JPH1032247A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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Publication number
JPH1032247A
JPH1032247A JP18760196A JP18760196A JPH1032247A JP H1032247 A JPH1032247 A JP H1032247A JP 18760196 A JP18760196 A JP 18760196A JP 18760196 A JP18760196 A JP 18760196A JP H1032247 A JPH1032247 A JP H1032247A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
connection hole
layer
insulating film
sccm
forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP18760196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Kanemura
龍一 金村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH1032247A publication Critical patent/JPH1032247A/en
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable formation of ohmic multilayer wirings at a high yield without enlarging the circuit area, by opening a connection hole having a greater area at its aperture portion than at its bottom, and forming an insulating sidewall on the peripheral wall of the connection hole. SOLUTION: An element isolation insulating film 21 is formed on a semiconductor substrate 10, and a diffusion layer 11 is formed in a region isolated by the element isolation insulating film 21. After the surface of the semiconductor substrate 10 is covered with an interlayer insulating film 22, a tapered connection hole 40 which has a greater area at its aperture portion than at its bottom and which has its diameter gradually increased toward the aperture portion is formed on the interlayer insulating film 22. Then, a silicide layer 31 made of an alloy of the semiconductor substrate 10 and a refractory metal is formed on the bottom of the connection hole 40. Subsequently, the peripheral wall of the connection hole 40 is covered with an insulating sidewall 24, and a contact layer metal 32 is formed on the inner peripheral wall of the sidewall 24. Then, a buried conductor 34 is buried inside of the connection hole surrounded by the contact layer 32, and a wiring layer 36 is formed on the buried conductor 34.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンタクトを低抵
抗化した半導体装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a low contact resistance and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の高集積化、微細化に伴い、
基板と導体配線のコンタクト抵抗上昇が問題となってい
る。即ち、従来より、層間絶縁膜に基板に達する接続孔
(コンタクトホール)を開口し、チタン膜などをスパッ
タリングにより接続孔底部の基板上に形成し、基板とチ
タン膜を反応させてシリサイド化して低抵抗化する技術
が用いられている。ところが、微細化が進むにつれて接
続孔の開口面積も小さくなってアスペクト比が上昇し、
接続孔底部に十分な厚さのチタン膜形成が困難になって
きている。チタン膜がある程度以上の厚さでないと、コ
ンタクトにおける抵抗が急に大きくなることが知られて
いる。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices become more highly integrated and miniaturized,
An increase in the contact resistance between the substrate and the conductor wiring has become a problem. That is, conventionally, a connection hole (contact hole) reaching the substrate is opened in the interlayer insulating film, a titanium film or the like is formed on the substrate at the bottom of the connection hole by sputtering, and the substrate and the titanium film are reacted to form a silicide, thereby reducing the contact hole. The technology of resistance is used. However, as the miniaturization progresses, the opening area of the connection hole also decreases and the aspect ratio increases,
It has become difficult to form a titanium film having a sufficient thickness at the bottom of the connection hole. It is known that the resistance at the contact suddenly increases unless the thickness of the titanium film is not less than a certain thickness.

【0003】従来のコンタクト技術を図6、図7を参照
して説明する。まず、図6(a)に示すように、例えば
N型基板100に素子分離絶縁膜200を形成し、拡散
層101を形成する。層間絶縁膜201を常圧CVDで
成膜して熱処理を行い、接続孔のレジストパターニング
R11を行う。このときの拡散層、絶縁膜成膜、及び熱
処理条件を以下に示す。拡散層形成 : BF2 + イオン注入(35keV,3×1015ions
/cm2 ) 熱処理(縦型拡散炉アニール、900℃,N2 ,10
分)絶縁膜形成 :常圧CVD TEOS:60sccm,TMPO:15sccm,T
EB:15sccm 520℃、ボロン(B)2重量%、リン(P)5重量
%、膜厚1200nm絶縁膜熱処理方法 :縦型拡散炉アニール N2 :100%、750℃、10分 この後、図6(b)に示すように、反応性イオンエッチ
ングにより接続孔400を開口する。接続孔加工条件を
以下に示す。接続孔加工条件 : 反応性イオンエッチング(ー30℃、5.3Pa、12
00W) CO:100sccm,C4 8 :7sccm,Ar:
200sccm、ジャスト+30%オーバーエッチング 次に、図6(c)に示すように、レジスト除去を行った
後、コンタクトイオン注入、熱処理を行い、酸化膜除去
の前処理を行った後、密着層メタル300を、例えばマ
グネトロンスパッター法により全面成膜し、ランプアニ
ールを施し、金属シリサイド301を接続孔底部に形成
した後、タングステン膜310を熱CVD法により全面
成膜する。それぞれの成膜条件の例を以下に示す。コンタクト不純物活性化 : BF2 ,20keV,3×1015ions/cm2 酸化物除去 : H2 O:バッファードフッ酸=400:1、60秒密着層メタルスパッター : コリメートTi30nm(0.52Pa、8kW,Ar
35sccm、300℃) TiN70nm(0.78Pa,6kW,N2;42sc
cm、Ar;21sccm、300℃) ランプアニール : 650℃,1atm,N2 100%,30秒ブランケットW :600nm(10.7kPa,W
6 :H2 :Ar=40:400:2250sccm,
450℃) 次に、全面異方性イオンエッチングにより、接続孔の埋
め込みプラグ(埋込導体)311を形成した後、上部導
体配線材料をマグネトロンスパッター法により全面成膜
し、フォトレジストパターニングと異方性イオンエッチ
ングにより、導体配線320を形成し、図7に示すよう
なコンタクト構造を得ることができる。それぞれのプロ
セス条件の例を以下に示す。埋め込みプラグ加工 : 1stSTEP(Wエッチング): 45.5Pa,275W, SF6:Ar:He=110:90:5sccm 2ndSTEP(TiNエッチング): 6.5Pa,250W,Ar:Cl2 =75:5scc
m 3rdSTEP(Wオーバーエッチ): 32.5Pa,70W,SF6 :Ar:He=20:1
0:10sccm導体配線形成 : バリアメタル: Ti:20nm(0.52Pa,2kW,Ar35sc
cm、300℃) TiN:20nm(0.78Pa,6kW,N2 ;42
sccm,Ar65sccm、300℃) アルミニウム系合金: Al−0.5%Cu500nm(0.52Pa、15k
W、Ar;65sccm, 300℃) キャップメタル: Ti10nm(0.52Pa,2kW,Ar;35sc
cm,300℃) TiN100nm(0.78Pa,6kW,N2 ;42
sccm,Ar:21sccm,300℃)導体配線反応性イオンエッチング : BCl3 /Cl2 =100/150sccm,1Pa,
マイクロ波400mA,RF110W ジャスト+40%オーバーエッチング 以上の行程により形成したP+ Siのコンタクト抵抗
は、φ0.4μm径(ホールアスペクト比3.0)で8
0Ωのオーミック特性を有し、φ0.3μm径(ホール
アスペクト比4.0)で360Ωの非オーミック特性で
あった。本コンタクト特性の劣化は、底部に形成した密
着層メタルの接続孔底付き膜厚に起因している。つま
り、φ0.4μm径(ホールアスペクト比3.0)で
は、底付きTi膜が5nm以上形成され、均一な金属シ
リサイド化により、オーミックコンタクトが形成される
のに対し、φ0.3μm径(ホールアスペクト比4.
0)の場合、Ti膜は2nm程度しか形成されず、不均
一にシリサイド化するため、高抵抗となる。金属コンタ
クト抵抗が上昇し、非オーミック特性になると、トラン
ジスタの動作遅延や性能バラツキ、歩留まり低下などの
特性劣化が懸念される。
FIG. 6 and FIG. 7 show a conventional contact technique.
I will explain. First, as shown in FIG.
An element isolation insulating film 200 is formed on an N-type substrate 100 and diffused.
The layer 101 is formed. Atmospheric pressure CVD of interlayer insulating film 201
Film formation, heat treatment, resist patterning of connection holes
Perform R11. At this time, the diffusion layer, insulating film formation, and heat
The processing conditions are shown below.Diffusion layer formation : BFTwo +Ion implantation (35 keV, 3 × 10Fifteenions
/ CmTwo) Heat treatment (vertical diffusion furnace annealing, 900 ° C, NTwo, 10
Minutes)Insulation film formation : Normal pressure CVD TEOS: 60 sccm, TMPO: 15 sccm, T
EB: 520 ° C. at 15 sccm, 2% by weight of boron (B), 5% by weight of phosphorus (P)
%, Thickness 1200nmInsulating film heat treatment method : Vertical diffusion furnace annealing NTwo: 100%, 750 ° C., 10 minutes After that, as shown in FIG.
The connection hole 400 is opened by ringing. Connection hole processing conditions
It is shown below.Connection hole processing conditions : Reactive ion etching (−30 ° C., 5.3 Pa, 12
00W) CO: 100 sccm, CFourF8: 7sccm, Ar:
Next, as shown in FIG. 6C, the resist was removed.
After that, contact ion implantation and heat treatment are performed to remove the oxide film.
After performing the pre-treatment, the adhesion layer metal 300 is
The entire surface is formed by the guntron sputtering method.
Metal silicide 301 at the bottom of the connection hole
After that, the tungsten film 310 is entirely covered with the thermal CVD method.
Form a film. Examples of the respective film forming conditions are shown below.Activation of contact impurities : BFTwo, 20 keV, 3 × 10Fifteenions / cmTwo Oxide removal : HTwoO: buffered hydrofluoric acid = 400: 1, 60 secondsAdhesion layer metal sputter : Collimated Ti 30 nm (0.52 Pa, 8 kW, Ar
35 sccm, 300 ° C.) TiN 70 nm (0.78 Pa, 6 kW, N2;42sc
cm, Ar; 21 sccm, 300 ° C.) Lamp annealing : 650 ° C, 1 atm, NTwo100%, 30 secondsBlanket W : 600 nm (10.7 kPa, W
F6: HTwo: Ar = 40: 400: 2250 sccm,
(450 ° C.) Next, contact holes are filled by anisotropic ion etching over the entire surface.
After forming the embedded plug (embedded conductor) 311,
Body wiring material is entirely deposited by magnetron sputtering
Photoresist patterning and anisotropic ion etching
To form a conductor wiring 320, as shown in FIG.
A simple contact structure can be obtained. Each professional
Examples of access conditions are shown below.Embedded plug processing : 1st STEP (W etching): 45.5 Pa, 275 W, SF6: Ar: He = 110: 90: 5 sccm 2nd STEP (TiN etching): 6.5 Pa, 250 W, Ar: ClTwo= 75: 5scc
m 3rdSTEP (W overetch): 32.5 Pa, 70 W, SF6: Ar: He = 20: 1
0: 10sccmConductor wiring formation : Barrier metal: Ti: 20 nm (0.52 Pa, 2 kW, Ar35sc)
cm, 300 ° C.) TiN: 20 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo; 42
sccm, Ar65sccm, 300 ° C) Aluminum alloy: Al-0.5% Cu500nm (0.52Pa, 15k)
W, Ar; 65 sccm, 300 ° C. Cap metal: Ti 10 nm (0.52 Pa, 2 kW, Ar; 35 sc)
cm, 300 ° C.) TiN 100 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo; 42
sccm, Ar: 21 sccm, 300 ° C)Conductive wiring reactive ion etching : BClThree/ ClTwo= 100 / 150sccm, 1Pa,
Microwave 400mA, RF110W Just + 40% overetching P formed by the above process+Si contact resistance
Is 8 with a diameter of φ0.4 μm (hole aspect ratio 3.0).
It has an ohmic characteristic of 0Ω and a diameter of φ0.3μm (hole
360 Ω non-ohmic characteristics with an aspect ratio of 4.0)
there were. The deterioration of the contact characteristics
This is attributable to the thickness of the contact hole bottom of the deposited metal. Toes
Φ0.4μm diameter (Hole aspect ratio 3.0)
In this method, a Ti film with a bottom is formed to 5 nm or more,
Ohmic contact is formed by residing
On the other hand, the diameter of φ0.3 μm (hole aspect ratio of 4.
In the case of 0), the Ti film is formed only about 2 nm,
First, silicidation results in high resistance. Metal contour
When the ohmic resistance rises and becomes non-ohmic,
Such as operation delays, performance variations,
There is concern about characteristic deterioration.

【0004】このような問題を解決するためには、密着
層メタルの底付きカバレッジを改善する必要があり、更
に高指向性のスパッター法、あるいはCVD法などの新
技術を導入する手段があるが、前者は高コストになり、
後者は不純物濃度の問題が残されている。
[0004] In order to solve such a problem, it is necessary to improve the coverage with the bottom of the adhesion layer metal, and there is a means for introducing a new technology such as a high directivity sputtering method or a CVD method. , The former is expensive
The latter has a problem of impurity concentration.

【0005】また、ホール径を微細化せずに従来のホー
ル径を維持し、これにより密着層メタルの底付き膜厚を
確保すると共に、回路面積の縮小をはかる方法が考えら
れるが、その場合の問題点を図8、図9を参照して説明
する。例えば、N型基板100に素子分離絶縁膜200
を形成した後、拡散層101を形成する。層間絶縁膜2
02を常圧CVDで成膜して熱処理を行い(この場合、
小さい径でもオーミックコンタクトとなるように層間絶
縁膜厚を薄くしている)、接続孔のレジストパターニン
グR12を行う。拡散層形成 : BF2 + イオン注入(35keV,3×1015ions
/cm2 ) 熱処理(縦型拡散炉アニール、900℃,N2 ,10
分)絶縁膜形成 :常圧CVD TEOS:60sccm,TMPO:15sccm,T
EB:15sccm 520℃、ボロン(B)2重量%、リン(P)5重量
%、膜厚600nm絶縁膜熱処理方法 :縦型拡散炉アニール N2 :100%、750℃、10分 この後、図8(b)に示すように、反応性イオンエッチ
ングにより接続孔401を開口する。接続加工条件を以
下に示す。反応性イオンエッチング :(−30℃、5.3Pa、1
200W) CO:100sccm,C4 8 :7sccm,Ar:
200sccm、 ジャスト+30%オーバーエッチング 次に、図8(c)に示すように、レジストR12除去を
行った後、コンタクトイオン注入、熱処理を行い、酸化
膜除去の前処理を行った後、密着層メタル300を、例
えばマグネトロンスパッター法により全面成膜し、ラン
プアニールを施し、金属シリサイド301を接続孔底部
に形成した後、タングステン膜310を熱CVD法によ
り全面成膜する。それぞれの成膜条件の例を以下に示
す。コンタクト不純物活性化 : BF2 ,20keV,3×1015ions/cm2 酸化膜除去 : H2 O:バッファードフッ酸=400:1、60秒密着層メタルスパッター : コリメートTi:30nm(0.52Pa、8kW,A
r:35sccm、300℃) TiN:70nm(0.78Pa,6kW,N2 :42
sccm、Ar:21sccm、300℃)ランプアニ
ール: 650℃,1atm,N2 :100%,30秒ブランケットW膜CVD :600nm(10.7kP
a,WF6 :H2 :Ar=40:400:2250sc
cm,450℃) 次に、図9に示すように、全面異方性イオンエッチング
により、接続孔の埋め込みプラグ312を形成した後、
上部導体配線材料をマグネトロンスパッター法により全
面成膜し、フォトレジストパターニングと異方性イオン
エッチングにより、導体配線320を形成する。埋め込みプラグ加工 : 1stSTEP(Wエッチング):45.5Pa,27
5W, SF6 :Ar:He=110:90:5sccm 2ndSTEP(TiNエッチング): 6.5Pa,250W,Ar:Cl2 =75:5scc
m 3rdSTEP(Wオーバーエッチ): 32.5Pa,70W,SF6 :Ar:He=20:1
0:10sccm 導体配線形成 : バリアメタル: Ti:20nm(0.52Pa,2kW,Ar35sc
cm、300℃) TiN:20nm(0.78Pa,6kW,N2 ;42
sccm,Ar65sccm、300℃) アルミニウム系合金: Al−0.5%Cu:500nm(0.52Pa、15
kW、Ar;65sccm, 300℃) キャップメタル: Ti:10nm(0.52Pa,2kW,Ar;35s
ccm,300℃) TiN:100nm(0.78Pa,6kW,N2;4
2sccm,Ar:21sccm,300℃)導体配線反応性イオンエッチング : BCl3 /Cl2 =100/150sccm,1Pa,
マイクロ波400mA,RF110W ジャスト+40%オーバーエッチング このように製造されたコンタクト孔の構造では、図9に
示すように、φ0.4μm径(ホールアスペクト比1.
5)では、上層配線層が狭配線ピッチであるため、タン
グステンプラグが露出した領域BLCが発生する(ボー
ダーレスコンタクト)。以上の行程により形成した半導
体装置のP+ Siの100万段コンタクトチェーン歩留
まりは、φ0.4μm径(ホールアスペクト比1.5)
で50%まで低下し、φ0.3μm径(ホールアスペク
ト比2.0)では100%であった。この現象は、φ
0.4μm径では、タングステンプラグが露出する領域
が発生し、プラグと配線層の密着性が欠如した結果、コ
ンタクトチェーン歩留まりの低下を誘発したと考えられ
る。一方、φ0.3μm径では、同一配線ピッチでもプ
ラグの露出が起こらないため、コンタクトチェーン歩留
まりは良好であった。但し、この場合、層間絶縁膜の厚
さを薄くしているため、絶縁耐圧の点で好ましいもので
はない。したがって、ホール径を微細化せずに、回路面
積縮小をはかると、上部導体配線とボーダーレスコンタ
クトとなるため、高歩留まりの半導体装置の製造は望め
なくなる。
[0005] In addition, a conventional hoe can be used without reducing the hole diameter.
The bottom diameter of the adhesion layer metal.
It is thought that there is a way to secure and reduce the circuit area.
However, the problem in that case will be described with reference to FIGS.
I do. For example, the element isolation insulating film 200
Is formed, a diffusion layer 101 is formed. Interlayer insulating film 2
02 by normal pressure CVD and heat treatment (in this case,
Isolation between layers to provide ohmic contact even for small diameters
Edge pattern thickness is reduced), resist patterning of connection holes
Perform R12.Diffusion layer formation : BFTwo +Ion implantation (35 keV, 3 × 10Fifteenions
/ CmTwo) Heat treatment (vertical diffusion furnace annealing, 900 ° C, NTwo, 10
Minutes)Insulation film formation : Normal pressure CVD TEOS: 60 sccm, TMPO: 15 sccm, T
EB: 520 ° C. at 15 sccm, 2% by weight of boron (B), 5% by weight of phosphorus (P)
%, Thickness 600 nmInsulating film heat treatment method : Vertical diffusion furnace annealing NTwo: 100%, 750 ° C., 10 minutes After that, as shown in FIG.
The connection hole 401 is opened by ringing. The connection processing conditions
Shown below.Reactive ion etching : (−30 ° C., 5.3 Pa, 1
200W) CO: 100sccm, CFourF8: 7sccm, Ar:
Next, as shown in FIG. 8C, the resist R12 is removed.
After that, contact ion implantation, heat treatment and oxidation
After performing the pre-treatment of film removal, the adhesion layer metal 300 is used as an example.
For example, a film is entirely formed by magnetron sputtering, and run
Annealing is performed, and metal silicide 301 is placed at the bottom of the connection hole.
After that, the tungsten film 310 is formed by thermal CVD.
The entire surface is formed. Examples of each film formation condition are shown below.
You.Activation of contact impurities : BFTwo, 20 keV, 3 × 10Fifteenions / cmTwo Oxide film removal : HTwoO: buffered hydrofluoric acid = 400: 1, 60 secondsAdhesion layer metal sputter : Collimated Ti: 30 nm (0.52 Pa, 8 kW, A
r: 35 sccm, 300 ° C.) TiN: 70 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo: 42
sccm, Ar: 21 sccm, 300 ° C)Lampani
Rule: 650 ° C, 1 atm, NTwo: 100% for 30 secondsBlanket W film CVD : 600 nm (10.7 kP
a, WF6: HTwo: Ar = 40: 400: 2250sc
cm, 450 ° C.) Next, as shown in FIG.
After forming the plug 312 buried in the connection hole,
The entire upper conductor wiring material is completely removed by magnetron sputtering.
Surface deposition, photoresist patterning and anisotropic ions
Conductive wiring 320 is formed by etching.Embedded plug processing : 1st STEP (W etching): 45.5 Pa, 27
5W, SF6: Ar: He = 110: 90: 5 sccm 2nd STEP (TiN etching): 6.5 Pa, 250 W, Ar: ClTwo= 75: 5scc
m 3rdSTEP (W overetch): 32.5 Pa, 70 W, SF6: Ar: He = 20: 1
0: 10sccm Conductor wiring formation : Barrier metal: Ti: 20 nm (0.52 Pa, 2 kW, Ar35sc)
cm, 300 ° C.) TiN: 20 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo; 42
sccm, Ar 65 sccm, 300 ° C.) Aluminum alloy: Al-0.5% Cu: 500 nm (0.52 Pa, 15)
kW, Ar; 65 sccm, 300 ° C. Cap metal: Ti: 10 nm (0.52 Pa, 2 kW, Ar; 35 s)
ccm, 300 ° C.) TiN: 100 nm (0.78 Pa, 6 kW, N2; 4)
(2 sccm, Ar: 21 sccm, 300 ° C.)Conductive wiring reactive ion etching : BClThree/ ClTwo= 100 / 150sccm, 1Pa,
Microwave 400mA, RF110W Just + 40% overetching In the structure of the contact hole manufactured as described above, FIG.
As shown, the diameter of φ0.4 μm (hole aspect ratio 1.
In 5), since the upper wiring layer has a narrow wiring pitch,
An area BLC in which the gusten plug is exposed occurs (baud
Darless contact). Semiconductor formed by the above process
Body device P+1 million steps of contact chain yield of Si
Mari is φ0.4μm diameter (hole aspect ratio 1.5)
To 50%, φ0.3μm diameter (Hole Aspect
At 2.0%) was 100%. This phenomenon is
For 0.4 μm diameter, the area where the tungsten plug is exposed
Occurs, resulting in a lack of adhesion between the plug and the wiring layer.
It is thought to have caused a decrease in contact chain yield
You. On the other hand, with a diameter of 0.3 μm,
No lug exposure, yielding contact chains
Mari was good. However, in this case, the thickness of the interlayer insulating film
Thinner, which is preferable in terms of dielectric strength.
There is no. Therefore, without reducing the hole diameter,
When reducing the product, the upper conductor wiring and borderless contour
Production of semiconductor devices with high yield is expected
Disappears.

【0006】また、タングステン埋め込み後、配線パタ
ーニングを行い、プラグと同種金属で配線を形成する方
法もあるが、配線加工時に選択的に制御性良くプラグ上
部でエッチングを止めることができず、トレンチングが
発生し、信頼性上の問題が懸念される。
There is also a method of forming a wiring with the same kind of metal as the plug after the tungsten is buried and then performing wiring patterning. However, etching cannot be stopped at the upper portion of the plug selectively and with good controllability during wiring processing. Occurs and there is a concern about reliability problems.

【0007】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、回路面積を拡大することなく、オーミックで高歩留
まりの多層配線を形成し、高集積で微細な配線形成可能
な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a semiconductor device capable of forming an ohmic, high-yield multilayer wiring without increasing the circuit area, forming a highly integrated fine wiring, and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、配線層を接続すべき被接続層と、その被接
続層の上を覆う層間絶縁膜と、該層間絶縁膜を貫通して
該被接続層に達し、底部の面積より開口部の面積の方が
大きい接続孔と、該接続孔の内周壁を覆う絶縁性サイド
ウオールと、該接続孔を埋めている埋込導体と、該層間
絶縁膜上に配線されている配線層とを有し、上記被接続
層が上記埋込導体を介して上記配線層と電気的に接続さ
れた構造を有することを特徴とする半導体装置を提供す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a connected layer to which a wiring layer is to be connected, an interlayer insulating film covering the connected layer, and penetrating the interlayer insulating film. A connection hole that reaches the connected layer, the area of the opening is larger than the area of the bottom, an insulating sidewall that covers the inner peripheral wall of the connection hole, and a buried conductor that fills the connection hole. And a wiring layer wired on the interlayer insulating film, wherein the connected layer is electrically connected to the wiring layer via the buried conductor. I will provide a.

【0009】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、配線層を接続すべき被接続層の上を被覆する層間絶
縁膜に、底部の面積よりも開口部の面積の方が大きい接
続孔を開口する工程と、該接続孔の内周壁にこれを巡る
絶縁性サイドウオールを形成する工程と、該接続孔を埋
め、上記層間絶縁膜上の配線層と接続する埋込導体を形
成する工程とを有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 achieve the above object, according to the present invention, a connection hole having an opening area larger than a bottom area is provided in an interlayer insulating film covering a connection target layer to which a wiring layer is to be connected. Opening, forming an insulating sidewall around the inner peripheral wall of the connection hole, and forming a buried conductor that fills the connection hole and connects to a wiring layer on the interlayer insulating film. And a method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

【0010】本発明の半導体装置は、接続孔の形状が、
底部の面積よりも開口部の面積の方が大きいため、実際
上の開口面積が大きく、実際のアスペクト比を小さくで
きるため、接続孔底部にスパッタリングなどで密着層メ
タルを厚く形成することができ、均一な合金形成によ
り、オーミックコンタクトを確実に形成することがで
き、その結果低抵抗コンタクトを達成することができ
る。
In the semiconductor device of the present invention, the shape of the connection hole is
Since the area of the opening is larger than the area of the bottom, the actual opening area is large and the actual aspect ratio can be reduced, so that the adhesion layer metal can be formed thickly by sputtering or the like at the bottom of the connection hole, By forming a uniform alloy, an ohmic contact can be reliably formed, and as a result, a low-resistance contact can be achieved.

【0011】また、この接続孔の周壁に絶縁性サイドウ
オールを形成しているので、接続孔の実際の開口面積を
縮小し、配線と埋込導体とのずれを回避して、ボーダー
レスコンタクトを回避することができる。その結果、高
歩留まりであり、高集積で微細な配線が可能である。
Further, since the insulating sidewall is formed on the peripheral wall of the connection hole, the actual opening area of the connection hole is reduced, the gap between the wiring and the buried conductor is avoided, and the borderless contact is formed. Can be avoided. As a result, high yield, high integration and fine wiring are possible.

【0012】かかる接続孔は、半導体基板に対する接続
のみならず、多層配線における各配線の接続に用いるこ
とができ、きわめて応用範囲が広い。かかる半導体装置
を得るために、本発明の半導体装置の製造方法は、通常
の工程に、底部の面積より開口部の面積の方が大きい接
続孔を開口する工程と、この接続孔の周壁に絶縁性サイ
ドウオールを形成する工程とを有する。
Such a connection hole can be used not only for connection to a semiconductor substrate but also for connection of each wiring in a multilayer wiring, and has a very wide range of application. In order to obtain such a semiconductor device, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes, in a normal step, a step of opening a connection hole having an opening area larger than an area of a bottom, and insulating a peripheral wall of the connection hole with an insulating wall. Forming a conductive sidewall.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に制限される
ものではない。 [第1実施形態]この実施形態は、図1に示すようなコ
ンタクト構造の一形態である。このコンタクト構造は、
半導体基板10に素子分離絶縁膜21が形成され、素子
分離絶縁膜21で分離された領域に拡散層11が形成さ
れている。半導体基板10表面は層間絶縁膜22で覆わ
れ、その層間絶縁膜22には底部の面積よりも開口部の
面積が大きく、開口部に近づくに従い漸次拡径するテー
パー状の接続孔40が開口されている。この接続孔の底
部には半導体基板10と高融点金属との合金であるシリ
サイド層31が形成されている。また、接続孔40の周
壁は絶縁性サイドウオール24で覆われ、更に接続孔4
0のサイドウオール24の内周壁は密着層メタル32が
形成され、その密着層32で囲まれた接続孔内方は埋込
導体34で埋め込まれている。埋込導体34上には層間
絶縁膜22上に配線されている配線層36が形成され、
配線層36は埋込導体34、シリサイド層31を介して
基板10の拡散層11と電気的に接続されている。この
配線層36は、密着層36a、アルミニウム合金層36
b、キャップ層36cとの積層体で構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments. [First Embodiment] This embodiment is an embodiment of a contact structure as shown in FIG. This contact structure
An element isolation insulating film 21 is formed on a semiconductor substrate 10, and a diffusion layer 11 is formed in a region separated by the element isolation insulating film 21. The surface of the semiconductor substrate 10 is covered with an interlayer insulating film 22, and the interlayer insulating film 22 has a tapered connection hole 40 whose opening area is larger than the bottom area and whose diameter gradually increases as approaching the opening. ing. A silicide layer 31, which is an alloy of the semiconductor substrate 10 and a refractory metal, is formed at the bottom of the connection hole. The peripheral wall of the connection hole 40 is covered with the insulating sidewall 24, and the connection hole 4
The inner peripheral wall of the sidewall 0 is formed with an adhesion layer metal 32, and the inside of the connection hole surrounded by the adhesion layer 32 is embedded with an embedded conductor 34. A wiring layer 36 wired on the interlayer insulating film 22 is formed on the buried conductor 34,
The wiring layer 36 is electrically connected to the diffusion layer 11 of the substrate 10 via the buried conductor 34 and the silicide layer 31. The wiring layer 36 includes an adhesion layer 36a, an aluminum alloy layer 36
b, and a laminate with the cap layer 36c.

【0014】このようなコンタクト構造は、接続孔40
を開口したときは、テーパー状の開口部の構造から、事
実上アスペクト比が低下したと同じような効果となり、
スパッタリングなどで厚膜の高融点金属層を接続孔底部
に容易に形成することができ、良質のシリサイド層31
により、基板とのコンタクト抵抗を低抵抗化することが
できる。また、配線層形成時においては、接続孔40周
壁を覆う絶縁性サイドウオール24が形成されているの
で、テーパー状接続孔の開口部の径が小さくなったと同
様の効果となり、例えば図1の如く配線層が接続孔の開
口部と少しずれても、埋込導体34が露出することが防
止され、配線層36と埋込導体34との接続が良好であ
る。
[0014] Such a contact structure is formed by connecting holes 40.
When the aperture is opened, the effect of the aspect ratio is substantially reduced due to the structure of the tapered opening,
A thick refractory metal layer can be easily formed at the bottom of the connection hole by sputtering or the like.
Thereby, the contact resistance with the substrate can be reduced. Further, at the time of forming the wiring layer, since the insulating sidewall 24 covering the peripheral wall of the connection hole 40 is formed, the same effect as when the diameter of the opening of the tapered connection hole is reduced is obtained. For example, as shown in FIG. Even if the wiring layer is slightly displaced from the opening of the connection hole, the buried conductor 34 is prevented from being exposed, and the connection between the wiring layer 36 and the buried conductor 34 is good.

【0015】この図1では、半導体10と配線層36と
を接続している構造を示しているが、多層配線における
いずれの接続孔にも本発明のコンタクト構造は適用する
ことが可能である。また、半導体の種類にも限定はな
く、接続孔を用いるあらゆる半導体に適用可能である。
FIG. 1 shows a structure in which the semiconductor 10 and the wiring layer 36 are connected, but the contact structure of the present invention can be applied to any connection hole in a multilayer wiring. There is no limitation on the type of semiconductor, and the present invention can be applied to any semiconductor using a connection hole.

【0016】このようなコンタクト構造を得る方法とし
ては、通常のコンタクト構造の工程と比較して、層間絶
縁膜に垂直に接続孔を開口する代わりにテーパー状の接
続孔を開口する工程とすること、及びテーパー状の接続
孔に絶縁性サイドウオールを形成する工程を加えるだけ
でよい。
As a method of obtaining such a contact structure, a step of opening a tapered connection hole instead of opening a connection hole perpendicularly to the interlayer insulating film, as compared with the step of a normal contact structure, is adopted. And a step of forming an insulating sidewall in the tapered connection hole.

【0017】接続孔の開口部の径は、コリメート式の高
指向性のスパッタリングを用いるか否かでも異なるが、
絶縁膜の厚さ/開口部の径(疑似アスペクト比)が0.
5〜4程度の範囲となるように選択することが好まし
い。また、接続孔の開口部の径/底部の径は、1.2〜
3.0程度が好ましい。このようなテーパー状に接続孔
を形成するには、例えばBPSGにテーパー状の接続孔
を開口する場合、例えば反応性イオンエッチングを−3
0℃、5.3Pa、1200W、ガスがCO:200s
ccm、CHF3 :1000sccm、ジャスト+30
%オーバーエッチングの条件で行うことで形成すること
ができる。その他には、例えば、+20℃、5.3P
a、1450W、ガスがCO:35sccm、C4
g:7sccm、Ar:200sccm、ジャスト+3
0%オーバーエッチングでも形成できる。
The diameter of the opening of the connection hole differs depending on whether or not the collimating type high directivity sputtering is used.
The thickness of the insulating film / the diameter of the opening (pseudo aspect ratio) is 0.
It is preferable to select so as to be in the range of about 5 to 4. Further, the diameter of the opening of the connection hole / the diameter of the bottom is 1.2 to
It is preferably about 3.0. In order to form such a tapered connection hole, for example, when a tapered connection hole is opened in BPSG, for example, reactive ion etching is performed by -3.
0 ° C, 5.3 Pa, 1200 W, gas is CO: 200 s
ccm, CHF 3 : 1000 sccm, just +30
It can be formed by performing it under the condition of% over etching. In addition, for example, + 20 ° C., 5.3P
a, 1450 W, gas: CO: 35 sccm, C 4 F
g: 7 sccm, Ar: 200 sccm, just +3
It can be formed even by 0% over-etching.

【0018】また、絶縁性サイドウオールの形成方法と
しては、絶縁膜を形成して接続孔を埋めた後、反応性イ
オンエッチングなどで垂直にエッチバックすることによ
り形成することができる。サイドウオールを構成する絶
縁膜の種類としては、TEOSプラズマCVD法、プラ
ズマSiN、SiON、常圧、低圧CVD系等の各種絶
縁膜を使用できる。
The insulating sidewall can be formed by forming an insulating film to fill the connection hole, and then vertically etching back by reactive ion etching or the like. As the type of the insulating film constituting the sidewall, various insulating films such as a TEOS plasma CVD method, plasma SiN, SiON, normal pressure, and low pressure CVD can be used.

【0019】次に、図1に示したような半導体を製造す
る工程の一例について図2、図3を参照して説明する。
図2(a)に示す構造に至る工程を説明すると、例えば
N型基板10に素子分離絶縁膜21を形成し、拡散層1
1を形成する。層間絶縁膜22を常圧CVDで成膜して
熱処理を行う。拡散層、絶縁膜成膜、及び熱処理の条件
の例を以下に示す。拡散層形成 : BF2 + イオン注入(35keV,3×1015ions
/cm2 ) 熱処理(縦型拡散炉アニール、900℃,N2 ,10
分)絶縁膜形成 :常圧CVD TEOS:60sccm,TMPO:15sccm,T
EB:15sccm 520℃、ボロン(B)2重量%、リン(P)5重量
%、膜厚1200nm絶縁膜熱処理方法 :縦型拡散炉アニール N2 :100%、750℃、10分 この後、接続孔のレジストパターニングR1を行う。次
に、図2(b)に示すように、反応性イオンエッチング
により接続孔40を開口する。このとき、テーパー状の
加工形状になるようにエッチングを行う。加工条件を以
下に示す。接続孔加工 : 反応性イオンエッチング:(−30℃、5.3Pa、1
200W) CO:200sccm,CHF3 :1000sccm ジャスト+30%オーバーエッチング 接続孔の開口部(レジストの開口部)の径:0.4μm 接続孔の深さ(絶縁膜の厚さ):1.2μm 接続孔の底部の径:約0.3μm 接続孔を開口した後、図2(c)に示すように、レジス
ト除去を行った後、コンタクトイオン注入、熱処理を行
い、酸化膜除去の前処理を行った後、密着層メタル層3
0を、例えばマグネトロンスパッター法により全面成膜
し、ランプアニールを施し、金属シリサイド層31を接
続孔底部に形成する。それぞれの条件の例を以下に示
す。コンタクト不純物活性化 : BF2 ,20keV,3×1015ions/cm2 酸化膜除去 : H2 O:バッファードフッ酸=400:1、60秒密着層メタルスパッター : コリメートTi:30nm(0.52Pa、8kW,A
r35sccm、300℃) TiN:70nm(0.78Pa,6kW,N2 :42
sccm、Ar:21sccm、300℃) ランプアニール: 650℃,1atm,N2 :100%,30秒 この場合、接続孔底部に金属シリサイドを形成できれば
よいので、TiNは省略することも可能である。
Next, an example of a process for manufacturing the semiconductor as shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
The process leading to the structure shown in FIG. 2A will be described. For example, an element isolation insulating film 21 is formed on an N-type substrate 10 and a diffusion layer 1 is formed.
Form one. An interlayer insulating film 22 is formed by atmospheric pressure CVD and heat treatment is performed. Examples of the conditions of the diffusion layer, the insulating film formation, and the heat treatment are shown below. Diffusion layer formation : BF 2 + ion implantation (35 keV, 3 × 10 15 ions)
/ Cm 2 ) Heat treatment (vertical diffusion furnace annealing, 900 ° C., N 2 , 10
Min.) Insulating film formation : normal pressure CVD TEOS: 60 sccm, TMPO: 15 sccm, T
EB: 520 ° C. at 15 sccm, 2% by weight of boron (B), 5% by weight of phosphorus (P), 1200 nm- thick insulating film Heat treatment method : Vertical diffusion furnace annealing N 2 : 100%, 750 ° C., 10 minutes, and then connection The resist patterning R1 of the hole is performed. Next, as shown in FIG. 2B, a connection hole 40 is opened by reactive ion etching. At this time, etching is performed so as to have a tapered shape. The processing conditions are shown below. Connection hole processing : Reactive ion etching: (−30 ° C., 5.3 Pa, 1
200 W) CO: 200 sccm, CHF 3 : 1000 sccm Just + 30% over-etching Diameter of opening (resist opening) of connection hole: 0.4 μm Depth of connection hole (thickness of insulating film): 1.2 μm After the connection hole was opened, as shown in FIG. 2C, the resist was removed, contact ion implantation and heat treatment were performed, and pretreatment for removing the oxide film was performed. After that, the adhesion layer metal layer 3
For example, a metal silicide layer 31 is formed on the bottom of the connection hole by performing a lamp anneal on the entire surface by a magnetron sputtering method, for example. Examples of each condition are shown below. Contact impurity activation : BF 2 , 20 keV, 3 × 10 15 ions / cm 2 Oxide film removal : H 2 O: buffered hydrofluoric acid = 400: 1, 60 seconds adhesion layer metal sputtering : collimation Ti: 30 nm (0.52 Pa) , 8kW, A
r35 sccm, 300 ° C.) TiN: 70 nm (0.78 Pa, 6 kW, N 2 : 42)
(sccm, Ar: 21 sccm, 300 ° C.) Lamp annealing: 650 ° C., 1 atm, N 2 : 100%, 30 seconds In this case, it is only necessary to form a metal silicide at the bottom of the connection hole, so that TiN can be omitted.

【0020】次に、図3(d)に示すように、未反応の
密着層メタルを例えばウエットエッチングで除去する。
条件の一例を以下に示す。密着層除去 : NH3 :H2 2 :H2 O=1:2:7,30℃、20
分 その後、図3(e)に示すように、絶縁膜サイドウオー
ル24を例えばプラズマSiO2 CVDと全面エッチバ
ックにより形成する。形成条件の例を以下に示す。絶縁膜形成 :プラズマCVD法 TEOS:800sccm,O2 :600sccm,1
133.2Pa 400℃,RF700W,膜厚100nm エッチバック:反応性イオンエッチング(−30℃,
2.7Pa,500W) CHF3 :50sccm ジャスト+30%オーバーエッチング サイドウオールの膜厚:サイドウオール24形成後、図
3(f)に示すように、薄い密着層メタル層32をスパ
ッター法により形成し、タングステン膜33を熱CVD
法により全面成膜する。それぞれの加工条件の例を以下
に示す。第2密着層メタルスパッター : TiN:30nm(0.78Pa,6kW,N2 :42
sccm,Ar:21sccm,300℃)ブランケットW膜CVD :600nm(10.7kP
a,WF6 :H2 :Ar=40:400:2250sc
cm,450℃) 次に、図1に示したように、全面異方性イオンエッチン
グにより、接続孔の埋め込みプラグ34を形成した後、
上部導体配線材料としてバリアメタル層36a、アルミ
ニウム合金層36b、キャップメタル層36cをマグネ
トロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジスト
パターニングと異方性イオンエッチングにより、導体配
線36を形成して図1に示した構造を実現することがで
きる。埋め込みプラグ加工 : 1stSTEP(Wエッチング): 45.5Pa,275W, SF6 :Ar:He=110:90:5sccm 2ndSTEP(TiNエッチング): 6.5Pa,250W,Ar:Cl2 =75:5scc
m 3rdSTEP(Wオーバーエッチ): 32.5Pa,70W,SF6 :Ar:He=20:1
0:10sccm 導体配線形成 : バリアメタル: Ti:20nm(0.52Pa,2kW,Ar35sc
cm、300℃) TiN:20nm(0.78Pa,6kW,N2 ;42
sccm,Ar65sccm、300℃) アルミニウム系合金: Al−0.5%Cu:500nm(0.52Pa、15
kW、Ar;65sccm, 300℃) キャップメタル: Ti:10nm(0.52Pa,2kW,Ar;35s
ccm,300℃) TiN:100nm(0.78Pa,6kW,N2 ;4
2sccm,Ar:21sccm,300℃)導体配線層反応性イオンエッチング : BCl3 /Cl2 =100/150sccm,1Pa,
マイクロ波400mA,RF110W ジャスト+40%オーバーエッチング 以上の工程により形成した微細接続孔は、密着層成膜前
の接続孔トップ径がφ0.4μm(ホールアスペクト比
3.0)程度であるため、底付Ti膜厚は5nm以上成
膜され、P+ Siのコンタクトはオーミック特性を示し
た。また、絶縁性サイドウオールの形成により、狭配線
ピッチでもボーダーレスコンタクトとはならないため、
100万段コンタクトチェーンの歩留まりも100%で
あった。
Next, as shown in FIG.
The adhesion layer metal is removed by, for example, wet etching.
An example of the condition is shown below.Removal of adhesion layer : NHThree: HTwoOTwo: HTwoO = 1: 2: 7, 30 ° C., 20
Then, as shown in FIG.
For example, plasma SiO 2TwoCVD and overall etch bar
It is formed by a hook. Examples of forming conditions are shown below.Insulation film formation : Plasma CVD TEOS: 800 sccm, OTwo: 600 sccm, 1
133.2 Pa 400 ° C., RF 700 W, film thickness 100 nm Etch back: reactive ion etching (−30 ° C.,
2.7 Pa, 500 W) CHFThree: 50 sccm just + 30% over-etching Thickness of side wall: figure after formation of side wall 24
As shown in FIG. 3 (f), the thin adhesion layer metal layer 32 is
The tungsten film 33 by thermal CVD
The entire surface is formed by a method. Examples of each processing condition are as follows
Shown inSecond adhesion layer metal sputter : TiN: 30 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo: 42
sccm, Ar: 21 sccm, 300 ° C)Blanket W film CVD : 600 nm (10.7 kP
a, WF6: HTwo: Ar = 40: 400: 2250sc
cm, 450 ° C.) Next, as shown in FIG.
After forming the plug 34 of the connection hole by the
Barrier metal layer 36a, aluminum as upper conductor wiring material
The nickel alloy layer 36b and the cap metal layer 36c are
Deposit the entire surface by tron sputtering
Conductor layout by patterning and anisotropic ion etching
Line 36 can be formed to achieve the structure shown in FIG.
Wear.Embedded plug processing : 1st STEP (W etching): 45.5 Pa, 275 W, SF6: Ar: He = 110: 90: 5 sccm 2nd STEP (TiN etching): 6.5 Pa, 250 W, Ar: ClTwo= 75: 5scc
m 3rdSTEP (W overetch): 32.5 Pa, 70 W, SF6: Ar: He = 20: 1
0: 10sccm Conductor wiring formation : Barrier metal: Ti: 20 nm (0.52 Pa, 2 kW, Ar35sc)
cm, 300 ° C.) TiN: 20 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo; 42
sccm, Ar 65 sccm, 300 ° C.) Aluminum alloy: Al-0.5% Cu: 500 nm (0.52 Pa, 15)
kW, Ar; 65 sccm, 300 ° C. Cap metal: Ti: 10 nm (0.52 Pa, 2 kW, Ar; 35 s)
ccm, 300 ° C.) TiN: 100 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo; 4
(2 sccm, Ar: 21 sccm, 300 ° C.)Conductive wiring layer reactive ion etching : BClThree/ ClTwo= 100 / 150sccm, 1Pa,
Microwave 400mA, RF110W Just + 40% overetching The fine connection hole formed by the above process is before the adhesion layer is formed.
Connection hole top diameter of φ0.4μm (Hole aspect ratio
3.0), the bottom Ti film thickness is 5 nm or more.
Filmed, P+Si contacts exhibit ohmic characteristics
Was. Also, by forming insulating sidewalls, narrow wiring
Because the pitch does not become borderless contact,
100% yield of 1,000,000 steps contact chain
there were.

【0021】上記例において、密着層メタルはTiN/
Ti膜の他、TiW,Co,Ni,Ta等、あるいはこ
れらの化合物など種々のものが使用可能であり、埋込導
体も、タングステンの他、Cu,Alその他の低比抵抗
金属が使用可能である。更に、上記例では、埋込導体の
形成方法として、W層の形成後にエッチバックして配線
を形成する方法を示したが、その他に、全面に導体を成
膜した後、これを配線にパターニングして、同一導体で
配線を形成する方法がある。また、選択的に例えばタン
グステンを接続孔にCVD成膜した後、配線を形成する
方法など、埋込導体の形成方法は特に制限されない。 [第2実施形態]第1実施形態では、金属シリサイド形
成後に密着層を除去していたが、本実施形態では、接続
孔の密着層は残す。この工程を図4、図5を参照して説
明する。図4(a)に示す構造に至る工程を説明する
と、例えばN型基板10に素子分離絶縁膜21を形成
し、拡散層11を形成する。層間絶縁膜22を常圧CV
Dで成膜して熱処理を行う。拡散層、絶縁膜成膜、及び
熱処理の条件を以下に示す。拡散層形成 : BF2 + イオン注入(35keV,3×1015ions
/cm2 ) 熱処理(縦型拡散炉アニール、900℃,N2 ,10
分)絶縁膜形成 :常圧CVD TEOS:60sccm,TMPO:15sccm,T
EB:15sccm 520℃、ボロン(B)2重量%、リン(P)5重量
%、膜厚1200nm絶縁膜熱処理方法 :縦型拡散炉アニール N2 :100%、750℃、10分 この後、接続孔のレジストパターニングを行い、図4
(a)に示す構造を得ることができる。
In the above example, the adhesion layer metal is TiN /
In addition to the Ti film, various materials such as TiW, Co, Ni, Ta, or a compound thereof can be used. As the buried conductor, Cu, Al, or other low resistivity metal other than tungsten can be used. is there. Furthermore, in the above example, as a method of forming the buried conductor, a method of forming a wiring by etching back after forming the W layer was described. Alternatively, after forming a conductor on the entire surface, this is patterned into the wiring. Then, there is a method of forming a wiring with the same conductor. Further, there is no particular limitation on the method of forming the buried conductor, such as a method of forming a wiring after selectively forming a film of tungsten in the connection hole by CVD. [Second Embodiment] In the first embodiment, the adhesion layer is removed after the formation of the metal silicide. However, in this embodiment, the adhesion layer of the connection hole is left. This step will be described with reference to FIGS. 4A will be described. For example, an element isolation insulating film 21 is formed on an N-type substrate 10 and a diffusion layer 11 is formed. Normal pressure CV for the interlayer insulating film 22
D is formed and heat treatment is performed. The conditions of the diffusion layer, the insulating film formation, and the heat treatment are shown below. Diffusion layer formation : BF 2 + ion implantation (35 keV, 3 × 10 15 ions)
/ Cm 2 ) Heat treatment (vertical diffusion furnace annealing, 900 ° C., N 2 , 10
Min.) Insulating film formation : normal pressure CVD TEOS: 60 sccm, TMPO: 15 sccm, T
EB: 520 ° C. at 15 sccm, 2% by weight of boron (B), 5% by weight of phosphorus (P), 1200 nm- thick insulating film Heat treatment method : Vertical diffusion furnace annealing N 2 : 100%, 750 ° C., 10 minutes, and then connection After resist patterning of the hole,
The structure shown in (a) can be obtained.

【0022】次に、図4(b)に示すように、反応性イ
オンエッチングにより接続孔41を開口する。このと
き、テーパー状の加工形状になるようにエッチングを行
う。加工条件を以下に示す。接続孔加工 : 反応性イオンエッチング:(−30℃、5.3Pa、1
200W) CO:200sccm,CHF3 :1000sccm ジャスト+30%オーバーエッチング 接続孔の開口部(レジストの開口部)の径:0.4μm 接続孔の深さ(絶縁膜の厚さ):1.2μm 接続孔の底部の径:約0.3μm 接続孔を開口した後、図4(c)に示すように、レジス
トを除去し、コンタクトイオン注入、熱処理を行い、酸
化膜除去の前処理を行った後、密着層メタル層30を、
例えばマグネトロンスパッター法により全面成膜し、ラ
ンプアニールを施し、金属シリサイド層31を接続孔底
部に形成する。それぞれの条件の例を以下に示す。コンタクト不純物活性化 : BF2 ,20keV,3×1015ions/cm2 酸化膜除去 : H2 O:バッファードフッ酸=400:1、60秒密着層メタルスパッター : コリメートTi:30nm(0.52Pa、8kW,A
r35sccm、300℃) TiN:70nm(0.78Pa,6kW,N2 :42
sccm、Ar:21sccm、300℃)ランプアニール : 650℃,1atm,N2 :100%,30秒 その後、図5(d)に示すように、絶縁膜のサイドウオ
ール24を例えばプラズマSiO2 CVDと全面エッチ
バックにより形成する。形成条件の例を以下に示す。絶縁膜形成 :プラズマCVD法 TEOS:800sccm,O2 :600sccm,1
133.2Pa 400℃,RF700W,膜厚100nmエッチバック :反応性イオンエッチング(−30℃,
2.7Pa,500W) CHF3 :50sccm ジャスト+30%オーバーエッチング サイドウオール膜厚:100nm サイドウオール24形成後、図5(e)に示すように、
薄い密着層メタル層32をスパッター法により形成し、
タングステン膜33を熱CVD法により全面成膜する。
それぞれの加工条件の例を以下に示す。第2密着層メタルスパッター : TiN:30nm(0.78Pa,6kW,N2 :42
sccm,Ar:21sccm,300℃)ブランケットW膜CVD :600nm(10.7kP
a,WF6 :H2 :Ar=40:400:2250sc
cm,450℃) 次に、図5(f)に示すように、全面異方性イオンエッ
チングにより、接続孔の埋込導体34を形成した後、上
部導体配線材料としてバリアメタル層36a、アルミニ
ウム合金層36b、キャップメタル層36cをマグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニングと異方性イオンエッチングにより、導体配線
層36を形成する。埋込導体加工 : 1stSTEP(Wエッチング): 45.5Pa,275W, SF6 :Ar:He=110:90:5sccm 2ndSTEP(TiNエッチング): 6.5Pa,250W,Ar:Cl2 =75:5scc
m 3rdSTEP(Wオーバーエッチ): 32.5Pa,70W,SF6 :Ar:He=20:1
0:10sccm 導体配線層形成 : バリアメタル: Ti:20nm(0.52Pa,2kW,Ar35sc
cm、300℃) TiN:20nm(0.78Pa,6kW,N2 ;42
sccm,Ar65sccm、300℃) アルミニウム系合金: Al−0.5%Cu:500nm(0.52Pa、15
kW、Ar;65sccm, 300℃) キャップメタル: Ti:10nm(0.52Pa,2kW,Ar;35s
ccm,300℃) TiN:100nm(0.78Pa,6kW,N2;4
2sccm,Ar:21sccm,300℃)導体配線反応性イオンエッチング : BCl3 /Cl2 =100/150sccm,1Pa,
マイクロ波400mA,RF110W ジャスト+40%オーバーエッチング 以上の工程により形成した微細接続孔は、密着層成膜前
の接続孔トップ径がφ0.4μm(ホールアスペクト比
3.0)程度であるため、底付Ti膜厚は5nm以上成
膜され、P+ Siのコンタクトはオーミック特性を示し
た。また、絶縁性サイドウオールの形成により、狭配線
ピッチでもボーダーレスコンタクトとはならないため、
100万段コンタクトチェーンの歩留まりも100%で
あった。
Next, as shown in FIG.
A connection hole 41 is opened by on-etching. This and
Etching is performed to obtain a tapered shape.
U. The processing conditions are shown below.Connection hole processing : Reactive ion etching: (−30 ° C., 5.3 Pa, 1
200W) CO: 200sccm, CHFThree: 1000 sccm Just + 30% over-etching Diameter of opening of connection hole (opening of resist): 0.4 μm Depth of connection hole (thickness of insulating film): 1.2 μm Diameter of bottom of connection hole: approx. After opening the connection hole of 3 μm, as shown in FIG.
The contact is removed, contact ion implantation and heat treatment are performed.
After performing the pretreatment for removing the oxide film, the adhesion layer metal layer 30 is
For example, the entire surface is formed by magnetron sputtering,
Anneal the metal silicide layer 31 to the bottom of the contact hole.
Formed in the part. Examples of each condition are shown below.Activation of contact impurities : BFTwo, 20 keV, 3 × 10Fifteenions / cmTwo Oxide film removal : HTwoO: buffered hydrofluoric acid = 400: 1, 60 secondsAdhesion layer metal sputter : Collimated Ti: 30 nm (0.52 Pa, 8 kW, A
r35sccm, 300 ° C) TiN: 70 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo: 42
sccm, Ar: 21 sccm, 300 ° C)Lamp annealing : 650 ° C, 1 atm, NTwo: 100%, 30 seconds Then, as shown in FIG.
For example, plasma SiO 2TwoCVD and overall etch
The back is formed. Examples of forming conditions are shown below.Insulation film formation : Plasma CVD TEOS: 800 sccm, OTwo: 600 sccm, 1
133.2Pa 400 ° C, RF 700W, film thickness 100nmEtch back : Reactive ion etching (-30 ° C,
2.7 Pa, 500 W) CHFThree: 50 sccm just + 30% overetching Sidewall thickness: 100 nm After the formation of the sidewall 24, as shown in FIG.
A thin adhesion layer metal layer 32 is formed by a sputtering method,
A tungsten film 33 is entirely formed by a thermal CVD method.
Examples of each processing condition are shown below.Second adhesion layer metal sputter : TiN: 30 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo: 42
sccm, Ar: 21 sccm, 300 ° C)Blanket W film CVD : 600 nm (10.7 kP
a, WF6: HTwo: Ar = 40: 400: 2250sc
cm, 450 ° C.) Next, as shown in FIG.
After forming the buried conductor 34 of the connection hole by ching,
Barrier metal layer 36a, aluminum
Alloy layer 36b and cap metal layer 36c
The entire surface is formed by the Ron sputtering method, and the photoresist
Conductor wiring by turning and anisotropic ion etching
A layer 36 is formed.Embedded conductor processing : 1st STEP (W etching): 45.5 Pa, 275 W, SF6: Ar: He = 110: 90: 5 sccm 2nd STEP (TiN etching): 6.5 Pa, 250 W, Ar: ClTwo= 75: 5scc
m 3rdSTEP (W overetch): 32.5 Pa, 70 W, SF6: Ar: He = 20: 1
0: 10sccm Conductor wiring layer formation : Barrier metal: Ti: 20 nm (0.52 Pa, 2 kW, Ar35sc)
cm, 300 ° C.) TiN: 20 nm (0.78 Pa, 6 kW, NTwo; 42
sccm, Ar 65 sccm, 300 ° C.) Aluminum alloy: Al-0.5% Cu: 500 nm (0.52 Pa, 15)
kW, Ar; 65 sccm, 300 ° C. Cap metal: Ti: 10 nm (0.52 Pa, 2 kW, Ar; 35 s)
ccm, 300 ° C.) TiN: 100 nm (0.78 Pa, 6 kW, N2; 4)
(2 sccm, Ar: 21 sccm, 300 ° C.)Conductive wiring reactive ion etching : BClThree/ ClTwo= 100 / 150sccm, 1Pa,
Microwave 400mA, RF110W Just + 40% overetching The fine connection hole formed by the above process is before the adhesion layer is formed.
Connection hole top diameter of φ0.4μm (Hole aspect ratio
3.0), the bottom Ti film thickness is 5 nm or more.
Filmed, P+Si contacts exhibit ohmic characteristics
Was. Also, by forming insulating sidewalls, narrow wiring
Because the pitch does not become borderless contact,
100% yield of 1,000,000 steps contact chain
there were.

【0023】上記例では、また、密着層メタルはTiN
/Ti膜の他、TiW,Co,Ni,Ta等、あるいは
これらの化合物など種々のものが使用可能であり、埋込
導体も、タングステンの他、Cu,Alその他の低比抵
抗金属が使用可能である。更に、上記例では、埋込導体
の形成方法として、W層の形成後にエッチバックして配
線を形成する方法を示したが、その他に、全面に導体を
成膜した後、これを配線にパターニングして、同一導体
で配線を形成する方法がある。また、選択的に例えばタ
ングステンを接続孔にCVD成膜した後、配線を形成す
る方法など、埋込導体の形成方法は特に制限されない。
In the above example, the adhesion layer metal is TiN
Various materials such as TiW, Co, Ni, Ta, etc. or their compounds can be used in addition to the / Ti film, and the buried conductor can also be Cu, Al, or other low resistivity metal in addition to tungsten. It is. Furthermore, in the above example, as a method of forming the buried conductor, a method of forming a wiring by etching back after forming the W layer was described. Alternatively, after forming a conductor on the entire surface, this is patterned into the wiring. Then, there is a method of forming a wiring with the same conductor. Further, there is no particular limitation on the method of forming the buried conductor, such as a method of forming a wiring after selectively forming a film of tungsten in the connection hole by CVD.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明の半導体装置は、コンタクト抵抗
が低く、かつ配線層と接続孔の埋込導体との密着性が良
好で、信頼性が高い。また、本発明の半導体装置の製造
方法によれば、コンタクト抵抗が低く、配線の歩留まり
が高い半導体装置を製造することができる。
The semiconductor device of the present invention has low contact resistance, good adhesion between the wiring layer and the buried conductor in the connection hole, and high reliability. Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a semiconductor device having low contact resistance and high wiring yield can be manufactured.

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

【図1】本発明の第1形態の半導体装置を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(c)は、図1の半導体装置の製造工
程を示すそれぞれ断面図である。
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views each showing a manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 1;

【図3】(d)〜(f)は、図2の続きの工程を示すそ
れぞれ断面図である。
FIGS. 3 (d) to 3 (f) are cross-sectional views showing steps subsequent to FIG.

【図4】(a)〜(b)は、本発明の第2形態の半導体
装置の製造工程を示すそれぞれ断面図である。
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】(d)〜(f)は、図4の続きの工程を示すそ
れぞれ断面図である。
FIGS. 5D to 5F are cross-sectional views showing steps subsequent to FIG. 4;

【図6】(a)〜(b)は、従来の半導体装置の製造工
程を示すそれぞれ断面図である。
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views showing steps of manufacturing a conventional semiconductor device.

【図7】図6に示した工程により製造される半導体装置
を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a semiconductor device manufactured by the process shown in FIG. 6;

【図8】(a)〜(c)は、従来の半導体装置の別の製
造工程を示すそれぞれ断面図である。
8 (a) to 8 (c) are cross-sectional views showing different manufacturing steps of a conventional semiconductor device.

【図9】図8に示す製造工程により製造される半導体装
置を示す断面図である。
9 is a cross-sectional view showing a semiconductor device manufactured by the manufacturing process shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基板、21…素子分離絶縁膜、22…層間絶縁
膜、24…絶縁性サイドウオール、31…シリサイド層
(合金層)、34…埋込導体、36…配線層、40…接
続孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... board | substrate, 21 ... element isolation insulating film, 22 ... interlayer insulating film, 24 ... insulating sidewall, 31 ... silicide layer (alloy layer), 34 ... embedded conductor, 36 ... wiring layer, 40 ... connection hole

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】配線層を接続すべき被接続層と、その被接
続層の上を覆う層間絶縁膜と、該層間絶縁膜を貫通して
該被接続層に達し、底部の面積より開口部の面積の方が
大きい接続孔と、該接続孔の内周壁を覆う絶縁性サイド
ウオールと、該接続孔を埋めている埋込導体と、該層間
絶縁膜上に配線されている配線層とを有し、上記被接続
層が上記埋込導体を介して上記配線層と電気的に接続さ
れた構造を有することを特徴とする半導体装置。
A connection layer to which a wiring layer is to be connected; an interlayer insulating film covering the connection layer; an interlayer insulating film that penetrates the interlayer insulating film to reach the connection layer; A connection hole having a larger area, an insulating sidewall covering an inner peripheral wall of the connection hole, a buried conductor filling the connection hole, and a wiring layer wired on the interlayer insulating film. A semiconductor device having a structure in which the connected layer is electrically connected to the wiring layer via the buried conductor.
【請求項2】上記接続孔底部において、上記埋込導体が
被接続層と金属との合金層を介して上記被接続層と電気
的に接続されている請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the buried conductor is electrically connected to the connection layer via an alloy layer of the connection layer and a metal at the bottom of the connection hole.
【請求項3】配線層を接続すべき被接続層の上を被覆す
る層間絶縁膜に、底部の面積よりも開口部の面積の方が
大きい接続孔を開口する工程と、 該接続孔の内周壁にこれを巡る絶縁性サイドウオールを
形成する工程と、 該接続孔を埋め、上記層間絶縁膜上の配線層と接続する
埋込導体を形成する工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
3. A step of forming a connection hole having an opening area larger than a bottom area in an interlayer insulating film covering a connection layer to which a wiring layer is to be connected; A semiconductor device comprising: a step of forming an insulating sidewall around the peripheral wall; and a step of filling the connection hole and forming a buried conductor connected to a wiring layer on the interlayer insulating film. Production method.
【請求項4】接続孔を開口した後、接続孔の底部に密着
メタル層を形成する工程を有する請求項3記載の半導体
装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising the step of forming an adhesion metal layer at the bottom of the connection hole after opening the connection hole.
【請求項5】上記密着メタル層を形成した後、上記被接
続層と密着メタル層とを反応させて合金層を接続孔底部
に形成する工程と、 未反応の密着メタル層を除去する工程とを有する請求項
4記載の半導体装置の製造方法。
5. A step of forming the alloy layer at the bottom of the connection hole by reacting the connected layer and the contact metal layer after forming the contact metal layer, and removing an unreacted contact metal layer. 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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