JPH08293552A

JPH08293552A - プラグの形成方法

Info

Publication number: JPH08293552A
Application number: JP20859695A
Authority: JP
Inventors: Akira Mizumura; 章水村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-08-16
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】下層配線あるいはゲート電極とその上層配線
との間の電気的接続についてその信頼性を向上する、プ
ラグの形成方法の提供が望まれている。【解決手段】基体上に形成された下層配線１０の上の
絶縁層１１に、下層配線１０と絶縁層１１上に設けられ
る上層配線との間を接続するためのスルーホール１２を
形成し、スルーホール１２にプラグを埋め込むプラグの
形成方法である。下層配線１０上に絶縁層１１を形成す
る工程と、絶縁層１１エッチングしてスルーホール１２
を形成する工程と、スルーホール１２内に、下層配線１
０を覆ってＡｌをＣＶＤ法により堆積し、第一Ａｌ層を
形成する工程と、第一Ａｌ層を高圧リフロー法により熱
処理する工程と、熱処理後の第一Ａｌ層２０上に、Ａｌ
をターゲットとするスパッタ法によって第二Ａｌ層を形
成する工程と、第二Ａｌ層２０を高圧リフロー法により
熱処理する工程とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下層配線と上層配
線と間、さらにはゲート電極と配線との間を接続するス
ルーホール内に、プラグを埋め込むためのプラグの形成
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、配
線の多層化がより進んでいる。このような半導体装置を
製造するに際して、特に下層配線と上層配線との間を接
続するスルーホールを形成する場合には、半導体装置の
デバイス特性を確保するうえで、該スルーホール内に埋
め込まれるプラグが配線間を確実に接続するべく、形成
するスルーホールの位置ずれに起因する導通不良が生じ
ないことが要求されている。

【０００３】このような要求から従来では、位置ずれに
よる導通不良を防止するため、スルーホールの形成に先
立ち、図４に示すように下層配線１のスルーホール接続
箇所２を他の部分より幅広に形成している。そして、こ
のような幅広の接続箇所２を形成しておくことにより、
例えば図４中実線で示すスルーホールの設計上の位置３
に対し、実際には図４中二点鎖線で示す位置３にスルー
ホールが形成されても、該スルホール内に埋め込まれる
プラグ（図示略）と下層配線１との電気的接続に支障が
ないようになっている。すなわち、幅広の接続箇所２を
形成しておくことにより、図４中Ｌで示す長さ分、スル
ーホールの位置ずれが吸収されるようになっているので
ある。

【０００４】しかして、近時、半導体装置の高集積化が
一層進んでいることから、前述したように下層配線１に
幅広の接続箇所２を形成する方法を採用すると、配線パ
ターンの微細化が阻まれてしまい、結果として半導体装
置の高集積化が損なわれてしまうといった不満がある。
ところが、このような幅広の接続箇所２を形成せずにス
ルーホールを形成した場合、スルーホールの位置ずれに
より、このスルホールが下層配線１上に全部載らずにそ
の一部が下層配線１の側壁側に落ちて形成されてしまう
ことがある。図５はこのようにスルホールが位置ずれし
て形成される場合を説明するための図であり、図５を用
いて以下にスルホールの形成法を説明する。

【０００５】まず、図５（ａ）に示すようにウエハ等の
半導体基板４上に公知の手法によってＬＯＣＯＳ酸化膜
５、ゲート電極６を形成し、次いで、図５（ｂ）に示す
ようにこれらＬＯＣＯＳ酸化膜５、ゲート電極６を覆っ
て半導体基板４上に第一の層間絶縁層７を堆積し、さら
にその所定位置（例えば、半導体基板４に形成した図示
しないソース領域、ドレイン領域と対応する位置）に、
公知のリソグラフィー技術、エッチング技術によって第
一のスルーホール８を形成する。

【０００６】次いで、図５（ｃ）に示すように第一のス
ルーホール８内に、公知の選択Ｗ−ＣＶＤ法、またはブ
ランケットＷ−ＣＶＤ法等によってＷ（タングステン）
を埋め込み、プラグ９を形成する。続いて、第一のスル
ーホール８内のプラグ９に接続するようにして下層配線
１０を形成する。なお、下層配線１０としては、後述す
るようにプラグ９を形成するＷ等との密着性を高めるた
め、Ａｌ等の通常の金属配線材料の上にＴｉＮ（チタン
ナイトライド）からなる密着膜を積層するのが普通であ
り、この例においても、下層配線１０はＡｌ層１０ａと
ＴｉＮからなる密着層１０ｂとから形成されたものとす
る。

【０００７】その後、図５（ｄ）に示すように下層配線
１０を覆ってＳｉＯ₂等からなる第二の層間絶縁層１１
を形成し、さらにこれの所定位置、すなわち下層配線１
０の略直上に第二のスルホール１２を形成する。このと
き、前述したように下層配線１０に幅広の接続箇所が形
成されていないことから、図５（ｄ）中に示したよう
に、第二のスルーホール１２が位置ずれしてしまい、そ
の一部が下層配線１０上に載らずに下層配線１０の側壁
側に落ちて深く形成されてしまうのである。

【０００８】このように第二のスルーホール１２が位置
ずれして形成されてしまうと、この第二のスルホール１
２を埋め込んでプラグを形成するためには、例えば以下
の手法が考えられる。第一の手法は、プラグ形成材料と
してＡｌ（アルミニウム）を用い、これを第二のスルー
ホール１２内に埋め込んだ後、埋め込んだＡｌに対して
単に高圧リフロー処理する方法である。第二の手法は、
単にブランケットＷ−ＣＶＤ法によってＷ（タングステ
ン）を埋め込む方法であり、その場合には、予め第二の
スルーホール１２の内面にＣＶＤ法（化学的気相成長
法）あるいはスパッタ法によりＴｉＮを堆積して密着層
を形成し、その後、前記のブランケットＷ−ＣＶＤ法に
よってＷを埋め込み、プラグを形成する方法である。第
三の手法は、単に選択Ｗ−ＣＶＤ法によって第二のスル
ーホール１２内にＷを成長させ、これを埋め込んでプラ
グを形成する方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
三つの手法においても以下に述べる不都合がある。一般
にＡｌを用いた高圧リフロー法（以下、高圧Ａｌリフロ
ー法と略称する）は、スルーホールの内径が０．２５μ
ｍ以下の場合ボイド（Void）を形成することなく密に埋
め込みができるものの、これを越えるとボイドが形成さ
れ易くなる。よって、前記第一の手法では、図６に示す
ように第二のスルーホール１２内における下層配線の側
壁側に落ちて深く形成された部分（以下、深部１２ａと
呼称する）でボイドが形成されることなくＡｌが埋め込
まれるものの、下層配線１０上では、通常該スルーホー
ル１２の内径が０．２５μｍよりかなり大きいことか
ら、ボイド１３が形成され易くなってしまう。したがっ
て、このようにボイド１３が形成されてしまうと、プラ
グ（図示略）と下層配線１０間、すなわち下層配線１０
とその上に形成される上層配線（図示略）との間の電気
的接続について、その信頼性が低いものとなってしまう
のである。

【００１０】前記第二の手法では、図７に示すようにＴ
ｉＮからなる密着層１４を形成した際、第二のスルホー
ル１２内の、深部１２ａの底側にまでＴｉＮが入り込ま
ず、その状態で図７に示したように密着層１４が形成さ
れてしまう。その結果、ブランケットＷ−ＣＶＤ法によ
って第二のスルーホール１２内にＷを埋め込み、プラグ
（図示略）を形成しても、特にＷは第二の層間絶縁層１
１を形成するＳｉＯ₂等との密着性が悪いことから、該
プラグが密着層１４の形成されていない深部１２ａの底
側の、第二の層間絶縁層１１側で剥離し易くなり、この
ため、前記第一の手法の場合と同様に、下層配線１０と
その上に形成される上層配線（図示略）との間の電気的
接続について、その信頼性が低いものとなってしまうの
である。

【００１１】前記第三の手法では、選択Ｗ−ＣＶＤ法に
よってＷを埋め込んだ際、下層配線１０を構成するＡｌ
層１０ａと密着層１０ｂとに対するＷの成長速度の差か
ら、図８に示すように第二のスルホール１２内の深部１
２ａにてＷが十分埋め込まれず、このため該深部１２ａ
にてボイド１５が形成されることになる。したがって、
前記第一の手法、第二の手法の場合と同様に、下層配線
１０とその上に形成される上層配線（図示略）との間の
電気的接続について、その信頼性が低いものとなってし
まうのである。

【００１２】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、下層配線と上層配線との
間の電気的接続についてその信頼性を向上し、さらに
は、ゲート電極と配線間との間の同様の信頼性も向上す
る、プラグの形成方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載のプラグの形成方法では、下層配線上に該下層配線
を覆って絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の所定箇
所をエッチングして前記下層配線の略直上部にスルーホ
ールを形成する工程と、前記スルーホール内に、少なく
とも該スルーホール内に露出する前記下層配線を覆って
Ａｌを化学的気相成長法により堆積し、第一Ａｌ層を形
成する工程と、前記第一Ａｌ層を高圧リフロー法により
熱処理する工程と、前記熱処理後の第一Ａｌ層上に、Ａ
ｌをターゲットとするスパッタ法によって第二Ａｌ層を
形成する工程と、前記第二Ａｌ層を高圧リフロー法によ
り熱処理する工程とを具備することを前記課題の解決手
段とした。

【００１４】請求項２記載のプラグの形成方法では、下
層配線上に該下層配線を覆って絶縁層を形成する工程
と、前記絶縁層の所定箇所をエッチングして前記下層配
線の略直上部にスルーホールを形成する工程と、前記ス
ルーホール内に、少なくとも該スルーホール内に露出す
る前記下層配線を覆ってＡｌを化学的気相成長法により
堆積し、第一Ａｌ層を形成する工程と、前記第一Ａｌ層
を高圧リフロー法により熱処理する工程と、前記熱処理
後の前記第一Ａｌ層上に、Ａｌを化学的気相成長法によ
り堆積して第二Ａｌ層を形成する工程とを具備すること
を前記課題の解決手段とした。

【００１５】請求項３記載のプラグの形成方法では、下
層配線上に該下層配線を覆って絶縁層を形成する工程
と、前記絶縁層の所定箇所をエッチングして前記下層配
線の略直上部にスルーホールを形成する工程と、前記ス
ルーホール内に、少なくとも該スルーホール内に露出す
る前記下層配線を覆ってＡｌを化学的気相成長法により
堆積し、第一Ａｌ層を形成する工程と、前記第一Ａｌ層
を高圧リフロー法により熱処理する工程と、前記熱処理
後の第一Ａｌ層の表層部をエッチングして前記スルーホ
ールの開口部側に位置する第一Ａｌ表層部の角部を削る
工程と、前記エッチング処理後の第一Ａｌ層の内面にこ
れを覆ってＴｉＮからなる密着層を形成する工程と、前
記密着層上に、Ｗを化学的気相成長法により堆積させて
前記スルーホール内をＷで埋め込む工程とを具備するこ
とを前記課題の解決手段とした。

【００１６】また、請求項４記載のプラグの形成方法で
は、請求項１記載の方法において、その下層配線をゲー
ト電極に置き換えて行うようにした。同様に請求項５記
載のプラグの形成方法では請求項２記載の方法におい
て、また請求項６記載のプラグの形成方法では請求項３
記載の方法においてそれぞれ下層配線をゲート電極に置
き換え、プラグを形成するようにした。

【００１７】さらに、請求項７記載のプラグの形成方法
では、下層配線を、その上層部がＴｉＮからなる密着膜
となるようにして形成するとともに、該下層配線の上
に、該下層配線と略同一パターンとなるようにして絶縁
膜を形成する工程と、前記下層配線の側壁部にＴｉＮか
らなるサイドウォールを形成する工程と、前記下層配線
およびサイドウォールを覆って前記基体上に絶縁層を形
成する工程と、前記絶縁層における前記下層配線の略直
上部の所定箇所を、前記絶縁膜が下層配線の上面を覆っ
た状態を維持するようにしてエッチングし、前記下層配
線の略直上部にスルーホールを形成する工程と、前記ス
ルーホール内に、Ｗを化学的気相成長法により選択成長
させる工程と、この選択成長処理の後、前記スルーホー
ル内に残留する前記絶縁膜をエッチング除去して前記下
層配線の密着膜を露出させる工程と、前記スルーホール
内に、Ｗを化学的気相成長法により選択成長させて該ス
ルーホール内にＷを埋め込む工程とを具備することを前
記課題の解決手段とした。

【００１８】請求項８記載のプラグの形成方法では、請
求項７記載の方法における、Ｗを化学的気相成長法によ
り選択成長させてスルーホール内をＷで埋め込む工程に
代え、スルーホールの内面にこれを覆ってＴｉＮからな
る密着層を形成する工程と、該スルーホール内の前記密
着層上に、Ｗを化学的気相成長法により堆積させて該ス
ルーホールをＷで埋め込む工程とを備えたことを前記課
題の解決手段とした。

【００１９】本発明における請求項１、４記載のプラグ
の形成方法によれば、スルーホールが位置ずれによりそ
の一部が下層配線（ゲート電極）の側壁側に落ちて形成
されても、該スルーホール内に形成した第一Ａｌ層を高
圧リフロー法によって熱処理することにより、該スルー
ホール内における下層配線（ゲート電極）の側壁側に落
ちて深く形成された部分、すなわちスルーホール内の深
部が通常０．２５μｍ以下であることから、この深部内
に第一Ａｌ層がボイドを形成することなく確実に埋め込
まれる。また、熱処理後、スルホールの側壁部に堆積さ
れた第一Ａｌ層の内径が０．２５μｍ以下であれば、こ
れに続いて第二Ａｌ層を形成し、再度高圧リフロー法に
よって熱処理することにより、スルーホールの前記深部
より上の部分に第二Ａｌ層がボイドを形成することなく
確実に埋め込まれる。

【００２０】請求項２、５記載のプラグの形成方法によ
れば、熱処理後、スルホールの側壁部に堆積された第一
Ａｌ層の内径が０．２５μｍ以上であれば、これに続い
て第二Ａｌ層を化学的気相成長法によって堆積すること
により、スルーホール内の前記深部より上の部分に、第
二Ａｌ層がボイドを形成することなく確実に埋め込まれ
る。請求項３、６記載のプラグの形成方法によれば、熱
処理後、密着層を形成した後Ｗを化学的気相成長法によ
り堆積させる、いわゆるブランケットＷ−ＣＶＤ法を行
うことにより、スルーホール内の前記深部より上の部分
にＷがボイドを形成することなく確実に埋め込まれる。
また、密着層を形成するに先立ち、エッチングによって
第一Ａｌ層の角部を削ることにより、密着層形成の際の
密着層の堆積不良、さらにはその後のＷの堆積不良が防
止される。

【００２１】請求項７記載のプラグの形成方法によれ
ば、密着膜を形成した下層配線の上に予め絶縁膜を形成
するとともに、該下層配線の側壁部にＴｉＮからなるサ
イドウォールを形成するので、スルーホールが位置ずれ
によりその一部が下層配線の側壁側に落ちて形成されて
も、該スルーホール内にＷを化学的気相成長法によって
選択成長させる、いわゆる選択Ｗ−ＣＶＤ法を行うこと
により、スルーホール内の深部にて前記サイドウォール
上にＷが成長することことから、この深部内にＷがボイ
ドを形成することなく確実に埋め込まれる。このとき、
下層配線の上面側には絶縁膜が残っていることから、該
絶縁膜と前記サイドウォールとに対するＷの成長速度の
差により、絶縁膜上にはＷを成長させることなくサイド
ウォールの側方、すなわちスルーホールの深部にのみＷ
を成長させることが可能になる。そして、スルーホール
内に残留する前記絶縁膜をエッチング除去して前記下層
配線の密着膜を露出させた後、再度選択Ｗ−ＣＶＤ法を
行うことにより、先に深部内に埋め込まれたＷと露出し
た密着膜との上にそれぞれＷが成長し、これによってス
ルーホール内の前記深部より上の部分にも、Ｗがボイド
を形成することなく確実に埋め込まれる。

【００２２】請求項８記載のプラグの形成方法によれ
ば、スルーホール内に残留する前記絶縁膜をエッチング
除去して前記下層配線の密着膜を露出させた後、スルー
ホールの内面にこれを覆ってＴｉＮからなる密着層を形
成し、さらにＷを化学的気相成長法により堆積させる、
いわゆるブランケットＷ−ＣＶＤ法を行うことにより、
スルーホール内の前記深部より上の部分にＷがボイドを
形成することなく確実に埋め込まれる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のプラグの形成方法
を詳しく説明する。まず、本発明方法の第一実施例を説
明する。この第一実施例が従来の方法と異なるところ
は、図５（ｄ）に示した、第二のスルホール１２を形成
した後の工程であり、したがってここまでの工程につい
てはその説明を省略する。

【００２４】ただし、この第一実施例においては、密着
層１０ｂをＴｉＮからなる単層でなく、Ｔｉ膜とこの上
に設けられたＴｉＮ膜とによって形成している。この理
由は、スパッタ法によってＡｌ層１０ａを形成した後、
続いてスパッタ法で直接Ａｌ層１０ａ上にＴｉＮ膜を形
成すると、ＴｉＮ膜形成時の原料であるＮ₂ガスにより
Ａｌが窒化されてＡｌ窒化膜が形成され、Ａｌ層１０ｂ
と密着層（ＴｉＮ）との間の抵抗が大きくなって導通が
とれにくくなるためである。したがってこの例では、前
述したようにＡｌ層１０ｂとＴｉＮとの間にスパッタ法
による数ｎｍ程度の厚さのＴｉ膜を介在させ、Ａｌ層１
０ｂの窒化を防いで該Ａｌ層１０ｂとＴｉＮとの導通を
確実にしている。

【００２５】本実施例においては、図５（ｄ）に示した
ごとく第二のスルホール１２を形成した後、該スルーホ
ール１２内に、該スルーホール１２内に露出する下層配
線１０を覆って、ＤＭＡＨ／Ｈ₂を原料ガスとするＣＶ
Ｄ法によってＡｌを堆積する。このようにして堆積処理
を行うと、スルーホール１２を形成する第二の層間絶縁
層１１上はもちろん、スルーホール１２内の側面にもＡ
ｌが堆積される。続いて、堆積されて形成された第一Ａ
ｌ層を高圧リフロー法により熱処理し、図１（ａ）に示
すような熱処理後の第一Ａｌ層２０を形成する。

【００２６】このとき、第一Ａｌ層の形成にはＣＶＤ法
を採用していることから、スパッタ法で行った場合のよ
うにスルーホール１２の開口部側でオーバーハングする
ことがなく、したがって堆積後の第一Ａｌ層はスルーホ
ール１２の側面に概略沿った状態に形成される。よっ
て、この第一Ａｌ層を高圧リフロー処理することによ
り、得られる第一Ａｌ層は図１（ａ）に示したごとくス
ルーホール１２の側面に沿った状態に形成される。な
お、高圧リフロー処理としては、堆積する第一Ａｌ層の
厚みによって変わるものの、６０ＭＰａ以上の圧力下に
て４００℃程度の加熱処理を適宜時間行うものとする。

【００２７】このようにして得られた第一Ａｌ層２０の
内径、すなわち図１（ａ）中Ａで示す内径が０．２５μ
ｍ以下の場合には、さらにＡｌをターゲットとしてスパ
ッタリングを行い、第一Ａｌ層２０上に第二Ａｌ層を形
成する。そして、再度高圧リフロー法による熱処理を行
い、図１（ｂ）に示すように第一Ａｌ層２０内に第二Ａ
ｌ層２１を形成する。なお、ここでの高圧リフロー処理
についても、先の高圧リフロー処理と同範囲の条件にて
行われる。その後、エッチング処理を行い、第二の層間
絶縁層１１上に堆積した第一Ａｌ層２０、第二Ａｌ層２
１を除去する。

【００２８】このようにして二段階の高圧リフロー処理
を行うと、スルーホール１２内の深部１２ａは通常０．
２５μｍ以下であることから、先の高圧リフロー処理に
よってこの深部１２ａ内に第一Ａｌ層２０を、ボイドを
形成することなく確実に埋め込むことができる。同様
に、第一Ａｌ層２０の内径Ａが０．２５μｍ以下である
ことから、後の高圧リフロー処理によって第一Ａｌ層２
０内に第二Ａｌ層２１を、ボイドを形成することなく確
実に埋め込むことができる。したがって、位置ずれによ
り深部１２ａを形成したスルーホール１２内に、第一Ａ
ｌ層２０の一部、および第二Ａｌ層２１の一部からなる
プラグを、ボイドを形成することなく埋め込み形成する
ことができる。

【００２９】また、第一Ａｌ層２０の内径Ａが０．２５
μｍ以上の場合には、前記熱処理後の第一Ａｌ層２０上
に、Ａｌを前記したＣＶＤ法により再度堆積し、図１
（ｂ）に示した場合と同様に第二Ａｌ層２１を形成す
る。そして、エッチング処理を行って第二の層間絶縁層
１１上に堆積した第一Ａｌ層２０、第二Ａｌ層２１を除
去する。なお、これら第二の層間絶縁層１１上の第一Ａ
ｌ層２０、第二Ａｌ層２１を除去することなく、配線用
にパターニングすることにより、Ａｌ配線として利用し
てもよい。このように第一Ａｌ層２０の内径Ａが０．２
５μｍ以上の場合には、ＣＶＤ法によって第一Ａｌ層２
０内にボイドを形成することなく第二Ａｌ層２１を埋め
込むことができることから、結果として、二段階の高圧
リフロー処理をおこなった場合と同様にスルーホール１
２内に、第一Ａｌ層２０の一部、および第二Ａｌ層２１
の一部からなるプラグを、ボイドを形成することなく埋
め込み形成することができる。

【００３０】なお、本実施例においては、下層配線１０
をＡｌ層１０ａからなる単層のものとしてもよく、ま
た、Ａｌ層１０ａとＴｉＮ膜のみからなる密着層１０ｂ
とによって形成してもよい。また、本実施例の方法は、
ゲート電極に接続されるスルーホール内に、プラグを埋
め込み形成する場合にも有効である。すなわち、下層配
線１０を図５（ｃ）に示したゲート電極６に代え、第二
のスルーホール１２を、図５（ｃ）中二点鎖線で示すよ
うにゲート電極６の略直上部に形成されたスルーホール
２２とすれば、例えばゲート電極６がポリシリコンとそ
の上に形成されたＷＳｉ₂等のシリサイド構造である場
合など、図１（ａ）、（ｂ）に示した実施例と同様の作
用を奏するのである。

【００３１】次に、本発明の第二実施例を説明する。図
２（ａ）、（ｂ）はこの第二実施例を説明するための図
であり、この第二実施例が先の第一実施例と異なるとこ
ろは、図１（ａ）に示す第一Ａｌ層２０を形成した後の
工程にある。すなわち、この第二実施例では、第一Ａｌ
層２０を形成した後、該第一Ａｌ層２０の表層部をエッ
チングして図２（ａ）に示すようにスルーホール１２の
開口部側に位置する第一Ａｌ層２０の表層部の角部を削
り取る。このようにして角部を削り取ると、スルーホー
ル１２の開口部側には、第二の層間絶縁層１１上面側か
らスルーホール１２内に行くにしたがって外側に凸とな
るよう湾曲した、滑らか曲面からなる角部２０ａが形成
される。ここで、前記第一Ａｌ層２０のエッチングとし
ては、２０℃にて、ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂を８０／１２０
〔sccm〕の流量で供給する反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）が好適に用いられる。

【００３２】次に、このエッチング処理後の第一Ａｌ層
２０の内面に、図２（ｂ）に示すようにこれを覆ってＴ
ｉＮからなる密着層２３を形成する。この密着層の２３
の形成法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法等の公知の方
法が採用可能である。次いで、この密着層２３上に、Ｗ
をＣＶＤ法によって堆積させるいわゆるブランケットＷ
−ＣＶＤ法により、図２（ｂ）に示すようにスルーホー
ル１２内をＷ層２４で埋め込み、その後、エッチング処
理を行って第二の層間絶縁層１１上に堆積した密着層２
３、Ｗ層２１を除去する。ここで、前記ブランケットＷ
−ＣＶＤ法としては、例えば、４５０℃にてＷＦ₆／Ｈ
₂／Ａｒを７０／５００／２０００〔sccm〕の流量で供
給して行うといった条件が採用される。

【００３３】このようにしてブランケットＷ−ＣＶＤ法
を行うと、第一Ａｌ層２０によって深部１２ａが埋め込
まれた後の第一Ａｌ層２０内に、密着層２３に密着させ
た状態でＷをボイドを形成することなく確実に埋め込む
ことができる。またこのとき、密着層２３を形成するに
先立ってエッチングにより第一Ａｌ層２０の角部を削る
ことから、密着層２３形成の際の該密着層の堆積不良、
さらにはＷ層の堆積不良を防止することができる。な
お、本実施例の方法も、先の第一実施例の場合と同様、
ゲート電極に接続されるスルーホール内に、プラグを埋
め込み形成するのに有効である。

【００３４】次に、本発明の第三実施例を説明する。こ
の第三実施例が先に示した第一、第二実施例と異なると
ころは、図５（ｃ）に示した下層配線１０の形成以降の
工程にある。すなわち、この第三実施例では、下層配線
１０を形成するにあたって、まず、スパッタ法あるいは
ＣＶＤ法によってＡｌ層、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜を第一の層
間絶縁層７上に順次形成する。続いて、ＣＶＤ法によっ
て絶縁層、例えばＳｉＯ₂層、ＰＳＧ（リンシリケート
ガラス）層、あるいはＢＰＳＧ（ホウ素リンシリケート
ガラス）層をＴｉＮ膜上に形成する。そして、この絶縁
層の上に公知のレジスト層を形成し、さらに露光、現像
を行ってレジスト層を下層配線のパターンにパターニン
グする。その後、このレジスト層からなるパターンをマ
スクにして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、
図３（ａ）に示すように前記絶縁層、ＴｉＮ膜、Ｔｉ
膜、Ａｌ層を同一パターンからなる絶縁膜２５と、下層
配線１０を構成する密着膜２６、Ａｌ層２７とに形成す
る。ただし、ここで言う密着膜２６とは、ＴｉＮ膜とＴ
ｉ膜とによる積層膜を指している。

【００３５】そして、このようにしてエッチングが終了
した後、レジストパターン２８を絶縁膜２５上から除去
する。なお、前記エッチングについては、絶縁層部分と
ＴｉＮ層およびＡｌ層部分については異なる条件で行う
必要があり、絶縁層部分については、例えば該絶縁層が
ＳｉＯ₂の場合、ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒを４０／１０
／１００〔sccm〕の流量で供給して行う反応性エッチン
グが好適とされる。また、ＴｉＮ層およびＡｌ層部分に
ついては、例えば前記第二実施例における第一Ａｌ層２
０のエッチング条件がそのまま採用可能である。

【００３６】このようにして下層電極１０および絶縁膜
２５を形成した後、図３（ｂ）に示すように該下層電極
１０の側壁部にサイドウォール２９を形成する。このサ
イドウォール２９を形成するには、下層電極１０および
絶縁膜２５を覆ってスパッタ法によりＴｉ膜を第二の層
間絶縁層１１上に形成し、次いでこの上にスパッタ法あ
るいはＣＶＤ法でＴｉＮ層を形成し、その後反応性イオ
ンエッチング等によって該ＴｉＮ層をエッチングし、サ
イドウォール２９を形成する。このとき、絶縁膜２５の
側壁部にはＴｉ膜、ＴｉＮ層が残らず、下層電極１０、
すなわち密着膜２６とＡｌ層２７との側壁部にのみサイ
ドウォール２９が形成されるよう、予めエッチング時間
を調整しておく。

【００３７】次いで、図５（ｄ）に示した場合と同様に
して第二の層間絶縁層１１を形成し、さらにこれに第二
のスルーホール１２を形成する。このスルーホール１２
の形成にあたっては、従来と同様のエッチングにより行
うものの、下層配線１０上に形成した絶縁膜２５を全て
削ることなく、少なくともその一部が下層配線１０の密
着膜２６上を覆った状態にあるよう、エッチング条件を
調整して行う。

【００３８】次いで、前記スルーホール１２内に、Ｗを
化学的気相成長法により選択成長させる、選択Ｗ−ＣＶ
Ｄ法を行う。すると、スルホール１２内では、下層配線
１０の側壁部にＷに対する密着性の良好なＴｉＮからな
るサイドウォール２９が形成されていることから、ＣＶ
Ｄ法で堆積されたＷがサイドウォール２９上にて成長
し、図３（ｄ）に示すようにスルーホール１２の深部１
２ａ内にボイドを形成することなく確実に埋め込まれ、
Ｗ層３０が形成される。一方、スルーホール１２内の下
層配線１０より上の部分では、下層配線１０上に絶縁膜
２５が残っていることから、該絶縁膜２５と前記サイド
ウォール２９とに対するＷの成長速度の差により、絶縁
膜２５上にはＷが成長しない。ここで、前記選択Ｗ−Ｃ
ＶＤ法としては、例えば、２６０℃にてＳｉＯ₂／Ａｒ
／ＷＦ₆／Ｈ₂を７／１５／１０／１０００〔sccm〕の
流量で供給して行うといった条件が採用される。

【００３９】そして、このように選択Ｗ−ＣＶＤ法によ
って深部１２ａにＷを埋め込んだ後、再度エッチングを
行い、図３（ｅ）に示すようにスルーホール１２内に残
留する前記絶縁膜２５を除去し、下層配線１０の密着膜
２６を露出させる。その後、再度選択Ｗ−ＣＶＤ法を行
い、スルーホール１２内にＷを選択成長させて図３
（ｆ）に示すようにＷ層３１を形成する。このようにし
てＷを選択成長させると、先に深部１２ａ内に埋め込ま
れて形成されたＷ層３０と、露出した密着膜２６上とに
それぞれＷが成長してＷ層３１となり、これによってス
ルーホール１２内の深部１２ａより上の部分にも、Ｗが
ボイドを形成することなく確実に埋め込まれる。したが
って、本実施例にあっても、位置ずれにより深部１２ａ
を形成したスルーホール１２内に、Ｗ層３０およびＷ層
３１からなるプラグを、ボイドを形成することなく埋め
込み形成することができる。なお、サイドウォール２９
の形成については、ＴｉＮからなる単層のものとしても
よい。

【００４０】次に、本発明の第四実施例を説明する。こ
の第四実施例が先の第三実施例と異なるところは、図３
（ｅ）に示した、スルーホール１２内に残留する前記絶
縁膜２５を除去した後の工程にある。すなわち、この第
四実施例では、第三実施例が選択Ｗ−ＣＶＤ法によって
Ｗ層３１を形成したのに対し、図３（ｆ）中二点鎖線で
示すようにスルーホール１２の内面にこれを覆ってＴｉ
Ｎ／Ｔｉ、あるいはＴｉＮ単層からなる密着層３２を形
成し、その後、この密着層３２上に、ブランケットＷ−
ＣＶＤ法によってＷを堆積させてＷ層３１を形成する。
このようにしてＷを堆積させると、スルーホール１２内
の深部１２ａより上の部分にＷ層３１がボイドを形成す
ることなく埋め込まれる。したがって、本実施例にあっ
ても、第三の実施例と同様に先に深部１２ａ内に埋め込
まれて形成されたＷ層３０と、密着層３２上に形成され
たＷ層３１とにより、これらＷ層３０およびＷ層３１か
らなるプラグを、スルーホール１２内にボイドを形成す
ることなく埋め込み形成することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明における請
求項１、４記載のプラグの形成方法は、スルーホールが
位置ずれによりその一部が下層配線（ゲート電極）の側
壁側に落ちて形成されても、該スルーホール内に形成し
た第一Ａｌ層を高圧リフロー法によって熱処理すること
により、該スルーホール内の深部にボイドを形成するこ
となく第一Ａｌ層を確実に埋め込み、また、熱処理後ス
ルホールの側壁部に堆積された第一Ａｌ層の内径が０．
２５μｍ以下であれば、これに続いて第二Ａｌ層を形成
し、再度高圧リフロー法によって熱処理することによ
り、スルーホールの前記深部より上の部分にボイドを形
成することなく第二Ａｌ層を確実に埋め込むようにした
ものであるから、下層配線あるいはゲート電極とその上
層配線との電気的接続を確実にし、その信頼性を高める
ことができる。したがって、例えば配線に、従来のごと
くスルーホールの位置ずれを吸収するための幅広の接続
箇所を形成する必要がなくなることから、半導体装置の
高集積化を促進することができる。

【００４２】請求項２、５記載のプラグの形成方法は、
熱処理後、スルホールの側壁部に堆積された第一Ａｌ層
の内径が０．２５μｍ以上であれば、これに続いて第二
Ａｌ層を化学的気相成長法によって堆積することによ
り、スルーホール内の前記深部より上の部分に、ボイド
を形成することなく第二Ａｌ層を確実に埋め込むように
したものであるから、請求項１、４記載の方法と同様
に、下層配線あるいはゲート電極とその上層配線との電
気的接続を確実にしてその信頼性を高めることができ、
さらに半導体装置の高集積化を促進することができる。

【００４３】請求項３、６記載のプラグの形成方法は、
熱処理後、密着層を形成した後Ｗを化学的気相成長法に
より堆積させる、いわゆるブランケットＷ−ＣＶＤ法を
行うことにより、スルーホール内の前記深部より上の部
分にボイドを形成することなくＷを確実に埋め込むよう
にしたものであるから、請求項１、４記載の方法と同様
に、下層配線あるいはゲート電極とその上層配線との電
気的接続を確実にしてその信頼性を高めることができ、
さらに半導体装置の高集積化を促進することができる。

【００４４】請求項７記載のプラグの形成方法は、スル
ーホール内に選択Ｗ−ＣＶＤ法を行うことによりスルー
ホール内の深部にてサイドウォール上にＷを成長させ、
これにより該深部内にボイドを形成することなくＷを確
実に埋め込み、その後、下層配線の密着膜を露出させて
再度選択Ｗ−ＣＶＤ法を行い、先に深部内に埋め込んだ
Ｗと露出した密着膜との上にそれぞれＷを成長させ、こ
れによりスルーホール内の前記深部より上の部分にも、
ボイドを形成することなくＷを確実に埋め込むようにし
たものであるから、請求項１記載の方法と同様に、下層
配線とその上層配線との電気的接続を確実にしてその信
頼性を高めることができ、さらに半導体装置の高集積化
を促進することができる。

【００４５】請求項８記載のプラグの形成方法は、深部
内にボイドを形成することなくＷを埋め込んだ後、ブラ
ンケットＷ−ＣＶＤ法によって前記深部より上の部分に
ボイドを形成することなくＷを埋め込むようにしたもの
であるから、請求項７記載の方法と同様に、下層配線と
その上層配線との電気的接続を確実にしてその信頼性を
高めることができ、さらに半導体装置の高集積化を促進
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の第一実施例を工程順
に説明するための要部側断面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の第二実施例を工程順
に説明するための要部側断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第三実施例、第四実
施例を工程順に説明するための要部側断面図である。

【図４】従来の下層配線のパターン形状を示す要部平面
図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）はスルーホール形成法を工程順
に説明するための要部側断面図である。

【図６】課題を説明するための要部側断面図である。

【図７】課題を説明するための要部側断面図である。

【図８】課題を説明するための要部側断面図である。

【符号の説明】

４半導体基体１０下層配線１０ａＡｌ層１０ｂ密着層１１第二の層間絶縁層１２第二のスルーホ
ール１２ａ深部２０第一Ａｌ層２１第二Ａｌ層２３密着層２４Ｗ層２５絶縁膜２６密着膜２７Ａｌ層２９サイドウォール３０Ｗ層３１Ｗ層３２密着層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に形成された下層配線の上の絶縁
層に、該下層配線と前記絶縁層上に設けられる上層配線
との間を接続するためのスルーホールを形成し、該スル
ーホールにプラグを埋め込むプラグの形成方法であっ
て、前記下層配線上に該下層配線を覆って絶縁層を形成する
工程と、前記絶縁層の所定箇所をエッチングして前記下層配線の
略直上部にスルーホールを形成する工程と、前記スルーホール内に、少なくとも該スルーホール内に
露出する前記下層配線を覆ってＡｌを化学的気相成長法
により堆積し、第一Ａｌ層を形成する工程と、前記第一Ａｌ層を高圧リフロー法により熱処理する工程
と、前記熱処理後の第一Ａｌ層上に、Ａｌをターゲットとす
るスパッタ法によって第二Ａｌ層を形成する工程と、前記第二Ａｌ層を高圧リフロー法により熱処理する工程
と、を具備することを特徴とするプラグの形成方法。
【請求項２】基体上に形成された下層配線の上の絶縁
層に、該下層配線と前記絶縁層上に設けられる上層配線
との間を接続するためのスルーホールを形成し、該スル
ーホールにプラグを埋め込むプラグの形成方法であっ
て、前記下層配線上に該下層配線を覆って絶縁層を形成する
工程と、前記絶縁層の所定箇所をエッチングして前記下層配線の
略直上部にスルーホールを形成する工程と、前記スルーホール内に、少なくとも該スルーホール内に
露出する前記下層配線を覆ってＡｌを化学的気相成長法
により堆積し、第一Ａｌ層を形成する工程と、前記第一Ａｌ層を高圧リフロー法により熱処理する工程
と、前記熱処理後の前記第一Ａｌ層上に、Ａｌを化学的気相
成長法により堆積して第二Ａｌ層を形成する工程と、を具備することを特徴とするプラグの形成方法。
【請求項３】基体上に形成された下層配線の上の絶縁
層に、該下層配線と前記絶縁層上に設けられる上層配線
との間を接続するためのスルーホールを形成し、該スル
ーホールにプラグを埋め込むプラグの形成方法であっ
て、前記下層配線上に該下層配線を覆って絶縁層を形成する
工程と、前記絶縁層の所定箇所をエッチングして前記下層配線の
略直上部にスルーホールを形成する工程と、前記スルーホール内に、少なくとも該スルーホール内に
露出する前記下層配線を覆ってＡｌを化学的気相成長法
により堆積し、第一Ａｌ層を形成する工程と、前記第一Ａｌ層を高圧リフロー法により熱処理する工程
と、前記熱処理後の第一Ａｌ層の表層部をエッチングして前
記スルーホールの開口部側に位置する第一Ａｌ表層部の
角部を削る工程と、前記エッチング処理後の第一Ａｌ層の内面にこれを覆っ
てＴｉＮからなる密着層を形成する工程と、前記密着層上に、Ｗを化学的気相成長法により堆積させ
て前記スルーホール内をＷで埋め込む工程と、を具備することを特徴とするプラグの形成方法。
【請求項４】基体上に形成されたゲート電極の上の絶
縁層に、該ゲート電極と前記絶縁層上に設けられる配線
との間を接続するためのスルーホールを形成し、該スル
ーホールにプラグを埋め込むプラグの形成方法であっ
て、前記ゲート電極上に該ゲート電極を覆って絶縁層を形成
する工程と、前記絶縁層の所定箇所をエッチングして前記ゲート電極
の略直上部にスルーホールを形成する工程と、前記スルーホール内に、少なくとも該スルーホール内に
露出する前記ゲート電極を覆ってＡｌを化学的気相成長
法により堆積し、第一Ａｌ層を形成する工程と、前記第一Ａｌ層を高圧リフロー法により熱処理する工程
と、前記熱処理後の前記第一Ａｌ層上に、Ａｌをターゲット
とするスパッタ法によって第二Ａｌ層を形成する工程
と、前記第二Ａｌ層を高圧リフロー法により熱処理する工程
と、を具備することを特徴とするプラグの形成方法。
【請求項５】基体上に形成されたゲート電極の上の絶
縁層に、該ゲート電極と前記絶縁層上に設けられる配線
との間を接続するためのスルーホールを形成し、該スル
ーホールにプラグを埋め込むプラグの形成方法であっ
て、前記ゲート電極上に該ゲート電極を覆って絶縁膜を形成
する工程と、前記絶縁層の所定箇所をエッチングして前記ゲート電極
の略直上部にスルーホールを形成する工程と、前記スルーホール内に、少なくとも該スルーホール内に
露出する前記ゲート電極の上面を覆うようにしてＡｌを
化学的気相成長法により堆積し、第一Ａｌ層を形成する
工程と、前記第一Ａｌ層を高圧リフロー法により熱処理する工程
と、前記熱処理後の前記第一Ａｌ層上に、Ａｌを化学的気相
成長法により堆積して第二Ａｌ層を形成する工程と、を具備することを特徴とするプラグの形成方法。
【請求項６】基体上に形成されたゲート電極の上の絶
縁層に、該ゲート電極と前記絶縁層上に設けられる配線
との間を接続するためのスルーホールを形成し、該スル
ーホールにプラグを埋め込むプラグの形成方法であっ
て、前記ゲート電極上に該ゲート電極を覆って絶縁膜を形成
する工程と、前記絶縁層の所定箇所をエッチングして前記ゲート電極
の略直上部にスルーホールを形成する工程と、前記スルーホール内に、少なくとも該スルーホール内に
露出する前記ゲート電極の上面を覆うようにしてＡｌを
化学的気相成長法により堆積し、第一Ａｌ層を形成する
工程と、前記第一Ａｌ層を高圧リフロー法により熱処理する工程
と、前記熱処理後の第一Ａｌ層の表層部をエッチングして前
記スルーホールの開口部側に位置する第一Ａｌ表層部の
角部を削る工程と、前記エッチング処理後の第一Ａｌ層の内面にこれを覆っ
てＴｉＮからなる密着層を形成する工程と、前記密着層上に、Ｗを化学的気相成長法により堆積させ
て前記スルーホール内をＷで埋め込む工程と、を具備することを特徴とするプラグの形成方法。
【請求項７】基体上に形成された下層配線の上の絶縁
層に、該下層配線と前記絶縁層上に設けられる上層配線
との間を接続するためのスルーホールを形成し、該スル
ーホールにプラグを埋め込むプラグの形成方法であっ
て、前記下層配線を、その上層部がＴｉＮからなる密着膜と
なるようにして形成するとともに、該下層配線の上に、
該下層配線と略同一パターンとなるようにして絶縁膜を
形成する工程と、前記下層配線の側壁部にＴｉＮからなるサイドウォール
を形成する工程と、前記下層配線およびサイドウォールを覆って前記基体上
に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層における前記下層配線の略直上部の所定箇所
を、前記絶縁膜が下層配線の上面を覆った状態を維持す
るようにしてエッチングし、前記下層配線の略直上部に
スルーホールを形成する工程と、前記スルーホール内に、Ｗを化学的気相成長法により選
択成長させる工程と、この選択成長処理の後、前記スルーホール内に残留する
前記絶縁膜をエッチング除去して前記下層配線の密着膜
を露出させる工程と、前記スルーホール内に、Ｗを化学的気相成長法により選
択成長させて該スルーホール内をＷで埋め込む工程と、を具備することを特徴とするプラグの形成方法。
【請求項８】基体上に形成された下層配線の上の絶縁
層に、該下層配線と前記絶縁層上に設けられる上層配線
との間を接続するためのスルーホールを形成し、該スル
ーホールにプラグを埋め込むプラグの形成方法であっ
て、前記下層配線を、その上層部がＴｉＮからなる密着膜と
なるようにして形成するとともに、該下層配線の上に、
該下層配線と略同一パターンとなるようにして絶縁膜を
形成する工程と、前記下層配線の側壁部にＴｉＮからなるサイドウォール
を形成する工程と、前記下層配線およびサイドウォールを覆って前記基体上
に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層における前記下層配線の略直上部の所定箇所
を、前記絶縁膜が下層配線の上面を覆った状態を維持す
るようにしてエッチングし、前記下層配線の略直上部に
スルーホールを形成する工程と、前記スルーホール内に、Ｗを化学的気相成長法により選
択成長させる工程と、この選択成長処理の後、前記スルーホール内に残留する
前記絶縁膜をエッチング除去して前記下層配線の密着膜
を露出させる工程と、このエッチング処理の後、前記スルーホールの内面にこ
れを覆ってＴｉＮからなる密着層を形成する工程と、前記スルーホール内の前記密着層上に、Ｗを化学的気相
成長法により堆積させて該スルーホールをＷで埋め込む
工程と、を具備することを特徴とするプラグの形成方法。