JPH04313255A - Formation of interconnection - Google Patents

Formation of interconnection

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JPH04313255A
JPH04313255A JP10461791A JP10461791A JPH04313255A JP H04313255 A JPH04313255 A JP H04313255A JP 10461791 A JP10461791 A JP 10461791A JP 10461791 A JP10461791 A JP 10461791A JP H04313255 A JPH04313255 A JP H04313255A
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JP
Japan
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layer
connection hole
selective
conductive material
material layer
Prior art date
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Application number
JP10461791A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichi Sato
淳一 佐藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To increase the stability of the process in which a W (tungsten) plug is formed on an Al lower-layer interconnection and to increase the adhesion of the W plug. CONSTITUTION:The surface part of the base, an Al-1% Si layer, is etched isotropically through a connection hole 13 which is made in a layer-to-layer insulated film 12 to form an undercut-shaped recessed part 13a. That time, readhering matters 14, 15 of the Al-1% Si layer 11 are also removed. Nextly, the H2 reduction selective CVD is conducted to fill the reessed part 13a with a first selective W layer 16 and then the SiH4 reduction selective CVD is conducted to fill the connection hole 13 with a second selective W layer 17. The first and second selective W layers 16 and 17 are united into one body to form a plug part 18. The plug part 18 has an excellent adhesion with the interlayer insulated film 12 due to its form effect. By removing the readhering matters 14, 15 beforehand, W is allowede to grow uniformly by a selective CVD.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造分野等
において適用される配線形成方法に関し、特に接続孔を
介して下層配線層上にプラグ部となる導体材料層を選択
成長させる際の安定性の向上、導体材料層の密着性の向
上、コンタクト抵抗の低減等を可能とする方法に関する
[Industrial Application Field] The present invention relates to a wiring forming method applied in the field of manufacturing semiconductor devices, etc., and in particular to a stable method for selectively growing a conductive material layer that will become a plug portion on a lower wiring layer through a connection hole. The present invention relates to a method that makes it possible to improve conductivity, improve adhesion of conductive material layers, reduce contact resistance, etc.

【0002】0002

【従来の技術】近年のVLSI,ULSI等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、デバイス・チップ上では配線部分の占める割合
が増大する傾向にあるが、これによるチップ面積の大幅
な増大を防止するために多層配線が今や必須の技術とな
っている。配線形成方法としては、従来からアルミニウ
ム(Al)系の金属材料層をスパッタリング法により形
成することが広く行われてきた。しかし、上述のように
配線の多層化が進行し、その結果として基体の表面段差
や接続孔のアスペクト比が増大している状況下では、ス
パッタリング法におけるステップ・カバレッジ(段差被
覆性)の不足により上層配線と半導体基板との間の接続
不良や配線間における接続不良がすでに重大な問題とな
っている。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices become more highly integrated and performant, as seen in VLSI, ULSI, etc. in recent years, the proportion of wiring on device chips tends to increase. In order to prevent a significant increase in chip area due to this, multilayer wiring has now become an essential technology. As a method for forming wiring, it has conventionally been widely used to form an aluminum (Al)-based metal material layer by sputtering. However, as mentioned above, as wiring becomes more multilayered and as a result, the surface steps of the substrate and the aspect ratio of connection holes increase, the lack of step coverage in the sputtering method Poor connections between upper layer interconnects and semiconductor substrates and between interconnects have already become serious problems.

【0003】そこで近年、タングステン(W)等に代表
される高融点金属もしくはそのシリサイド等をCVD法
により接続孔内に埋め込む、いわゆるプラグ形成技術が
提案されている。特に、上記CVD法の中でも、接続孔
の底部に露出する下地層や添加ガスの還元性を利用して
該接続孔の内部にのみ選択的に高融点金属層もしくはそ
のシリサイド層等を成長させる選択CVD法は、実用化
が大いに期待される技術である。上記高融点金属として
はタングステン(W)が良く研究されており、シリコン
基板やAl系材料層の表面、あるいはH2 やシラン(
SiH4 )等の添加ガスによりWF6 を還元してW
を堆積させるプロセスがその代表例である。
Therefore, in recent years, a so-called plug forming technique has been proposed in which a high melting point metal such as tungsten (W) or its silicide is buried in the connection hole by CVD. In particular, among the above-mentioned CVD methods, there is a method in which a high melting point metal layer or its silicide layer is selectively grown only inside the connection hole by utilizing the underlying layer exposed at the bottom of the connection hole and the reducing property of the additive gas. The CVD method is a technology that is highly expected to be put into practical use. Tungsten (W) has been well studied as the above-mentioned high melting point metal, and can be used on the surface of silicon substrates or Al-based material layers, or on H2 or silane (
W is reduced by reducing WF6 with an additive gas such as SiH4).
A typical example is the process of depositing

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】ところが、選択CVD
法は未だその機構が十分に解明されてはおらず、堆積条
件、層間絶縁膜の膜質や表面状態、反応副生成物等が複
雑に影響して均一性の劣化や選択性の破綻等をきたし易
い。たとえば、接続孔の内部にスパッタされた下地のA
l系材料層が再付着しているような場合には、均一成長
が阻害される。この現象を図8(a)および(b)を参
照しながら説明する。図8(a)は、段差を有するAl
系下層配線21上に酸化シリコン(SiO2 )からな
る層間絶縁膜22がほぼ平坦に形成され、該層間絶縁膜
22に互いに深さの異なる第1の接続孔23と第2の接
続孔24が開口された状態を示している。これら接続孔
23,24は、層間絶縁膜22についてRIE(反応性
イオン・エッチング)を行うことにより形成されるが、
かかるSiO2 の異方性エッチングはイオン性の強い
機構により進行する。したがって、層間絶縁膜21のエ
ッチングがほぼ終了すると露出した該Al系下層配線2
1に高エネルギーのイオンが入射し、スパッタアウトさ
れたAl系材料が接続孔23,24の側壁部に付着して
膜状の再付着物25や粒子状の再付着物26を形成する
。特に、浅い第2の接続孔24内では深い第1の接続孔
23内よりも早い時期にAl系下層配線21が露出する
ので、再付着物の生成量も多くなり、これがいわゆるア
ルミ・クラウン(alminium  crown)を
形成する原因となっている。
[Problem to be solved by the invention] However, the selective CVD
The mechanism of this method has not yet been fully elucidated, and deposition conditions, the film quality and surface condition of the interlayer insulating film, reaction by-products, etc. are complexly influenced, and the process tends to cause deterioration of uniformity and failure of selectivity. . For example, the base A sputtered inside the connection hole
If the l-based material layer is redeposited, uniform growth will be inhibited. This phenomenon will be explained with reference to FIGS. 8(a) and 8(b). FIG. 8(a) shows an Al plate with steps.
An interlayer insulating film 22 made of silicon oxide (SiO2) is formed substantially flat on the lower-layer wiring 21, and a first contact hole 23 and a second contact hole 24 having mutually different depths are opened in the interlayer insulating film 22. It shows the state that has been applied. These connection holes 23 and 24 are formed by performing RIE (reactive ion etching) on the interlayer insulating film 22.
Such anisotropic etching of SiO2 proceeds by a strongly ionic mechanism. Therefore, when the etching of the interlayer insulating film 21 is almost completed, the exposed Al-based lower wiring 2
High-energy ions are incident on the contact hole 1, and the sputtered Al-based material adheres to the side walls of the connection holes 23 and 24 to form a film-like redeposit 25 and a particulate redeposit 26. In particular, since the Al-based lower layer wiring 21 is exposed earlier in the shallow second connection hole 24 than in the deep first connection hole 23, the amount of re-deposition increases, resulting in the so-called aluminum crown ( This causes the formation of aluminum crowns.

【0005】このような再付着物25,26が存在する
状態のまま選択CVD法により接続孔23,24内にW
を成長させようとすると、該再付着物25,26が成長
の核として寄与するために、図8(b)に示されるよう
にW層27が不均一に成長し、その後の平坦化に大きな
支障をもたらす。また、W層27の層間絶縁膜22に対
する密着性が低下することも問題となる。また、上述の
ような再付着物25,26がたとえ形成されていなくて
も、深さの異なる接続孔23,24を選択CVD法によ
りいずれも平坦に埋め込むことはまず不可能である。た
とえば図9に示されるように、深い第1の接続孔23が
ほぼ平坦に埋め込まれる条件では、浅い第2の接続孔2
4においてネイルヘッドと通称される過剰成長部27a
を生じてしまう。
[0005] While such redeposited substances 25 and 26 are present, W is deposited into the connecting holes 23 and 24 by selective CVD.
When attempting to grow the W layer 27, the re-deposited substances 25 and 26 serve as growth nuclei, causing the W layer 27 to grow non-uniformly as shown in FIG. cause trouble. Another problem is that the adhesion of the W layer 27 to the interlayer insulating film 22 decreases. Moreover, even if the above-mentioned re-deposition materials 25 and 26 are not formed, it is almost impossible to fill the connection holes 23 and 24 having different depths flatly by the selective CVD method. For example, as shown in FIG. 9, under the condition that the deep first connection hole 23 is buried almost flat, the shallow second connection hole 2
4, excessive growth part 27a commonly called nail head
will occur.

【0006】また、CVD反応系における副生成物の影
響も問題となる。たとえば、上述の例では接続孔23,
24の底部に露出するAl系下層配線21の表面により
WF6 を還元するので、フッ化アルミニウム(AlF
3 )が副生する。しかし、このAlF3 は融点です
ら1291℃と高いことからも明らかなように、CVD
反応系における蒸気圧が極めて低いため揮発除去が困難
である上、絶縁性物質である。したがって、AlF3 
がAl系下層配線21とW層27との界面に残留してい
ると、コンタクト抵抗を増大させる原因となる。そこで
本発明は、接続孔を介して下層配線材料層上に導体材料
層を選択成長させる際の安定性の向上、導体材料層の密
着性の向上、コンタクト抵抗の低減等を可能とする配線
形成方法を提供することを目的とする。
[0006] In addition, the influence of by-products in the CVD reaction system also poses a problem. For example, in the above example, the connection hole 23,
Since WF6 is reduced by the surface of the Al-based lower layer wiring 21 exposed at the bottom of the aluminum fluoride (AlF)
3) is a by-product. However, as is clear from the fact that even the melting point of this AlF3 is as high as 1291°C, CVD
It is difficult to volatilize and remove because the vapor pressure in the reaction system is extremely low, and it is an insulating material. Therefore, AlF3
If it remains at the interface between the Al-based lower layer wiring 21 and the W layer 27, it will cause an increase in contact resistance. Therefore, the present invention provides a wiring formation method that enables improved stability when selectively growing a conductive material layer on a lower wiring material layer through connection holes, improved adhesion of the conductive material layer, and reduced contact resistance. The purpose is to provide a method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の配線形成方法は
上述の目的を達成するために提案されるものであり、下
層配線層上の絶縁膜に開口された接続孔を導体材料層に
より充填する方法であって、前記接続孔を介して前記下
層配線層の層厚方向の一部を等方的にエッチングするこ
とにより前記接続孔の周縁よりも開口端が大とされた凹
部を形成する工程と、少なくとも前記凹部に第1の導体
材料層を選択的に成長させる工程と、前記接続孔を第2
の導体材料層により充填する工程とを有することを特徴
とするものである。
[Means for Solving the Problems] The wiring forming method of the present invention is proposed in order to achieve the above-mentioned object, and includes filling connection holes opened in an insulating film on a lower wiring layer with a conductive material layer. The method comprises: isotropically etching a portion of the lower wiring layer in the layer thickness direction through the connection hole to form a recess whose opening end is larger than the periphery of the connection hole. a step of selectively growing a first conductive material layer in at least the recess; and a step of selectively growing a first conductive material layer in at least the recess;
The method is characterized in that it has a step of filling with a layer of conductive material.

【0008】[0008]

【作用】本発明は、導体材料層の形成に先立って、下層
配線層の層厚方向の一部を等方的にエッチングすること
を最大のポイントとしている。この等方的なエッチング
は、接続孔内部のクリーニングと、形状効果による密着
性の向上を目的として行われるものである。すなわち、
下層配線層を等方的にエッチングする条件では、同じ材
料からなる再付着物も同時に除去されるので、後工程に
おいて少なくとも第1の導体材料層の選択成長を行う際
に、不均一な核形成が起こる虞れがなくなる。また、本
発明において等方性エッチングにより形成される凹部は
、絶縁膜の直下にいわゆるアンダカット形状を有してい
る。この凹部が第1の導体材料層の選択成長により充填
され、さらにその上の接続孔が第2の導体材料層により
充填されると、これら両層は構造的に一体化されたプラ
グ部を構成する。つまり、このプラグ部は、接続孔を介
して下層配線層へ楔のように打ち込まれている恰好とな
る。
[Operation] The main point of the present invention is to isotropically etch a portion of the lower wiring layer in the layer thickness direction prior to forming the conductor material layer. This isotropic etching is performed for the purpose of cleaning the inside of the connection hole and improving adhesion due to the shape effect. That is,
Under conditions for isotropically etching the lower wiring layer, re-deposit material made of the same material is also removed at the same time, so that non-uniform nucleation can be avoided when at least the first conductive material layer is selectively grown in the subsequent process. There is no risk of this happening. Further, in the present invention, the recess formed by isotropic etching has a so-called undercut shape directly under the insulating film. When this recess is filled by selective growth of a first layer of conductive material and the connection hole above it is filled with a second layer of conductive material, both layers form a structurally integrated plug section. do. In other words, the plug portion appears to be wedged into the lower wiring layer through the connection hole.

【0009】ここで、上記第1の導体材料層はアンダカ
ット形状を有する凹部にも均一に埋め込まれることが前
提となるが、かかる埋め込みが可能となることは、本発
明者が先に第51回応用物理学会学術講演会(1990
年秋季)講演予稿集第2分冊668ページ,演題番号2
8a−SZD−15に発表している。この研究は、選択
CVD法において接続孔の上部にSiNからなる庇を形
成した場合にも、庇が無い場合とほぼ同じ成膜速度にて
接続孔がW層により平坦に埋め込まれることを示したも
のである。上記庇は、選択CVD法においてはWF6 
が基板表面へ到達し還元反応が起こるまでの間が律速過
程となっている点に着目し、WF6 の拡散を抑制する
ために意図的に形成したものである。今回の発明では、
絶縁膜の下端が上記の庇と同様の役割を果たし、凹部が
速やかにかつ均一に埋め込まれるわけである。
[0009] Here, it is assumed that the first conductive material layer is evenly embedded in the recesses having an undercut shape. Academic Conference of Japan Society for Applied Physics (1990)
Autumn) Lecture Proceedings Volume 2 668 pages, Presentation Number 2
Published on 8a-SZD-15. This study showed that even when a SiN overhang is formed above the contact hole in the selective CVD method, the contact hole is filled flatly by the W layer at almost the same deposition rate as when there is no overhang. It is something. The above eaves are WF6 in the selective CVD method.
It was intentionally formed to suppress the diffusion of WF6, focusing on the fact that the rate-determining process is the period from when WF6 reaches the substrate surface to when the reduction reaction occurs. In this invention,
The lower end of the insulating film plays the same role as the eaves described above, and the recesses are quickly and uniformly filled.

【0010】一方、上記第2の導体材料層はブランケッ
トCVD法やスパッタリング法等により基体の全面に形
成されても、あるいは選択CVD法等により接続孔内部
にのみ選択的に形成されても構わない。いずれにしても
、前述の等方性エッチングにより接続孔内部の再付着物
が除去されているので、均一な成膜を行うことができる
On the other hand, the second conductive material layer may be formed on the entire surface of the substrate by a blanket CVD method, a sputtering method, etc., or it may be selectively formed only inside the connection hole by a selective CVD method, etc. . In any case, since redeposited matter inside the connection hole is removed by the above-described isotropic etching, uniform film formation can be performed.

【0011】ここで、特にブランケットCVD法を適用
しようとする場合、この方法により形成されるW層は絶
縁膜との密着性に劣ることが従来から問題となっており
、両者の間にTiN等からなる密着層を介在させて剥離
を防止することが不可欠であるとされてきた。しかしこ
の場合には、エッチバック工程でオーバーエッチングを
行うと、ローディング効果により接続孔内部の密着層が
集中的にエッチングされ、接続孔の埋め込み特性を劣化
させるという問題があった。本発明によれば、上述のよ
うな形状効果により導体材料層が下層配線層に固定され
た状態となるため、絶縁膜と導体材料層(特に第2の導
体材料層)との間に密着層を介在させなくても、導体材
料層の剥離が防止できる。したがって、エッチバック工
程において埋め込み特性が劣化することもない。また、
ブランケットCVD法を適用した場合には、深さの異な
る接続孔が存在する場合にもエッチバックにより平坦化
することができるので、選択CVD法を適用した場合の
ようにネイルヘッドが残る心配がない。
[0011] Particularly when applying the blanket CVD method, it has traditionally been a problem that the W layer formed by this method has poor adhesion with the insulating film. It has been considered essential to prevent peeling by interposing an adhesion layer consisting of. However, in this case, if over-etching is performed in the etch-back process, the adhesive layer inside the connection hole is etched intensively due to the loading effect, which deteriorates the filling characteristics of the connection hole. According to the present invention, since the conductor material layer is fixed to the lower wiring layer due to the above-mentioned shape effect, an adhesive layer is formed between the insulating film and the conductor material layer (especially the second conductor material layer). Peeling of the conductor material layer can be prevented even without intervening. Therefore, the embedding characteristics are not deteriorated in the etch-back process. Also,
When blanket CVD is applied, even if contact holes with different depths exist, they can be flattened by etchback, so there is no need to worry about nail heads remaining like when selective CVD is applied. .

【0012】もちろん、第2の導体材料層は選択CVD
法により形成されても構わない。この場合には、配線材
料の種類が同一であれば、第1の導体材料層の形成工程
と連続工程として行うことができる。選択CVD法は、
従来から成膜時間が長くなるにつれてプロセスの不安定
化要因が増大することが指摘されているが、本発明によ
ればその要因のひとつである接続孔内部の再付着物が予
め除去されるので、従来よりも遙かに制御性に優れた成
膜を行うことができる。
Of course, the second conductive material layer can be formed by selective CVD.
It may be formed by law. In this case, if the type of wiring material is the same, the step of forming the first conductive material layer can be performed as a continuous step. The selective CVD method is
Conventionally, it has been pointed out that as the film formation time increases, the factors that destabilize the process increase, but according to the present invention, one of the factors, re-deposition inside the connection hole, is removed in advance. , it is possible to form a film with far better controllability than in the past.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。 実施例1 本実施例は、下層配線層がAl−1%Si層、プラグ部
を構成する第1の導体材料層と第2の導体材料層とが共
にWからなり、上記第1の導体材料層をSiH4 還元
を利用する選択CVD法、上記第2の導体材料層をブラ
ンケットCVD法により形成した例である。このプロセ
スを、図1ないし図5を参照しながら説明する。
[Examples] Specific examples of the present invention will be described below. Example 1 In this example, the lower wiring layer is an Al-1%Si layer, the first conductive material layer and the second conductive material layer constituting the plug part are both made of W, and the first conductive material is This is an example in which the layer is formed by a selective CVD method using SiH4 reduction, and the second conductor material layer is formed by a blanket CVD method. This process will be explained with reference to FIGS. 1-5.

【0014】図1は、段差を有するAl−1%Si層1
上に酸化シリコン(SiO2 )からなる層間絶縁膜2
がほぼ平坦に形成され、該層間絶縁膜2に互いに深さの
異なる第1の接続孔3と第2の接続孔4が開口されてな
るウェハの状態を示している。これら接続孔3,4のう
ち相対的に浅い第2の接続孔4の側壁部には、層間絶縁
膜2のパターニング時に入射イオンによりスパッタされ
たAl−1%Si層lが再付着し、膜状の再付着物5や
粒子状の再付着物6が形成されている。
FIG. 1 shows an Al-1%Si layer 1 having steps.
There is an interlayer insulating film 2 made of silicon oxide (SiO2) on top.
The figure shows a state of a wafer in which a first contact hole 3 and a second contact hole 4 having mutually different depths are opened in the interlayer insulating film 2, and the interlayer insulating film 2 is formed substantially flat. The Al-1% Si layer l sputtered by incident ions during patterning of the interlayer insulating film 2 is reattached to the side wall of the second contact hole 4, which is relatively shallow among these contact holes 3 and 4, and the film Redeposited matter 5 in the shape of a shape and redeposited matter 6 in the form of particles are formed.

【0015】上記のウェハを平行平板型プラズマ・エッ
チング装置にセットし、一例としてCl2 流量30S
CCM,ガス圧80Pa(0.6Torr),RFパワ
ー密度0.2W/cm2 (13.56MHz)の条件
で上記Al−1%Si層1の表層部を等方的にエッチン
グした。この結果、図2に示されるように、第1の接続
孔3および第2の接続孔4の底部においては、その周縁
よりも開口端が大とされた凹部3a,4aがそれぞれ形
成された。これと同時に、第2の接続孔4の側壁部から
は再付着物5,6が除去された。
The above wafer is set in a parallel plate type plasma etching apparatus, and as an example, a Cl2 flow rate of 30S is set.
The surface layer portion of the Al-1% Si layer 1 was isotropically etched under the conditions of CCM, gas pressure of 80 Pa (0.6 Torr), and RF power density of 0.2 W/cm 2 (13.56 MHz). As a result, as shown in FIG. 2, recesses 3a and 4a were formed at the bottoms of the first connection hole 3 and the second connection hole 4, respectively, with opening ends larger than the periphery thereof. At the same time, redeposited substances 5 and 6 were removed from the side wall of the second connection hole 4.

【0016】次に、上記のウェハをCVD装置に移設し
、一例としてWF6流量10SCCM,SiH4 流量
7SCCM,H2 流量1000SCCM,ガス圧27
Pa(0.2Torr),基板温度260℃の条件で選
択CVDを行った。この過程では、WF6 の外部への
拡散が層間絶縁膜2の下端部である程度抑制されること
により、WF6 が凹部3a,4a内においてAl−1
%Si層1の表面と均一に接触しながら還元された。こ
の結果、図3に示されるように、凹部3a,4aは選択
W層7で埋め込まれた。このとき、再付着物5,6は予
め第2の接続孔2の側壁部から除去されているため、異
常な核成長が生ずることもなかった。
Next, the above wafer is transferred to a CVD apparatus, and as an example, WF6 flow rate is 10SCCM, SiH4 flow rate is 7SCCM, H2 flow rate is 1000SCCM, and gas pressure is 27.
Selective CVD was performed under conditions of Pa (0.2 Torr) and substrate temperature of 260°C. In this process, the diffusion of WF6 to the outside is suppressed to some extent at the lower end of the interlayer insulating film 2, so that WF6 is transferred to Al-1 in the recesses 3a and 4a.
% was reduced while uniformly contacting the surface of the Si layer 1. As a result, the recesses 3a and 4a were filled with the selective W layer 7, as shown in FIG. At this time, since the redeposited matter 5 and 6 had been removed from the side wall of the second connection hole 2 in advance, no abnormal nuclear growth occurred.

【0017】次に、一例としてWF6 流量60SCC
M,H2 流量360SCCM,ガス圧10640Pa
(80Torr),基板温度475℃の条件でブランケ
ットCVDを行った。これにより、図4に示されるよう
に、ウェハの全面を被覆してほぼ平坦にブランケットW
層8が形成された。このとき、ブランケットW層8は既
に形成された選択W層7の上に成長され、これと構造的
に一体化されているので、特に密着層を設けなくとも層
間絶縁膜2に対する密着性は良好であった。
Next, as an example, WF6 flow rate 60SCC
M, H2 flow rate 360SCCM, gas pressure 10640Pa
Blanket CVD was performed under conditions of (80 Torr) and a substrate temperature of 475°C. As a result, as shown in FIG. 4, the entire surface of the wafer is covered with the blanket W.
Layer 8 was formed. At this time, the blanket W layer 8 is grown on the already formed selective W layer 7 and is structurally integrated therewith, so that the adhesion to the interlayer insulating film 2 is good even without providing a particular adhesion layer. Met.

【0018】次に、上記のウェハを平行平板型プラズマ
・エッチング装置に移設し、一例としてSF6 流量3
0SCCM,Cl2 流量10SCCM,ガス圧2Pa
(15mTorr),RFパワー密度0.25W/cm
2 (13.56MHz)の条件で上記ブランケットW
層8をエッチバックした。この結果、図5に示されるよ
うに、第1の接続孔3および第2の接続孔4の内部が埋
め込みW層8aによりほぼ平坦に埋め込まれ、プラグ部
9が完成された。
Next, the above wafer is transferred to a parallel plate type plasma etching apparatus, and as an example, the SF6 flow rate is 3.
0SCCM, Cl2 flow rate 10SCCM, gas pressure 2Pa
(15mTorr), RF power density 0.25W/cm
2 (13.56MHz) with the above blanket W
Layer 8 was etched back. As a result, as shown in FIG. 5, the insides of the first connection hole 3 and the second connection hole 4 were filled substantially flat with the buried W layer 8a, and the plug portion 9 was completed.

【0019】実施例2 本実施例は、プラグ部を構成する第1の導体材料層と第
2の導体材料層とが共にWからなり、上記第1の導体材
料層をH2 還元を利用する選択CVD法、上記第2の
導体材料層をSiH4 還元を利用する選択CVD法に
より形成した例である。このプロセスを、図6(a)な
いし(d)を参照しながら説明する。
Example 2 In this example, the first conductive material layer and the second conductive material layer constituting the plug portion are both made of W, and the first conductive material layer is selected to utilize H2 reduction. This is an example in which the second conductive material layer is formed by a selective CVD method using SiH4 reduction. This process will be explained with reference to FIGS. 6(a) to 6(d).

【0020】図6(a)は、下層配線であるAl−1%
Si層11上の層間絶縁膜12に接続孔13が開口され
、該接続孔13の側壁部にAl−1%Si層11に由来
する膜状の再付着物14および粒子状の再付着物15が
形成されてなるウェハの状態を示している。
FIG. 6(a) shows Al-1% lower layer wiring.
A connection hole 13 is opened in the interlayer insulating film 12 on the Si layer 11, and a film-like re-deposition 14 and a particulate re-deposition 15 originating from the Al-1%Si layer 11 are formed on the side wall of the connection hole 13. The state of the wafer is shown in which a wafer is formed.

【0021】上記のウェハを有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチング装置にセットし、一例としてCl2 流量
30SCCM,ガス圧2.1Pa(16mTorr),
マイクロ波パワー800W,RFバイアス・パワー20
W(2MHz)の条件で上記Al−1%Si層11の表
層部を等方的にエッチングした。この結果、図6(b)
に示されるように、接続孔13の底部においては、層間
絶縁膜12の下へアンダカットが入る形で凹部13aが
形成された。これと同時に、接続孔13の側壁部からは
再付着物14,15が除去された。
The above wafer is set in a magnetic field microwave plasma etching apparatus, and as an example, a Cl2 flow rate of 30 SCCM, a gas pressure of 2.1 Pa (16 mTorr),
Microwave power 800W, RF bias power 20
The surface layer portion of the Al-1% Si layer 11 was isotropically etched under the condition of W (2 MHz). As a result, Figure 6(b)
As shown in FIG. 1 , a recess 13 a was formed at the bottom of the connection hole 13 in the form of an undercut below the interlayer insulating film 12 . At the same time, the redeposited substances 14 and 15 were removed from the side wall of the connection hole 13.

【0022】次に、上記のウェハをCVD装置に移設し
、一例としてWF6流量5SCCM,H2 流量500
SCCM,ガス圧20Pa(0.15Torr),基板
温度410℃の条件で選択CVDを行った。ここでH2
 還元を行うのは、WF6 とAl−1%Si層11と
の反応によるAlF3 の生成を抑制し、コンタクト抵
抗  の増大やWの不均一な成長を防止するためである
。この結果、図6(c)に示されるように、上記凹部1
3aは第1の選択W層16で均一に埋め込まれた。
Next, the above wafer is transferred to a CVD apparatus, and as an example, WF6 flow rate is 5SCCM, H2 flow rate is 500
Selective CVD was performed under the conditions of SCCM, gas pressure of 20 Pa (0.15 Torr), and substrate temperature of 410°C. Here H2
The reason for performing the reduction is to suppress the generation of AlF3 due to the reaction between WF6 and the Al-1%Si layer 11, and to prevent an increase in contact resistance and non-uniform growth of W. As a result, as shown in FIG. 6(c), the recess 1
3a is uniformly filled with the first selected W layer 16.

【0023】次に、一例としてWF6 流量10SCC
M,SiH4 流量7SCCM,H2 流量1000S
CCM,ガス圧27Pa(200mTorr),基板温
度260℃の条件で選択CVDを行った。このようなS
iH4 還元を行うのは、SiH4 によるWF6 の
還元反応が発熱反応であり、吸熱反応であるH2 還元
に比べて成膜速度が著しく大きいからである。この結果
、接続孔13内部は第2の選択W層17により均一に埋
め込まれ、プラグ部18が完成された。
Next, as an example, WF6 flow rate 10SCC
M, SiH4 flow rate 7SCCM, H2 flow rate 1000S
Selective CVD was performed under the conditions of CCM, gas pressure of 27 Pa (200 mTorr), and substrate temperature of 260°C. S like this
The reason why iH4 reduction is performed is that the reduction reaction of WF6 by SiH4 is an exothermic reaction, and the film formation rate is significantly higher than that of H2 reduction, which is an endothermic reaction. As a result, the inside of the contact hole 13 was uniformly filled with the second selective W layer 17, and the plug portion 18 was completed.

【0024】実施例3 本実施例は、プラグ部を構成する第1の導体材料層と第
2の導体材料層とが共にWからなり、しかもその形成を
単独工程の選択CVD法により行った例である。このプ
ロセスを、図7(a)ないし(d)を参照しながら説明
する。ただし、図7において、図6と共通の部分につい
ては同一の番号を用いて説明する。
Example 3 This example is an example in which the first conductive material layer and the second conductive material layer constituting the plug portion are both made of W and are formed by a single step selective CVD method. It is. This process will be explained with reference to FIGS. 7(a) to (d). However, in FIG. 7, parts common to those in FIG. 6 will be described using the same numbers.

【0025】図7(a)は、下層配線であるAl−1%
Si層11上の層間絶縁膜12に接続孔13が開口され
、該接続孔13の側壁部にAl−1%Si層11に由来
する膜状の再付着物14および粒子状の再付着物15が
形成されてなるウェハの状態を示している。
FIG. 7(a) shows Al-1% lower layer wiring.
A connection hole 13 is opened in the interlayer insulating film 12 on the Si layer 11, and a film-like re-deposition 14 and a particulate re-deposition 15 originating from the Al-1%Si layer 11 are formed on the side wall of the connection hole 13. The state of the wafer is shown in which a wafer is formed.

【0026】上記のウェハを平行平板型プラズマ・エッ
チング装置にセットし、一例としてCl2 流量30S
CCM,ガス圧80Pa(0.6Torr),RFパワ
ー密度0.2W/cm2 (13.56MHz)の条件
で上記Al−1%Si層11の表層部を等方的にエッチ
ングした。このエッチングにより、図7(b)に示され
るように、接続孔13の底部に凹部13aが形成される
と共に、再付着物14,15が除去された。しかし、上
記凹部13aの表面には、蒸気圧の低いエッチング反応
生成物であるAlCl3 19が若干残留しており、放
置しておくと後工程におけるWの不均一成長の原因とな
る虞れがある。
The above wafer was set in a parallel plate type plasma etching apparatus, and a Cl2 flow rate of 30S was set as an example.
The surface layer portion of the Al-1%Si layer 11 was isotropically etched under the conditions of CCM, gas pressure of 80 Pa (0.6 Torr), and RF power density of 0.2 W/cm 2 (13.56 MHz). As a result of this etching, as shown in FIG. 7(b), a recess 13a was formed at the bottom of the connection hole 13, and the redeposited substances 14 and 15 were removed. However, a small amount of AlCl3 19, which is an etching reaction product with a low vapor pressure, remains on the surface of the recess 13a, and if left as it is, there is a risk that it will cause uneven growth of W in the subsequent process. .

【0027】そこで、ウェハをCVD装置に移設してま
ず300〜400℃に加熱し、図7(c)に示されるよ
うにAlCl3 19を揮発除去した。その後、一例と
してWF6 流量10SCCM,SiH4 流量7SC
CM,H2 流量1000SCCM,ガス圧27Pa(
0.2Torr),基板温度260℃の条件で選択CV
Dを行った。本実施例では再付着物14,15およびA
lCl3 19が予め除去されているので、凹部13a
および接続孔13を選択W層20によりほぼ平坦に埋め
込み、プラグ部を形成することができた。
Therefore, the wafer was transferred to a CVD apparatus and first heated to 300 to 400° C. to volatilize and remove AlCl3 19 as shown in FIG. 7(c). After that, as an example, WF6 flow rate 10SCCM, SiH4 flow rate 7SC
CM, H2 flow rate 1000SCCM, gas pressure 27Pa (
Selected CV under the conditions of 0.2Torr) and substrate temperature of 260℃
I did D. In this example, redeposit 14, 15 and A
Since the lCl3 19 has been removed in advance, the recess 13a
The contact hole 13 was buried almost flat with the selective W layer 20 to form a plug portion.

【0028】以上、本発明を3つの実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではなく、たとえば第1の導体材料層と第2の導体
材料層とが互いに異なる種類の金属等で形成されていて
も良い。また、上述の各実施例で行われたプロセスは適
宜組み合わせても良く、たとえば下層配線層を等方的に
エッチングした後にウェハを加熱して蒸気圧の低い反応
生成物を揮発除去し、H2 還元を利用した選択CVD
法により凹部を第1の導体材料層により充填した後、ブ
ランケットCVD法により接続孔を充填するといったプ
ロセスも可能である。
Although the present invention has been described above based on three embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the present invention is not limited to these embodiments. may be made of different types of metals. Furthermore, the processes performed in each of the above embodiments may be combined as appropriate. For example, after isotropically etching the lower wiring layer, the wafer is heated to volatilize and remove reaction products with low vapor pressure, and H2 reduction is performed. Selection CVD using
It is also possible to fill the recesses with the first conductive material layer by a method and then fill the connection holes by a blanket CVD method.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すれば導体材料層の選択成長に先立って下層配
線層の一部を等方的にエッチングすることにより、接続
孔の側壁部に存在する再付着物を除去し、均一を選択成
長を行わせることが可能となる。しかも、この凹部の形
状効果により、プラグ部となる導体材料層の密着性が向
上し、従来のように密着層を別個に設ける必要がなくな
る。また、接続孔を充填する導体材料層を特にブランケ
ットCVD法により形成した場合には、成膜途中におけ
る選択性の破綻を懸念することなく、深さの異なる接続
孔を良好に埋め込むことができる。また、接続孔の充填
をすべて選択CVD法により行ったとしても、予め異常
な核成長の原因となる反応副生成物や再付着物が除去さ
れているために、従来よりもプロセスの安定性は大幅に
向上する。したがって本発明は、微細なデザイン・ルー
ルにもとづいて設計され、高集積度および高性能を有す
る半導体装置の製造に極めて有用である。
[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, by applying the present invention, by isotropically etching a part of the lower wiring layer prior to selective growth of the conductor material layer, the sidewall of the connection hole can be improved. It becomes possible to remove redeposit existing in the area and perform uniform selective growth. Moreover, due to the shape effect of the recessed portion, the adhesion of the conductive material layer that becomes the plug portion is improved, and there is no need to provide a separate adhesion layer as in the conventional case. In addition, when the conductive material layer filling the connection holes is formed particularly by blanket CVD, connection holes of different depths can be satisfactorily filled without worrying about failure of selectivity during film formation. Furthermore, even if all connecting holes are filled by selective CVD, the process stability will be lower than before because reaction by-products and redeposit that cause abnormal nuclear growth have been removed in advance. Significantly improved. Therefore, the present invention is extremely useful for manufacturing semiconductor devices designed based on fine design rules and having high integration and high performance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の配線形成方法の一実施例において、段
差を有するAl−1%Si層上に深さの異なる接続孔が
開口され、再付着物が形成された状態を示す概略断面図
である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which contact holes with different depths are opened on an Al-1%Si layer having a step and re-deposition is formed in an embodiment of the wiring forming method of the present invention. It is.

【図2】図1に示されるウェハにおいてAl−1%Si
層の等方性エッチングにより凹部が形成され、再付着物
が除去された状態を示す概略断面図である。
FIG. 2: Al-1%Si in the wafer shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which recesses are formed by isotropic etching of the layer and redeposited matter is removed.

【図3】図2に示される凹部を選択CVD法により選択
W層で充填した状態を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the recess shown in FIG. 2 is filled with a selective W layer by a selective CVD method.

【図4】図3に示されるウェハの全面にブランケットC
VD法によりブランケットW層を形成した状態を示す概
略断面図である。
[Fig. 4] Blanket C is applied to the entire surface of the wafer shown in Fig. 3.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a blanket W layer is formed by a VD method.

【図5】図4に示されるウェハについて全面エッチバッ
クを行うことによりコンタクト・ホールの内部にのみブ
ランケットW層を残し、プラグ部を形成した状態を示す
概略断面図である。
5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the entire surface of the wafer shown in FIG. 4 is etched back, leaving a blanket W layer only inside the contact hole and forming a plug portion; FIG.

【図6】本発明の配線形成方法の他の実施例をその工程
順にしたがって示す概略断面図であり、(a)はAl−
1%Si層上の層間絶縁膜に接続孔が開口され、再付着
物が形成された状態、(b)は等方性エッチングにより
Al−1%Si層に凹部が形成され再付着物が除去され
た状態、(c)は凹部が第1の選択W層により充填され
た状態、(d)は接続孔が第2の選択W層により充填さ
れた状態をそれぞれ表す。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the wiring forming method of the present invention according to the process order, and (a) is an Al-
A connection hole is opened in the interlayer insulating film on the 1% Si layer and re-deposited matter is formed. (b) is a state in which a recess is formed in the Al-1% Si layer by isotropic etching and the re-deposited matter is removed. (c) shows a state where the recess is filled with the first selected W layer, and (d) shows a state where the connection hole is filled with the second selected W layer.

【図7】本発明の配線形成方法のさらに他の実施例をそ
の工程順にしたがって示す概略断面図であり、(a)は
Al−1%Si層上の層間絶縁膜に接続孔が開口され、
再付着物が形成された状態、(b)はAl−1%Si層
の等方性エッチングにより凹部が形成された状態、(c
)は凹部の表面から残留するAlCl3 が揮発除去さ
れた状態、(d)は凹部および接続孔が選択W層により
充填された状態をそれぞれ表す。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing still another embodiment of the wiring forming method of the present invention according to the process order, in which (a) a contact hole is opened in an interlayer insulating film on an Al-1% Si layer;
(b) is a state in which re-deposit is formed, (c) is a state in which a recess is formed by isotropic etching of the Al-1%Si layer, (c)
) represents a state in which residual AlCl3 has been volatilized and removed from the surface of the recess, and (d) represents a state in which the recess and the connection hole are filled with the selected W layer.

【図8】従来の配線形成方法の問題点を説明するための
概略断面図であり、(a)は接続孔の内部に再付着物が
形成された状態、(b)は接続孔の内部に不均一にW層
が成長した状態をそれぞれ表す。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the problems of the conventional wiring forming method, in which (a) shows a state in which re-deposited substances are formed inside the connection hole, and (b) shows a state in which redeposit is formed inside the connection hole. Each figure represents a state in which the W layer has grown non-uniformly.

【図9】従来の配線形成方法において深さの異なる接続
孔が選択CVD法により埋め込まれる場合の問題点を説
明する概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a problem when connection holes of different depths are filled by selective CVD in a conventional wiring forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11          ・・・Al−1%Si層
2,12          ・・・層間絶縁膜3  
              ・・・第1の接続孔4 
               ・・・第2の接続孔3
a,4a,13a・・・凹部
1,11...Al-1%Si layer 2,12...Interlayer insulating film 3
...first connection hole 4
...Second connection hole 3
a, 4a, 13a... recess

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  下層配線層上の絶縁膜に開口された接
続孔を導体材料層により充填する配線形成方法において
、前記接続孔を介して前記下層配線層の層厚方向の一部
を等方的にエッチングすることにより前記接続孔の周縁
よりも開口端が大とされた凹部を形成する工程と、少な
くとも前記凹部に第1の導体材料層を選択的に成長させ
る工程と、前記接続孔を第2の導体材料層により充填す
る工程とを有することを特徴とする配線形成方法。
1. A wiring forming method in which a contact hole opened in an insulating film on a lower wiring layer is filled with a conductive material layer, wherein a part of the lower wiring layer in the layer thickness direction is isotropically filled through the contact hole. a step of forming a recess with an opening end larger than a peripheral edge of the contact hole by selectively etching the contact hole; a step of selectively growing a first conductive material layer at least in the recess; and filling with a second conductive material layer.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001148356A (en) * 1999-10-07 2001-05-29 Samsung Electronics Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device having metal silicide layer with chamfer formed
KR20040017037A (en) * 2002-08-20 2004-02-26 삼성전자주식회사 Semiconductor contact structure and method of forming the same
JP2004130442A (en) * 2002-10-10 2004-04-30 Rohm Co Ltd Semiconductor device for micromachine

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