JPH0582655A - 多層配線形成方法 - Google Patents

多層配線形成方法

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JPH0582655A
JPH0582655A JP24163491A JP24163491A JPH0582655A JP H0582655 A JPH0582655 A JP H0582655A JP 24163491 A JP24163491 A JP 24163491A JP 24163491 A JP24163491 A JP 24163491A JP H0582655 A JPH0582655 A JP H0582655A
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JP
Japan
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wiring
layer wiring
connection hole
upper layer
lower layer
Prior art date
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Application number
JP24163491A
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English (en)
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

(57)【要約】 (修正有) 【目的】プラグイン縦配線と上層配線との接触抵抗を低
下させる、ボイドのない多層配線形成方法を提供する。 【構成】拡散層を含む下層配線11と、その上に形成さ
れた少なくとも一つの上層配線14との電気接続をとる
ため、上層配線14の敷設面に対して略垂直に下層配線
11まで貫通する接続孔6を形成し、接続孔6に導体1
5を充填する多層配線形成方法において、接続孔6の形
成の際に、前記少なくとも一つの上層配線14を上記接
続孔縁面に対して、上記導体15の上層配線上と下層配
線上との成長速度の比に相当する分をその外周方向迄エ
ッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多層配線形成方法、特
に超高集積半導体デバイス配線間相互の電気的接続をと
る、所謂接続孔(スルーホール)のより高密度化対応の
配線形成法であって、とりわけ、導電層が三次元的に配
置されるプラグイン縦配線プロセスに好適に用いられる
多層配線形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの超高集積化が推進され
ている昨今、それを実現するための技術に対するニーズ
が強まりつつある。それは、UVステッパーがg線から
i線へと、更にはUVよりも更に短波長の露光技術(例
えば、KrFエキシマーレーザーなど)が求められつつ
あることからもよく分かる。
【0003】これらの露光技術は、デザインルールの所
謂、最小寸法を決めている。この露光技術の発展が、上
述の半導体デバイスの微細化を推進してきたといっても
過言ではない。
【0004】一方、この露光技術だけでは、微細化には
限界が生じる。即ち、露光技術の最小寸法によりデバイ
ス寸法、ひいてはその構造、更にはセル面積が制限され
るからである。そのため、現在の露光の技術を用いて、
より高密度化を図ろうとすると、デバイスの三次元化も
考えていかなければならない。例えば、かってDRAM
において数多くの研究成果が残されたトレンチセルや、
最近注目を集めつつあるFIN構造などは、その最たる
ものである。
【0005】ところで、この考えは、多層配線にも取り
入れ出されてきた。例えば、1991年度の第38回応用物
理学関係連合講演会、講演予稿集P691に示されてい
る、プラグイン縦配線プロセスなどが挙げられる。この
技術は微細化によらない高密度化を目指す能動層積層デ
バイスにおいて、電極を形成すべき導電層を三次元的に
配置し、従来型面積の高密度化の障害になっていた配線
の面積が増大する欠点を解決するものである。
【0006】即ち、このプラグイン縦配線技術は、従来
図4に示す様に、下層配線である例えばn+poly−Si
(多結晶シリコン)からなる拡散層1と、この拡散層1
上に形成された例えばSiO2からなる第1の絶縁層2
と第2の絶縁層3の間に形成された上層配線4とを接続
孔6に例えばタングステン(以下W)等のプラグ5を埋
め込むことによって電気的接続をとる技術である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このプラグイ
ン縦配線技術を用いようとした場合、問題になるのは、
コンタクト抵抗である。即ち、上層配線4の厚さa、接
続孔6の半径bとした場合、上層配線4とこの接続孔6
内に形成されたプラグ5の接触面積は、2abπであ
る。そこで、接触面積を稼いで、接触抵抗を低下するた
めに、 i)aを大きくすればよいが、それはとりもなおさず上
層配線4の厚さを厚くすることを意味し、それはひいて
は、上層配線形成のスループットを低下させると共に、
アスペクト比が大きくなる分、接続孔形成とその中への
プラグ導体形成のスループットを低下させると共に、導
体形成のプロセスを困難にすることを意味する。何故な
ら、これらの導体形成は,通常CVD法で行なうが、ア
スペクト比が大きくなる(接続孔が深くなる)に従っ
て、ボイドなく導体を接続孔6内に埋め込むことが困難
になるからである。
【0008】ii)一方、bを大きくすることは、本発
明の主旨上、逆効果と言わざるを得ない。即ち、bを大
きくすることは、接続孔の径を大きくすることであり、
微細化と反対の方向になることを意味するからである。
【0009】この点に鑑みて、本出願人は、上層配線を
その外周方向まで略等方エッチングしておき、その中に
選択的にメタルプラグ5を形成する方法を出願した(特
願平3−142133号)。
【0010】しかるに、メタルプラグ5を形成する場合
上層配線上と下層配線上で、成長速度の差に大きな違い
がある場合は、図5に示す如くボイド9が形成されてし
まうことが考えられた。
【0011】本発明は、上記の如きプラグイン縦配線と
上層配線との接触抵抗(コンタクト抵抗)を低下させる
ボイドのない多層配線形成方法を提供することを目的と
する。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、拡散層を含む下層配線と、その上に形成された少な
くとも一つの上層配線との電気的接続をとるため、前記
上層配線の敷設面に対して略垂直に前記下層配線迄貫通
する接続孔を形成し、前記接続孔に導体を充填する多層
配線形成方法において、前記接続孔形成の際に、前記少
なくとも一つ以上の上層配線の少なくとも一つの上層配
線を前記接続孔の縁面に対して、前記接続孔内に形成す
る導体の上層配線上と下層配線上との成長速度の比に相
当する分をその外周方向迄エッチングすることを特徴と
する多層配線形成方法によって解決される。
【0013】
【作用】本発明によれば、接続孔6形成の際に、上層配
線14の少なくとも一部が接続孔の縁面(側壁面)に対
して前記接続孔内に形成する導体の上層配線上と下層配
線上との成長速度の比に相当する分が外周方向迄エッチ
ングされているため、得られる接続孔6は柱状の少なく
とも1ヶ所の側壁全周に突出部7(その外面が略垂直で
ない)が形成され、接続孔6に埋め込まれるプラグ5と
上層配線14との接触面積を大きくすることが可能とな
り、その際ボイド9も形成されない。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本例は2層以上のA1多層配線を例にとった。
【0015】図1及び図2は、本発明の第1実施例を説
明するためのプラグイン縦配線の要部断面図である。
【0016】まず、図1(a)に示すように、基板上よ
り、Ti/TiN/Ti/Al−Si/TiON=30
nm/70nm/30nm/300nm/30nmから
なる下層配線11をスパッタ法にて形成し、通常の方法
でパターニング後、その上に常圧CVD法を用いてSi
2からなる厚さ500nmの第1の絶縁層(層間膜)
12を形成し、その上に同じくスパッタ法を用いて、T
i/Al−Si=80nm/600nmからなる厚さ6
80nmの上層配線14を形成し、同じく通常の方法で
パターニング後、更にその上に常圧CVD法を用いてS
iO2からなる厚さ500nmの第2の絶縁層(層間
膜)13を順次形成する。
【0017】次に図1(b)示すように、半径0.5μ
mの接続孔6のパターンをステッパーを用いて開孔した
後、ドライエッチングを用いて例えば異方性の条件であ
る、C48=46sccm,圧力:2.0Pa,RF出力:
2.7W/cm2で第2の絶縁層13を上記上層配線の
敷設面に対して略垂直に穿孔する。
【0018】次に図2(a)に示す様に、同様にドライ
エッチングを用いて上層配線14を例えば、A1−Si
上の自然酸化膜を除去した後、Cl2=30sccm,圧
力:2.0Pa,RF出力:0.08W/cm2の条件で
等方エッチングし、突出部7を形成した。突出部7は接
続孔6の縁面(側壁面)Aに対して外周方向に除去され
ており、そのサイドエッチ量は100nmであった。
【0019】次に、第2の絶縁層13をエッチング除去
したのと同一条件で、第1の絶縁層12を異方性エッチ
ングすることによって下層配線(拡散層)11の表面を
露出させる。その後、被処理基板を選択W CVD装置
に入れて、NF3/H2=10/50sccm,圧力:6.7
Pa,RF出力:0.5W/cm2の条件で前処理を行な
い、WF6/H2=10/1000sccm,圧力:26.6
Pa,400℃の条件でプラグ15を形成する(図2
(b))。このプラグの形成時既に本発明者が90年秋
の応用物理学会で発表した様に、上配線突出部7空隙に
も成長して埋め込まれ、特にTiON上からとA1から
の成長速度の違いに合わせ、A1が等方エッチングされ
ているのでボイドが発生しにくい。
【0020】このように、下地の材料によって成長速度
に差がでてくることは、次のように考えられる。即ち、
選択成長の核発生までの インダクションタイム(Induc
tionTime)が下地材料によって異なるためで、下地材料
によってWF6がWに還元される反応の触媒作用の力に
差があると考えられている。
【0021】本実施例の場合、Al上では、殆ど、上記
のインダクションタイム(Induction Time)はないが、
TiON上では条件により異なるが、30〜60秒ほど
ある。今、60秒として選択Wのレートは100nm/
分位であるので、サイドエッチが100nmなら、突出
部がAlですべて埋まった状態から、Al上TiON上
でWの成長が始まると考え、このサイドエッチ量を設定
した。設定量は実験を行ない最適量にすることが望まれ
る。
【0022】図3は本発明の第2の実施例を説明するた
めの要部工程図である。
【0023】これは、第1の実施例の応用例である。説
明が重複する箇所は省略する。まず、図3(a)に示す
ように、第1実施例と同じような突出部7を有する接続
孔6を形成した後、選択Wで途中までプラグ15を形成
する。その後、カバレージのよいブランケットタングス
テン(以下B1K−W)CVDを用いて、残りのプラグ
と第2の上層配線層8を形成する(同図(b))。これ
は、B1K−Wが全面に成長する性質を利用したもので
ある。
【0024】本発明では、プラグ(導体)15としてW
を用いたが、モリブデン(Mo),アルミニウム(A
l)等のメタルも用いられる。また、本実施例は下層配
線11と上層配線14の2層配線を示したが、3層、4
層の多層配線でも有効である。又、TiONとAl−S
iの例で示したが他の例も考えられることはいうまでも
ない。例えば、下層配線がWポリサイド、上層がAl−
Si等の例にも有効に用いられる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接続孔の縁面(側壁面)に対して外周方向に突出部を有
する接続孔でも、プラグ(導体)を埋め込むことができ
るため、上層配線とプラグとの接触面を大きくでき、従
って接触抵抗を低下させることができ、更に上層と下層
の配線材料の違いにより、選択成長速度が異なっても、
予め、その分を考慮にいれて、突出部を形成してあるの
でボイドが生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す要部工程(前半)断
面図である。
【図2】本発明の第1実施例を示す要部工程(後半)断
面図である。
【図3】本発明の第2実施例を示す要部工程断面図であ
る。
【図4】本発明の背景であるプラグイン縦配線従来例断
面図である。
【図5】従来の問題点を示す図である。
【符号の説明】 1,11 下層配線 2,12 第1の絶縁層(層間膜) 3,13 第2の絶縁層(層間膜) 4,14 上層配線 5,15 プラグ(導体) 6 接続孔 7 突出部 8 第2の上層配線 9 ボイド

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 拡散層を含む下層配線と、その上に形成
    された少なくとも一つの上層配線との電気的接続を取る
    ため、前記上層配線の敷設面に対して略垂直に前記下層
    配線まで貫通する接続孔を形成し、前記接続孔に導体を
    充填する多層配線形成法において、 前記接続孔形成の際に、前記少なくとも一つの上層配線
    を前記接続孔縁面に対して、前記導体の上層配線上と下
    層配線上との成長速度の比に相当する分をその外周方向
    迄エッチングすることを特徴とする多層配線形成方法。
  2. 【請求項2】 前記接続孔内に導体を、選択メタルCV
    D法を用いて形成することを特徴とする請求項1記載の
    多層配線形成方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5851923A (en) * 1996-01-18 1998-12-22 Micron Technology, Inc. Integrated circuit and method for forming and integrated circuit
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