JP2000150649A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000150649A
JP2000150649A JP10322568A JP32256898A JP2000150649A JP 2000150649 A JP2000150649 A JP 2000150649A JP 10322568 A JP10322568 A JP 10322568A JP 32256898 A JP32256898 A JP 32256898A JP 2000150649 A JP2000150649 A JP 2000150649A
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JP
Japan
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film
interlayer insulating
insulating film
contact hole
layer
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JP10322568A
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Japanese (ja)
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Satoshi Shobu
悟司 菖蒲
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a short circuit between adjoining wirings due to residue of etching in a gap part and eliminate connection failure between vertical wirings even if any gap is formed on an interlayer film because of dust and so on. SOLUTION: A contact layer and a metal layer on an interlayer insulation film 18 are etched back to form a metal plug 22p in a contact hole, and an upper wiring is formed on the metal plug. In this case, after etching back, the metal plug 22p in the contact hole is covered with a resist 23, and etching treatment is applied to remove the contact layer and metal layer left on the interlayer insulation film 18. After removal of the metal layer, the resist is also removed, and the upper wiring is formed.

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】本発明は半導体装置製造方法
に関する。より詳しくは、多層配線構造における上下配
線層を接続するメタルプラグの形成方法に関し、特にプ
ラグ形成用のメタル膜をエッチバックすることによりメ
タルプラグを形成するプロセスにおいて、このメタル膜
のエッチバック残渣に起因する隣接配線パターン間の短
絡を防止するとともに、上下配線間のコンタクトを良好
に形成するための改良方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a method of forming a metal plug that connects upper and lower wiring layers in a multilayer wiring structure, and particularly to a process of forming a metal plug by etching back a metal film for forming a plug, the etching back residue of the metal film is reduced. The present invention relates to an improved method for preventing a short circuit between adjacent wiring patterns due to the above and for forming a good contact between upper and lower wirings.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体デバイスのデザインルール
は大きく縮小され、研究レベルではサブハーフミクロン
からクォータミクロンあるいはそれ以上のレベルまで縮
小されてきている。しかし、これは半導体デバイスの水
平面内(基板と平行な面)の寸法に関するものであり、
垂直方向(基板の断面方向)の寸法縮小は、配線抵抗や
寄生容量の低減を図る必要から、水平面と同じペースで
は進まない。しかも、多層配線構造の採用によって、基
板の表面段差はますます増大する傾向にある。
2. Description of the Related Art In recent years, design rules for semiconductor devices have been greatly reduced, and the research level has been reduced from sub-half microns to quarter microns or more. However, this relates to the dimensions of the semiconductor device in the horizontal plane (plane parallel to the substrate),
The size reduction in the vertical direction (cross-sectional direction of the substrate) does not proceed at the same pace as the horizontal plane because it is necessary to reduce wiring resistance and parasitic capacitance. In addition, the use of the multilayer wiring structure tends to increase the level difference on the surface of the substrate.

【0003】一方、このような基板の表面段差の増大
は、露光光の短波長化や単色光化に伴って焦点深度やコ
ントラストの低下が深刻化している近年のフォトリソグ
ラフィ技術にとって、不利な条件である。
On the other hand, such an increase in the surface step of the substrate is a disadvantageous condition for the recent photolithography technology in which the depth of focus and the contrast have been seriously reduced with the shortening of the exposure light wavelength and the monochromatic light. It is.

【0004】このような背景から、基板の表面段差を吸
収し、かつフォトリソグラフィの精度を向上させる技術
として、層間絶縁膜の平坦化が重要性を増してきてい
る。しかし、平坦化された層間絶縁膜には局部的に膜厚
の厚い領域が発生するため、この膜に開口される微細な
コンタクトホールのアスペクト比を必然的に増大させる
結果となっている。
[0004] From such a background, planarization of an interlayer insulating film is increasing in importance as a technique for absorbing a surface step of a substrate and improving the accuracy of photolithography. However, since a region having a large thickness locally occurs in the planarized interlayer insulating film, the aspect ratio of a fine contact hole opened in this film is necessarily increased.

【0005】従来、コンタクトホールを被覆する配線膜
の形成は、主としてアルミニウム(Al)系の金属材料
膜をスパッタ法により被着させることにより行われてい
た。しかし、コンタクトホールのアスペクト比がおよそ
3以上ともなると、スパッタ法では段差被覆性(ステッ
プカバレージ)が不足し、上層配線と下層配線との間の
コンタクト不良が起こる。
Conventionally, a wiring film covering a contact hole has been formed mainly by depositing an aluminum (Al) -based metal material film by a sputtering method. However, when the aspect ratio of the contact hole is about 3 or more, the step coverage (step coverage) is insufficient by the sputtering method, and a contact failure between the upper wiring and the lower wiring occurs.

【0006】そこで、ステップカバレージの問題を克服
できる技術として、コンタクトホールの内部をメタル膜
で埋め込んで接続用のプラグを形成する、いわゆるメタ
ルプラグ技術が開発されている。このメタルプラグ部の
電気抵抗は、コンタクトホールのアスペクト比が大きく
なるにつれて上昇し、大電流が流れた際の発熱量が増大
するので、上記メタル膜としては一般に低抵抗の高融点
金属材料が使用されている。
Therefore, as a technique capable of overcoming the step coverage problem, a so-called metal plug technique has been developed in which a contact plug is formed by filling the inside of a contact hole with a metal film. The electric resistance of the metal plug portion increases as the aspect ratio of the contact hole increases, and the amount of heat generated when a large current flows increases. Therefore, a low-resistance high-melting metal material is generally used as the metal film. Have been.

【0007】このようなメタルプラグ形成プロセスにお
いて現状で最も広く採用されている方法は、ブランケッ
トCVD法とエッチバックとの組合せである。これは、
まずコンタクトホールが完全に埋め込まれ、かつ層間絶
縁膜の表面が完全に覆われるように高融点金属膜(ブラ
ンケット金属膜)を全面に堆積させ、次にこのブランケ
ット金属膜をその下側の層間絶縁膜の表面が露出するま
で異方的に垂直方向にエッチバックする方法である。こ
の場合、プラグ形成用の高融点金属材料としては、タン
グステン(W)が最も一般的に用いられている。
At present, the most widely adopted method in such a metal plug forming process is a combination of a blanket CVD method and an etch back. this is,
First, a refractory metal film (blanket metal film) is deposited on the entire surface so that the contact hole is completely buried and the surface of the interlayer insulating film is completely covered. This is a method of anisotropically vertically etching back until the surface of the film is exposed. In this case, tungsten (W) is most commonly used as a high melting point metal material for forming a plug.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のメタルプラグ形成プロセスにおけるエッチバックは
その終点判定に関し問題があった。特に、層間絶縁膜の
表面に何等かの要因により段差が生じているような場合
には、ブランケット金属膜がこの段差の周縁部にエッチ
バック残渣として残り、この残渣がメタルプラグに接続
して形成される隣接配線パターン同士を短絡させる場合
がある。この問題について、従来のメタルプラグ形成プ
ロセスを示す図8から図13までを参照してさらに説明
する。
However, the etch-back in the above-described conventional metal plug forming process has a problem in determining the end point. In particular, when a step occurs on the surface of the interlayer insulating film due to some factor, the blanket metal film remains as an etch-back residue on the periphery of the step, and this residue is formed by connecting to the metal plug. Adjacent wiring patterns may be short-circuited. This problem will be further described with reference to FIGS. 8 to 13 showing a conventional metal plug forming process.

【0009】図8は、層間絶縁膜上にダスト付着により
表面段差が発生した状態を示す。この図8の状態になる
までのプロセスを簡単に述べると、まずシリコン(S
i)基板1上に素子分離用のフィールド酸化膜2を形成
し、このフィールド酸化膜2で規定される活性領域に例
えば図示しないMOSトランジスタのゲート酸化膜やゲ
ート電極を形成した後、イオン注入を行って不純物拡散
層3を形成する。このような活性領域を形成した基板
(Si基板自体およびその上に形成された活性領域やそ
の後順次積層された各種膜を含む(以下の説明において
同じ))の全面にSiOx系材料からなる層間絶縁膜4
を堆積させてこれを平坦化する。その後この層間絶縁膜
4をパターニングして上記不純物拡散層3に臨むコンタ
クトホール5を開口する。この時点で、層間絶縁膜4の
表面には絶縁性のダスト6が付着している。このダスト
6は、例えば層間絶縁膜4の成膜中にCVD反応炉の炉
心管壁に堆積したSiOx膜が剥離することにより発生
する。
FIG. 8 shows a state where a surface step is generated due to dust adhesion on the interlayer insulating film. Briefly describing the process up to the state shown in FIG. 8, first, silicon (S
i) A field oxide film 2 for element isolation is formed on a substrate 1 and, for example, a gate oxide film and a gate electrode of a MOS transistor (not shown) are formed in an active region defined by the field oxide film 2, and then ion implantation is performed. Then, the impurity diffusion layer 3 is formed. An interlayer insulating layer made of a SiOx-based material is formed on the entire surface of the substrate (including the Si substrate itself, the active region formed thereon, and various films sequentially laminated thereafter (same in the following description)) on which such an active region is formed. Membrane 4
Is deposited and planarized. Thereafter, the interlayer insulating film 4 is patterned to open a contact hole 5 facing the impurity diffusion layer 3. At this point, the insulating dust 6 has adhered to the surface of the interlayer insulating film 4. The dust 6 is generated, for example, when the SiOx film deposited on the core tube wall of the CVD reactor during the formation of the interlayer insulating film 4 is peeled off.

【0010】次に、図9に示すように、上記コンタクト
ホール5を埋め込み、かつ層間絶縁膜4の表面も十分に
被覆するようにブランケットタングステン(W)膜7を
成膜する。なお、図示省略するが、実際のブランケット
W膜7の下側には、層間絶縁膜4に対する密着性の向上
やSi基板1の表面の自然酸化膜の還元のために、薄い
Ti膜とTiN膜とをこの順番に積層したTi系密着層
が形成されている。
Next, as shown in FIG. 9, a blanket tungsten (W) film 7 is formed so as to fill the contact hole 5 and sufficiently cover the surface of the interlayer insulating film 4. Although not shown, a thin Ti film and a TiN film are provided below the actual blanket W film 7 in order to improve adhesion to the interlayer insulating film 4 and reduce a natural oxide film on the surface of the Si substrate 1. Are laminated in this order to form a Ti-based adhesion layer.

【0011】次に、このブランケットW膜7を異方性エ
ッチングによりエッチバックし、図10(A)に示すよ
うに、コンタクトホール5の内部にWのメタルプラグ7
pを形成する。このとき、層間絶縁膜4上のダスト6の
周縁にはブランケットW膜のエッチバック残渣7rが残
存する。この後、上記コンタクトホール5内のメタルプ
ラグ7pを被覆して例えばAl−Siからなる第1の上
層配線8がパターニングされて形成される。
Next, this blanket W film 7 is etched back by anisotropic etching, and a W metal plug 7 is formed inside the contact hole 5 as shown in FIG.
Form p. At this time, an etch-back residue 7r of the blanket W film remains on the periphery of the dust 6 on the interlayer insulating film 4. Thereafter, a first upper wiring 8 made of, for example, Al-Si is patterned by covering the metal plug 7p in the contact hole 5 and formed.

【0012】ここで、図10(A)は上記エッチバック
後のコンタクトホール部分の基板の断面図であり、同図
(B)はその上面図である。これらの図10(A)
(B)に示すように、エッチバック残渣7rが、隣接す
る2本の上層配線8同士を短絡させている。コンタクト
ホール5の近傍では、フォトリソグラフィにおける上下
パターンの重ね合わせズレに対するマージンを見込ん
で、一般に配線パターン幅が大きく形成されパターン間
の間隔が狭くなるので、このような残渣による短絡が起
きやすい。
Here, FIG. 10A is a cross-sectional view of the substrate in the contact hole portion after the above-mentioned etch back, and FIG. 10B is a top view thereof. FIG. 10 (A)
As shown in (B), the etch-back residue 7r short-circuits two adjacent upper wirings 8. In the vicinity of the contact hole 5, the width of the wiring pattern is generally large and the interval between the patterns is narrowed in view of the margin for the misalignment of the upper and lower patterns in the photolithography.

【0013】このようなエッチバック残渣7rをなくす
ために、メタルプラグ7pを形成する際に、図11に示
すように、過剰なオーバーエッチを行うことが考えられ
る。しかしながら、このような過剰なオーバーエッチに
よりメタルプラグ7pもエッチングされてコンタクトホ
ール5の開口端部との段差(プラグロス)が大きくな
る。このように段差が大きい状態でコンタクトホール5
内のメタルプラグ7pを覆って上層配線8を形成する
と、図12に示すように、この段差に対応して深い凹部
8aが形成されてしまう。
In order to eliminate the etch-back residue 7r, when forming the metal plug 7p, it is conceivable to perform an excessive over-etch as shown in FIG. However, the metal plug 7p is also etched by such an excessive overetch, and a step (plug loss) from the opening end of the contact hole 5 increases. In this state where the step is large, the contact hole 5
When the upper wiring 8 is formed so as to cover the metal plug 7p in the inside, a deep recess 8a is formed corresponding to the step as shown in FIG.

【0014】このような上層配線8の深い凹部8aは、
この第1の上層配線8に対するさらに上層の第2の上層
配線14の接続不良の原因となる。すなわち、図13に
示すように、層間絶縁膜4および第1の上層配線8を含
む基板全面を覆って層間絶縁膜11を成膜し、その後、
この層間絶縁膜11にビアホール12を開口すると、こ
の上層配線8の凹部8a内に層間絶縁膜11が残存した
状態となりやすい。この凹部8a内の層間絶縁膜の残膜
をオーバーエッチングにより除去しようとすると、元来
大きなイオン入射エネルギーを用いる層間絶縁膜のドラ
イエッチング条件では、Al−Siの上層配線8が消失
するおそれが大きいため、残膜の除去は困難である。こ
のように残膜が存在したままのビアホール12にWから
なる第2のメタルプラグ13を埋め込み、その上に第2
の上層配線14を形成した場合、前記残膜に起因して第
1の上層配線8と第2の上層配線14との間には電気的
な接続不良が発生する。
The deep recess 8a of the upper wiring 8 has
This causes a connection failure of the second upper layer wiring 14 in the upper layer to the first upper layer wiring 8. That is, as shown in FIG. 13, an interlayer insulating film 11 is formed so as to cover the entire surface of the substrate including the interlayer insulating film 4 and the first upper wiring 8, and thereafter,
When a via hole 12 is opened in the interlayer insulating film 11, the interlayer insulating film 11 tends to remain in the recess 8a of the upper wiring 8. If an attempt is made to remove the remaining film of the interlayer insulating film in the recess 8a by over-etching, the upper wiring 8 of Al-Si is likely to disappear under the dry etching condition of the interlayer insulating film which originally uses a large ion incident energy. Therefore, it is difficult to remove the remaining film. As described above, the second metal plug 13 made of W is buried in the via hole 12 in which the residual film exists, and the second metal plug 13 is formed thereon.
When the upper wiring 14 is formed, an electrical connection failure occurs between the first upper wiring 8 and the second upper wiring 14 due to the remaining film.

【0015】このように、ブランケットW膜を用いたメ
タルプラグ形成プロセスにおいて、ダスト等により層間
絶縁膜上に形成された段差周縁部のエッチバック残渣に
より、同一層内に形成された隣接する配線同士が短絡す
るおそれがあり、この残渣を除去するためにエッチバッ
クを過剰に行えば上下の配線同士が接続不良を起こすと
いう問題がある。
As described above, in the process of forming a metal plug using a blanket W film, adjacent wirings formed in the same layer due to the etch back residue on the peripheral edge of the step formed on the interlayer insulating film due to dust or the like. May be short-circuited, and if the etch-back is performed excessively to remove the residue, there is a problem that the upper and lower wirings may have a poor connection.

【0016】本発明は、上記従来技術を考慮したもので
あって、ダスト等により層間絶縁膜上に段差が形成され
た場合であっても、この段差部分のエッチングの残渣に
よる隣接配線同士の短絡を防止し、かつ上下の配線間の
接続不良を起こすことのない半導体装置製造方法の提供
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional technology, and even if a step is formed on an interlayer insulating film by dust or the like, short-circuiting between adjacent wirings due to an etching residue at the step is caused. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which prevents the occurrence of a connection failure between upper and lower wirings.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、下地側の下層配線上に層間絶縁膜を形
成し、この層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、こ
のコンタクトホールの内面を含め前記層間絶縁膜上に密
着層を形成し、この密着層上にメタル層を形成してこの
メタル層で前記コンタクトホールを埋め、前記層間絶縁
膜上の密着層およびメタル層をエッチバックして前記コ
ンタクトホールにメタルプラグを形成し、このメタルプ
ラグ上に上層配線を形成する半導体装置製造方法におい
て、前記エッチバック後に、前記コンタクトホールのメ
タルプラグをレジストで覆って前記層間絶縁膜上に残る
密着層およびメタル層の残渣を除去するためのエッチン
グ処理を施し、このメタル層の残渣を除去した後、前記
レジストを除去して前記上層配線を形成することを特徴
とする半導体装置製造方法を提供する。
In order to achieve the above object, according to the present invention, an interlayer insulating film is formed on an underlying lower wiring, a contact hole is formed in the interlayer insulating film, and an inner surface of the contact hole is formed. Forming an adhesive layer on the interlayer insulating film, including forming a metal layer on the adhesive layer, filling the contact hole with the metal layer, and etching back the adhesive layer and the metal layer on the interlayer insulating film. Forming a metal plug in the contact hole and forming an upper layer wiring on the metal plug, the metal plug in the contact hole is covered with a resist and remains on the interlayer insulating film after the etch back. After performing an etching process for removing the residue of the adhesion layer and the metal layer, and removing the residue of the metal layer, the resist is removed. To provide a semiconductor device manufacturing method characterized by forming the serial upper wiring.

【0018】この構成によれば、密着層およびメタル層
をエッチバックしてコンタクトホール内にメタルプラグ
を形成するプロセスにおいて、エッチバック後にコンタ
クトホールのメタルプラグを覆ってレジストパターンを
形成し、これをマスクとするエッチング処理を施すこと
により、コンタクトホールをエッチングから保護して他
の部分のエッチバック残渣を除去することができる。こ
れにより、エッチバック残渣による隣接配線間の短絡を
防止することができる。
According to this structure, in the process of forming the metal plug in the contact hole by etching back the adhesion layer and the metal layer, a resist pattern is formed by covering the metal plug in the contact hole after the etch back. By performing the etching process using the mask, the contact hole can be protected from the etching, and the etch-back residue of another portion can be removed. This can prevent a short circuit between adjacent wirings due to the etch-back residue.

【0019】この場合、コンタクトホール部分はレジス
トで保護されるためエッチングされることはなく、した
がってメタルプラグの表面が除去されることはなく、コ
ンタクトホール周縁部との段差が大きくなることはな
い。また、このようにコンタクトホールをレジストで覆
ってエッチングによりメタル残渣を除去することができ
るため、残渣除去のために過剰なオーバーエッチを行う
必要がなくなり、メタルプラグ表面のエッチングによる
膜減りを防止することができる。これにより、メタルプ
ラグの埋め込み状態がほぼ平坦となり、このメタルプラ
グを被覆して形成される上層配線の表面もほぼ平坦とな
って凹部は形成されない。したがって、この上層配線に
臨むビアホールを層間絶縁膜に形成する場合、このビア
ホール底面に層間絶縁膜のエッチング残りが残存するこ
とはなく、上下配線間の接続不良が防止され良好なコン
タクトを達成することができる。
In this case, since the contact hole portion is protected by the resist, it is not etched, so that the surface of the metal plug is not removed, and the step from the peripheral portion of the contact hole does not increase. In addition, since the contact hole is covered with the resist and the metal residue can be removed by etching as described above, it is not necessary to perform an excessive over-etch for removing the residue, and the film loss due to the etching of the metal plug surface is prevented. be able to. As a result, the buried state of the metal plug becomes almost flat, and the surface of the upper wiring formed by covering this metal plug becomes almost flat, and no recess is formed. Therefore, when the via hole facing the upper wiring is formed in the interlayer insulating film, the etching residue of the interlayer insulating film does not remain on the bottom surface of the via hole, and a poor connection between the upper and lower wirings is prevented to achieve a good contact. Can be.

【0020】なお、上記エッチバック残渣は、層間絶縁
膜の表面に付着したダスト等により形成された段差の周
縁部に主に残るが、このダストの付着は、層間絶縁膜の
成膜終了後にその表面に付着する場合や、層間絶縁膜の
成膜途中に付着して層間絶縁膜の内部に埋め込まれる場
合がある。いずれの場合にもエッチバック残渣の原因と
なるが、本発明方法により残渣は完全に除去することが
できる。
The etch-back residue mainly remains on the periphery of the step formed by dust or the like adhering to the surface of the interlayer insulating film. The dust adheres after the completion of the formation of the interlayer insulating film. There is a case where it adheres to the surface or a case where it adheres during the formation of the interlayer insulating film and is embedded in the interlayer insulating film. In any case, an etch-back residue is caused, but the residue can be completely removed by the method of the present invention.

【0021】前記メタルプラグ形成用の金属膜の主体を
なす材料としては、例えばチタン(Ti)、コバルト
(Co)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タ
ングステン(W)、白金(Pt)等があげられる。な
お、メタルプラグの形成前には、一般にコンタクトホー
ルの内部がバリヤメタルや密着層で被覆されるが、本発
明は、プラグ形成用金属膜とともにこれらのバリヤメタ
ルや密着層も含めて適用可能である。
Examples of the material which forms the main part of the metal film for forming the metal plug include titanium (Ti), cobalt (Co), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), platinum (Pt) and the like. Is raised. Before forming the metal plug, the inside of the contact hole is generally covered with a barrier metal or an adhesion layer. However, the present invention can be applied to the metal film for plug formation as well as the barrier metal or the adhesion layer.

【0022】上層配線の主体となる金属材料としては、
例えばアルミニウム(Al)や銅(Cu)があげられ
る。上層配線の形成時には、下地側に密着層が形成され
たり、あるいは表面に反射防止膜が積層される場合があ
るが、本発明の上層配線にはこれらの密着層や反射防止
膜も含めるものとする。
As a metal material which is a main component of the upper wiring,
Examples include aluminum (Al) and copper (Cu). When forming the upper wiring, an adhesion layer may be formed on the base side, or an antireflection film may be laminated on the surface, but the upper wiring of the present invention includes these adhesion layers and the antireflection film. I do.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1から図7までは、本発
明に係る半導体装置製造方法の各段階を順番に示す図で
あり、それぞれ(A)は基板のコンタクトホール部分の
縦断面図、(B)はその上面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 7 are diagrams sequentially illustrating each step of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, wherein (A) is a longitudinal sectional view of a contact hole portion of a substrate, and (B) is a top view thereof. is there.

【0024】図1は、層間絶縁膜上にダスト付着により
表面段差が発生した状態を示す。この図1の状態になる
までのプロセスを簡単に述べると、まずシリコン(S
i)基板15上に例えば公知のLOCOS法により素子
分離用のフィールド酸化膜16を形成し、このフィール
ド酸化膜16で規定される活性領域に例えば図示しない
MOSトランジスタのゲート酸化膜やゲート電極を形成
した後、イオン注入を行って不純物拡散層17を形成す
る。この不純物拡散層17は、例えばLDD構造を有す
るMOSトランジスタのソース/ドレイン領域である。
FIG. 1 shows a state where a surface step is generated due to dust adhesion on an interlayer insulating film. Briefly describing the process up to the state of FIG. 1, first, silicon (S
i) A field oxide film 16 for element isolation is formed on the substrate 15 by, for example, a known LOCOS method, and a gate oxide film and a gate electrode of a MOS transistor (not shown) are formed in an active region defined by the field oxide film 16. After that, ion implantation is performed to form the impurity diffusion layer 17. This impurity diffusion layer 17 is, for example, a source / drain region of a MOS transistor having an LDD structure.

【0025】このような活性領域を形成した基板の全面
に、例えばBPSG(ほう素リン・シリケート・ガラ
ス)膜からなる層間絶縁膜18を実施例では約600n
mの厚さに堆積させてこれを平坦化した。その後この層
間絶縁膜18をパターニングして上記不純物拡散層17
に臨んで実施例では直径約0.4μmのコンタクトホー
ル19を開口した。このコンタクトホール19のアスペ
クト比は約1.5である。この時点で、層間絶縁膜18
の表面には、絶縁性のダスト20に起因して高さが約3
00nmの段差が発生していた。このダスト20は、例
えば層間絶縁膜18の成膜中にCVD反応炉の炉心管壁
に堆積したBPSG膜が剥離して基板上に落下したもの
である。
On the entire surface of the substrate on which such an active region is formed, an interlayer insulating film 18 made of, for example, a BPSG (boron phosphorus silicate glass) film is formed to a thickness of about 600 nm in this embodiment.
This was planarized by depositing to a thickness of m. Then, the interlayer insulating film 18 is patterned to form the impurity diffusion layer 17.
In the embodiment, a contact hole 19 having a diameter of about 0.4 μm was opened. The aspect ratio of the contact hole 19 is about 1.5. At this point, the interlayer insulating film 18
Has a height of about 3 due to the insulating dust 20.
There was a step of 00 nm. The dust 20 is, for example, the BPSG film deposited on the core tube wall of the CVD reactor during the formation of the interlayer insulating film 18, and is dropped onto the substrate.

【0026】次に、図2に示すように、コンタクトホー
ル19の内面を含め基板の全面に厚さ約30nmのTi
膜と厚さ約70nmのTiN膜をスパッタ法により順次
成膜して密着層21を形成した。この密着層21のTi
膜は、Si基板15の表面の自然酸化膜を還元してコン
タクト抵抗を低下させる役割を果し、TiN膜は、その
上側に成膜されるブランケットタングステン(W)膜2
2の層間絶縁膜18に対する密着性を向上させるために
設けられるものである。この後、例えばWF6/H2混合
ガスを用いたLPCVD法により、図2に示すように、
基板全面に厚さ約600nmのブランケットW膜22を
成膜した。
Next, as shown in FIG. 2, a Ti film having a thickness of about 30 nm is formed on the entire surface of the substrate including the inner surface of the contact hole 19.
A film and a TiN film having a thickness of about 70 nm were sequentially formed by a sputtering method to form an adhesion layer 21. Ti of the adhesion layer 21
The film serves to reduce the contact resistance by reducing the natural oxide film on the surface of the Si substrate 15, and the TiN film serves as a blanket tungsten (W) film 2
It is provided to improve the adhesion to the second interlayer insulating film 18. Thereafter, for example, by an LPCVD method using a WF6 / H2 mixed gas, as shown in FIG.
A blanket W film 22 having a thickness of about 600 nm was formed on the entire surface of the substrate.

【0027】次に、図3に示すように、上記ブランケッ
トW膜22とTi/TiN積層膜からなる密着層21を
RIE(反応性イオンエッチング)により異方的にエッ
チバックし、コンタクトホール19の内部にWからなる
メタルプラグ22pを形成した。このエッチバックは、
例えばSF6/Ar 系のガスを用いてエッチバックする
ことによりTi/TiN積層膜の密着層21でエッチン
グをストップさせコンタクトホール19の開口端面から
のメタルプラグ22pの表面の後退量をほぼ0とする。
このとき、層間絶縁膜18上のダスト20の周縁部にエ
ッチバック残渣22rが残存した。
Next, as shown in FIG. 3, the adhesive layer 21 composed of the blanket W film 22 and the Ti / TiN laminated film is anisotropically etched back by RIE (reactive ion etching). A metal plug 22p made of W was formed inside. This etch back
For example, by etching back using SF 6 / Ar based gas, etching is stopped at the adhesion layer 21 of the Ti / TiN laminated film, and the amount of retreat of the surface of the metal plug 22p from the end face of the opening of the contact hole 19 becomes almost zero. I do.
At this time, an etch-back residue 22r remains on the peripheral portion of the dust 20 on the interlayer insulating film 18.

【0028】次に、図4に示すように、コンタクトホー
ル19のメタルプラグ22pを覆うようにレジスト23
をパターニングしRIEにより異方的にエッチングし、
例えばSF6/Ar系のガスを用いてダスト20の周縁
部のエッチバック残渣22rを除去する。続いて、例え
ばCl/Ar系のガスに切替えて密着層21をエッチン
グする。ここの段階でダスト20の周縁部のエッチバッ
ク残渣22rは完全に除去される。
Next, as shown in FIG. 4, a resist 23 is formed so as to cover the metal plug 22p of the contact hole 19.
Is patterned and etched anisotropically by RIE.
For example, the etch-back residue 22r at the peripheral portion of the dust 20 is removed using an SF 6 / Ar-based gas. Subsequently, for example, the adhesion layer 21 is etched by switching to a Cl / Ar-based gas. At this stage, the etch-back residue 22r on the periphery of the dust 20 is completely removed.

【0029】次に、図5に示すように、基板全面にスパ
ッタ法により厚さ約500nmのAl/Si膜からなる
第1の上層配線層24を成膜した。本発明では、前述の
ように、コンタクトホール19の開口端面からのメタル
プラグ22pの後退量がないようにエッチバック処理さ
れているため、上層配線層24の表面は、コンタクトホ
ール19の上部ではほぼ平坦であり、従来のように深い
凹部が形成されることはなかった。なお、このAl/S
i膜からなる上層配線層24の下側には、層間絶縁膜1
8に対する密着性を確保するために、薄いTiN膜が介
在されていてもよく、また表面には例えばTiN膜やT
iW膜からなる反射防止膜が形成されていてもよい。
Next, as shown in FIG. 5, a first upper wiring layer 24 made of an Al / Si film having a thickness of about 500 nm was formed on the entire surface of the substrate by sputtering. In the present invention, as described above, the etch-back process is performed so that the metal plug 22p does not recede from the opening end face of the contact hole 19, so that the surface of the upper wiring layer 24 is substantially above the contact hole 19. It was flat and did not have a deep recess as in the prior art. Note that this Al / S
Under the upper wiring layer 24 made of an i-film, an interlayer insulating film 1 is formed.
A thin TiN film may be interposed in order to secure the adhesion to the substrate 8, and the surface thereof may be, for example, a TiN film or a TN film.
An anti-reflection film made of an iW film may be formed.

【0030】このような上層配線層24の上にレジスト
パターン25を形成した。この状態で例えばBCl3
Cl2系のような通常の塩素系のガスを用いたRIEを
行って上層配線層24を異方的にエッチングし、図6に
示すように、上層配線パターン24pを形成した。
A resist pattern 25 was formed on the upper wiring layer 24. In this state, for example, BCl 3 /
The upper wiring layer 24 was anisotropically etched by performing RIE using a normal chlorine-based gas such as a Cl 2 -based gas to form an upper wiring pattern 24p as shown in FIG.

【0031】この後は、この上層配線パターン24pの
上にさらに、常法にしたがって、第2の上層配線を形成
した。すなわち、図7に示すように、まず図6の状態の
基板全面を例えばBPSG膜からなる層間絶縁膜26で
被覆し、レジストパターニングとドライエッチングを施
して、上記第1の配線パターン24pに臨むビアホール
27を開口した。このとき、下地の配線パターン24p
の表面がほぼ平坦であるため、ビアホール27の底面に
は過剰なオーバーエッチングを行うことなく全面的に配
線パターン24pを露出させることができた。
Thereafter, a second upper wiring was further formed on the upper wiring pattern 24p according to a conventional method. That is, as shown in FIG. 7, first, the entire surface of the substrate in the state of FIG. 6 is covered with an interlayer insulating film 26 made of, for example, a BPSG film, and is subjected to resist patterning and dry etching to form a via hole facing the first wiring pattern 24p. 27 was opened. At this time, the underlying wiring pattern 24p
Is substantially flat, the wiring pattern 24p can be entirely exposed on the bottom surface of the via hole 27 without performing excessive over-etching.

【0032】次に、このビアホール27をWからなるメ
タルプラグ28で埋め込んだ。このメタルプラグ28の
形成方法は、前述の下層側のメタルプラグ22pと同様
に、LPCVD法によるブランケットW膜の全面堆積お
よび異方性エッチバックの組合せにより行った。
Next, the via hole 27 was filled with a metal plug 28 made of W. This metal plug 28 was formed by a combination of the entire blanket W film deposition by LPCVD and anisotropic etch-back, as in the case of the lower metal plug 22p described above.

【0033】その後さらに、上記メタルプラグ28に接
続するAl/Siからなる第2の上層配線パターン29
を形成した。この配線パターン29の形成方法は、前述
の第1の上層配線パターン24pと同様に、Al/Si
膜の全面堆積およびそのパターニングにより行った。
Thereafter, a second upper wiring pattern 29 made of Al / Si connected to the metal plug 28 is formed.
Was formed. The method of forming the wiring pattern 29 is similar to that of the first upper wiring pattern 24p described above.
This was performed by deposition of the entire surface of the film and patterning thereof.

【0034】このようにして形成された半導体デバイス
においては、従来のようなエッチバック残渣22rに起
因した隣接配線パターン24p間の短絡や、この配線パ
ターン24pの表面の凹部に残存する層間絶縁膜に起因
する上下配線パターン24p,29間の接続不良の問題
がいずれも解消していた。
In the semiconductor device formed in this manner, a short circuit between adjacent wiring patterns 24p caused by the etch-back residue 22r as in the related art and an interlayer insulating film remaining in a concave portion on the surface of the wiring pattern 24p are formed. The problem of poor connection between the upper and lower wiring patterns 24p and 29 due to the problem has been solved.

【0035】なお、本発明は上記実施例の数値や実施形
態に限定されず、デザインルール、使用材料、基板構
造、および成膜条件やドライエッチング、エッチバッ
ク、プラズマ処理等の各プロセス条件は適宜変更および
選択が可能である。
Note that the present invention is not limited to the numerical values and embodiments of the above examples, and the design rules, materials used, substrate structure, film forming conditions, and each process condition such as dry etching, etch back, and plasma processing may be appropriately changed. Changes and selections are possible.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
メタルプラグ形成用金属膜のエッチバック残渣が層間絶
縁膜上に残存しても、過剰なオーバーエッチングを行う
ことなく、コンタクトホール部分を覆うレジストパター
ンを形成してエッチング処理をすることにより、同一層
内での配線パターン間の短絡や、上下配線層の配線パタ
ーン間の接続不良を極めて効果的に防止することができ
る。これにより、配線構造の信頼性が向上し、歩留りの
改善が図られ、半導体装置の微細化や高集積化に寄与す
ることができる。
As described above, according to the present invention,
Even if the etch-back residue of the metal film for forming the metal plug remains on the interlayer insulating film, the resist layer covering the contact hole portion is formed and etched without excessive over-etching, thereby forming the same layer. A short circuit between wiring patterns in the inside and a connection failure between wiring patterns of upper and lower wiring layers can be prevented very effectively. Thereby, the reliability of the wiring structure is improved, the yield is improved, and it is possible to contribute to miniaturization and high integration of the semiconductor device.

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

【図1】 本発明に係る半導体製造方法の途中段階の状
態の構造説明図。
FIG. 1 is a structural explanatory view of a state in the middle of a semiconductor manufacturing method according to the present invention.

【図2】 図1の段階に続く段階の構造説明図。FIG. 2 is a structural explanatory view of a stage following the stage of FIG. 1;

【図3】 図2の段階に続く段階の構造説明図。FIG. 3 is a structural explanatory view of a stage following the stage of FIG. 2;

【図4】 図3の段階に続く段階の構造説明図。FIG. 4 is a structural explanatory view of a stage following the stage of FIG. 3;

【図5】 図4の段階に続く段階の構造説明図。FIG. 5 is a structural explanatory view of a step that follows the step of FIG. 4;

【図6】 図5の段階に続く段階の構造説明図。FIG. 6 is a structural explanatory view of a step that follows the step of FIG. 5;

【図7】 図6の段階に続く段階の構造説明図。FIG. 7 is a structural explanatory view of a step that follows the step of FIG. 6;

【図8】 従来の半導体製造方法の途中段階の状態の断
面図。
FIG. 8 is a sectional view of a state in the middle of a conventional semiconductor manufacturing method.

【図9】 図8の段階に続く段階の断面図。FIG. 9 is a sectional view of a step that follows the step of FIG. 8;

【図10】 図9の段階に続く段階の構造説明図。FIG. 10 is a structural explanatory view of a stage following the stage of FIG. 9;

【図11】 図10の段階に続く段階の断面図。11 is a sectional view of a step that follows the step of FIG. 10;

【図12】 図11の段階に続く段階の断面図。FIG. 12 is a sectional view of a step that follows the step of FIG. 11;

【図13】 図12の段階に続く段階の断面図。FIG. 13 is a sectional view of a step that follows the step of FIG. 12;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15:Si基板、16:フィールド酸化膜、17:不純
物拡散層、18,26:層間絶縁膜、19:コンタクト
ホール、20:ダスト、21:密着層、22:ブランケ
ットタングステン膜、22p,28:メタルプラグ、2
3:レジスト、24:上層配線層、24p,29:配線
パターン、25:レジストパターン、27:ビアホー
ル。
15: Si substrate, 16: field oxide film, 17: impurity diffusion layer, 18, 26: interlayer insulating film, 19: contact hole, 20: dust, 21: adhesion layer, 22: blanket tungsten film, 22p, 28: metal Plug, 2
3: resist, 24: upper wiring layer, 24p, 29: wiring pattern, 25: resist pattern, 27: via hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 BB14 BB36 FF13 FF22 HH12 5F004 AA09 AA16 BA11 DA00 DA18 DA23 DB08 DB10 EA27 EA28 EB01 EB08 5F033 HH09 HH23 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK01 KK09 KK23 KK33 MM05 MM13 NN06 NN07 PP04 PP09 PP15 QQ03 QQ08 QQ09 QQ13 QQ16 QQ24 QQ31 QQ37 QQ91 RR15 XX01 XX21 XX31 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) 4M104 BB14 BB36 FF13 FF22 HH12 5F004 AA09 AA16 BA11 DA00 DA18 DA23 DB08 DB10 EA27 EA28 EB01 EB08 5F033 HH09 HH23 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK01 KK09 KK09 KK09 KK09 KK09 KK09 QQ08 QQ09 QQ13 QQ16 QQ24 QQ31 QQ37 QQ91 RR15 XX01 XX21 XX31

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】下地側の下層配線上に層間絶縁膜を形成
し、 この層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、 このコンタクトホールの内面を含め前記層間絶縁膜上に
密着層を形成し、 この密着層上にメタル層を形成してこのメタル層で前記
コンタクトホールを埋め、 前記層間絶縁膜上の密着層およびメタル層をエッチバッ
クして前記コンタクトホールにメタルプラグを形成し、 このメタルプラグ上に上層配線を形成する半導体装置製
造方法において、 前記エッチバック後に、前記コンタクトホールのメタル
プラグをレジストで覆って前記層間絶縁膜上に残る密着
層およびメタル層の残渣を除去するためのエッチング処
理を施し、 このメタル層の残渣を除去した後、前記レジストを除去
して前記上層配線を形成することを特徴とする半導体装
置製造方法。
An interlayer insulating film is formed on a lower wiring layer on a base side, a contact hole is formed in the interlayer insulating film, and an adhesion layer is formed on the interlayer insulating film including an inner surface of the contact hole. Forming a metal layer on the adhesion layer and filling the contact hole with the metal layer; etching back the adhesion layer and the metal layer on the interlayer insulating film to form a metal plug in the contact hole; In the method for manufacturing a semiconductor device, an upper layer wiring is formed, after the etching back, an etching process for covering a metal plug of the contact hole with a resist and removing a residue of the adhesion layer and the metal layer remaining on the interlayer insulating film. And removing the residue of the metal layer, and then removing the resist to form the upper wiring. Production method.
【請求項2】前記エッチバックは、前記層間絶縁膜上に
前記密着層の少なくとも一部を残して行うことを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein said etch back is performed while leaving at least a part of said adhesion layer on said interlayer insulating film.
【請求項3】前記上層配線上にさらに層間絶縁膜を形成
し、この層間絶縁膜にメタルプラグを形成し、このメタ
ルプラグを介して前記上層配線に接続する第2の上層配
線を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体
装置製造方法。
3. An interlayer insulating film is further formed on the upper wiring, a metal plug is formed in the interlayer insulating film, and a second upper wiring connected to the upper wiring via the metal plug is formed. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100576515B1 (en) 2004-12-30 2006-05-03 동부일렉트로닉스 주식회사 Metal etching method for preventing the circle defect

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