(57)【要約】【課題】シリコン酸化膜に埋め込んだタングステンプラグの上に形成されるＡｌ配線のカバレッジが低下する。【解決手段】シリコン酸化膜４４にタングステン膜６０を堆積し、これをエッチバックして、コンタクトホール４６内にタングステンプラグ４８が形成される。その際に生じるシリコン酸化膜４４の上面とタングステンプラグ４８の上面との間の段差３０を、アルゴンイオンによるスパッタエッチングを行って平滑化する。しかる後、Ａｌ膜を蒸着しパターニングして、タングステンプラグ４８に接続される第１Ａｌ配線を形成する。【選択図】図２
2009054879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜に開口部を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の上面及び前記開口部内に、第１金属膜を堆積する工程と、
前記第１金属膜をエッチバックして前記シリコン酸化膜の上面を表出させ、前記開口部内に前記第１金属膜からなる埋込金属部を残留形成する工程と、
前記埋込金属部が形成された前記シリコン酸化膜へ向けてガスイオンを照射して、前記埋込金属部の表面と前記シリコン酸化膜の表面とを平滑化する工程と、
前記平滑化された前記シリコン酸化膜の上面及び前記埋込金属部上に、第２金属膜を堆積する工程と、
を備えることを特徴とする集積回路の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の集積回路の製造方法において、
前記第２金属膜上に層間絶縁膜を積層する工程と、
前記埋込金属部に対応する位置にて、前記層間絶縁膜に前記第２金属膜を表出するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールに導電材を埋め込んで、前記第２金属膜に電気的に接続されるコンタクトを形成する工程と、
を備えることを特徴とする集積回路の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の集積回路の製造方法において、
前記ガスイオンを照射する工程は、アルゴンイオンによるスパッタエッチングを行うこと、を特徴とする集積回路の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の集積回路の製造方法において、
前記第１金属膜は、タングステンからなること、を特徴とする集積回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路の製造方法に関し、特に、開口部にタングステンプラグ等の埋込金属部を形成したシリコン酸化膜上に金属膜を堆積する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板等を用いて形成される集積回路においては、集積度の向上に伴い、配線やコンタクトの寸法の微細化が必要となっている。この微細化に有効な構造として、コンタクトホールにコンタクト材としてタングステン（Ｗ）を埋め込むタングステンプラグが知られている。
【０００３】
図４、図５は、タングステンプラグ及び多層配線構造を有する集積回路の従来の製造方法の主要な工程での断面図である。図４（ａ）（ｂ）は、タングステンプラグを形成する工程を示している。シリコン基板２上に積層したシリコン酸化膜４にコンタクトホール６を形成した後、シリコン酸化膜４の上面及びコンタクトホール６にタングステン膜８を堆積する（図４（ａ））。しかる後、エッチバック処理により、シリコン酸化膜４上面に堆積したタングステン膜８を除去し、コンタクトホール６に選択的にタングステン膜８を残す。これにより、コンタクトホール６に埋設されたタングステンプラグ１０が形成される（図４（ｂ））。
【０００４】
図４（ｃ）（ｄ）は、第１層の配線の形成工程を示している。シリコン酸化膜４上面及びタングステンプラグ１０上にアルミニウム（Ａｌ）膜１２が堆積され（図４（ｃ））、このＡｌ膜１２をパターニングして第１層の配線１４が形成される（図４（ｄ））。第１層の配線１４はタングステンプラグ１０に電気的に接続される。
【０００５】
図５は、第２層の配線の形成工程を示すものである。第１層の配線１４の上に層間絶縁膜１６が積層され（図５（ａ））、この層間絶縁膜１６に第１層の配線１４に到達するコンタクトホール１８が形成される（図５（ｂ））。しかる後、Ａｌ膜２０が堆積され（図５（ｃ））、このＡｌ膜２０をパターニングして第２層の配線が形成される。Ａｌ膜２０はコンタクトホール１８内にも堆積され、これにより第２層の配線は第１層の配線１４に電気的に接続される。
【特許文献１】特開平５−２２６２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
タングステンプラグ１０を形成する際のタングステン膜８のエッチバックの条件は、シリコン酸化膜４上のタングステン膜８が好適に除去されるようオーバーエッチングに設定される。そのため、コンタクトホール６内を埋めるタングステン膜８は、シリコン酸化膜４の上面から下がった位置までエッチバックされる。すなわち、コンタクトホール６の外側のシリコン酸化膜４と内側のタングステンプラグ１０の上面との間に段差３０が生じる（図４（ｂ））。
【０００７】
この段差３０により、コンタクトホール６の直上では、Ａｌ膜１２のカバレッジ（被覆性）が劣化するという問題があった。そのため、タングステンプラグ１０上の第１層配線１４は平坦性が低くなり、その上面の凹凸が形成されやすくなる。図４、図５ではその例として、コンタクトホール６の中央部にて第１層配線１４の上面が深く窪んでいる様子を示している。
【０００８】
また、このタングステンプラグ１０の直上での第１層配線１４の平坦性の低下は、その上に第２層配線とのコンタクトが配置される場合に、コンタクト不良の原因となるという問題があった。すなわち、コンタクトホール１８を形成する層間絶縁膜１６のエッチングにて、第１層配線１４の表面にて層間絶縁膜１６が残りやすくなり、第２層配線と第１層配線との導通不良が生じやすくなる。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、シリコン酸化膜に形成したコンタクトホール等の開口部の内部にタングステンプラグ等の埋込金属部を形成し、その上に配線構造等を構成する金属膜を堆積する構造を有する集積回路において、埋込金属部の直上での当該金属膜の平坦性が向上する製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る集積回路の製造方法は、基板の上にシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜に開口部を形成する工程と、前記シリコン酸化膜の上面及び前記開口部内に、第１金属膜を堆積する工程と、前記第１金属膜をエッチバックして前記シリコン酸化膜の上面を表出させ、前記開口部内に前記第１金属膜からなる埋込金属部を残留形成する工程と、前記埋込金属部が形成された前記シリコン酸化膜へ向けてガスイオンを照射して、前記埋込金属部の表面と前記シリコン酸化膜の表面とを平滑化する工程と、前記平滑化された前記シリコン酸化膜の上面及び前記埋込金属部上に、第２金属膜を堆積する工程と、を備える方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１金属膜をエッチバックしたときに開口部の外側のシリコン酸化膜と内側の埋込金属部の上面との間に生じる段差が、ガスイオンの照射により平滑化される。ガスイオンの照射により平滑化された表面に第２金属膜を堆積することで、第２金属膜のカバレッジ、平坦性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。本実施形態は、半導体基板上に形成される集積回路に関し、その構成の中で特に、半導体基板表面の不純物拡散層に接続される配線構造について説明する。
【００１３】
図１は、本集積回路の模式的な断面図であり、上記配線構造の部分における半導体基板に垂直な断面を示している。半導体基板４０に不純物拡散層４２が形成される。半導体基板４０表面に積層されたシリコン酸化膜４４には、不純物拡散層４２に対応する位置にコンタクトホール４６が形成され、当該コンタクトホール４６に埋め込まれたタングステンプラグ４８を介して不純物拡散層４２と第１Ａｌ配線５０とが接続される。第１Ａｌ配線５０の上には層間絶縁膜５２が積層される。層間絶縁膜５２には、第１Ａｌ配線５０に対するコンタクトホール５４が形成され、層間絶縁膜５２上に形成される第２Ａｌ配線５６が、コンタクトホール５４を介して第１Ａｌ配線５０に接続される。この構造により、不純物拡散層４２と第２Ａｌ配線５６とが電気的に接続される。
【００１４】
図２、図３は、この配線構造を有する集積回路の製造方法の主要な工程での模式的な断面図である。半導体基板４０表面にシリコン酸化膜４４が積層される。シリコン酸化膜４４の表面にフォトレジスト（不図示）を塗布し、これをパターニングして、コンタクトホール４６を形成する位置に開口を有するエッチングマスクを形成する。このエッチングマスクを用いてエッチング処理を行い、シリコン酸化膜４４にコンタクトホール４６が形成される（図２（ａ））。コンタクトホール４６はシリコン酸化膜４４を貫通し、その底面には不純物拡散層４２が露出する。
【００１５】
コンタクトホール４６内及びシリコン酸化膜４４上面に、バリア層として窒化チタン（ＴｉＮ）膜等（不図示）を形成した後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によりタングステン膜６０を堆積する。タングステン膜６０はシリコン酸化膜４４の上面に堆積されると共にコンタクトホール４６内にも堆積され、コンタクトホール４６内はタングステン膜６０で充填される（図２（ｂ））。
【００１６】
しかる後、エッチバック処理により、シリコン酸化膜４４上面に堆積したタングステン膜６０等を除去する。これにより、コンタクトホール４６に埋設されたタングステンプラグ４８が形成される（図２（ｃ））。
【００１７】
ここで、タングステン膜６０及びバリア層のエッチバック処理は、シリコン酸化膜４４に対する選択比を有する方法で行われる。このエッチバック処理では、シリコン酸化膜４４の上面に存在するタングステン膜６０等が好適に除去されるように、例えば、ウェハ内エッチングレートのばらつきに応じた量のオーバーエッチングが行われる。その結果、コンタクトホール４６内でのタングステン膜６０のエッチングはシリコン酸化膜４４の上面より低い位置まで進行し、コンタクトホール４６の外側のシリコン酸化膜４４と内側のタングステンプラグ４８の上面との間に段差３０が生じる。
【００１８】
本発明の製造方法では、この段差３０を有するシリコン酸化膜４４の表面へ向けて、アルゴンイオンを照射してスパッタエッチングを行う（図２（ｄ））。アルゴンイオンによるスパッタエッチングは、タングステンよりシリコン酸化膜に対し大きなエッチングレートを有し、また、角を削る作用を有する。そのため、スパッタエッチングを行うことにより、段差３０が平滑化され、コンタクトホール４６の内外の表面の平坦性が向上する（図２（ｅ））。
【００１９】
シリコン酸化膜４４とタングステンプラグ４８との段差が平坦化された表面に、第１層のＡｌ膜６２が蒸着される。Ａｌ膜６２は、その下地の平坦性を向上させたことにより、コンタクトホール４６の上部においても好適なカバレッジ、平坦性を実現することができる（図３（ａ））。
【００２０】
Ａｌ膜６２をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして、タングステンプラグ４８に接続される第１Ａｌ配線５０が形成される（図３（ｂ））。
【００２１】
第１Ａｌ配線５０の上に層間絶縁膜５２が積層される（図３（ｃ））。層間絶縁膜５２の表面にフォトレジスト（不図示）を塗布し、これをパターニングして、タングステンプラグ４８の直上に開口を有するエッチングマスクを形成する。このエッチングマスクを用いてエッチング処理を行い、層間絶縁膜５２にコンタクトホール５４が形成される（図３（ｄ））。コンタクトホール５４は層間絶縁膜５２を貫通し、その底面には第１Ａｌ配線５０が露出する。ここで、コンタクトホール５４の底面に現れる第１Ａｌ配線５０は、タングステンプラグ４８の直上に位置するが、本発明によれば、上述した従来の構造と比べて、第１Ａｌ配線５０の表面に窪みなどの凹凸が形成されにくい。そのため、コンタクトホール５４を形成するエッチングにて、コンタクトホール５４の底面の第１Ａｌ配線５０の表面にて層間絶縁膜５２の除去が容易となる。
【００２２】
コンタクトホール５４が形成された層間絶縁膜５２の表面に、第２層のＡｌ膜６４が蒸着される。Ａｌ膜６４はコンタクトホール５４内にも堆積され、コンタクトホール５４内を充填する（図３（ｅ））。上述のように、コンタクトホール５４の底面からは層間絶縁膜５２が好適に除去されるので、コンタクトホール５４内のＡｌ膜６４は第１Ａｌ配線５０に電気的に良好に接続される。このＡｌ膜６４をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして、第２Ａｌ配線５６が形成され、図１に示す構造ができあがる。
【００２３】
本実施形態では、シリコン酸化膜４４に形成される開口部がコンタクトホール４６であり、その中に埋込金属部としてタングステンプラグ４８を形成する構成を説明した。しかし、本発明は、この構成に限られず、例えば、開口部が溝であり、埋込金属部が当該溝に埋め込まれるタングステン材であってもよい。また、埋込金属部は、シリコン酸化膜４４の段差３０を平滑化するスパッタエッチングに対して、削られにくい他の金属で形成することもできる。また、スパッタエッチングは、段差３０を平滑化可能な他のガスイオンを用いて行ってもよい。
【００２４】
タングステンプラグ４８が埋め込まれるシリコン酸化膜４４は、半導体基板４０の表面に直接、積層されるものに限られず、他の層を介して半導体基板４０の上に積層されるものであってもよい。また、タングステンプラグ４８の上に形成される第１Ａｌ配線５０が平坦化されることは、第１Ａｌ配線５０の上にコンタクト以外の構造を積層する場合にも有益である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る集積回路の模式的な垂直断面図である。
【図２】タングステンプラグ及び多層配線構造を有する集積回路についての本発明の実施形態である製造方法の主要な工程での模式的な断面図である。
【図３】タングステンプラグ及び多層配線構造を有する集積回路についての本発明の実施形態である製造方法の主要な工程での模式的な断面図である。
【図４】タングステンプラグ及び多層配線構造を有する集積回路についての従来の製造方法の主要な工程での断面図である。
【図５】タングステンプラグ及び多層配線構造を有する集積回路についての従来の製造方法の主要な工程での断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
４０  半導体基板、４２  不純物拡散層、４４  シリコン酸化膜、４６，５４  コンタクトホール、４８  タングステンプラグ、５０  第１Ａｌ配線、５２  層間絶縁膜、５６  第２Ａｌ配線、６０  タングステン膜、６２，６４  Ａｌ膜。
【図１】
2009054879.tif 000003
【図２】
2009054879.tif 000004
【図３】
2009054879.tif 000005
【図４】
2009054879.tif 000006
【図５】
2009054879.tif 000007