(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１導電膜を形成する段階と、
前記第１導電膜を含んで半導体基板上に絶縁膜を形成する段階と、
前記第１導電膜の上部表面が露出される時まで前記絶縁膜の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成する段階と、
少なくとも前記コンタクトホールの下部面が覆われるように障壁膜を形成する段階と、
前記障壁膜の膜質を緻密化するため第１熱処理を遂行する段階と、
少なくとも前記コンタクトホールの両側壁を覆うようにウエッティングレイヤーを形成する段階と、
前記コンタクトホールが充填されるように前記ウエッティングレイヤー上に第２導電膜を形成する段階と、
前記コンタクトホールが前記第２導電膜で完全に充填されるようにリフロー工程を実施する段階とを含み、
前記第１熱処理工程は拡散炉を用いた熱処理工程及びＲＴＮ工程の中いずれか一つの工程で遂行され、
前記拡散炉を用いた熱処理工程は、４００℃−６００℃範囲内の温度で４５分間遂行され、
前記ＲＴＮ工程は、６００℃−７００℃範囲内の温度で２０秒間遂行され、
前記第１導電膜はタングステン膜であり、
前記障壁膜は、ＴｉＮ膜及びＴｉＮ膜とＴｉ膜とが積層された多層膜の中から選択されるいずれか一つの膜であり、
前記ウエッティングレイヤーは、ＴｉＮ膜及びＴｉ膜の中から選択されるいずれか一つの膜であり、
前記第２導電膜はＡｌ膜であることを特徴とする金属配線連結方法。
【請求項２】
前記ウエッティングレイヤーの厚さは、両側壁で３０Å−１００Å範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の金属配線連結方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造方法に関するものであり、より詳しくは金属配線連結方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置が高集積化されることにより金属配線のためのオープニング(opening)においても下部面直径に対する高さ比、即ちアスペクト比(aspect  ratio)が徐々に増加する趨勢である。従って、高アスペクト比を有するオープニングを完全に充填するための金属配線工程では、ステップカバレッジ(step coverage)が優れている金属を用いていた。
【０００３】
従って、ステップカバレッジが優れた、ＣＶＤ工程で処理されたタングステン膜が主に金属配線に用いられている。これは、ＣＶＤ工程を通じたタングステン膜はステップカバレッジが優れているため、オープニング内部でボイド(void)のような欠陥の発生を減少させることができるからである。
【０００４】
本発明は、タングステン膜のみによって形成された金属配線とアルミニウム配線とを相互連結する方法に関する。
【０００５】
図１は、従来のタングステンによって形成された金属配線とアルミニウム配線との間の相互連結を示す図面である。
図１を参照すると、半導体基板上に絶縁膜が形成される。この場合絶縁膜内にタングステン配線が含まれる。タングステン配線の下部には、ＴｉＮとＴｉが積層された多層導電膜を含む。絶縁膜がよく知られた写真エッチング技術と乾式エッチング技術でエッチングされてコンタクトホールが形成され、コンタクトホールを含んで絶縁膜上にウエッティングレイヤーとアルミニウム膜が順次に形成されてコンタクトホールを充填する。
【０００６】
ところで、後続熱処理工程やアルミニウム膜のリフロー(reflow)工程時、アルミニウム膜とタングステン単層膜とが反応し、この反応によってタングステン配線が体積収縮され、合金(alloy)が形成される。体積収縮は、金属配線上にボイドを発生させ、アルミニウムとタングステン膜の合金の形成は抵抗の増加を招く。
【０００７】
図２乃至図３は、従来の相互連結されたタングステン配線とアルミニウム配線で各部位Ｗ，Ｈ，Ｃ，ＦによるＥＤＸ成分分析を示す図面である。
図２を参照すると、図１に示されたＷ部位を成分分析した結果タングステンＷのピーク(peak)外には他のピークがない。従って、この部分ではタングステンとアルミニウムの合金が発生しなかったことが分かる。
【０００８】
図２，図３及び図４を参照すると、図１に示された各々の部位Ｃ，Ｆ，Ｈを成分分析した結果タングステンＷのピーク以外にもＡｌピークが混在されている。従って、この部分でタングステンとアルミニウムの合金が発生されていることが分かる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、アルミニウム配線とタングステン配線との間の反応が防止でき、アルミニウムとタングステンとの反応によって形成される合金、体積収縮及びアルミニウム膜とタングステン膜の界面領域に発生されるボイドが防止できる。従って、金属配線における抵抗増加が防止できる金属配線連結方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために提案された本発明の特徴によると、金属配線連結方法は、半導体基板上に第１導電膜を形成する段階と、第１導電膜を含んで半導体基板上に絶縁膜を形成する段階と、第１導電膜の上部表面が露出される時まで絶縁膜の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成する段階と、少なくともコンタクトホールの下部面が覆われるように障壁(barrier)膜を形成する段階と、障壁膜の膜質を緻密化するため第１熱処理を遂行する段階と、少なくともコンタクトホールの両側壁を覆うようにウエッティングレイヤーを形成する段階と、コンタクトホールが充填されるようにウエッティングレイヤー１１２上に第２導電膜１１４を形成する段階と、コンタクトホールが第２導電膜１１４に完全に充填されるように第２熱処理を遂行する段階とを含む。
【００１１】
前述した目的を達成するために提案された本発明の他の特徴によると、金属配線連結方法は半導体基板上に第１導電膜を形成する段階と、第１導電膜を含んで半導体基板上に絶縁膜を形成する段階と、第１導電膜の上部表面が露出される時まで絶縁膜の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成する段階と、コンタクトホールの両側壁及び下部面を覆うようにウエッティングレイヤーを形成する段階と、コンタクトホールが充填されるようにウエッティングレイヤー上に第２導電膜を形成する段階と、コンタクトホールが第２導電膜で完全に充填されるように熱処理する段階とを含み、ウエッティングレイヤーは第１導電膜と第２導電膜の反応防止が可能な厚さを有するように形成される。
【００１２】
図８及び図１０を参照すると、本発明の実施形態による新たな金属配線連結方法は、少なくともコンタクトホールの下部面が覆われるように障壁膜を形成して障壁膜の膜質を緻密化するため熱処理を遂行するか、又はウエッティングレイヤーが第１導電膜と第２導電膜の反応防止が可能な厚さを有するように形成される。このような金属配線連結方法により、第１導電膜と第２導電膜配線との間の反応が防止でき、第１導電膜と第２導電膜の反応に応じる合金、体積収縮及び第１導電膜と第２導電膜の界面領域に発生されるボイドが防止でき、導電膜、例えば、金属配線での抵抗増加が防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図６乃至図７を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図６を参照すると、先ず半導体基板１００上に第１絶縁膜１０２が形成される。第１絶縁膜１０２上にＴｉ膜とＴｉＮ膜が順次に積層された多層膜１０６が形成され、ＴｉＮ膜上にタングステン膜１０８が形成されてタングステン配線が形成される。タングステン配線を含んで第１絶縁膜１０２上に第２絶縁膜１０４が形成される。
【００１４】
第２絶縁膜１０４上にフォトレジスト膜（図示せず）が形成され、よく知られた写真エッチング工程でコンタクトを定義するフォトレジスト膜パターンが形成される。フォトレジスト膜パターンがマスクとして使用され、タングステン膜が露出される時まで絶縁膜がエッチングされてコンタクトホールが形成される。
【００１５】
コンタクトホールを含んで第２絶縁膜１０４上に障壁膜１１０として、ＴｉＮ膜及びＴｉＮ膜とＴｉ膜が積層された多層膜の中選択された膜が形成される。障壁膜１１０は、コンタクトホール底部及び両側壁に形成される。この障壁膜１１０は後続工程で形成されるアルミニウム膜との反応を防止するためのものである。
【００１６】
障壁膜１１０を緻密化させるための熱処理工程が遂行される。これは障壁膜１１０がウエッティングレイヤーとしての能力は減少されるが、障壁膜１１０が障壁膜１１０の上部膜と下部膜の反応を防止する障壁膜としての能力を向上させるためのものである。熱処理工程は拡散炉を用いた熱処理工程及びＲＴＮ工程のいずれかの工程で遂行されるが、拡散炉を用いた熱処理工程は、４００℃−６００℃範囲内の温度で約４５分間遂行される。そして、ＲＴＮ工程は、６００℃−７００℃範囲内の温度で約２０秒間遂行される。
【００１７】
この実施形態ではＴｉＮ膜１１０がコンタクトホールの両側壁及び底部に全て形成されていることを例示しているが、このＴｉＮ膜１１０がコンタクトホールの底部にのみ形成されても熱処理工程として緻密化されたコンタクトホール底部の障壁膜１１０により障壁膜１１０の上部膜と下部膜の反応を防止するため、この発明で期待する障壁膜の役割を果たすことができる。
【００１８】
障壁膜１１０の減少されたウエッティングレイヤーとしての能力を補償するため、障壁膜１１０上にＴｉ膜及びＴｉＮ膜の中いずれか一つの膜１１２が形成される。Ｔｉ膜はＴｉＮ膜よりウエッティングレイヤーとしての能力は優れるが、障壁膜としての能力は劣る。この場合ウエッティングレイヤーはコンタクトホール側壁での厚さが３０Å−１００Å範囲内である。この実施形態ではウエッティングレイヤーがコンタクトホールの両側壁及び底部に全て形成されていることを例示しているが、このウエッティングレイヤー１１２はコンタクトホールの両側壁にのみ形成されてもウエッティングレイヤーとしての役割を十分に果たすため、本発明でアルミニウム膜リフロー時、期待するウエッティングレイヤーとしての役割を果たすことができる。
【００１９】
ウエッティングレイヤー膜１１２上にコンタクトホールを充填するようにアルミニウム膜１１４が形成され、コンタクトホールを完全に充填するように熱処理工程のアルミニウムリフロー工程が遂行される。アルミニウムリフロー工程は、４５０℃−５５０℃範囲内の温度で遂行される。後続工程として半導体装置、例えば、トランジスタの性能を向上させるための熱処理工程が４００℃−４５０℃範囲内の温度で遂行される。
【００２０】
（第２実施形態）
先ず、半導体基板１００上に第１絶縁膜１０２が形成される。第１絶縁膜１０２上にＴｉＮ膜とＴｉ膜が順次に積層された多層膜１０６が形成され、Ｔｉ膜上にタングステン膜１０８が形成されてタングステン配線が形成される。タングステン配線を含んで第１絶縁膜１０２上に第２絶縁膜１０４が形成される。
【００２１】
第２絶縁膜１０４上にフォトレジスト膜（図示せず）が形成され、よく知られた写真エッチング工程でコンタクトホールを定義するフォトレジスト膜パターンが形成される。フォトレジスト膜パターンがマスクとして使用され、タングステン膜１０８が露出される時まで絶縁膜がエッチングされてコンタクトホールが形成される。
【００２２】
コンタクトホールを含んで第２絶縁膜上にＴｉＮ膜及びＴｉＮ膜とＴｉ膜が積層された多層膜の中選択された膜１１０が形成される。この場合、選択された膜１１０はコンタクトホール下部での厚さが約１５０Å以上になるように形成される。これは選択された膜が後続アルミニウムリフロー工程でのウエッティングレイヤーとしての役割と、同時に熱処理工程時選択された膜１１０の上部と下部に形成される膜の反応を防止する障壁膜としての役割を果たせるようにするためのものである。以後の工程は、第１実施形態のような工程が遂行される。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、従来の半導体装置のタングステンとアルミニウム配線との間の相互連結でアルミニウム配線とタングステン配線との間の反応によって配線の体積が収縮され、合金が形成される問題点と、体積収縮のためＴｉＮ膜とタングステン膜の界面領域にボイドが発生する問題点と、合金とボイドにより抵抗の増加が発生される問題点を解決したものであって、障壁膜の役割を果たすウエッティングレイヤーを形成し、アルミニウム配線とタングステン配線との間の反応が防止でき、従って合金とボイドの発生とが防止できてこれにより配線間のコンタクト抵抗を減少させ得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の金属配線連結方法による半導体装置を示す図面である。
【図２】  図１の部位ＷをＥＤＸ成分分析した結果を示すグラフである。
【図３】  図１の部位ＣをＥＤＸ成分分析した結果を示すグラフである。
【図４】  図１の部位ＦをＥＤＸ成分分析した結果を示すグラフである。
【図５】  図１の部位ＨをＥＤＸ成分分析した結果を示すグラフである。
【図６】  本発明の実施形態による半導体装置を示す図面である。
【図７】  本発明の実施形態による半導体装置を示す図面である。
【図８】  本発明の実施形態による半導体装置を示す図面である。
【図９】  本発明の他の実施形態による半導体装置を示す図面である。
【図１０】本発明の他の実施形態による半導体装置を示す図面である。
【符号の説明】
１０，１００  半導体基板
１２，１０２，１０４  絶縁膜
１６，１０６  多層膜
１８，１０８  タングステン膜
２０，１１２  ウエッティングレイヤー
２２，１１４  アルミニウム膜
１１０  障壁膜
【図１】
0004653866.tif 000002
【図２】
0004653866.tif 000003
【図３】
0004653866.tif 000004
【図４】
0004653866.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004653866.tif 000009
【図９】
0004653866.tif 000010
【図１０】
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