JP2001237312A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に上層配線と中層配線とを接続するスルーホール
と、中層配線と下層配線を接続するスルーホールとを同
じ位置に備えるものの構造に関する。そして、そのよう
な構造を得る製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and, more particularly, to a structure of a semiconductor device having a through hole for connecting an upper wiring and a middle wiring and a through hole for connecting the middle wiring and a lower wiring at the same position. And, it relates to a manufacturing method for obtaining such a structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の配線構造として、下層配線
(半導体基板の活性領域を含む)とそれより上層の中層
配線を接続するスルーホール(又はコンタクトホール)
と、中層配線とそれより上層の上層配線を接続するスル
ーホールとを同じ位置として半導体装置をなるべく小型
化することがしばしば行われている。そのような配線構
造の従来例を製造方法の簡単な説明を付して説明する。
図3はその要部断面図である。所定の活性領域(図示せ
ず)を形成した半導体基板1の表面に第1の層間絶縁膜
2を形成し、所定の位置にコンタクトホール3を異方性
ドライエッチングで穿つ。そして、第1の層間絶縁膜2
の表面及び、コンタクトホール3の側面と底面(半導体
基板1の表面)を覆うように例えばチタン/チタンナイ
トライド積層膜(以下Ti/TiN積層膜)のようなバ
リア層4をスパッタ法で形成する。次に、全面にCVD
法によりコンタクトホール3を埋める厚みにタングステ
ン膜(以下W膜)を形成し、第1の層間絶縁膜2の表面
が露出するまで全面エッチバックして、コンタクトホー
ル3内に残して下側タングステンプラグ(以下Wプラ
グ)5を形成する。その際第1の層間絶縁膜上のバリア
層もエッチング除去する。そうすれば、CVD形成され
たW膜が下地のコンタクトホール3の部分を反映するよ
うに凹部があったので、エッチバック後にはそれを反映
して下側Wプラグ5の表面には若干中心が低くなる凹部
(プラグロス)5aが生ずる。次に全面に例えばTi/
TiN積層膜のようなバリア層6とAlを主とする合金
膜7とをスパッタ法で形成してそれをパターニングして
図面表裏方向に延びる第1層配線8を下側Wプラグ5に
より半導体基板1の活性領域(図示せず)に接続して形
成する。次に第1の層間絶縁膜2と第1層配線8とを覆
うように絶縁膜を形成し、平坦化処理をおこなって、第
2の層間絶縁膜9とする。次に、コンタクトホール3の
直上にスルーホール10を異方性ドライエッチングで穿
つ。そして、第2の層間絶縁膜9の表面及び、スルーホ
ール10の側面と底面(第1層配線8の表面)を覆うよ
うに例えばTi/TiN積層膜のようなバリア層11を
スパッタ法で形成する。次に、全面にCVD法によりス
ルーホール10を埋める厚みにW膜を形成し、第2の層
間絶縁膜9の表面が露出するまで全面エッチバックし
て、スルーホール10内に残して上側Wプラグ12を形
成する。その際第2の層間絶縁膜9上のバリア層もエッ
チング除去する。そうすれば、CVD形成されたW膜が
下地のスルーホール10部分を反映するように凹部があ
ったので、エッチバック後にはそれを反映して上側Wプ
ラグ12の表面には若干中心が低くなる凹部(プラグロ
ス)12aが生ずる。次に、全面に例えばTi/TiN
積層膜のようなバリア層13とAlを主とする合金膜1
4とをスパッタ法で形成してそれをパターニングして図
面左右方向に延びる第2層配線15を上側Wプラグ12
により第1層配線に接続して形成する。2. Description of the Related Art As a wiring structure of a semiconductor device, a through hole (or a contact hole) for connecting a lower wiring (including an active region of a semiconductor substrate) and a middle wiring above the lower wiring.
It is often practiced to reduce the size of the semiconductor device as much as possible by setting the middle wiring and the through hole connecting the upper wiring above it to the same position. A conventional example of such a wiring structure will be described with a brief description of a manufacturing method.
FIG. 3 is a sectional view of the main part. A first interlayer insulating film 2 is formed on a surface of a semiconductor substrate 1 on which a predetermined active region (not shown) is formed, and a contact hole 3 is formed at a predetermined position by anisotropic dry etching. Then, the first interlayer insulating film 2
A barrier layer 4 such as a titanium / titanium nitride laminated film (hereinafter referred to as a Ti / TiN laminated film) is formed by a sputtering method so as to cover the surface of the contact hole 3 and the side and bottom surfaces of the contact hole 3 (the surface of the semiconductor substrate 1). . Next, the entire surface is CVD
A tungsten film (hereinafter referred to as a W film) is formed to a thickness that fills the contact hole 3 by a method, and the entire surface is etched back until the surface of the first interlayer insulating film 2 is exposed. (Hereinafter, W plug) 5 is formed. At this time, the barrier layer on the first interlayer insulating film is also removed by etching. Then, since the W film formed by CVD has a concave portion so as to reflect the portion of the underlying contact hole 3, the center is slightly reflected on the surface of the lower W plug 5 after the etch back. A concave portion (plug loss) 5a that becomes lower occurs. Next, for example, Ti /
A barrier layer 6 such as a TiN laminated film and an alloy film 7 mainly composed of Al are formed by a sputtering method, and are patterned to form a first layer wiring 8 extending in the front and back direction of the drawing by a lower W plug 5 to a semiconductor substrate. One active region (not shown) is formed. Next, an insulating film is formed so as to cover the first interlayer insulating film 2 and the first layer wiring 8, and a planarization process is performed to form a second interlayer insulating film 9. Next, a through hole 10 is formed directly above the contact hole 3 by anisotropic dry etching. Then, a barrier layer 11 such as a Ti / TiN laminated film is formed by a sputtering method so as to cover the surface of the second interlayer insulating film 9 and the side and bottom surfaces of the through hole 10 (the surface of the first layer wiring 8). I do. Next, a W film is formed on the entire surface to fill the through hole 10 by the CVD method, and the entire surface is etched back until the surface of the second interlayer insulating film 9 is exposed. 12 is formed. At this time, the barrier layer on the second interlayer insulating film 9 is also removed by etching. Then, since the W film formed by CVD has a concave portion so as to reflect the portion of the underlying through hole 10, the center of the surface of the upper W plug 12 is slightly lowered after the etch back to reflect the concave portion. A concave portion (plug loss) 12a occurs. Next, for example, Ti / TiN
Barrier layer 13 such as a laminated film and alloy film 1 mainly composed of Al
4 is formed by sputtering and patterned to form a second layer wiring 15 extending in the left-right direction in FIG.
To form a connection with the first layer wiring.
【0003】このように、ブランケット法によるWプラ
グでコンタクトホールやスルーホールを埋めるのでアス
ペクト比の大きいコンタクトホールやスルーホールでも
上下の配線を接続できるものである。As described above, since the contact holes and the through holes are filled with the W plug by the blanket method, the upper and lower wirings can be connected even in the contact holes and the through holes having a large aspect ratio.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、さらに、コ
ンタクトホールやスルーホールが微細化してくると、以
下のような問題がある。図4はコンタクトホールやスル
ーホールが微細化した場合の製造工程順に示す要部断面
図である。このような場合は図4(A)に示すW膜形成
後の要部断面図のように、半導体基板1の表面に第1の
層間絶縁膜2を形成し、所定の位置に微細なコンタクト
ホール23を異方性ドライエッチングで穿ち、バリア層
4をスパッタ法で形成するとコンタクトホール23の側
面に堆積するバリア層4は口の部分で厚く、底の方で薄
くなる傾向がある。そこで、全面にCVD法によりコン
タクトホール23を埋める厚みにW膜5bを形成する
と、コンタクトホール23が完全に埋まるまえに口が閉
じてしまい、空洞5cが出来がちである。そこで、第1
の層間絶縁膜2の表面が露出するまで全面エッチバック
すると、CVD形成されたW膜5bが下地のコンタクト
ホール23部分を反映するように凹部5dがあったの
で、図4(B)に示すようにエッチバック後にはそれを
反映して下側Wプラグ25の表面には若干中心が低くな
る凹部(プラグロス)5aが生ずる。この凹部5aが空
洞5cとつながり見かけ上深い凹部25aを形成する。
そこで、次に図4(C)に示すように、全面に例えばT
i/TiN積層膜のようなバリア層6とAlを主とする
合金膜7とをスパッタ法で形成してそれをパターニング
して図面表裏方向に延びる第1層配線28を下側Wプラ
グ25により半導体基板1の活性領域(図示せず)に接
続して形成すると、下側Wプラグ25の深い凹部25a
を反映して第1層配線28はコンタクトホール23の部
分に比較的深い凹部28aが出来る。このように深い凹
部28aの所に第2の層間絶縁膜9を貫通するスルーホ
ール30を設け、図3を用いて説明したように上側Wプ
ラグ32、Ti/TiN積層膜のようなバリア層13と
Alを主とする合金膜14とでなる第2層配線35を形
成すると、第1層配線28と第2層配線35との接続抵
抗が大きくなる問題が有った。その理由は、例えば上側
Wプラグ32のためのCVDに先立つバリア層11の形
成工程において、下地の第1層配線28に凹部が有るた
めに被覆性が悪く、そのために接触面積が不足している
のではないかとか、WとAlとが反応して抵抗の高い物
質を作るのではないかとかが考えられるが、未だ明確で
ない。そこで、この発明は上側のスルーホールの底をよ
り平坦にして接続抵抗の異常の発生を抑制した接続構造
や、それを製造する製造方法を提供する。However, when the contact holes and the through holes are further miniaturized, the following problems arise. FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part in the order of the manufacturing process when the contact holes and the through holes are miniaturized. In such a case, a first interlayer insulating film 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 and a fine contact hole is formed at a predetermined position, as shown in the sectional view of the main part after the formation of the W film shown in FIG. If the barrier layer 4 is formed by sputtering, and the barrier layer 4 is formed by sputtering, the barrier layer 4 deposited on the side surface of the contact hole 23 tends to be thicker at the mouth and thinner at the bottom. Therefore, if the W film 5b is formed on the entire surface by the CVD method so as to fill the contact hole 23, the opening is closed before the contact hole 23 is completely filled, and the cavity 5c tends to be formed. Therefore, the first
When the entire surface is etched back until the surface of the interlayer insulating film 2 is exposed, there is a recess 5d so that the CVD-formed W film 5b reflects the underlying contact hole 23, and as shown in FIG. After the etch-back, a concave portion (plug loss) 5a having a slightly lower center is formed on the surface of the lower W plug 25 reflecting that. The recess 5a is connected to the cavity 5c to form an apparently deep recess 25a.
Therefore, next, as shown in FIG.
A barrier layer 6 such as an i / TiN laminated film and an alloy film 7 mainly composed of Al are formed by a sputtering method, and are patterned to form a first layer wiring 28 extending in the front and back direction of the drawing by a lower W plug 25. When formed to be connected to an active region (not shown) of the semiconductor substrate 1, a deep recess 25 a of the lower W plug 25 is formed.
In the first layer wiring 28, a relatively deep concave portion 28a is formed at the contact hole 23. The through hole 30 penetrating the second interlayer insulating film 9 is provided at the deep concave portion 28a in this way, and as described with reference to FIG. 3, the upper W plug 32 and the barrier layer 13 such as the Ti / TiN laminated film are formed. When the second-layer wiring 35 made of Al and the alloy film 14 mainly composed of Al is formed, there is a problem that the connection resistance between the first-layer wiring 28 and the second-layer wiring 35 increases. The reason is that, for example, in the step of forming the barrier layer 11 prior to the CVD for the upper W plug 32, the underlying first layer wiring 28 has a concave portion, so that the coverage is poor and the contact area is insufficient. It is possible that W and Al react to form a substance with high resistance, but it is not yet clear. Therefore, the present invention provides a connection structure in which the bottom of the upper through hole is made flatter to suppress the occurrence of abnormal connection resistance, and a manufacturing method for manufacturing the same.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明は、下層配線と、それを覆う第1の層間
絶縁膜と、その上に形成された中層配線と、前記第1の
層間絶縁膜の前記下層配線と前記中層配線とを接続する
場所に設けられた下側スルーホールと、ブランケット法
で形成されて前記下側スルーホールを埋めて前記下層配
線と前記中層配線とを接続する下側Wプラグと、前記第
1の層間絶縁膜と前記中層配線とを覆う第2の層間絶縁
膜と、前記第2の層間絶縁膜の前記下側スルーホールの
直上に設けられた上側スルーホールと、ブランケット法
で形成されて前記上側スルーホールを埋めて前記中層配
線に接続する上側Wプラグと、前記第2の層間絶縁膜上
に配置されて前記上側Mプラグに接続する上層配線とを
備える半導体装置において、前記下側スルーホール内に
はその側面にエッチバック法で形成されたサイドウォー
ルが設けられ、前記サイドウォールと前記下側スルーホ
ールの底面とを覆うバリヤ層が設けられ、そのなかに前
記下側Wプラグが充填されていることを特徴とする半導
体装置を提供する。上記の構成によれば下側スルーホー
ル内にはその側面にエッチバック法で形成されたサイド
ウォールが設けられ、サイドウォールがテーパを持って
下側スルーホールの上部開口側を広く、底面側を狭くし
ている。そこで、前記下側Wプラグを形成すべく、CV
D法でW膜を形成した際にスルーホール内は狭い底面側
より塞がってくるので空洞が出来にくい。そうすれば、
エッチバックしてスルーホール内のみにWを残して下側
Wプラグとする際に深い凹部とはならず、その上に形成
された中層配線の表面が深い凹部を持つのを免れる。そ
して、上記の半導体装置を製造する方法として、下層の
配線が形成された半導体基板の表面に前記下層配線の所
定の位置を露出する下側スルーホールを備えた第1の層
間絶縁膜を形成し、前記第1の層間絶縁膜の表面及び、
前記スルーホールの側面と底面を覆うように薄膜を形成
してそれを異方性エッチングによりエッチバックして前
記下側スルーホールの側面にサイドウォールを形成し、
前記サイドウォール表面と前記下側スルーホールの底面
を含む全面にバリア層をスパッタ法で形成し、前記バリ
ア層の表面にCVD法によりコンタクトホール3を埋め
る厚みにW膜を形成してエッチバックにより前記下側コ
ンタクトホール内のみ残して下側Wプラグを形成し、前
記下側Wプラグに接続すると共に前記第1の層間絶縁膜
上に延びる中層配線を形成し、前記中層配線上を含む全
面に前記下側スルーホールの直上に上側スルーホールを
備えた第2の層間絶縁膜を形成し、その後前記上側スル
ーホール内に上側Wプラグを形成し、さらに、前記上側
Wプラグに接続する上層配線を形成することを特徴とす
る半導体装置の製造方法を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a lower wiring, a first interlayer insulating film covering the lower wiring, a middle wiring formed thereon, and a first wiring. A lower through hole provided at a place where the lower wiring and the middle wiring of the interlayer insulating film are connected, and the lower wiring and the middle wiring formed by a blanket method and filling the lower through hole. A lower W plug to be connected, a second interlayer insulating film covering the first interlayer insulating film and the intermediate wiring, and an upper side provided just above the lower through hole in the second interlayer insulating film A through hole, an upper W plug formed by a blanket method to fill the upper through hole and connect to the middle wiring, and an upper wiring arranged on the second interlayer insulating film and connected to the upper M plug. Semiconductor device provided with In the lower through-hole, a sidewall formed by an etch-back method is provided on a side surface thereof, and a barrier layer that covers the sidewall and a bottom surface of the lower through-hole is provided. A semiconductor device is provided, wherein the lower W plug is filled. According to the above configuration, a sidewall formed by an etch-back method is provided on the side surface in the lower through hole, the sidewall has a taper, the upper opening side of the lower through hole is widened, and the bottom side is formed. It is narrow. Therefore, in order to form the lower W plug, CV
When the W film is formed by the method D, the inside of the through hole is closed from the narrow bottom side, so that it is difficult to form a cavity. that way,
When W is etched back to leave W only in the through hole to form a lower W plug, a deep recess is not formed, and the surface of the intermediate wiring formed thereon is prevented from having a deep recess. Then, as a method of manufacturing the semiconductor device, a first interlayer insulating film having a lower through hole exposing a predetermined position of the lower wiring is formed on the surface of the semiconductor substrate on which the lower wiring is formed. A surface of the first interlayer insulating film;
A thin film is formed so as to cover the side surface and the bottom surface of the through hole, and it is etched back by anisotropic etching to form a sidewall on the side surface of the lower through hole,
A barrier layer is formed on the entire surface including the side wall surface and the bottom surface of the lower through hole by a sputtering method, and a W film is formed on the surface of the barrier layer by a CVD method so as to fill the contact hole 3. A lower W plug is formed leaving only the inside of the lower contact hole, and a middle wiring connected to the lower W plug and extending on the first interlayer insulating film is formed. Forming a second interlayer insulating film having an upper through hole directly above the lower through hole, forming an upper W plug in the upper through hole, and further forming an upper wiring connected to the upper W plug; There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being formed.
【0006】なお、この明細書における「下層配線」と
は半導体基板に作り込まれた不純物拡散領域のような活
性領域であっても良い。その場合はこの明細書における
下側スルーホールとは通常コンタクトホールと呼ばれて
いるものである。[0006] The "lower wiring" in this specification may be an active region such as an impurity diffusion region formed in a semiconductor substrate. In this case, the lower through hole in this specification is usually called a contact hole.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】この発明の一実施例を図面を参照
して説明する。図1はその要部断面図であり、図2は製
造工程順に示す要部断面図である。製造方法を説明しな
がら詳細な構成を説明する。まず所定の活性領域(図示
せず)を形成した半導体基板1を準備する。この活性領
域の内で、それより上の配線に接続される部分がこの発
明における下層配線に相当する。そして、その表面に例
えばPSGを主とした絶縁膜をCVD法により形成し、
要すれば平坦化処理して第1の層間絶縁膜2を形成す
る。そして、配線接続を行うための所定の位置にコンタ
クトホール23を異方性ドライエッチングで穿つ。なお
コンタクトホール23はこの発明における下側スルーホ
ールに相当する(図2(A)参照)。次に、第1の層間
絶縁膜2の表面及び、コンタクトホール23の側面と底
面(半導体基板1の表面)を覆うように例えば窒化珪素
をCDV法、スパッタ法等適宜の手法により薄膜形成
し、異方性エッチングによりエッチバックして第1の層
間絶縁膜2の表面とコンタクトホール23底面との窒化
珪素膜を除去して、コンタクトホール23の側面にのみ
残し、サイドウォール40を形成する。この実施例では
サイドウォール40を窒化珪素で形成したが、タングス
テン等金属やチタンナイトライドのような化合物の導電
性の材質であって良い。但し、第1の層間絶縁膜2との
関係でエッチングの選択比が充分得られるものでなけれ
ばならない。第1の層間絶縁膜がPSGのように酸化珪
素を主とする材質の場合には、前記の各材料は好適に使
用できる。次に、第1の層間絶縁膜2の表面、コンタク
トホール23の底面及びサイドウォール40の表面を覆
うように例えばTi/TiN積層膜のようなバリア層4
をスパッタ法で形成する。次に、全面にCVD法により
コンタクトホール23を埋める厚みにW膜41を形成す
る。そうすると、サイドウォール40がテーパ状に形成
されているので、W膜41はコンタクトホール23を底
の方から埋めて行き最後に口を閉じるように堆積するの
で大きな空洞が生じることが大幅に少なくなる(図2
(B)参照)。次に、第1の層間絶縁膜2の表面が露出
するまで全面にW膜41及びバリア層4をエッチバック
して、コンタクトホール23内に残して下側Wプラグ4
5を形成する。次に全面に例えばTi/TiN積層膜の
ようなバリア層6とAlを主とする合金膜7とをスパッ
タ法で形成してそれをパターニングして図面表裏方向に
延びる第1層配線48を下側Wプラグ45により半導体
基板1の活性領域(図示せず)に接続して形成する。こ
こで、第1層配線48はこの発明における中層配線に相
当する。CVD形成されたW膜が下地のコンタクトホー
ル23の部分を反映するように凹部41aがあったので
(図2(B)参照)、エッチバック後にはそれを反映し
て下側Wプラグ45の表面には若干中心が低くなる凹部
(プラグロス)45aが生ずるが、深いものではない。
そこで、その上に形成された第1層配線48の表面に深
い凹部は生じない(図2(C)参照)。次に第1の層間
絶縁膜2と第1層配線48とを覆うようにCVD法によ
り例えばPSG膜のような絶縁膜を形成し、平坦化処理
をおこなって、第2の層間絶縁膜9とする。次に、コン
タクトホール23の直上にスルーホール30を異方性ド
ライエッチングで穿つ。ここで、スルーホール30はこ
の発明における上側スルーホールに相当する。そして、
第2の層間絶縁膜9の表面及び、スルーホール30の側
面と底面(第1層配線48の表面)を覆うように例えば
Ti/TiN積層膜のようなバリア層11をスパッタ法
で形成する。次に、全面にCVD法によりスルーホール
30を埋める厚みにW膜43を形成する。そうすると、
このスルーホール30にはサイドウォールを形成しない
ので、内部に空洞43aができる可能性が高い(図2
(D)参照)。次に、第2の層間絶縁膜9の表面が露出
するまでW膜43及びバリア層11を全面エッチバック
して、スルーホール30内に残して上側Wプラグ49を
形成する。そうすれば、エッチバック後には空洞43が
表面に生ずるプラグロスとつながり深い凹部50が生ず
るかもしれない。しかしながら、スルーホール30の底
面をなす第1層配線48の表面に深い凹部が無いので上
側Wプラグ49はバリア層11を介して第1層配線48
に低抵抗で接続する。次に、全面に例えばTi/TiN
積層膜のようなバリア層51とAlを主とする合金膜5
2とをスパッタ法で形成してそれをパターニングして図
面左右方向に延びる第2層配線53を上側Wプラグ49
により第1層配線48に接続して形成する(図1参
照)。なお、第2層配線53はこの発明における上層配
線に相当する。An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part in the order of the manufacturing process. The detailed configuration will be described while explaining the manufacturing method. First, a semiconductor substrate 1 on which a predetermined active region (not shown) is formed is prepared. In this active region, a portion connected to a wiring above it corresponds to a lower wiring in the present invention. Then, an insulating film mainly composed of, for example, PSG is formed on the surface by a CVD method,
If necessary, the first interlayer insulating film 2 is formed by flattening. Then, a contact hole 23 is formed at a predetermined position for performing wiring connection by anisotropic dry etching. The contact hole 23 corresponds to a lower through hole in the present invention (see FIG. 2A). Next, a thin film of, for example, silicon nitride is formed by a suitable method such as a CDV method or a sputtering method so as to cover the surface of the first interlayer insulating film 2 and the side and bottom surfaces of the contact hole 23 (the surface of the semiconductor substrate 1). Etchback is performed by anisotropic etching to remove the silicon nitride film on the surface of the first interlayer insulating film 2 and the bottom surface of the contact hole 23, and leave the sidewall only on the side surface of the contact hole 23 to form a sidewall 40. In this embodiment, the sidewalls 40 are made of silicon nitride, but may be made of a conductive material such as a metal such as tungsten or a compound such as titanium nitride. However, a sufficient etching selectivity must be obtained in relation to the first interlayer insulating film 2. When the first interlayer insulating film is made of a material mainly composed of silicon oxide such as PSG, each of the above materials can be suitably used. Next, a barrier layer 4 such as a Ti / TiN laminated film is formed so as to cover the surface of the first interlayer insulating film 2, the bottom of the contact hole 23 and the surface of the sidewall 40.
Is formed by a sputtering method. Next, a W film 41 is formed on the entire surface by a CVD method so as to fill the contact holes 23. Then, since the sidewalls 40 are formed in a tapered shape, the W film 41 fills the contact hole 23 from the bottom and deposits so as to close the opening at the end, so that the occurrence of a large cavity is greatly reduced. (Figure 2
(B)). Next, the W film 41 and the barrier layer 4 are etched back over the entire surface until the surface of the first interlayer insulating film 2 is exposed, leaving the lower W plug 4 in the contact hole 23.
5 is formed. Next, a barrier layer 6 such as a Ti / TiN laminated film and an alloy film 7 mainly composed of Al are formed on the entire surface by a sputtering method, and are patterned to form a first layer wiring 48 extending in the front and back directions in the drawing. It is formed by connecting to an active region (not shown) of the semiconductor substrate 1 by the side W plug 45. Here, the first layer wiring 48 corresponds to the middle layer wiring in the present invention. Since the W film formed by CVD has the concave portion 41a so as to reflect the portion of the underlying contact hole 23 (see FIG. 2B), the surface of the lower W plug 45 is reflected after the etch back to reflect that. Has a recess (plug loss) 45a whose center is slightly lower, but is not deep.
Therefore, no deep recess is formed on the surface of the first layer wiring 48 formed thereon (see FIG. 2C). Next, an insulating film such as a PSG film is formed by a CVD method so as to cover the first interlayer insulating film 2 and the first layer wiring 48, and a planarization process is performed. I do. Next, a through hole 30 is formed directly above the contact hole 23 by anisotropic dry etching. Here, the through hole 30 corresponds to the upper through hole in the present invention. And
A barrier layer 11 such as a Ti / TiN laminated film is formed by a sputtering method so as to cover the surface of the second interlayer insulating film 9 and the side and bottom surfaces of the through hole 30 (the surface of the first layer wiring 48). Next, a W film 43 is formed on the entire surface by a CVD method so as to fill the through holes 30. Then,
Since no sidewall is formed in the through hole 30, there is a high possibility that a cavity 43a will be formed inside (see FIG. 2).
(D)). Next, the W film 43 and the barrier layer 11 are entirely etched back until the surface of the second interlayer insulating film 9 is exposed, and an upper W plug 49 is formed while remaining in the through hole 30. Then, after the etch back, the cavity 43 may be connected to a plug loss generated on the surface, and a deep concave portion 50 may be generated. However, since there is no deep recess on the surface of the first layer wiring 48 forming the bottom surface of the through hole 30, the upper W plug 49 is connected to the first layer wiring 48 via the barrier layer 11.
With low resistance. Next, for example, Ti / TiN
Barrier layer 51 such as a laminated film and Al-based alloy film 5
2 is formed by a sputtering method, and is patterned to form a second layer wiring 53 extending in the left-right direction in FIG.
(See FIG. 1). The second layer wiring 53 corresponds to the upper layer wiring in the present invention.
【0008】上記の製造方法で作られ、図1に示すこの
発明の半導体装置は、下層配線としての半導体基板1に
設けた活性領域(図示せず)と、それを覆う第1の層間
絶縁膜2と、その上に形成された中層配線としての第1
層配線48と、第1の層間絶縁膜の下層配線しての活性
領域(図示せず)と第1層配線48とを接続する場所に
設けられた下側スルーホールとしてのコンタクトホール
23と、ブランケット法で形成されてコンタクトホール
23を埋めて下層配線としての活性領域(図示せず)と
第1層配線とを接続する下側Wプラグ45と、第1の層
間絶縁膜2と第1層配線48とを覆う第2の層間絶縁膜
9と、第2の層間絶縁膜9のコンタクトホール23の直
上に設けられたスルーホール30(この発明の上側スル
ーホール)と、ブランケット法で形成されてスルーホー
ルを埋めて第1層配線48に接続する上側Wプラグ49
と、第2の層間絶縁膜9上に配置されて上側Wプラグに
接続する上層配線としての第2層配線を備える半導体装
置において、コンタクトホール23内にはその側面にエ
ッチバック法で形成されたサイドウォール40が設けら
れてスルーホール23を底に向かって細くなるようにテ
ーパを持たせるので、サイドウォール40とコンタクト
ホール23の底面とを覆うバリヤ層4を設け、そのなか
にブランケット法で下側Wプラグ45を充填する際に、
空洞が出来にくく、従ってその上に配置した第1層配線
48の表面に深い凹部が出来ず、第1層配線48と上側
Wプラグ49との接続が良好となる。The semiconductor device of the present invention manufactured by the above-described manufacturing method and shown in FIG. 1 has an active region (not shown) provided on a semiconductor substrate 1 as a lower wiring, and a first interlayer insulating film covering the active region. 2 and the first as an intermediate wiring formed thereon.
A layer wiring 48, a contact hole 23 as a lower through hole provided at a place where an active region (not shown) as a lower layer wiring of the first interlayer insulating film and the first layer wiring 48 are connected, A lower W plug 45 which is formed by a blanket method and fills the contact hole 23 to connect an active region (not shown) as a lower layer wiring to a first layer wiring; a first interlayer insulating film 2 and a first layer A second interlayer insulating film 9 covering the wiring 48, a through hole 30 (upper through hole of the present invention) provided immediately above the contact hole 23 in the second interlayer insulating film 9, and a blanket method. Upper W plug 49 for filling through hole and connecting to first layer wiring 48
And a semiconductor device provided on the second interlayer insulating film 9 and having a second layer wiring as an upper layer wiring connected to the upper W plug, the contact hole 23 is formed on the side surface by an etch-back method. Since the sidewalls 40 are provided and the through holes 23 are tapered so as to become thinner toward the bottom, the barrier layer 4 that covers the sidewalls 40 and the bottom surfaces of the contact holes 23 is provided. When filling the side W plug 45,
It is difficult to form a cavity, so that a deep concave portion is not formed on the surface of the first layer wiring 48 disposed thereon, and the connection between the first layer wiring 48 and the upper W plug 49 is improved.
【0009】上記実施例はこの発明における下層配線、
中層配線、上層配線に当たるものがそれぞれ半導体基板
の活性領域、第1層配線、第2層配線である場合に付い
て説明したが、例えば下層配線が第1層配線で、中層配
線が第2層配線で、上層配線が第3層配線のように半導
体基板の上層に設けた3つの配線層間の接続の場合であ
っても同様に適用できる。The above embodiment is directed to a lower wiring according to the present invention,
The case where the middle layer wiring and the upper layer wiring correspond to the active region of the semiconductor substrate, the first layer wiring, and the second layer wiring, respectively, has been described. For example, the lower layer wiring is the first layer wiring, and the middle layer wiring is the second layer wiring. The same can be applied to the case where the upper wiring is a connection between three wiring layers provided in the upper layer of the semiconductor substrate like the third wiring.
【0010】また、上記実施例では上側スルーホールに
はサイドウォールを設けていないが、下側と同様に設け
て上側Wプラグの表面に出来る深い凹部50の発生を防
止して上層配線と上側Wプラグとの接続をより確実にす
る事が出来る。In the above embodiment, no sidewall is provided in the upper through hole. However, the upper through hole is provided in the same manner as in the lower side to prevent the occurrence of a deep recess 50 formed on the surface of the upper W plug, thereby preventing the upper wiring from being connected to the upper wiring. The connection with the plug can be made more reliable.
【0011】そして、この発明における第1の層間絶縁
膜や第2の層間絶縁膜の中にこの発明の接続構造に関係
の無い別の配線が含まれていても良い事は言うまでもな
い。It is needless to say that the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film of the present invention may include another wiring irrelevant to the connection structure of the present invention.
【0011】[0011]
【発明の効果】以上の説明のように、この発明の半導体
装置によれば、中層配線と上側Wプラグとの接続を確実
にして、中層配線と上層配線との接続を低抵抗で安定に
接続する。また、この発明の製造方法によれば、この発
明の半導体装置を容易に製造出来る。As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the connection between the middle wiring and the upper W plug is ensured, and the connection between the middle wiring and the upper wiring is connected stably with low resistance. I do. Further, according to the manufacturing method of the present invention, the semiconductor device of the present invention can be easily manufactured.
【図1】 この発明の一実施例の半導体装置の要部断面
図。FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
【図2】 この発明の製造方法を説明するために工程順
に示す要部断面図。FIG. 2 is an essential part cross sectional view showing the order of steps for describing the manufacturing method of the present invention;
【図3】 従来の半導体装置を示す要部断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing a conventional semiconductor device.
【図4】 従来の半導体装置の問題点を説明するために
工程順に示す要部断面図。FIG. 4 is an essential part cross sectional view shown in order of process for describing a problem of the conventional semiconductor device.
1 半導体基板(下層配線) 2 第1の層間絶縁膜 4 バリヤ層 9 第2の層間絶縁膜 23 コンタクトホール(下側スルーホール) 30 スルーホール(上側スルーホール) 40 サイドウォール 41 W膜 45 下側Wンプラグ 49 上側Wプラグ 53 第2層配線(上層配線) Reference Signs List 1 semiconductor substrate (lower layer wiring) 2 first interlayer insulating film 4 barrier layer 9 second interlayer insulating film 23 contact hole (lower through hole) 30 through hole (upper through hole) 40 side wall 41 W film 45 lower side W plug 49 Upper W plug 53 Second layer wiring (upper layer wiring)
Claims (4)
と、その上に形成された中層配線と、前記第1の層間絶
縁膜の前記下層配線と前記中層配線とを接続する場所に
設けられた下側スルーホールと、ブランケット法で形成
されて前記下側スルーホールを埋めて前記下層配線と前
記中層配線とを接続する下側タングステンプラグと、前
記第1の層間絶縁膜と前記中層配線とを覆う第2の層間
絶縁膜と、前記第2の層間絶縁膜の前記下側スルーホー
ルの直上に設けられた上側スルーホールと、ブランケッ
ト法で形成されて前記上側スルーホールを埋めて前記中
層配線に接続する上側タングステンプラグと、前記第2
の層間絶縁膜上に配置されて前記上側タングテンプラグ
に接続する上層配線とを備える半導体装置において、 前記下側スルーホール内にはその側面にエッチバック法
で形成されたサイドウォールが設けられ、前記サイドウ
ォールと前記下側スルーホールの底面とを覆うバリヤ層
が設けられ、そのなかに前記下側タングステンプラグが
充填されていることを特徴とする半導体装置。A lower wiring, a first interlayer insulating film covering the lower wiring, a middle wiring formed thereon, and a place connecting the lower wiring and the middle wiring of the first interlayer insulating film. A lower tungsten plug formed by a blanket method to fill the lower through hole and connect the lower wiring and the middle wiring, the first interlayer insulating film, A second interlayer insulating film covering the middle wiring, an upper through-hole provided immediately above the lower through-hole of the second interlayer insulating film, and a blanket method formed to fill the upper through-hole. An upper tungsten plug connected to the middle wiring,
And an upper layer wiring connected to the upper tongue plug and disposed on the interlayer insulating film, wherein a sidewall formed by an etch-back method is provided on a side surface in the lower through hole, A semiconductor device, comprising: a barrier layer that covers the side wall and a bottom surface of the lower through hole; and the lower tungsten plug is filled therein.
に前記下層配線の所定の位置を露出する下側スルーホー
ルを備えた第1の層間絶縁膜を形成し、 前記第1の層間絶縁膜の表面及び、前記スルーホールの
側面と底面を覆うように薄膜を形成してそれを異方性エ
ッチングによりエッチバックして前記下側スルーホール
の側面にサイドウォールを形成し、 前記サイドウォール表面と前記下側スルーホールの底面
を含む全面にバリア層をスパッタ法で形成し、 前記バリア層の表面にCVD法によりコンタクトホール
3を埋める厚みにタングステン膜を形成してエッチバッ
クにより前記下側コンタクトホール内のみ残して下側タ
ングステンプラグを形成し、 前記下側タングステンプラグに接続すると共に前記第1
の層間絶縁膜上に延びる中層配線を形成し、 前記中層配線上を含む全面に前記下側スルーホールの直
上に上側スルーホールを備えた第2の層間絶縁膜を形成
し、 その後前記上側スルーホール内に上側タングステンプラ
グを形成し、さらに、前記上側タングステンプラグに接
続する上層配線を形成することを特徴とする半導体装置
の製造方法。2. A first interlayer insulating film having a lower through hole exposing a predetermined position of the lower wiring is formed on a surface of a semiconductor substrate on which a lower wiring is formed, and wherein the first interlayer insulating film is provided. A thin film is formed so as to cover the surface of the film and the side and bottom surfaces of the through hole, and the thin film is etched back by anisotropic etching to form a sidewall on the side surface of the lower through hole; A barrier layer is formed on the entire surface including the bottom surface of the lower through hole by sputtering, and a tungsten film is formed on the surface of the barrier layer to fill the contact hole 3 by CVD, and the lower contact is etched back. A lower tungsten plug is formed leaving only the inside of the hole, and connected to the lower tungsten plug,
A second interlayer insulating film having an upper through hole immediately above the lower through hole is formed on the entire surface including on the intermediate wiring, and then the upper through hole is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an upper tungsten plug therein; and forming an upper wiring connected to the upper tungsten plug.
主とするものであって、前記サイドウォールは窒化珪素
である請求項1に記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a material of said first interlayer insulating film is mainly silicon oxide, and said sidewall is silicon nitride.
求項1に記載の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said sidewall is made of a conductive material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000052138A JP2001237312A (en) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005223220A (en) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Kansai Electric Power Co Inc:The | High breakdown voltage wide gap semiconductor device and power device |
| CN115312388A (en) * | 2022-08-05 | 2022-11-08 | 中晟鲲鹏光电半导体有限公司 | Contact hole forming process of IGBT wafer |
-
2000
- 2000-02-23 JP JP2000052138A patent/JP2001237312A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005223220A (en) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Kansai Electric Power Co Inc:The | High breakdown voltage wide gap semiconductor device and power device |
| CN115312388A (en) * | 2022-08-05 | 2022-11-08 | 中晟鲲鹏光电半导体有限公司 | Contact hole forming process of IGBT wafer |
| CN115312388B (en) * | 2022-08-05 | 2026-02-03 | 中晟鲲鹏光电半导体有限公司 | Contact hole forming process of IGBT wafer |
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