JPH04296018A - メタルプラグの形成方法 - Google Patents
メタルプラグの形成方法Info
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Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の微細
化、高集積化に伴い例えば多層配線の層間を接続するビ
アホール内に、あるいは半導体基板と配線とを接続する
コンタクトホール内に接続用の金属を埋め込むいわゆる
メタルプラグの形成方法に関する。
化、高集積化に伴い例えば多層配線の層間を接続するビ
アホール内に、あるいは半導体基板と配線とを接続する
コンタクトホール内に接続用の金属を埋め込むいわゆる
メタルプラグの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】次世代以降の超々ＬＳＩ等の半導体集積
回路において、その微細化、高集積化に伴い、多層配線
の層間を接続するビアホールや、半導体基板と配線とを
接続するコンタクトホール等の接続孔の開口径が例えば
０．３５μｍ□というようにますます小さくなってきて
いる。したがって、従来のＡｌのバイアススパッタ法で
はステップカバレージの点から接続孔内に信頼性よく配
線を形成することが不可能になってきている。そこで、
ステップカバレージを改善する方法として、メタルプラ
グ技術が実用化されつつある。この技術は上述のビアホ
ールあるいはコンタクトホール等の接続孔内に選択的に
メタルのプラグを埋込む方法である。このメタルプラグ
技術では、接続孔のアスペクト比が大きくなるにしたが
いプラグ自体の抵抗も問題となるために抵抗の低い例え
ばタングステンプラグが注目されている。このタングス
テンプラグの形成においても、選択タングステンＣＶＤ
法とブランケットタングステンＣＶＤ法の２つがあるが
、プロセスの安定性と、深さの異なる接続孔へのプラグ
形成の面からブランケットタングステンが有利であり注
目されている。
回路において、その微細化、高集積化に伴い、多層配線
の層間を接続するビアホールや、半導体基板と配線とを
接続するコンタクトホール等の接続孔の開口径が例えば
０．３５μｍ□というようにますます小さくなってきて
いる。したがって、従来のＡｌのバイアススパッタ法で
はステップカバレージの点から接続孔内に信頼性よく配
線を形成することが不可能になってきている。そこで、
ステップカバレージを改善する方法として、メタルプラ
グ技術が実用化されつつある。この技術は上述のビアホ
ールあるいはコンタクトホール等の接続孔内に選択的に
メタルのプラグを埋込む方法である。このメタルプラグ
技術では、接続孔のアスペクト比が大きくなるにしたが
いプラグ自体の抵抗も問題となるために抵抗の低い例え
ばタングステンプラグが注目されている。このタングス
テンプラグの形成においても、選択タングステンＣＶＤ
法とブランケットタングステンＣＶＤ法の２つがあるが
、プロセスの安定性と、深さの異なる接続孔へのプラグ
形成の面からブランケットタングステンが有利であり注
目されている。
【０００３】図４は上記メタルプラグ技術を用いて配線
接続を行うようにした従来の方法を示す。すなわち、図
４Ａに示すように、下層配線例えばシリコン基板１に拡
散層による下層配線２を形成した後、上面にＳｉＯ２
などの絶縁膜３を形成し、この絶縁膜３にコンタクト用
の接続孔４を形成した後、接続孔４内を含むように絶縁
膜３の上面全面に例えばＴｉＮ膜による密着層５を形成
する。次に、図４Ｂに示すように接続孔４内を含んで全
面に高融点金属による例えばブランケットタングステン
層６をＣＶＤ法によって被着形成する。次に、図４Ｃに
示すようにエッチバックして接続孔４内にのみタングス
テンが残るようにし、メタルプラグ６Ａを形成する。し
かる後、メタルプラグ６Ａに接続する上層配線７を形成
する。なお、拡散層による下層配線２の表面には耐熱層
であるＳＩＴＯＸ（シリサイゼーション・スルー・オキ
サイド）法によるＴｉＳｉ２ 膜８を形成するを可とす
る。
接続を行うようにした従来の方法を示す。すなわち、図
４Ａに示すように、下層配線例えばシリコン基板１に拡
散層による下層配線２を形成した後、上面にＳｉＯ２
などの絶縁膜３を形成し、この絶縁膜３にコンタクト用
の接続孔４を形成した後、接続孔４内を含むように絶縁
膜３の上面全面に例えばＴｉＮ膜による密着層５を形成
する。次に、図４Ｂに示すように接続孔４内を含んで全
面に高融点金属による例えばブランケットタングステン
層６をＣＶＤ法によって被着形成する。次に、図４Ｃに
示すようにエッチバックして接続孔４内にのみタングス
テンが残るようにし、メタルプラグ６Ａを形成する。し
かる後、メタルプラグ６Ａに接続する上層配線７を形成
する。なお、拡散層による下層配線２の表面には耐熱層
であるＳＩＴＯＸ（シリサイゼーション・スルー・オキ
サイド）法によるＴｉＳｉ２ 膜８を形成するを可とす
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ブランケッ
トタングステンによるメタルプラグ６Ａの形成法におい
ては、エッチバック工程が含まれているためにエッチバ
ックのプロセスの安定性が問題となっている。特に、図
５に示すようにバリアメタルを兼ねる密着層（ＴｉＮ膜
）５のカバレージが悪く、オーバーハング１０が生じや
すい。一方、この密着層５のエッチングの際、マクロロ
ーディング効果（エッチング面積比の極端な変化により
、エッチングレートが変化すること。とりわけ、密着層
の場合はその厚さも薄いため面積比の減少が極端である
）とオーバーエッチングのコントロールが難しいことの
２点が相俟って、図５のように密着層５のエッチング時
に密着層５がタングステンプラグ６Ａよりオーバーエッ
チングされてしまうケースもある。したがって、上層配
線７を形成する際のプロセスの信頼性に不安が残る。
トタングステンによるメタルプラグ６Ａの形成法におい
ては、エッチバック工程が含まれているためにエッチバ
ックのプロセスの安定性が問題となっている。特に、図
５に示すようにバリアメタルを兼ねる密着層（ＴｉＮ膜
）５のカバレージが悪く、オーバーハング１０が生じや
すい。一方、この密着層５のエッチングの際、マクロロ
ーディング効果（エッチング面積比の極端な変化により
、エッチングレートが変化すること。とりわけ、密着層
の場合はその厚さも薄いため面積比の減少が極端である
）とオーバーエッチングのコントロールが難しいことの
２点が相俟って、図５のように密着層５のエッチング時
に密着層５がタングステンプラグ６Ａよりオーバーエッ
チングされてしまうケースもある。したがって、上層配
線７を形成する際のプロセスの信頼性に不安が残る。
【０００５】本発明は、上述の点に鑑み、微細化、高密
度化に適したメタルプラグの形成方法を提供するもので
ある。
度化に適したメタルプラグの形成方法を提供するもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁膜１３の
接続孔１４内にメタルプラグ１６Ａを形成する方法にお
いて、接続孔１４内面を含む絶縁膜１３上に密着層１５
を形成する工程と、接続孔１４の肩部の密着層１５を選
択的に除去して接続孔１４内と絶縁膜１３上との密着層
１５を分離する工程と、金属層１６を形成した後、エッ
チバックして接続孔１４内にメタルプラグ１６Ａを形成
する工程を有することを特徴とする。
接続孔１４内にメタルプラグ１６Ａを形成する方法にお
いて、接続孔１４内面を含む絶縁膜１３上に密着層１５
を形成する工程と、接続孔１４の肩部の密着層１５を選
択的に除去して接続孔１４内と絶縁膜１３上との密着層
１５を分離する工程と、金属層１６を形成した後、エッ
チバックして接続孔１４内にメタルプラグ１６Ａを形成
する工程を有することを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明においては、接続孔１４内を含んで密着
層１５を形成した後、接続孔１４の肩部の密着層１５を
選択的に除去して接続孔１４内の密着層１５ａと絶縁膜
１３上との密着層１５ｂを分離しておくことにより、そ
の後、被着形成した金属層１６をエッチバックし、更に
密着層１５をエッチング除去するときに絶縁膜１３上の
密着層１５ｂのみがエッチバックできる。すなわち、接
続孔１４内の密着層１５ａがオーバーエッチングされる
ことがない。したがって、信頼性の高いメタルプラグ１
６Ａの形成が可能となり、その後上層配線１７を形成す
るときのプロセスの信頼性が向上する。
層１５を形成した後、接続孔１４の肩部の密着層１５を
選択的に除去して接続孔１４内の密着層１５ａと絶縁膜
１３上との密着層１５ｂを分離しておくことにより、そ
の後、被着形成した金属層１６をエッチバックし、更に
密着層１５をエッチング除去するときに絶縁膜１３上の
密着層１５ｂのみがエッチバックできる。すなわち、接
続孔１４内の密着層１５ａがオーバーエッチングされる
ことがない。したがって、信頼性の高いメタルプラグ１
６Ａの形成が可能となり、その後上層配線１７を形成す
るときのプロセスの信頼性が向上する。
【０００８】
【実施例】以下、図１〜図３を参照して本発明の実施例
を説明する。
を説明する。
【０００９】本例においては、まず図１Ａに示すように
、下層配線例えば半導体基板１１の一面上に拡散層によ
る下層配線１２を形成する。この場合、拡散層表面に耐
熱層であるＳＩＴＯＸ法によるＴｉＳｉ２ 膜１８を形
成しておく。この基板１１上にＳｉＯ２ 等の絶縁膜１
３を形成し、レジストマスク（図示せず）を介してドラ
イエッチングによって接続孔１４を形成する。
、下層配線例えば半導体基板１１の一面上に拡散層によ
る下層配線１２を形成する。この場合、拡散層表面に耐
熱層であるＳＩＴＯＸ法によるＴｉＳｉ２ 膜１８を形
成しておく。この基板１１上にＳｉＯ２ 等の絶縁膜１
３を形成し、レジストマスク（図示せず）を介してドラ
イエッチングによって接続孔１４を形成する。
【００１０】次に、図１Ｂに示すように、接続孔１４内
を含む絶縁膜１３上に例えばＴｉＮ等の密着層１５をス
パッタ法等で被着形成する。スパッタ条件としては、通
常のＴｉターゲットとＮ２ ガスを用いた反応性スパッ
タを用いることができる。
を含む絶縁膜１３上に例えばＴｉＮ等の密着層１５をス
パッタ法等で被着形成する。スパッタ条件としては、通
常のＴｉターゲットとＮ２ ガスを用いた反応性スパッ
タを用いることができる。
【００１１】次に、図１Ｃに示すように、例えばバイア
スＥＣＲＣＶＤ法によるいわゆる水平戻しエッチングに
より、密着層１５の肩部２０を選択的にエッチング除去
し、密着層１５のオーバーハングを整形する。即ち、整
形と同時に、接続孔１４内の密着層１５ａと絶縁膜１３
上の密着層１５ｂとを互に分離する。水平戻しエッチン
グは、平坦面（水平面）に対してエッチングレートとデ
ポジションレートとが等しく（すなわち、総合的にエッ
チングレートが０）、斜め面に対してはエッチングレー
トがデポジションレートよりも大きい（すなわち、総合
的にエッチングレートが０よりも大きい）条件でのバイ
アスＥＣＲＣＶＤによって行うエッチングである。これ
は、平坦面をエッチングすることなく角度のある面を水
平方向に後退させるようにエッチングすることができる
ので水平戻しエッチングというのであり、この技術に関
しては既に本出願人により例えば特願平１−２７７９２
９号等により各種提案を行っている。
スＥＣＲＣＶＤ法によるいわゆる水平戻しエッチングに
より、密着層１５の肩部２０を選択的にエッチング除去
し、密着層１５のオーバーハングを整形する。即ち、整
形と同時に、接続孔１４内の密着層１５ａと絶縁膜１３
上の密着層１５ｂとを互に分離する。水平戻しエッチン
グは、平坦面（水平面）に対してエッチングレートとデ
ポジションレートとが等しく（すなわち、総合的にエッ
チングレートが０）、斜め面に対してはエッチングレー
トがデポジションレートよりも大きい（すなわち、総合
的にエッチングレートが０よりも大きい）条件でのバイ
アスＥＣＲＣＶＤによって行うエッチングである。これ
は、平坦面をエッチングすることなく角度のある面を水
平方向に後退させるようにエッチングすることができる
ので水平戻しエッチングというのであり、この技術に関
しては既に本出願人により例えば特願平１−２７７９２
９号等により各種提案を行っている。
【００１２】この水平戻しエッチングの条件としては、
供給ガスＳｉＨ４ （２５ＳＣＣＭ）／Ｎ２ Ｏ（３５
ＳＣＣＭ）、圧力が７×１０−４Ｔｏｒｒ、マイクロ波
のパワーが８００Ｗ、バイアス用ＲＦのパワーが５００
Ｗである。このとき図示のように密着層１５のオーバー
ハングが除去される。
供給ガスＳｉＨ４ （２５ＳＣＣＭ）／Ｎ２ Ｏ（３５
ＳＣＣＭ）、圧力が７×１０−４Ｔｏｒｒ、マイクロ波
のパワーが８００Ｗ、バイアス用ＲＦのパワーが５００
Ｗである。このとき図示のように密着層１５のオーバー
ハングが除去される。
【００１３】次に、図２Ｄに示すように、高融点金属で
ある例えばブランケットタングステン層１６をＣＶＤに
よって形成する。このＣＶＤ条件は、例えば供給ガスＷ
Ｆ６ ：Ｈ２ ＝１：６、温度４７５℃、圧力８０Ｔｏ
ｒｒに設定して行うことができる。
ある例えばブランケットタングステン層１６をＣＶＤに
よって形成する。このＣＶＤ条件は、例えば供給ガスＷ
Ｆ６ ：Ｈ２ ＝１：６、温度４７５℃、圧力８０Ｔｏ
ｒｒに設定して行うことができる。
【００１４】次に、図２Ｅに示すように、ブランケット
タングステン層１６をエッチバックする。これはＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）によって行うことができる
。ＲＩＥ条件としては、例えば供給ガスＳＦ６ を３０
ＳＣＣＭ供給し、圧力５０ｍＴｏｒｒ、パワー０．０８
Ｗ／ｃｍ２ に設定して行うことができる。このとき図
２Ｅで示す位置でタングステンのエッチバックをとめる
ことが望ましい。
タングステン層１６をエッチバックする。これはＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）によって行うことができる
。ＲＩＥ条件としては、例えば供給ガスＳＦ６ を３０
ＳＣＣＭ供給し、圧力５０ｍＴｏｒｒ、パワー０．０８
Ｗ／ｃｍ２ に設定して行うことができる。このとき図
２Ｅで示す位置でタングステンのエッチバックをとめる
ことが望ましい。
【００１５】次に、図２Ｆに示すように、絶縁膜１３上
の密着層１５をエッチング除去する。このときのエッチ
ング条件は、密着層１５をＴｉＮ膜としたとき、供給ガ
スＣｌ２ （３０ＳＣＣＭ）／Ａｒ（２０ＳＣＣＭ）、
圧力０．０１５ｍＴｏｒｒ、パワー０．２３Ｗ／ｃｍ２
に設定して行うことができる。この密着層１５のエッ
チング時、接続孔１４内の密着層１５ａと絶縁膜１３上
の密着層１５ｂが分離されているので、絶縁膜１３上の
密着層１５ｂのみがエッチング除去され、接続孔１４内
の密着層１５ａはオーバーエッチングされることがない
。このようにして、接続孔１４内にメタルプラグ１６Ａ
が形成される。
の密着層１５をエッチング除去する。このときのエッチ
ング条件は、密着層１５をＴｉＮ膜としたとき、供給ガ
スＣｌ２ （３０ＳＣＣＭ）／Ａｒ（２０ＳＣＣＭ）、
圧力０．０１５ｍＴｏｒｒ、パワー０．２３Ｗ／ｃｍ２
に設定して行うことができる。この密着層１５のエッ
チング時、接続孔１４内の密着層１５ａと絶縁膜１３上
の密着層１５ｂが分離されているので、絶縁膜１３上の
密着層１５ｂのみがエッチング除去され、接続孔１４内
の密着層１５ａはオーバーエッチングされることがない
。このようにして、接続孔１４内にメタルプラグ１６Ａ
が形成される。
【００１６】しかる後、図３Ｇに示すように、絶縁膜１
３上にメタルプラグ１６Ａと接続する上層配線１７を形
成して目的の多層配線が完了する。尚、上記各条件は上
例に限ることのないことは言うまでもない。例えば水平
戻しエッチングの条件のばらつきで水平面にデポジショ
ンが起こる心配があるときには、ＳｉＨ４ ／Ａｒ系な
どのガスを用いればよい。
３上にメタルプラグ１６Ａと接続する上層配線１７を形
成して目的の多層配線が完了する。尚、上記各条件は上
例に限ることのないことは言うまでもない。例えば水平
戻しエッチングの条件のばらつきで水平面にデポジショ
ンが起こる心配があるときには、ＳｉＨ４ ／Ａｒ系な
どのガスを用いればよい。
【００１７】本実施例によれば、接続孔１４を形成した
後、密着層１５を形成し、しかる後水平戻しエッチング
によって接続孔１４の肩部に対応する密着層１５を選択
的に除去することにより、密着層１５のオーバーハング
が抑制されると共に、接続孔１４内の密着層１５ａと絶
縁膜１３上の密着層１５ｂとが分離される。したがって
、その後ブランケットタングステン層１６を形成し、エ
ッチバックしてブランケットタングステン層１６並びに
その下層の密着層１５をエッチング除去するときに、密
着層１５では絶縁膜１３上の密着層１５ｂのみが除去さ
れ、接続孔１４内の密着層１５ａがオーバーエッチング
されることがない。したがって、信頼性の高いメタルプ
ラグ１６Ａを形成することができ、さらに、その後の上
層配線１７を形成したときのプロセスの信頼性が向上す
るものである。尚、上例においては、下層配線１２とし
て拡散層を用いた場合であるが、その他による下層配線
の場合にも適用できることは勿論である。また本発明の
メタルプラグの形成法はビアホール、コンタクトホール
に適用できる。
後、密着層１５を形成し、しかる後水平戻しエッチング
によって接続孔１４の肩部に対応する密着層１５を選択
的に除去することにより、密着層１５のオーバーハング
が抑制されると共に、接続孔１４内の密着層１５ａと絶
縁膜１３上の密着層１５ｂとが分離される。したがって
、その後ブランケットタングステン層１６を形成し、エ
ッチバックしてブランケットタングステン層１６並びに
その下層の密着層１５をエッチング除去するときに、密
着層１５では絶縁膜１３上の密着層１５ｂのみが除去さ
れ、接続孔１４内の密着層１５ａがオーバーエッチング
されることがない。したがって、信頼性の高いメタルプ
ラグ１６Ａを形成することができ、さらに、その後の上
層配線１７を形成したときのプロセスの信頼性が向上す
るものである。尚、上例においては、下層配線１２とし
て拡散層を用いた場合であるが、その他による下層配線
の場合にも適用できることは勿論である。また本発明の
メタルプラグの形成法はビアホール、コンタクトホール
に適用できる。
【００１８】
【発明の効果】本発明のメタルプラグの形成方法によれ
ば、絶縁膜の接続孔内を含んで密着層を形成した後、接
続孔の肩部の密着層を選択的に除去することにより、密
着層のオーバーハングが抑制され、その後の金属層の埋
め込みを有利にすることができる。また、密着層の選択
除去で接続孔内の密着層と絶縁膜上の密着層が分離され
ることにより、金属層及び密着層のエッチバック時に、
絶縁膜上の密着層のみが除去され、接続孔内の密着層の
オーバーエッチングが回避される。したがって、良好な
信頼性の高いメタルプラグを形成することができると共
に、その後の上層配線の形成時のプロセスの信頼性を向
上することができる。
ば、絶縁膜の接続孔内を含んで密着層を形成した後、接
続孔の肩部の密着層を選択的に除去することにより、密
着層のオーバーハングが抑制され、その後の金属層の埋
め込みを有利にすることができる。また、密着層の選択
除去で接続孔内の密着層と絶縁膜上の密着層が分離され
ることにより、金属層及び密着層のエッチバック時に、
絶縁膜上の密着層のみが除去され、接続孔内の密着層の
オーバーエッチングが回避される。したがって、良好な
信頼性の高いメタルプラグを形成することができると共
に、その後の上層配線の形成時のプロセスの信頼性を向
上することができる。
【図１】本発明のメタルプラグの形成方法の一実施例を
示す製造工程図（その１）である。
示す製造工程図（その１）である。
【図２】本発明のメタルプラグの形成方法の一実施例を
示す製造工程図（その２）である。
示す製造工程図（その２）である。
【図３】本発明のメタルプラグの形成方法の一実施例を
示す製造工程図（その３）である。
示す製造工程図（その３）である。
【図４】従来のメタルプラグの形成方法の例を示す製造
工程図である。
工程図である。
【図５】従来例の説明図である。
１１ 半導体基板
１２ 下層配線
１３ 絶縁膜
１４ 接続孔
１５，１５ａ，１５ｂ 密着層
１６ ブランケットタングステン層
１６Ａ メタルプラグ
１７ 上層配線
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁膜の接続孔内にメタルプラグを形
成する方法において、接続孔内を含む上記絶縁膜上に密
着層を形成する工程と、上記接続孔の肩部の密着層を選
択的に除去して上記接続孔内と絶縁膜上との密着層を分
離する工程と、金属層を形成した後、エッチバックして
上記接続孔内にメタルプラグを形成する工程を有するこ
とを特徴とするメタルプラグの形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6041591A JPH04296018A (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | メタルプラグの形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6041591A JPH04296018A (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | メタルプラグの形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04296018A true JPH04296018A (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=13141540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6041591A Pending JPH04296018A (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | メタルプラグの形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04296018A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6287751B2 (en) * | 1998-05-12 | 2001-09-11 | United Microelectronics Corp. | Method of fabricating contact window |
-
1991
- 1991-03-25 JP JP6041591A patent/JPH04296018A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6287751B2 (en) * | 1998-05-12 | 2001-09-11 | United Microelectronics Corp. | Method of fabricating contact window |
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