(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路装置における電気的接続構成体において、
導電層、
前記導電層の上側に設けられており上表面を具備する絶縁層、
前記絶縁層を貫通しており前記導電性の１領域を露出させる開口であって、真直な側壁部分と上部領域においてお椀形状とした側壁部分とを具備する開口、
前記露出された導電性領域、真直な側壁部分及びお椀形状の側壁部分を被覆して設けられた薄いバリア金属層、
前記薄いバリア金属層の上側に設けられており且つ前記開口を充填しており前記絶縁層の上表面と同一面状の上表面を具備するコンフォーマル導電性物質からなる層、
前記コンフォーマル導電性物質からなる少なくとも一部の上側に設けられた第二導電性物質からなる層、
を有しており、前記第二導電性物質を異方性エッチングした場合に、前記コンフォーマル導電性物質によって被覆されていない前記バリア金属層の部分のみが前記異方性エッチングにより除去されている、ことを特徴とする構成体。
【請求項２】
請求項１において、前記お椀形状の側壁部分が前記絶縁層の上表面から前記真直な側壁部分の上部領域へ湾曲して内側に延在していることを特徴とする構成体。
【請求項３】
請求項１において、前記お椀形状の側壁部分が直線状であることを特徴とする構成体。
【請求項４】
請求項１において、更に、前記コンフォーマル導電性物質の層と前記第二導電性物質の層との間に薄いキャップ層が配置されていることを特徴とする構成体。
【請求項５】
請求項１において、前記薄いバリア金属層がチタン、又は窒化チタン、又は窒化チタンの上にチタンを設けた二重膜であることを特徴とする構成体。
【請求項６】
請求項１において、前記導電層が集積回路要素であることを特徴とする構成体。
【請求項７】
請求項１において、前記導電層が他の集積回路要素への相互接続層であることを特徴とする構成体。
【請求項８】
請求項１において、真直な側壁部分が１ミクロンの横方向寸法に対して、前記絶縁層の厚さが１乃至４ミクロンの範囲内であることを特徴とする構成体。
【請求項９】
請求項１において、前記第一導電性物質がタングステンであることを特徴とする構成体。
【請求項１０】
集積回路装置における電気的接続構成体において、
導電層、
前記導電層の上側に設けられており上表面を具備する絶縁層、
前記絶縁層を貫通しており且つ前記導電層の１領域を露出させている開口であって、前記導電層において第一直径を具備すると共に前記絶縁層の上表面に隣接した上部部分においてより大きな第二直径を具備している開口、
前記開口内の絶縁層の側壁及び前記開口内に露出された前記導電層領域を被覆して設けられた薄いバリア層、
前記バリア層の上側に設けられたコンフォーマル導電性物質からなる層であって、前記コンフォーマル導電性物質が前記絶縁層における開口を充填してその中にプラグを形成しており、前記プラグが前記導電層に隣接して第一直径を具備すると共に前記絶縁層の上表面に隣接して拡大された第二直径を具備しており、下側の直径部分と上側の直径部分との間の差は前記プラグの上部部分がマスクとして作用して爾後の異方性エッチング期間中にコンタクト開口の底部部分に隣接したバリア層のエッチングを防止することを確保すべく選択されており、前記コンフォーマル導電性物質が前記バリア層に対してエッチストップとして作用するものであるコンフォーマル導電性物質からなる層、
前記コンフォーマル導電性物質に対して形成したプラグの少なくとも一部の上側に設けられた第二導電性物質からなる層、
を有しており、前記第二導電性物質を異方性エッチングした場合に、前記プラグによって被覆されていない前記バリア層の部分のみが前記異方性エッチングにより除去されている、ことを特徴とする構成体。
【請求項１１】
集積回路装置における電気的接続構成体において、
導電層、
前記導電層の上側に設けられており上表面を具備する絶縁層、
前記絶縁層を貫通して設けられており前記導電層の１領域を露出させる開口であって、２つの異なる傾斜をもった側壁を具備しており、即ち第一傾斜をもった上部側壁部分と第二傾斜をもった下部側壁部分とを具備しており且つ前記第二傾斜は前記第一傾斜よりもより急峻であるコンタクト開口、
前記下部側壁部分及び前記コンタクト開口を介して露出された導電層の少なくとも一部を被覆するバリア層、
前記バリア層の上側に設けられており且つ前記絶縁層の上表面まで前記開口を充填するコンフォーマル導電性物質からなる層、
前記コンフォーマル導電性物質の一部のみの上に設けられた第二導電性物質の層であって、前記コンフォーマル導電性物質の一部を前記第二導電性物質によって被覆されないままとする第二導電性物質からなる層、
を有しており、前記第二導電性物質を異方性エッチングした場合に、前記コンフォーマル導電性物質によって被覆されていない前記バリア層の部分のみが前記異方性エッチングにより除去されている、ことを特徴とする構成体。
【請求項１２】
請求項１１において、前記上部側壁部分が前記下部側壁部分に対して角度θをもった直線的な傾斜を有しており、且つ前記下部側壁部分が前記上部側壁部分よりも傾斜がより垂直的である直線的な表面を有することを特徴とする構成体。
【請求項１３】
請求項１１において、前記下部側壁部分の傾斜が垂直であることを特徴とする構成体。
【請求項１４】
請求項１１において、前記上部側壁部分の傾斜が可変勾配を有する湾曲した傾斜であることを特徴とする構成体。
【請求項１５】
集積回路装置において電気的接続部を形成する方法において、
導電層を形成し、
前記導電層の上側に絶縁層を形成し、
前記絶縁層を貫通して側壁をもった開口をエッチング形成し且つ前記導電層の１領域を露出させ、
前記開口の上部領域にお椀形状の側壁部分を形成し、
真直な側壁部分、お椀形状の側壁部分及び露出させた導電層領域の上側にバリア物質からなる薄い層を付着形成し、
前記バリア物質の薄い層の上側に、前記開口を充填するのに充分な厚さのコンフォーマル導電性物質を付着形成し、前記開口内に形成された前記コンフォーマル導電性物質は、前記絶縁層の上表面と同一面状の上表面を有し、
前記絶縁層及び前記コンフォーマル導電性物質の上に第二導電物質を付着形成し、
前記第二導電性物質を異方性エッチングし、その際に前記コンフォーマル導電性物質によって被覆されていない前記バリア物質からなる薄い層の部分のみを除去する、
上記各ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５において、前記絶縁層を貫通して開口をエッチング形成し且つ前記お椀形状の側壁部分を形成する場合に、
前記絶縁層の上側にマスクを形成し、
前記マスクを貫通して開口を形成し且つ前記絶縁層の１領域を露出させ、
前記マスク開口を介して前記絶縁層を等方性エッチングして前記お椀形状の側壁部分を形成し、
前記等方性エッチングを終了させ、
前記絶縁層を異方性エッチングして前記等方性エッチングに使用したのと同一のマスク開口を使用して前記開口の真直な側壁部分を形成する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６において、直線的なお椀形状の側壁部分を形成するためにウエット等方性エッチングプロセスを使用することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６において、湾曲したお椀形状の側壁部分を形成するためにドライ等方性エッチングプロセスを使用することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６において、前記絶縁層上表面におけるお椀形状の側壁部分の直径が前記マスク開口の直径よりも大きいことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１５において、前記第二導電性物質を付着形成するステップの前に、前記絶縁層の上側に存在する前記バリア金属の薄い層が露出されるまで前記コンフォーマル導電性物質をエッチングすることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１５において、前記第二導電性物質の付着形成ステップの前に、前記絶縁層が露出されるまで前記絶縁層の上側に存在するバリア金属の薄い層をエッチングすることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１５において、前記絶縁層の上側に存在する第二導電性物質を付着形成するステップの前に、更に、前記コンフォーマル導電性物質の上側に薄いキャップ層を付着形成することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１５において、前記薄いバリア金属がチタン又は窒化チタン又は窒化チタン二重膜であることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１５において、前記導電性物質が集積回路要素であることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１５において、前記導電層が他の集積回路要素への相互接続層であることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１５において、側壁の横方向寸法が１ミクロンであるのに対して、前記絶縁層の厚さが１乃至４ミクロンの範囲内であることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１５において、前記コンフォーマル導電性物質がタングステンであることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１５において、更に、前記コンフォーマル導電性物質の上側に存在する第二導電性物質の一部をエッチングして前記コンフォーマル導電性物質を露出させ、従って前記コンフォーマル導電性物質は前記第二導電性物質のエッチングに対してエッチストップとして作用し且つ前記導電性物質は前記コンフォーマル導電性物質の全てを被覆するのに充分に幅広である必要がないことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大略、半導体装置技術に関するものであって、更に詳細には、半導体装置のレベル間の電気的接続を形成する構成体及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の製造において、高度に導電性であり且つ集積回路の異なる要素を互いに接続させるために付着形成し且つエッチングすることが比較的容易であるアルミニウムの相互接続層を使用することが一般的である。この層は、通常、絶縁層上に設けられており、この絶縁層は導電層の上側に位置されている。絶縁層は、アルミニウムを付着形成する前に開口が設けられ、金属相互接続を確立する導電層表面を露出させる。これらの導電性表面は単結晶シリコン表面（トランジスタのソース、ドレイン、コレクタ、ベース及びエミッタ）、多結晶シリコン要素（電界効果トランジスタのゲート）又は別の相互接続層の金属表面とすることが可能である。コンタクト開口は、最初は、アルミニウムやタングステン等の金属層で充填即ち「プラグ」させて下側に存在する導電層と上側に存在する相互接続アルミウム層との間に確実なる電気的接続部を形成する。
【０００３】
然しながら、後の処理ステップでアルミニウムがシリコン内に拡散したりシリコン内にスパイクを発生させる場合があるので、シリコンに対してのアルミニウムコンタクトを形成する場合には問題が発生する場合がある。アルミニウム相互接続金属とシリコン表面との間でのスパイクの発生及び合金化を防止するために、開口をアルミニウムで充填させる前にコンタクト開口の露出されたシリコン表面上に薄い「バリア」又は核形成層を付着形成する。最も有用であり且つ実際的なバリア金属はチタン、又はチタンの上に窒化チタンを設けた（ＴｉＮ／Ｔｉ）二重膜であって、それはシリコン表面上に良好に付着形成することが可能であり且つシリコン表面上のタングステンの金属プラグに対し接着剤として作用する。然しながら、ＴｉＮ／Ｔｉ技術は１つの主要な欠点を有している。何故ならば、開口の側壁に対する付着形成が良好ではないからである。アルミニウムの付着形成温度が高いためにスパイクの発生のより大きな傾向に対する耐久性を与え且つコンタクト開口内へのアルミニウム原子の表面拡散を容易とさせるために「ホットアルミニウムプラグ」処理において底部及び側壁の被覆は特に重要である。このようなアルミニウムプラグに対しコンタクト開口の底部及び側壁上へのバリア膜の適切なる付着形成を確保するために、米国特許第４，５９２，８０２号に示されるように、以前においてはコンタクト開口をステップダウンすることが必要であった。然しながら、このようなコンタクト開口のステップはシリコン構成体の貴重なレイアウト空間を使用することとなる。
【０００４】
この問題は、米国特許第４，５９２，８０２号に記載されているように当該技術において公知のプロセスであるＣＶＤタングステンエッチバックプラグを使用することによって部分的に解決される。このプロセスにおいては、コンタクト開口を絶縁層より上側のレベルにタングステンで充填させて開口が完全に充填されることを確保する。次いで、その付着形成したタングステンを絶縁層が露出されるまでマスクなしでエッチバックする。タングステンのＣＶＤはコンフォーマルであるから、即ち垂直表面上の付着速度が水平表面上の付着速度と同一であるので、この方法は開口内に完全なプラグを発生させる。この方法を使用することによって、アルミニウムプラグとシリコンとの間のスパイクの発生問題を防止するためにもはやバリア金属層は必要ではない。
【０００５】
然しながら、タングステンプラグを使用してスパイクの発生防止の成功が達成されるにも拘らず、コンタクト開口内にバリア金属層を設けることが望ましい。コンタクト開口が設けられた絶縁層上にタングステンを一様に付着形成させるためには、全表面上での一様な付着形成を確保するために、通常はバリア金属物質か又はその他の接着物質からなる核形成層を設けることが望ましい。更に、バリア金属層は、「タングステンエンクローチメント」又は「ウォームフォーリング（虫の孔開け）」として公知な現象を防止することが望ましい。タングステン及びシリコンは５００℃以下の典型的なメタリゼーション温度において容易に反応することはない。然しながら、タングステンのＣＶＤはＷＦ6 を使用して行なわれ、ＷＦ6 における弗素は触媒として作用するタングステンの存在下においてシリコンと反応する。このタングステンエンクローチ問題は当該技術において公知であり且つ文献において広く報告されている。例えばＴｉＮ等のバリア金属層は弗素がシリコン表面と接触することを防止することによってこの問題を解決する。
【０００６】
タングステンエンクローチ問題を防止するためにはコンタクト開口の底部においてのみバリア金属を設けることが必要であるに過ぎないが、コンタクト開口の側壁上にもバリア金属を付着形成させることが必要な場合があり、又少なくとも望ましい場合がある。何故ならば、タングステンはＳｉＯ2 等の絶縁層上に容易に付着形成しないからである。コンタクト開口側壁が絶縁層の一部であるので、側壁上の連続的なバリア金属層は、コンタクト開口内に完全なプラグを形成するために必要とされるタングステンのコンフォーマル付着を確保することに貢献する。
【０００７】
従って、接続用のプラグとしてどの金属（アルミニウム又はタングステン）を使用するかに拘らず、側壁上に連続的なバリア金属層を設けることの必要性、特に現在のところ約３．５：１から高度の集積回路の場合には高々５：１程度の大きなアスペクト比のコンタクト開口においての側壁上にそのようなバリア金属層を設けることの必要性がいまだに存在している。従って、業界ではコンタクト開口内にバリア金属をコンフォーマル付着させるための多大な努力がなされている。そのために、集積回路製造業界においては、最近、コンタクト開口の良好な側壁被覆を与えるＴｉＮプロセスのＣＶＤを開発しており、殆どの製造業者はＴｉＮのＣＶＤへ移行している。
【０００８】
然しながら、全ての表面に対し良好なる付着乃至は接着を与え且つコンタクト開口の底部においてのエンクローチメント即ち侵入を防止するコンタクト開口における良好な一貫性のあるバリア膜は新たな困難性に遭遇している。ある場合においては、マスク不整合及びその他の処理変動のために、コンタクト開口内の金属タングステンプラグ上の金属相互接続層のパターンがその開口の全ての部分を完全に被覆しない場合がある。そのような場合には、金属相互接続層をエッチングする間に、エッチング用の化学物質に露呈されたバリア金属もエッチングされ、その結果、ボイドを形成したり又はコンタクト開口の側壁に沿ってのバリア金属をエッチングしてしまう場合がある。
【０００９】
アルミニウム又はチタンと相対的にタングステンを選択的にエッチングすることは容易である。例えば、タングステンはチタン、窒化チタン、及びアルミニウムと比較し、弗素イオンで選択的にエッチングされる。更に、チタン、窒化チタン、アルミニウムは、タングステンと比較して塩素イオンで選択的にエッチングされる。このエッチング選択性のために、コンタクト開口内のタングステンプラグは、エッチンストップとしてバリア金属である窒化チタンを使用することにより非常に一様に且つ完全にエッチバックさせることが可能である。次いで、アルミニウム相互接続層を形成する期間中に、例えば、タングステンプラグをアルミニウムに対するエッチストップとして使用する。このアルミニウムエッチングプロセスはコンタクト開口近くの窒化チタン及び残留アルミニウムを除去することの必要性のために比較的長いものである。
【００１０】
然しながら、アルミニウムをエッチングするのに好適な塩素エッチングはチタン又は窒化チタン等のバリア金属もエッチングする。その結果、側壁とタングステンプラグとの間のバリア金属も、アルミニウムもエッチングする場合にエッチングされる。アルミニウム金属に対するエッチング期間及びオーバーエッチ期間は比較的長いので、側壁上のバリア金属はコンタクト開口の底部に向かってさえも部分的に侵食される場合がある（図１参照）。このことは、タングステンプラグの下側に位置されているトランジスタのソース又はドレイン等の下側に存在する導電性領域を破壊する場合がある。
【００１１】
この問題を防止する１つの方法は、アルミニウムの相互接続層をプラグの上において充分に大きくしそれがタングステンプラグを完全に被覆し且つ包囲させることである。最小のエンクロジャ（包囲）は、マスクの不整合及びその他の処理変動を補償するために相互接続層に対して付加されねばならないエキストラな表面積である。プラグ上で幅広とされる部分は、典型的に、小型の幾何学的形状の装置に対する相互接続層の幅の約２倍である場合がある。このように拡大された区域は相互接続層の上において中心位置決めされるべく設計されるが、それが片側に偏る場合があり、従ってマスク不整合及びその他の処理変動を補償するために充分に大きなものとされねばならない。例えば、相互接続層が１ミクロンの幅を有する場合に、コンタクト開口の上側に存在する領域の幅はタングステンプラグ及びチタン側壁の完全なる被覆及び包囲を確保するために２ミクロンとする場合がある（図２及び３参照）。コンタクトの上側において幅広の相互接続層又は拡大した領域を設けることは不利益であり、特に、回路要素及び相互接続層が以前よりも密集されている今日の集積回路装置においては特にそうである。例えば、今日の０．３５ミクロン技術装置においては、相互接続層は０．４乃至０．５ミクロン幅に過ぎず、且つ３層乃至５層に積層されている場合がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、相互接続層を形成する期間中に侵食されることのないコンタクト開口を提供することが望ましい。更に、開口内の金属プラグの付着をコンフォーマルなものであるように側壁上に付着形成されるバリア金属の殆どを維持するような態様でこのことを行なうことが望ましい。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明原理によれば、絶縁層内のコンタクト開口はお椀形状をした側壁部分と真直な側壁部分とを有している。チタン又は窒化チタン等のバリア金属からなる薄い層を、絶縁層の下側の導電層と接触させて開口内に付着形成させる。バリア金属からなる薄い層は、お椀形状をした側壁部分と真直な側壁部分の両方において側壁を被覆する。更に、このバリア金属はコンタクト開口の底部において導体の上表面を被覆する。次いで、コンフォーマル導電性物質をバリア金属の上側に存在させ且つコンタクト開口をほぼ頂部まで充填させてコンタクト開口内に形成し、従ってコンフォーマル導電性物質の頂部は絶縁層の上表面とほぼ同一面状となる。コンタクト開口は底部部分におけるよりも上部部分においてその直径がより大きくなっている。従って、コンフォーマル導電性物質はコンタクト開口の上部においてより大きな直径を有しており且つコンタクト開口の真直な側壁部分に設けられた薄いバリア層を垂直方向に整合して被覆すべく延在している。
【００１４】
コンフォーマル導電性物質はバリア金属をエッチングするエッチングプロセスに対するエッチストップとして作用する。バリア層及びコンフォーマル導電性物質は、各々が異なる物質によってエッチングされ且つ選択したエッチングプロセスにおいて一方が他方のエッチストップであるように選択されている。例えば、チタン物質がバリア層として使用されている場合には、コンフォーマル導電性物質としてタングステンが大切である。何故ならば、タングステンはタングステンによって被覆されているチタンからなるバリア金属を選択的にエッチングすることを可能とするエッチストップとして作用することが可能だからである。異なるエッチング化学物質によってエッチングすることの可能なその他の物質をバリア層及びコンフォーマル導電性物質に対して選択することが可能である。
【００１５】
第二導電層をコンフォーマル導電性物質の上に設けて、第二導電性物質から絶縁層下側の導電層に対しての電気的相互接続を与える。コンフォーマル導電性物質は第二導電性物質をエッチングするプロセスに対するエッチストップである。通常、第二導電性物質は集積回路上の種々の回路要素の間にオーミック接触を与える導電性タングステンプラグを被覆するアルミニウム相互接続層である。タングステンはアルミニウムに対するエッチストップである。
【００１６】
本発明方法によれば、集積回路の一部として導電層を形成する。導電層の上側に絶縁層も形成する。導電層の上側にマスクを形成し且つマスク内に開口を形成する。マスクを所定位置に維持したまま等方性エッチングを行なって絶縁層を等方性エッチングして開口を形成する。このエッチングは等方性エッチングであるから絶縁層内のマスクした開口よりもより大きな拡大された領域を形成する。短い期間の間等方性エッチングを行なった後に、そのエッチングを終了させる。次いで、同一のマスク開口を使用して異方性エッチングを行なう。この異方性エッチングは開口とほぼ同一の寸法でありコンタクト開口の真直な側壁部分を形成する。この異方性エッチングは、マスク開口内から絶縁性物質を完全に除去し且つ下側の導電層を露出させるまで継続して行なう。
【００１７】
お椀形状の側壁部分及び真直な側壁部分の両方のコンタクト開口の側壁の上側にバリア金属の薄い層を形成する。このバリア金属層は導電性物質の上側にも設けられる。次いで、コンタクト開口を充填するのに充分な厚さにバリア物質の薄い層の上側にコンフォーマル導電性物質を付着形成させる。次いで、絶縁層の上側及びコンフォーマル導電性物質の上側に第二導電性物質を付着形成させる。この第二導電性物質を異方性エッチングして所望の相互接続パターンを形成する。この第二導電性物質の異方性エッチング期間中に、コンフォーマル導電性物質はエッチストップとして作用しその垂直下側に位置されたバリア金属がエッチングされることを防止する。
【００１８】
本発明は、それが完全にコンタクト開口の全ての部分の上側に存在することを確保することの必要性なしに、第二導電性物質をエッチングして相互接続層を形成することが可能であるという利点を提供している。コンフォーマル導電性物質は第二導電性物質及び薄いバリア金属の両方に対するエッチストップとして選択される。エッチングされた相互接続層はコンタクト開口上で充分に薄いものとさせることが可能であり、それはコンタクト開口を完全に包囲することの必要性なしに良好なる電気的接触を与える。相互接続線を形成する密度を増加させることが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明者によって認識された問題を示している。相互接続層６をパターン形成するために使用するホトレジスト２６が下側に存在する接続区域と不整合状態となる場合がある。アルミニウム等の相互接続層６をエッチングする期間中に、例えばタングステン等の付着形成した金属プラグ４をエッチストップとして使用する。ホトレジスト２６が金属プラグ４に対して不整合状態にあるので、露出されたバリア金属２がアルミニウム６と共にエッチングされる。バリア金属層２は図示したようにコンタクト開口の側壁に沿って侵食される。その結果、相互接続層６とその下側に存在する導電層領域１０との間に得られる電気的コンタクト（接触）はそれほど堅実なものではなくなる。
【００２０】
コンタクト開口近くの残留アルミニウム及びバリア金属を除去するための必要性のためにアルミニウムエッチングプロセス期間中にオーバーエッチ即ち過剰なエッチングを行なうことが一般的である。従って、最悪の場合において、バリア金属２の侵食は、側壁にまで到達し且つ導電層１０の一部にまで到達し関連する電気回路を破壊する場合がある。今日の集積回路チップにおいては１００万個を超える数の電気回路が存在しているので、当業者にとって明らかな如く、単に１つの回路が欠陥性であっても集積回路チップ全体を使用不能のものにさせる場合がある。そのエッチングが層１０に対してチタンを除去するものではない場合であっても、側壁から充分にエッチングが行なわれてプラグ４を孔の中に移動させ電気的な問題を発生させる場合がある。
【００２１】
図２は上述したエンクロジャ（包囲）基準を使用することによって側部侵食問題を防止するために、コンタクト開口３０の上に形成した従来の相互接続層６を示した概略平面図である。相互接続層６の幅広とさせた部分はコンタクト開口３０に対して中心位置決めされている。第二相互接続層１２が第一相互接続層６に沿って走行している。相互接続層の幅はｗであるに過ぎないが、コンタクト開口３０の両側に対して最大の不整合の量であるｅを補償するために層６の両側にエキストラな幅ｅを付加せねばならない。このことは相互接続層６，１２の間のピッチｐ（相互接続層ｉの幅＋間隔ｓ）をコンタクト開口のレベルへ増加させ、貴重なレイアウト空間を浪費させることとなる。
【００２２】
図３は図２の線３−３に沿ってとった従来の相互接続層６の概略断面図を示している。理解される如く、エンクロジャ（包囲）条件は、絶縁層８の上に形成可能な相互接続層６，１２の密度を減少させる。何故ならば、各層はコンタクト開口の上側において幅広とされた区域を具備する部分を有しているからである。
【００２３】
図４は導電層３２を示している。導電層３２は集積回路における任意の導電層であって、例えば、基板自身、基板内において高度にドープした領域、基板の上側に存在するポリシリコン層、又は基板の上側に存在する金属層等である。
【００２４】
導電層３２の上に絶縁層３４を形成する。絶縁層３４及び導電層３２は縮尺通りには示しておらず、各層は実際の装置においては互いに幾分厚目又は薄目にすることが可能である。絶縁層３４は、導電層３２とその上に形成されるべき上側に存在する導電性相互接続層との間に絶縁を与えるタイプのものである。例えば二酸化シリコン、窒化シリコン等の任意の適宜の絶縁層を使用することが可能である。
【００２５】
絶縁層３４の上側にホトレジスト３６を形成する。例えばホトレジスト３６等の種々の層の寸法は縮尺通りには示していない。図６に示した如く、当該技術において公知なホトリソグラフィ技術を使用してホトレジスト３６に開口３８を形成する。
【００２６】
図７に示した如く、ホトレジスト３６を所定箇所に位置させたまま、開口３８を介して等方性エッチングを実施する。この等方性エッチングは、開口３８を介して全ての方向においてほぼ一様にエッチングを行ない、ホトレジスト３６の下側にお椀形状の側壁部分４０を形成する。多くの等方性エッチングが当該技術分野において公知である。ドライ等方性エッチングは、図７に示した如く、大略、湾曲した領域を具備するお椀形状の端部４０を発生させる。一方、ウエット等方性エッチングは、通常、直線的な領域をもったお椀形状の端部４０を発生させる（図１０参照）。
【００２７】
等方性エッチングは、等方性エッチング用のマスクである開口３８よりもより大きな開口を絶縁層３４に形成する所望の効果を有している。拡大されたエッチ開口は、本明細書で説明するようにコンタクト開口上に拡大した頭部を形成するのに有利である。本明細書において「お椀形状」という用語は勾配を有する表面という広い意味において使用されている。勾配は開口の直径を次第に大きな直径からより小さな直径へ変化させる。お椀形状は一様な直線的勾配、湾曲した勾配、可変の勾配又はその他の形状であって、お椀形状領域の上部部分からお椀形状領域の底部部分へ開口の直径が減少する任意の形状を有することが可能である。図８に示した如く、図７の等方性エッチングを完了した後に、絶縁層３４を同一のマスク開口３８を介して異方性エッチングに露呈させる。絶縁層３４を異方性エッチングを行なうことによって、開口３８とほぼ同一の直径を有する真直な側壁部分４２が形成される。絶縁層３４は、導電層３２が開口に対して露呈されるまで異方性エッチングが行なわれる。
【００２８】
図９はお椀形状の側壁部分４０と真直な側壁部分４２とを具備する絶縁層３４内に形成したコンタクト開口４４を示している。１実施例においては、真直な側壁部分が１ミクロンの横方向寸法に対して、前記絶縁層の厚さが１乃至４ミクロンの範囲内である。コンタクト開口４４は開口の底部におけるよりも開口の上部においてより大きな断面積を有している。この拡大された断面積はコンタクト開口の上部における部分４０において次第に減少される。真直な壁部分４２は導電層４２に到達するまで部分４０の終りからほぼ一様な断面積で延在している。コンタクト開口４４の断面形状は集積回路の設計基準に基づく任意の所望の形状とすることが可能である。通常、コンタクト開口４４は断面が円形状（上から見た場合）であるが、それは矩形、正方形、２つの側部において正方形で、他の側部において傾斜している形状、又は集積回路のレイアウトによって必要とされることに従い当業者によって理解されるようなその他の任意の許容可能な開口形状とすることが可能である。
【００２９】
図１０及び１１は可変勾配ではなく一様勾配であるお椀形状の側壁４０を形成する場合を示している。同一の絶縁層３４及びマスク開口３８が貫通したホトレジスト３６が使用されている。ドライ等方性エッチングではなくウエット等方性エッチングが開口３８を介して実施され、図７乃至９及び１６の勾配をもったお椀形状部分ではなく、ほぼ直線的なお椀形状部分４０が形成される。図１１は導電層３２を露出させる真直な側壁部分４２を形成するために同一のマスク開口３８を介して異方性エッチングを行なった場合を示している。
【００３０】
図１２に示した如く、ホトレジスト３６を除去し且つバリア物質の薄い層４５を絶縁層３４の上に形成する。バリア物質４５は、好適には、チタン、窒化チタン、又は窒化物の上にチタンを設けた二重膜である。一方、所望のバリア物質を与えるその他の合金又は化合物を使用することも可能である。多くの実施例においては、このバリア物質はチタン又はコンタクト開口の側壁上に形成することの可能なその他の許容可能な金属又は半金属を含有するバリア金属である。
【００３１】
バリア物質層４５は任意の適宜のプロセスによって形成する。その形成方法は、バリア金属４５のスパッタリングによる付着とするか又はバリア金属ＣＶＤ付着の比較的新しいプロセスを使用することも可能である。通常、ＣＶＤ方法はバリア金属の選択を今日の処理技術では窒化チタンへ制限するものであるが、将来の処理技術ではその他の種々のタイプの物質からなるバリア層４５を使用することを可能とするものと考えられる。
【００３２】
バリア層４５は、通常、設計条件に依存して、１００Åから高々２０００Åの範囲内の厚さを有している。好適実施例においては、層４５は５００乃至６００Åの厚さである。拡大直径部分を以下に詳細に説明するように可及的に小さなものに維持することが可能であるようにするために、本発明原理に基づいてより薄いバリア層４５とすることが好適である。バリア層４５は、好適には、お椀形状部分４０、真直な壁部分４２、導電層３２に対して良好なカバレッジ即ち被覆を与える技術を使用して形成する。
【００３３】
図１３に示した如く、次いで、絶縁層３４上にコンフォーマル導電物質４６を付着形成し且つ一様なエッチングを行なう。コンフォーマル導電物質４６は、好適には、当該技術分野において公知な技術を使用するＣＶＤ付着によって付着させるタングステン層である。次いで、付着形成したタングステン層を、絶縁層３４の上表面とほぼ同一面状の上表面をもったコンタクト開口４４を充填する部分４６を残存させるまで、マスクなしでエッチバックを行なう。好適実施例によれば、コンフォーマル導電層４６はバリア層４５に関して選択的にエッチングすることが可能である。従って、バリア層４５は導電物質４６のエッチングに対してエッチストップとして作用し、マスクなしでエッチングを行なうことを可能とする。コンフォーマル導電物質４６が絶縁層３４の上表面から完全に除去すると、バリア層４５はエッチストップとして作用する。バリア層４５が露出された後に、このエッチングを選択した期間の間継続して行なうことが可能である。このプロセスは、導電層３２と電気的に接触しており且つ絶縁層３４の上表面とほぼ同一面状である拡大した頭部部分５２をもった導電性のプラグ４７を形成する。拡大したプラグ直径５２は、以下に説明するように、後のエッチングステップ期間中において特に有効である。
【００３４】
図１４に示した如く、次いで、マスクなしでバリア物質４５を異方性エッチングする。第二導電性物質を絶縁層３４の上に一様に付着形成させる。次いで、第二導電層４８をホトレジストでマスクし且つエッチングしてその上に所望の相互接続パターンを形成する。好適には、薄いバリア層４５を、コンフォーマル導電性物質４６に関して選択的に異方性エッチングさせることが可能である。従って、ブランケット即ち一様な異方性エッチングを行なってバリア層４５を除去し、且つコンフォーマル導電層４６はエッチストップとして作用してコンフォーマル導電性物質４６によって被覆されている物質４５がエッチングされることを防止する。
【００３５】
バリア層４５の異方性エッチング期間中に、プラグ４７の拡大部分５２はマスクとして作用しコンフォーマル導電性物質４６の垂直下方向に位置されているバリア層４５がエッチングされることを防止する。従って、コンタクト開口４４の上部におけるバリア物質４５の小さな部分がエッチング可能であり、これは非常に小さな量にのみ制限される。お椀形状の側壁部分４０においてプラグの直径は次第に減少するので、拡大した直径部分５２はバリア層４５がエッチングされることから保護している。従って、コンタクト開口４４内のバリア層４５の大部分は不変のまま維持され爾後のエッチング期間中に除去されることはない。
【００３６】
相互接続層４８のブランケット即ち一様な付着に続いて、ホトレジストを付着形成し、パターン形成を行ない、層４８を異方性エッチングする。層４８の異方性エッチングは、層４８の全ての縁部及び不所望な部分が完全に除去されるまで継続して行なわれる。このことは、通常、選択した期間にわたってのオーバーエッチを必要とする。コンフォーマル導電性物質４６は、相互接続層４８の異方性エッチングに対するエッチストップである。従って、オーバーエッチ期間中に、通常タングステンであるコンフォーマル導電層４６は通常アルミニウムである第二導電性物質をエッチングする同一の化学物質によってエッチングされることはない。アルミニウム相互接続層は、任意の許容可能なアルミニウム物質、合金、又はその混合物から構成することが可能であり、多くのものが相互接続層として使用するのに適している。これらはアルミニウム／銅又はアルミニウム／銅／シリコン又はその他の適宜の混合物とすることが可能である。
【００３７】
通常、相互接続層４８に対する好適なエッチングはバリア層４５に対する選択的エッチングではない。従って、層４８をエッチングするのと同一のエッチング物質がバリア層４５をエッチングする。図１乃至４を参照して前述したように、このことは、従来技術においては、通常アルミニウム又はアルミニウム合金である相互接続層４８のオーバーエッチがバリア層４５の重要な部分をエッチングし且つ集積回路において欠陥を発生させるという問題を発生させる。コンフォーマル導電性物質４６からなる導電性プラグの拡大部分５２は拡大した頭部部分５２下側のバリア層４５を保護する。従って、アルミニウムをオーバーエッチしたとしても、コンタクト開口４４内のバリア層４５の一体性及び信頼性はコンタクトプラグ４７の拡大頭部部分５２によって保護される。
【００３８】
図１５は別の実施例を示しており、その場合には、バリア層４５は、層４８のブランケット（一様）付着及び第二導電層４８のその後のエッチングの前にエッチングされることはない。この別の実施例においては、導電層４８がバリア層４５の上に一様に付着形成される。次いで、ホトレジストを形成し、露光し、現像し、且つ第二導電層４８をエッチングするためのマスクとして使用する。第二導電層４８はホトレジストによって被覆されていない全ての部分を除去するために異方性エッチングが行なわれる。アルミニウムの塩素エッチングを使用する現在好適な実施例における層４８の異方性エッチングは、チタン又は窒化チタンから構成されるバリア物質４５もエッチングする。従って、アルミニウム４５をオーバーエッチするとチタン層をもエッチングしそれを基板から除去する。この異方性エッチング期間中に、拡大した直径部分５２を有するタングステン物質４５はバリア金属４６がエッチングされることを保護する。勿論、ホトレジストによって保護されている導電層４８によって被覆されているバリア層４５の部分はエッチングされない。従って、残存するバリア層４５が層４８の下側に残存され、導電層３２から他の集積回路要素への電気的相互接続において形成されたアルミニウムチタンタングステンのサンドイッチ層を提供する。
【００３９】
図１６及び１７はお椀形状側壁部分４０に対する種々の形状の利点及び性質を示している。これら２つの図面に示されるように、コンタクト開口４４は真直な壁部分４４において第一断面直径ｃを有しており且つ上部部分において第二のより大きな断面直径ｄを有している。尚、本明細書において「直径」という用語は、厳密には、開口４４は円形状ではなく楕円形状を有する場合であっても、開口の横方向寸法を意味するものとして広い意味において使用されている。ホトマスクにおいては、開口とは、矩形、正方形、５つ又は６つの側部を有する図又はその他の形状とすることが可能であるが、これらは、通常、絶縁層内に形成された場合に大略円形状又は楕円形状のコンタクト開口となる。相互接続層３２とのコンタクトの断面直径ｃは、可及的に幅狭であり且つ集積回路に対して選択された設計基準にしたがって良好な電気的接続を与えるものに選択されている。拡大された頭部は下側の部分と比較しδだけ増加された部分を有している。従って、コンタクト孔４４は全ての側において寸法δだけ拡大されており、従って全体的な直径ｄは直径ｃ＋２δに等しい。この差δはプラグの拡大部分５２が異方性エッチング期間中に真直な壁部分４２内のバリア物質４５を適切に保護することを確保するのに充分なように選択される。
【００４０】
図１７は真直なお椀形状部分４０を仮定した直径ｄを選択した場合を示している。コンタクト３２の底部に対してバリア層４５のエッチングを防止するために必要とされるプラグ４７の直径の増加分はδ＝Ｔ／ｓｉｎθの式によって与えられ、尚θはお椀形状部分４０の直線的勾配の角度である。例えば、０．３５ミクロンのコンタクト開口ｃ、６００Åのバリア層４５、角度θが４５°である場合には、頂部におけるコンタクト直径ｄは好適には０．５２ミクロンである。勿論、厚さがより大きいか又はより小さいか、又は角度θが異なる場合には、この寸法は幾分異なるものとなる。例えば、角度θが例えば６０°などのより高いものである場合には最小δに対する条件は幾分小さいものとなる。勿論、爾後のステップ期間中にコンタクト開口４４内においてバリア金属４５が過剰にエッチングされることがないことを確保するためにδは最小の許容寸法よりも幾分大き目とすることが可能である。
【００４１】
コンフォーマル導電性物質４６をオーバーエッチすると、拡大頭部部分５２の直径ｄは減少する。何故ならば、それは開口４０のお椀形状部分の下に向かって次第に引っ込んでいるからである。δを選択する場合に、プラグ自身のエッチバックによってプラグが凹設することを可能とすることが望ましい。その場合に、直線的なお椀形状が使用される場合には、物質４６の頭部５２の拡大直径がわずかに減少する。勾配４０又は比較的シャープな曲がりをもった湾曲お椀形状部分４０はオーバーエッチによるプラグの引っ込みによって影響を受けることは少なく、従って真直な側壁部分４２を形成するために使用されるコンタクト開口３８を介してマスク３８を所定位置に位置させたエッチング期間中にこのようなお椀形状をした側壁部分を形成することの容易性に依存して、これらの特徴をもったお椀形状とすることが望ましい。
【００４２】
お椀形状の側壁部分４０が図１６に示した如く湾曲した側壁である場合には、バリア物質４５の厚さＴに等しいδとすることが可能である。全ての側において少なくともバリア層４５の厚さに等しい拡大部分５２をもったプラグは、爾後の異方性エッチングステップ期間中にバリア層４５の直線的な壁部分を適切に保護する。通常、厚さＴは１００Å乃至２０００Åの範囲内の厚さであるが、拡大直径部分ｄが可及的に小さなものであることを維持するために本発明の原理に基づいてより薄い層とすることが望ましい。従って、厚さＴが３００Åであると仮定すると、直径ｄは通常直径ｃよりも６００Å大きい。６００Åの拡大直径はコンタクト孔４４全体を取囲み且つプラグの上部を形成する約３００Åの拡大部分５２を与える。湾曲端４２の曲線の形状及び勾配に依存して、拡大直径部分ｄはバリア物質４５の厚さＤの２倍よりも幾分大きいか又は幾分小さいものとすることが可能である。理解されるように、薄いバリア層４５の場合には、拡大直径部分ｄは可及的に直径ｃに近いものに維持され且つ爾後の異方性エッチングに対してバリア４５に対する適切な保護を与える。バリア層４５の厚さは当業者にとって理解されるように導電層３２に対する良好な電気的接続を与えるために種々の設計基準にしたがって選択することが可能である。
【００４３】
従って、前述したようにコンタクト開口４４の上部において拡大頭部部分５２を画定するために等方性ドライエッチを使用した場合には、バリア層４５に関するエッチングを防止するために必要とされるコンタクト寸法の増加は減少される。この場合には、最小δはほぼバリア層４５との厚さに等しく且つ前のステップ期間中の物質４６のオーバーエッチに基づくプラグの引っ込みによって影響を受けることはない。図１６に示した湾曲した側壁４０をもったプラグ４７の僅かなオーバーエッチはプラグの直径を減少させることはない。
【００４４】
理解されるように、絶縁層３４の上部におけるコンタクト寸法は、コンタクトプラグの全長にわたり真直な側壁部分である場合のものよりも幾分大き目である。然しながら、２δの直径における増加はタングステンプラグの上側に存在するアルミニウム層４８に対するエンクロジャ（包囲）基準によって必要とされるものよりも著しく小さい。従って、アルミニウム層４８はコンタクトプラグの全ての部分に対するエンクロジャ即ち包囲を確保することの懸念なしにその全長にわたって極めて幅狭であり且つ一様な幅とさせることが可能である。アルミニウム層４８はプラグ４７を形成したものと異なるマスクでエッチングされるので、コンタクトプラグの完全なるエンクロジャ（包囲）及び被覆が存在することを確保するために１つのマスクと次のマスクとの整合公差に等しい拡大部分ｅを必要とする。一方、本発明は、コンタクト開口の２つの部分の自己整合を与えている。両方の開口に対して単一のマスキングステップを使用しているので、コンタクト開口の拡大部分は幅狭の開口と自己整合されている。両方のエッチングが単一のマスク開口３８を介して行なわれ、且つ公差はコンタクト開口４４を形成する場合に実施される等方性及び異方性の種々のエッチングプロセスによって許容される最小とものとすることが可能である。このプラグ４７の相互接続層に対する自己整合プロセスは、タングステンプラグ上にアルミニウムコンタクトを設ける従来のエンクロジャ（包囲）基準によって許容されるものよりも一層高密度のコンタクトプラグを相互接続層４８内に設けることを可能とする。
【００４５】
従って、プラグ４６を単に部分的にのみ被覆する相互接続層４８を使用することが可能であり、且つオーミック接続のために適切な表面積が接触状態にある限り、回路の良好な電気的動作を与えるためにオーバーラップさせるだけで充分である。
【００４６】
理解されるように、側壁部分４２は全ての実施例において絶対的に垂直なものである必要はない。別の実施例においては、真直な側壁部分４２も僅かに減少した直径に向かって僅かに内側にテーパが付けられている。僅かな内側へのテーパをもった真直な側壁部分４２を形成することは、本発明原理に基づいてコンタクト開口４４を形成するために許容可能なものである。今日の技術において、真直な側壁部分４２を僅かにテーパを付けることを許容するエッチング技術が存在しており、真直な側壁部分４２を形成するためにそれらの技術を使用することが可能である。本発明の原理によれば、コンタクト開口４４は互いに異なった勾配を有する少なくとも２つの部分を有している。第一部分４０は選択した勾配を有しており且つ第二の勾配部分４２は第二の著しく急峻な勾配を有している。第一部分４０の勾配は所望により僅かに湾曲したものとさせることが可能であり、ほぼ水平方向の勾配で終端する。一方、その部分全体にわたり一様な真直な勾配とすることが可能であるが、部分４２よりも急峻なものではない。導電性物質４６がコンタクト開口４４を充填する場合に、勾配における変化がプラグの拡大した頭部部分５２を与え、それはエッチストップとして作用して導電層３２及びバリア層４５のエッチングを防止する。
【００４７】
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  相互接続層によって被覆されておらずバリア金属の侵食の危険性を示したコンタクト開口の概略断面図。
【図２】  コンタクト開口の上に形成した相互接続層を示した概略平面図。
【図３】  図２の線３−３に沿ってとった従来装置の概略断面図。
【図４】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図５】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図６】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図７】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図８】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図９】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図１０】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図１１】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図１２】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図１３】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図１４】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図１５】  本発明の一実施例に基づいてコンタクト開口を形成する一段階における状態を示した概略断面図。
【図１６】  湾曲したお椀形状の側壁部分を有する別の実施例を示した概略断面図。
【図１７】  お椀形状側壁部分を有するコンタクト開口を形成する場合の重要なパラメータを示した説明図。
【符号の説明】
３２  導電層
３４  絶縁層
３８  開口
４０  お椀形状部分
４２  真直な側壁部分
４４  コンタクト開口
４５  バリア層
４６  コンフォーマル導電性物質
４７  導電性プラグ
４８  相互接続層
５２  拡大頭部部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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