JPH04296019A - メタルプラグの形成方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置の
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。

【０００２】

【従来の技術】次世代以降の超々ＬＳＩ等の半導体集積
回路においては、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、微細孔に
対しメタルプラグ形成法が実用化されつつある。メタル
プラグ形成法としては、選択タングステン法、多結晶シ
リコンプラグ法などが考えられるが、選択タングステン
法ではプロセスの安定性が難しく、多結晶シリコンプラ
グ法では低抵抗化が難しいなどの理由で、ＣＶＤブラン
ケットタングステン法が注目を集めている。

【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
。

【０００４】しかし、ブランケットタングステンはステ
ップカバレージに微細化のブレイクスルー（いわゆるボ
イド）が存在するため、本出願人は先にバイアスＥＣＲ
ＣＶＤ法でメタルプラグを形成する技術を提案した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
バイアスＥＣＲＣＶＤ法でタングステンプラグを形成す
る方法を採ると、図５に示すように接続孔４に対応する
部分に逆台形状の凹みを有するブランケットタングステ
ン層１０が形成されるために絶縁膜上のタングステン層
を除去する必要がある。しかしながら、この除去はむず
かしく、良好なメタルプラグの形成に手数を要する。

【０００６】本発明は、上述の点に鑑み、バイアスＥＣ
ＲＣＶＤにより、容易且つ高信頼性をもってメタルプラ
グを形成できるメタルプラグの形成方法を提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、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、バイアス
ＥＣＲＣＶＤ法で接続孔１３内を含む全面に金属層１６
を堆積する工程と、金属層１６上に異種膜２０を形成す
る工程と、接続孔１４の周縁に対応する金属層側壁部の
異種膜２０を選択的に除去する工程と、接続孔１４上の
異種膜２０をマスクに絶縁膜１３上の金属層１６を除去
し、接続孔１４内にメタルプラグ１６Ａを形成する工程
を有するものである。

【０００８】

【作用】本発明においては、バイアスＥＣＲＣＶＤ法で
金属層１６を形成した後、異種膜２０を形成し、接続孔
の周縁に対応する金属層側壁の異種膜２０を選択的に除
去して後、接続孔１４上の異種膜２０をマスクに絶縁膜
１３上の金属層１６を除去することにより、絶縁膜１３
上の不要な金属層１６を容易に除去し、接続孔１４内に
信頼性の高いメタルプラグ１６Ａを形成することができ
る。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明によるメタルプ
ラグの形成方法の実施例を説明する。

【００１０】図１〜図２は本発明の一例を示す。本例に
おいては、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。この半導体
基板１１上にＳｉＯ２　等の絶縁膜１３を形成し、ドラ
イエッチングとフォトリソグラフィ技術によって絶縁膜
１３に接続孔１４を形成する。次いで、スパッタ法等に
よって例えばＴｉＮ膜等による密着層１５を形成する。 スパッタ条件は、通常の条件で行うことができる。

【００１１】次に、バイアスＥＣＲＣＶＤを用いて接続
孔１４内を含むように全面にブランケットタングステン
層１６を形成する。バイアスＥＣＲＣＶＤ条件は、供給
ガスとしてＷＦ６　（２０ＳＣＣＭ）／ＳｉＨ４　（３
０ＳＣＣＭ）／Ｈ２　（１００ＳＣＣＭ）／Ａｒ（５０
ＳＣＣＭ）、マイクロ波パワー１ｋＷ、バイアスＲＦパ
ワー０．５ｋＷ、圧力７×１０−４Ｔｏｒｒ、磁場８７
５ガウスに設定することができる。これにより、図１Ｂ
に示すように接続孔１４内にタングステンが埋込まれ、
同時に絶縁膜１３上にもタングステンが堆積され、丁度
接続孔に対応する部分に逆台形状の凹みが形成されたブ
ランケットタングステン層１６となる。

【００１２】次に、図１Ｃに示すように、水平戻しエッ
チングによってブランケットタングステン層１６の接続
孔１４に対応した凹み部分の側壁を後退させる。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。この水平戻しエ
ッチングの条件としては、供給ガスＳｉＨ４　（７．５
ＳＣＣＭ）／Ｎ２　Ｏ（３５ＳＣＣＭ）、圧力７×１０
−４Ｔｏｒｒ、マイクロ波のパワー１ｋＷ、バイアス用
ＲＦパワー０．５ｋＷ、磁場８７５ガウスに設定するこ
とができる。

【００１３】そして、水平戻しエッチング後、図２Ｄに
示すように連続して異種膜例えばＳｉＯ２　膜２０を被
着形成する。このときの条件は、例えば供給ガスＳｉＨ
４　（２０ＳＣＣＭ）／Ｎ２　Ｏ（３５ＳＣＣＭ）、バ
イアス用ＲＦ無しで他は前述の水平戻しエッチングと同
じ条件に設定して行うことができる。

【００１４】次に、図２Ｅに示すように、さらに前述の
水平戻しエッチングと同じ条件で水平戻しエッチングを
行う。このとき、ブランケットタングステン層１６の広
い逆台形状の凹みの部分に対応する側壁部１６Ｅが露出
するようにその側壁部のＳｉＯ２　膜２０を除去する。

【００１５】次に、図３Ｆに示すように、バイアスＥＣ
ＲＣＶＤ装置から出して接続孔１４上のＳｉＯ２　膜２
０をマスクに他の絶縁膜１３上のブランケットタングス
テン層１６を例えばＨ２　Ｏ２　溶液などでリフトオフ
する。 次に、接続孔１４上に残ったＳｉＯ２　膜２０を除去し
、接続孔１４内にタングステンによるメタルプラグ１６
Ａを形成する。

【００１６】しかる後、図３Ｇに示すように、絶縁膜１
３上の密着層１５をエッチング除去し、メタルプラグ１
６Ａに接続する上層配線１７を形成して目的の多層配線
が完了する。

【００１７】上述の製法によれば、バイアスＥＣＲＣＶ
Ｄ法によってブランケットタングステンを形成するので
、ステップカバレージのよいブランケットタングステン
層１６を形成することができる。そして、その後、水平
戻しエッチングによって接続孔１４上の凹み部となされ
たブランケットタングステン層１６の側壁部を後退させ
、異種膜であるＳｉＯ２　膜２０を被着形成したのち、
さらに水平戻しエッチングを施してブランケットタング
ステン層１６の側壁部のＳｉＯ２　膜２０を除去し、タ
ングステンを表面に露出させ、次いで接続孔１６上のＳ
ｉＯ２　膜２０をマスクに絶縁膜１３上にブランケット
タングステン層１６をリフトオフすることによって、余
分なタングステンを簡単に除去することができ、良好な
メタルプラグ１６Ａを形成することができる。したがっ
て、その後カバレージのよい上層配線１７を形成するこ
とができる。

【００１８】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。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、バイアスＥＣＲＣＶＤ
法によって金属層を堆積させるので、カバレージのよい
金属層を形成することができ。その後、異種膜と水平戻
しエッチングを利用することによりメタルプラグを残し
て絶縁膜上の不要の金属層を簡単に除去することができ
る。したがって信頼性の高いメタルプラグを形成するこ
とができ、メタルプラグに接続してカバレージのよい上
層配線を形成することができる。したがって、本法は超
々ＬＳＩ等の微細且つ高集積の半導体集積回路の製造に
適用して好適ならしめるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメタルプラグの形成方法の一例を示す
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例を示す
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例を示す
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。

【図５】従来の説明図である。

【符号の説明】

１１　　半導体基板 １２　　下層配線 １３　　絶縁膜 １４　　接続孔 １５　　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 ２０　　異種膜であるＳｉＯ２　膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、バイアスＥＣＲＣＶＤ法で上記接
   続孔内を含む全面に金属層を堆積する工程と、上記金属
   層上に異種膜を形成する工程と、該接続孔の周縁に対応
   する上記金属層側壁部の上記異種膜を選択的に除去する
   工程と、上記接続孔上の異種膜をマスクに上記絶縁膜上
   の金属層を除去し、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
   。