
１１は、バリアメタル１１ａ、導体部１１ｂ、及びキャ
ップメタル２１からなる。ここで、本例では、下部導体
配線１１のキャップメタル２１を、通常はガス比がＮ2
／（Ｎ2 ＋Ａｒ）が７５％程度であるのを、６０％程度
になる条件で成膜させ、これにより、チタンと窒素との
組成を、化学量論組成１：１からずれた組成としたチタ
ンナイトライド膜を形成させて得る。約３０ａｔ％程度
チタンリッチな組成になっていると考えられる。具体的
な各配線加工等の条件を、以下に示す。
【００４７】下部導体配線１１形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４０ｓｃｃｍ、Ａｒ ２５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ （このＴｉＮ形成の条件が、化学量論的に通常の１：１
のものを形成するときには、ガス組成が、Ｎ2 ４２ｓ
ｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ程度であったのを、上記組
成としたのである。） 下部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４０ｓｃｃｍ、Ａｒ ２５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ （このＴｉＮ形成の条件が、化学量論的に通常の１：１
のものを形成するときには、ガス組成が、Ｎ2 ４２ｓ
ｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ程度であったのを、上記組
成としたのである。） 下部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
【００４８】次に、ＣＶＤ絶縁膜や、塗布型シリコン樹
脂（ＳＯＧと称されているものなど）等を用いることな
どによって、層間平坦化膜１２を形成し、接続孔１３を
フォトリソグラフィーパターニング技術、異方性エッチ
ング技術等を用いて形成する。このとき、本例では、キ
ャップメタル（ＴｉＮ）が、化学量論組成からずれてお
り、おそらくポーラスな状態となったチタンナイトライ
ド膜である。よって接続孔形成のエッチングの際、結晶
粒界部分のエッチングレートが速くなることに基づくと
推定されるが、図３（ｂ）に符号２２で示すように、キ
ャップメタル表面（つまり接続孔底部）の表面モホロジ
ーが悪くなった、荒れた面が形成される。
脂（ＳＯＧと称されているものなど）等を用いることな
どによって、層間平坦化膜１２を形成し、接続孔１３を
フォトリソグラフィーパターニング技術、異方性エッチ
ング技術等を用いて形成する。このとき、本例では、キ
ャップメタル（ＴｉＮ）が、化学量論組成からずれてお
り、おそらくポーラスな状態となったチタンナイトライ
ド膜である。よって接続孔形成のエッチングの際、結晶
粒界部分のエッチングレートが速くなることに基づくと
推定されるが、図３（ｂ）に符号２２で示すように、キ
ャップメタル表面（つまり接続孔底部）の表面モホロジ
ーが悪くなった、荒れた面が形成される。
【００４９】接続孔加工条件を、下記に示す。 接続孔加工形成 下記条件の反応性イオンエッチングを行った。 温度：−３０℃ 圧力：５．３Ｐａ パワー：１２００Ｗ 反応ガス： ＣＯ １００ｓｃｃｍ、Ｃ4 Ｆ 8 ７ｓｃ
ｃｍ、Ａｒ ２００ｓｃｃｍ ジャストエッチングに、３０％のオーバーエッチングを
加える。
ｃｍ、Ａｒ ２００ｓｃｃｍ ジャストエッチングに、３０％のオーバーエッチングを
加える。
【００５０】このあと、密着層１５をマグネトロンスパ
ッター法により全面成膜し、次いで、埋め込み用の導体
１６をなすタングステン膜を、熱ＣＶＤにより全面成膜
する（図４（ａ））。それぞれの成膜条件を以下に示
す。
ッター法により全面成膜し、次いで、埋め込み用の導体
１６をなすタングステン膜を、熱ＣＶＤにより全面成膜
する（図４（ａ））。それぞれの成膜条件を以下に示
す。
【００５１】酸化膜除去の前処理 酸化膜の下記条件によるスパッタエッチング（２０ｎ
ｍ） スパッタエッチング条件 圧力：０．５２Ｐａ ガス：Ａｒ ２０ｓｃｃｍ パワー：６００Ｗ 温度：３００℃ 密着層１５のメタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のスパッター ＴｉＮ ３０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成膜 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
ｍ） スパッタエッチング条件 圧力：０．５２Ｐａ ガス：Ａｒ ２０ｓｃｃｍ パワー：６００Ｗ 温度：３００℃ 密着層１５のメタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のスパッター ＴｉＮ ３０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成膜 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
【００５２】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔１３内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ１７を形成する（図４（ｂ））。埋
め込みプラグ加工形成条件を以下に示す。
孔１３内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ１７を形成する（図４（ｂ））。埋
め込みプラグ加工形成条件を以下に示す。
【００５３】埋め込みプラグ加工形成 第１ステップ（Ｗエッチング） 圧力：４５．５Ｐａ パワー：２７５Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝１１０：９０：５ｓ
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ
【００５４】このあと、上部導体配線材料を、マグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニング技術、異方性エッチング技術を用いて、上部
導体配線１８を形成する（図５）。この上部導体配線１
８は、バリアメタル１８ａ、導体部１８ｂ、及びキャッ
プメタル１８ｃからなる。それぞれの形成プロセス条件
の例を以下に示す。
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニング技術、異方性エッチング技術を用いて、上部
導体配線１８を形成する（図５）。この上部導体配線１
８は、バリアメタル１８ａ、導体部１８ｂ、及びキャッ
プメタル１８ｃからなる。それぞれの形成プロセス条件
の例を以下に示す。
【００５５】上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体配線１８形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
【００５６】本例の工程により形成した微細接続孔を有
する多層配線では、コンタクト抵抗を十分に低減でき、
接続コンタクト改善を行うことができた。コンタクト抵
抗を約１／２まで下げることが可能になった。これは、
上記工程で、接続孔６の底部表面をなすキャップメタル
２１の組成を化学量論からずらして、接続孔６の底部
（コンタクト部）の表面を荒らして荒らし面２２を形成
するようにした結果、コンタクト接触面積が約２倍程度
になったためと考えられる。
する多層配線では、コンタクト抵抗を十分に低減でき、
接続コンタクト改善を行うことができた。コンタクト抵
抗を約１／２まで下げることが可能になった。これは、
上記工程で、接続孔６の底部表面をなすキャップメタル
２１の組成を化学量論からずらして、接続孔６の底部
（コンタクト部）の表面を荒らして荒らし面２２を形成
するようにした結果、コンタクト接触面積が約２倍程度
になったためと考えられる。
【００５７】上述のように、本例では、半導体基板１上
に設けられた下部絶縁膜１０上に、下部導体配線１１
を、該下部導体配線１１の少なくとも上表面が化学量論
組成からずれた化学組成を有するメタル材（キャップメ
タル２１）とする構成で形成する工程と（図３
（ａ））、該下部導体配線１１上に上部絶縁膜１２を形
成する工程と、該上部絶縁膜１２に前記下部導体配線１
１と接続をとる接続孔１３を反応性イオンエッチングに
より形成する工程と、接続孔１３に導体を埋め込む工程
（図４（ａ））を有する構成とした結果、コンタクト抵
抗の低い、良好な接続性を有する半導体装置を製造する
ことができた。
に設けられた下部絶縁膜１０上に、下部導体配線１１
を、該下部導体配線１１の少なくとも上表面が化学量論
組成からずれた化学組成を有するメタル材（キャップメ
タル２１）とする構成で形成する工程と（図３
（ａ））、該下部導体配線１１上に上部絶縁膜１２を形
成する工程と、該上部絶縁膜１２に前記下部導体配線１
１と接続をとる接続孔１３を反応性イオンエッチングに
より形成する工程と、接続孔１３に導体を埋め込む工程
（図４（ａ））を有する構成とした結果、コンタクト抵
抗の低い、良好な接続性を有する半導体装置を製造する
ことができた。
【００５８】実施の形態３ 本発明の第３の実施の形態を、図６ないし図８を参照し
て説明する。本例は、ボーダーレスコンタクトを形成す
る場合に第３の発明を適用したものである。
て説明する。本例は、ボーダーレスコンタクトを形成す
る場合に第３の発明を適用したものである。
【００５９】この例にあっては、基板１上の絶縁膜１０
上に、下部導体配線１１を、マグネトロンスパッター
法、フォトレジストパターニング、異方性エッチングな
どの手段を用いて、形成する（図６（ａ））。下部導体
配線１１は、バリアメタル１１ａ、導体部１１ｂ、及び
キャップメタル１１ｃからなる。この導線構造の形成・
成膜条件、配線加工条件を、以下に示す。
上に、下部導体配線１１を、マグネトロンスパッター
法、フォトレジストパターニング、異方性エッチングな
どの手段を用いて、形成する（図６（ａ））。下部導体
配線１１は、バリアメタル１１ａ、導体部１１ｂ、及び
キャップメタル１１ｃからなる。この導線構造の形成・
成膜条件、配線加工条件を、以下に示す。
【００６０】下部導体配線１１形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 下部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 下部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
【００６１】次に、ＣＶＤ絶縁膜や、塗布型シリコン樹
脂（ＳＯＧと称されているものなど）等を用いることな
どによって、層間平坦化膜をなす絶縁膜１２を形成し、
ここに接続孔１３をフォトリソグラフィーパターニング
技術、異方性エッチング技術等を用いて形成する（図６
（ｂ）。符号１４は、前記図１１（ｂ）を参照して説明
したものと同様である）。
脂（ＳＯＧと称されているものなど）等を用いることな
どによって、層間平坦化膜をなす絶縁膜１２を形成し、
ここに接続孔１３をフォトリソグラフィーパターニング
技術、異方性エッチング技術等を用いて形成する（図６
（ｂ）。符号１４は、前記図１１（ｂ）を参照して説明
したものと同様である）。
【００６２】このあと、密着層１５をマグネトロンスパ
ッター法により全面成膜し、次いで、埋め込み導体１６
であるタングステン膜を熱ＣＶＤにより全面成膜する
（図７（ａ））。それぞれの成膜条件を以下に示す。
ッター法により全面成膜し、次いで、埋め込み導体１６
であるタングステン膜を熱ＣＶＤにより全面成膜する
（図７（ａ））。それぞれの成膜条件を以下に示す。
【００６３】酸化膜除去の前処理 酸化膜の下記条件によるスパッタエッチング（２０ｎ
ｍ） スパッタエッチング条件 圧力：０．５２Ｐａ ガス：Ａｒ ２０ｓｃｃｍ パワー：６００Ｗ 温度：３００℃ 密着層１５のメタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のスパッター Ｔｉ ３０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成膜 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
ｍ） スパッタエッチング条件 圧力：０．５２Ｐａ ガス：Ａｒ ２０ｓｃｃｍ パワー：６００Ｗ 温度：３００℃ 密着層１５のメタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のスパッター Ｔｉ ３０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ブランケットタングステン膜の熱ＣＶＤ成膜 下記条件で、６００ｎｍ厚に形成 圧力：１０．７ｋＰａ 原料ガス： ＷＦ6 ：Ｈ2 ：Ａｒ＝４０：４００：２２
５０ｓｃｃｍ 温度：４５０℃
【００６４】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔６内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ１７を形成する。このとき、本例に
おいては、プラグ加工工程の最終ステップで、プラグの
コンタクト面を荒れさせる処理を行う。具体的には、エ
ッチングを下記の条件で行うことにより、コンタクト部
表面を荒らす処理を行う（図７（ｂ））。コンタクト部
表面を荒らす処理を施された部分を、図７（ｂ）中、符
号２０ａで模式的に示す。埋め込みプラグ加工形成条件
を以下に示す。
孔６内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ１７を形成する。このとき、本例に
おいては、プラグ加工工程の最終ステップで、プラグの
コンタクト面を荒れさせる処理を行う。具体的には、エ
ッチングを下記の条件で行うことにより、コンタクト部
表面を荒らす処理を行う（図７（ｂ））。コンタクト部
表面を荒らす処理を施された部分を、図７（ｂ）中、符
号２０ａで模式的に示す。埋め込みプラグ加工形成条件
を以下に示す。
【００６５】埋め込みプラグ加工形成 第１ステップ（Ｗエッチング） 圧力：４５．５Ｐａ パワー：２７５Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝１１０：９０：５ｓ
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ 第４ステップ（Ｗ表面荒らし処理のためのエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ：Ｆ＝３０：３０：１０ｓｃｃ
ｍ
ｃｃｍ 第２ステップ（ＴｉＮエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ＝７５：５ｓｃｃｍｓｃｃｍ 第３ステップ（Ｗオーバーエッチング） 圧力：３２．５Ｐａ パワー：７０Ｗ 反応ガス： ＳＦ6 ：Ａｒ：Ｈｅ＝２０：１０：１０ｓ
ｃｃｍ 第４ステップ（Ｗ表面荒らし処理のためのエッチング） 圧力：６．５Ｐａ パワー：２５０Ｗ 反応ガス：Ａｒ：Ｃｌ2 ：Ｆ＝３０：３０：１０ｓｃｃ
ｍ
【００６６】このあと、上部導体配線材料を、マグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニング技術、異方性エッチング技術を用いて、上部
導体配線１８を形成する（図８）。この上部導体配線１
８は、バリアメタル１８ａ、導体部１８ｂ、及びキャッ
プメタル１８ｃからなる。それぞれの形成プロセス条件
の例を以下に示す。
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニング技術、異方性エッチング技術を用いて、上部
導体配線１８を形成する（図８）。この上部導体配線１
８は、バリアメタル１８ａ、導体部１８ｂ、及びキャッ
プメタル１８ｃからなる。それぞれの形成プロセス条件
の例を以下に示す。
【００６７】上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ｔｉ ２０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ ２０ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 導体材料形成 Ａｌ系合金としてＡｌ−０．５ｗｔ％Ｃｕを、５００ｎ
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
ｍ厚で下記条件で形成 圧力：０．５２Ｐａ パワー：１５ｋＷ ガス：Ａｒ ６５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ キャップメタル形成 Ｔｉ １０ｎｍ 圧力：０．５２Ｐａ パワー：２ｋＷ ガス：Ａｒ ３５ｓｃｃｍ 温度：３００℃ ＴｉＮ １００ｎｍ 圧力：０．７８Ｐａ パワー：６ｋＷ ガス：Ｎ2 ４２ｓｃｃｍ、Ａｒ ２１ｓｃｃｍ 温度：３００℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のＲＩＥを行った。 反応ガス： ＢＣｌ3 ／Ｃｌ2 ＝１００／１５０ｓｃｃ
ｍ 圧力：１Ｐａ マイクロ波： ４００ｍＡ ＲＦパワー：１１０Ｗ ジャストエッチングに、４０％のオーバーエッチングを
加える。
【００６８】このとき、ボーダーレスコンタクトでは、
タングステンプラグ１７について、その上面が一部露出
した領域１９が発生する（図８）。本例により製作され
た微細接続孔を有する多層配線では、導体配線間の１０
０万個コンタクトチェーン歩留まりは、上部導体配線に
対するずれが０．２５μｍ程度でも、上記した荒らし処
理により、導体プラグ１７と上部導体配線１８との接触
面積が確保できているため、顕著な歩留まり低下は起こ
りえない。これにより、回路縮小は更に進行でき、微細
で高集積の半導体装置の製造が可能となる。
タングステンプラグ１７について、その上面が一部露出
した領域１９が発生する（図８）。本例により製作され
た微細接続孔を有する多層配線では、導体配線間の１０
０万個コンタクトチェーン歩留まりは、上部導体配線に
対するずれが０．２５μｍ程度でも、上記した荒らし処
理により、導体プラグ１７と上部導体配線１８との接触
面積が確保できているため、顕著な歩留まり低下は起こ
りえない。これにより、回路縮小は更に進行でき、微細
で高集積の半導体装置の製造が可能となる。
【００６９】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、基板と導体配線、もしくは導体配線間の接続孔形成
に関して、ボーダーレスコンタクトである場合を含め、
効果的にコンタクト抵抗を低減させることができ、よっ
て高集積で、微細な半導体装置をの製造を図ることがで
きる。
ば、基板と導体配線、もしくは導体配線間の接続孔形成
に関して、ボーダーレスコンタクトである場合を含め、
効果的にコンタクト抵抗を低減させることができ、よっ
て高集積で、微細な半導体装置をの製造を図ることがで
きる。
【図１】 実施の形態１の工程を順に断面図で示すもの
である（１）。
である（１）。
【図２】 実施の形態１の工程を順に断面図で示すもの
である（２）。
である（２）。
【図３】 実施の形態２の工程を順に断面図で示すもの
である（１）。
である（１）。
【図４】 実施の形態２の工程を順に断面図で示すもの
である（２）。
である（２）。
【図５】 実施の形態２の工程を順に断面図で示すもの
である（３）。
である（３）。
【図６】 実施の形態３の工程を順に断面図で示すもの
である（１）。
である（１）。
【図７】 実施の形態３の工程を順に断面図で示すもの
である（２）。
である（２）。
【図８】 実施の形態３の工程を順に断面図で示すもの
である（３）。
である（３）。
【図９】 従来技術（Ｉ）の工程を示す図である
（１）。
（１）。
【図１０】 従来技術（Ｉ）の工程を示す図である
（２）。
（２）。
【図１１】 従来技術（ＩＩ）の工程を示す図である
（１）。
（１）。
【図１２】 従来技術（ＩＩ）の工程を示す図である
（２）。
（２）。
【図１３】 従来技術（ＩＩＩ）の工程を示す図である
（３）。
（３）。
１ 半導体基板 ２ 素子分離領域 ３ （半導体基板）の拡散領域 ４ 絶縁膜 ５ レジストパターン ６ 接続孔 ８ 導体 ８ａ 埋め込みプラグ ９ 上部導体配線 １０ 下部絶縁膜 １１ 下部配線 ２１ キャップメタル ２２ 荒れた面 １２ 上部絶縁膜 １３ 接続孔 １７ 埋め込みプラグ １８ 上部配線 ２０ａ 荒れた面
Claims (4)
- 【請求項１】半導体基板上に設けられた絶縁膜にエッチ
ングにより接続孔を形成する工程と、 接続孔の底部の半導体基板露出部をエッチング条件を変
更することにより荒れさせる表面処理を行う工程と、 接続孔に導体を埋め込む工程を有することを特徴とする
接続孔の形成工程を有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】半導体基板上に設けられた下部絶縁膜上
に、下部導体配線を、該下部導体配線の少なくとも上表
面が化学量論組成からずれた化学組成を有するメタル材
とする構成で形成する工程と、 該下部導体配線上に上部絶縁膜を形成する工程と、 該上部絶縁膜に前記下部導体配線と接続をとる接続孔を
反応性イオンエッチングにより形成する工程と、 接続孔に導体を埋め込む工程を有することを特徴とする
接続孔の形成工程を有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】半導体基板上に設けられた絶縁膜に接続孔
を形成する工程と、 該接続孔に導体を埋め込む工程と、 該導体をエッチングするとともに、このエッチングによ
りエッチング後の該導体の表面を荒らさせる工程を有す
ることを特徴とする接続孔の形成工程を有する半導体装
置の製造方法。 - 【請求項４】接続孔が、半導体基板上に設けられた下部
絶縁膜上の下部導体配線と、上部導体配線との接続をと
るためのものであり、かつ、上部導体配線が必ずしも接
続孔に埋め込まれた導体の上面全体を覆うものではない
構造をとることを特徴とする請求項３に記載の接続孔の
形成工程を有する半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8034296A JPH09213801A (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 接続孔の形成工程を有する半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8034296A JPH09213801A (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 接続孔の形成工程を有する半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09213801A true JPH09213801A (ja) | 1997-08-15 |
Family
ID=12410204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8034296A Pending JPH09213801A (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | 接続孔の形成工程を有する半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09213801A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001516153A (ja) * | 1997-09-05 | 2001-09-25 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | Ｃｖｄバリア層を有するボーダーレスバイア |
| KR100504548B1 (ko) * | 2000-12-14 | 2005-08-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
| JP2006261705A (ja) * | 2006-06-23 | 2006-09-28 | Sharp Corp | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
| CN106129069A (zh) * | 2016-07-26 | 2016-11-16 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种指纹识别器、其制作方法及显示装置 |
| CN106531805A (zh) * | 2015-09-10 | 2017-03-22 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 互连结构及其制造方法以及使用互连结构的半导体器件 |
| EP3163605A3 (en) * | 2015-10-26 | 2017-08-23 | Semiconductor Manufacturing International Corporation (Shanghai) | Contact via structure and fabricating method thereof |
| JP2023036057A (ja) * | 2021-08-31 | 2023-03-13 | 發明與合作實驗室有限公司 | スタンダードセル構造 |
-
1996
- 1996-01-29 JP JP8034296A patent/JPH09213801A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001516153A (ja) * | 1997-09-05 | 2001-09-25 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | Ｃｖｄバリア層を有するボーダーレスバイア |
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| CN106531805A (zh) * | 2015-09-10 | 2017-03-22 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 互连结构及其制造方法以及使用互连结构的半导体器件 |
| US10297548B2 (en) | 2015-09-10 | 2019-05-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same |
| US11749603B2 (en) | 2015-09-10 | 2023-09-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same |
| US11404376B2 (en) | 2015-09-10 | 2022-08-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same |
| CN106531805B (zh) * | 2015-09-10 | 2020-04-10 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 互连结构及其制造方法以及使用互连结构的半导体器件 |
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