JP2002313913A - コンタクトプラグ構造及びその製造方法 - Google Patents
コンタクトプラグ構造及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】プラグ形成においてボイドの懸念を解消し得る
構造を有するコンタクトプラグ構造及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】アルミニウム配線１１上に層間絶縁膜１２
が形成されている。層間絶縁膜１２に開口部、いわゆる
ビアホール１３が形成され、埋め込み配線、すなわちプ
ラグ１４が形成されている。プラグ１４を構成するプラ
グ金属（ここではＷ）１４２は、プラグ１４内部に形成
されているが、プラグ１４開口縁部が塞がらない形態を
呈している。このプラグ１４内部から開口縁部まで導電
性の多結晶シリコン膜１４３が充填されている。バリア
メタル１４１は、例えばＴｉＮ膜である。バリアメタル
１４１を必要としないプラグ金属（例えば配線１１と同
様なＡｌ合金等）を選ぶとすればバリアメタル１４１を
省略することができる。
構造を有するコンタクトプラグ構造及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】アルミニウム配線１１上に層間絶縁膜１２
が形成されている。層間絶縁膜１２に開口部、いわゆる
ビアホール１３が形成され、埋め込み配線、すなわちプ
ラグ１４が形成されている。プラグ１４を構成するプラ
グ金属（ここではＷ）１４２は、プラグ１４内部に形成
されているが、プラグ１４開口縁部が塞がらない形態を
呈している。このプラグ１４内部から開口縁部まで導電
性の多結晶シリコン膜１４３が充填されている。バリア
メタル１４１は、例えばＴｉＮ膜である。バリアメタル
１４１を必要としないプラグ金属（例えば配線１１と同
様なＡｌ合金等）を選ぶとすればバリアメタル１４１を
省略することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の埋め
込み配線構造に係り、特に金属プラグ技術の改良を伴な
うコンタクトプラグ構造及びその製造方法に関する。
込み配線構造に係り、特に金属プラグ技術の改良を伴な
うコンタクトプラグ構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の高集積化、半導体チッ
プの縮小化が進む中で、多層配線構造は微細化し、ビア
などの埋め込み配線技術は重要度を増している。特に、
ビアホールのアスペクト比が大きくなると、Ｗ（タング
ステン）プラグに代表される埋め込み配線は、隙間なく
埋め込むことが困難になってくる。
プの縮小化が進む中で、多層配線構造は微細化し、ビア
などの埋め込み配線技術は重要度を増している。特に、
ビアホールのアスペクト比が大きくなると、Ｗ（タング
ステン）プラグに代表される埋め込み配線は、隙間なく
埋め込むことが困難になってくる。
【０００３】図５は、従来のＷプラグによる埋め込み配
線構造を示す断面図である。下層のアルミニウム配線５
１上に層間絶縁膜５２が形成され、層間絶縁膜５２に対
し例えば下層のアルミニウム配線５１が露出するビアホ
ール５３が形成されている。バリアメタル５４は、少な
くともこのビアホール５３底部を被覆するようにスパッ
タ法によって蒸着する。次に、プラズマＣＶＤ法によ
り、ビアホールを埋め込むＷを堆積する。その後、Ｗは
プラズマエッチング技術を用いてエッチバックされ、ビ
アホールへのＷプラグ５５を完成させる。
線構造を示す断面図である。下層のアルミニウム配線５
１上に層間絶縁膜５２が形成され、層間絶縁膜５２に対
し例えば下層のアルミニウム配線５１が露出するビアホ
ール５３が形成されている。バリアメタル５４は、少な
くともこのビアホール５３底部を被覆するようにスパッ
タ法によって蒸着する。次に、プラズマＣＶＤ法によ
り、ビアホールを埋め込むＷを堆積する。その後、Ｗは
プラズマエッチング技術を用いてエッチバックされ、ビ
アホールへのＷプラグ５５を完成させる。
【０００４】しかし、ビアホール５３へのＷの堆積は、
ビアホール上縁部が底部よりも早く厚くなるので、ビア
ホール内部にボイド（空洞）５６が発生する確率が高
い。特に、ビアホール５３のアスペクト比が大きいと、
ボイドをなくすことは非常に困難である。
ビアホール上縁部が底部よりも早く厚くなるので、ビア
ホール内部にボイド（空洞）５６が発生する確率が高
い。特に、ビアホール５３のアスペクト比が大きいと、
ボイドをなくすことは非常に困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記Ｗプラグの製造工
程において、Ｗのエッチバック後は、通常、プラズマエ
ッチングで残留するフッ素化合物、その他のパーティク
ルを除去する目的で、過水洗浄、剥離液などに晒され
る。ビアホール内部にボイドあれば、これらの洗浄液が
ボイドに侵入する恐れがある。
程において、Ｗのエッチバック後は、通常、プラズマエ
ッチングで残留するフッ素化合物、その他のパーティク
ルを除去する目的で、過水洗浄、剥離液などに晒され
る。ビアホール内部にボイドあれば、これらの洗浄液が
ボイドに侵入する恐れがある。
【０００６】すなわち、コンタクトプラグにボイドが発
生すると、ボイド内部に洗浄液が入り易くなり、ボイド
内部から侵食が進む。これにより、最悪、ビア底部のＷ
消失によるオープン不良になり兼ねない。
生すると、ボイド内部に洗浄液が入り易くなり、ボイド
内部から侵食が進む。これにより、最悪、ビア底部のＷ
消失によるオープン不良になり兼ねない。
【０００７】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたもので、プラグ形成においてボイドの懸念を解消し
得る構造を有するコンタクトプラグ構造及びその製造方
法を提供することにある。
れたもので、プラグ形成においてボイドの懸念を解消し
得る構造を有するコンタクトプラグ構造及びその製造方
法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のコンタクトプラ
グ構造は、プラグ開口縁部が塞がらずにプラグ内部に形
成された埋め込み金属と、前記プラグ内部から開口縁部
まで充填された導電性の多結晶シリコン膜とを具備した
ことを特徴とする。
グ構造は、プラグ開口縁部が塞がらずにプラグ内部に形
成された埋め込み金属と、前記プラグ内部から開口縁部
まで充填された導電性の多結晶シリコン膜とを具備した
ことを特徴とする。
【０００９】本発明のコンタクトプラグ構造の製造方法
は、層間絶縁膜にコンタクト底部が露出する開口部を形
成する工程と、前記開口部縁部が塞がらないように開口
部内に埋め込み金属を形成する工程と、前記開口部内か
ら開口縁部まで充填するように導電性の多結晶シリコン
膜を堆積する工程と、前記層間絶縁膜上の前記多結晶シ
リコン膜及び埋め込み金属を除去しプラグ形成レベルま
で平坦化する工程とを具備したことを特徴とする。
は、層間絶縁膜にコンタクト底部が露出する開口部を形
成する工程と、前記開口部縁部が塞がらないように開口
部内に埋め込み金属を形成する工程と、前記開口部内か
ら開口縁部まで充填するように導電性の多結晶シリコン
膜を堆積する工程と、前記層間絶縁膜上の前記多結晶シ
リコン膜及び埋め込み金属を除去しプラグ形成レベルま
で平坦化する工程とを具備したことを特徴とする。
【００１０】上記本発明のコンタクトプラグ構造及びそ
の製造方法によれば、導電性の多結晶シリコン膜がボイ
ドの懸念される領域に埋め込まれる形態となる。この形
態を実現するためにはプラグ開口縁部が塞がらずに埋め
込み金属がプラグ内部に形成される必要がある。なお、
上記プラグ底部またはコンタクト底部にバリア層を付加
する構造もある。また、その際、埋め込み金属はタング
ステンを含むことを特徴とする。つまり、上記埋め込み
金属を形成する前に少なくとも上記コンタクト底部にバ
リア層を被覆する工程をさらに具備したことを特徴とす
る。
の製造方法によれば、導電性の多結晶シリコン膜がボイ
ドの懸念される領域に埋め込まれる形態となる。この形
態を実現するためにはプラグ開口縁部が塞がらずに埋め
込み金属がプラグ内部に形成される必要がある。なお、
上記プラグ底部またはコンタクト底部にバリア層を付加
する構造もある。また、その際、埋め込み金属はタング
ステンを含むことを特徴とする。つまり、上記埋め込み
金属を形成する前に少なくとも上記コンタクト底部にバ
リア層を被覆する工程をさらに具備したことを特徴とす
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態に係
り、プラグ金属としてＷ（タングステン）を利用したタ
ングステンプラグによる埋め込み配線構造を示す断面図
である。例えばアルミニウム配線１１上に層間絶縁膜１
２が形成されている。層間絶縁膜１２に開口部、いわゆ
るビアホール１３が形成され、埋め込み配線、すなわち
プラグ１４が形成されている。プラグ１４を構成するプ
ラグ金属（ここではＷ）１４２は、プラグ１４内部に形
成されているが、プラグ１４開口縁部が塞がらない形態
を呈している。このプラグ１４内部から開口縁部まで導
電性の多結晶シリコン膜１４３が充填されている。
り、プラグ金属としてＷ（タングステン）を利用したタ
ングステンプラグによる埋め込み配線構造を示す断面図
である。例えばアルミニウム配線１１上に層間絶縁膜１
２が形成されている。層間絶縁膜１２に開口部、いわゆ
るビアホール１３が形成され、埋め込み配線、すなわち
プラグ１４が形成されている。プラグ１４を構成するプ
ラグ金属（ここではＷ）１４２は、プラグ１４内部に形
成されているが、プラグ１４開口縁部が塞がらない形態
を呈している。このプラグ１４内部から開口縁部まで導
電性の多結晶シリコン膜１４３が充填されている。
【００１２】バリアメタル１４１は、例えばＴｉＮ（窒
化チタン）膜であって少なくともプラグ１４底部に被覆
されており、プラグ金属１４２のアルミニウム配線１１
への突き抜けを防止する。プラグ金属１４２はここでは
Ｗを主成分としており、バリアメタル１４１を必要とし
たが、バリアメタル１４１を必要としないプラグ金属
（例えば配線１１と同様なＡｌ合金等）を選ぶとすれば
バリアメタル１４１を省略することができる。
化チタン）膜であって少なくともプラグ１４底部に被覆
されており、プラグ金属１４２のアルミニウム配線１１
への突き抜けを防止する。プラグ金属１４２はここでは
Ｗを主成分としており、バリアメタル１４１を必要とし
たが、バリアメタル１４１を必要としないプラグ金属
（例えば配線１１と同様なＡｌ合金等）を選ぶとすれば
バリアメタル１４１を省略することができる。
【００１３】上記構成によれば、導電性の多結晶シリコ
ン膜１４３がボイドの懸念される領域に埋め込まれる形
態となる。これにより、ボイド内部に洗浄液が入ること
は無くなり、ボイド内部の侵食を防ぐことができる。よ
って、ビア底部におけるＷの侵食、Ｗの消失等の懸念が
ほとんどなくなる。
ン膜１４３がボイドの懸念される領域に埋め込まれる形
態となる。これにより、ボイド内部に洗浄液が入ること
は無くなり、ボイド内部の侵食を防ぐことができる。よ
って、ビア底部におけるＷの侵食、Ｗの消失等の懸念が
ほとんどなくなる。
【００１４】図２〜図４は、それぞれ図１で示したコン
タクトプラグ構造の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。図１と同様の箇所には同一の符号を付す。まず、図
２に示すように、アルミニウム配線１１上に形成された
層間絶縁膜（例えばＳｉＯ2膜）でなる１２にフォトリ
ソグラフィ技術を用い、コンタクト底部のアルミニウム
配線１１が露出する選択的な開口部、いわゆるビアホー
ル１３を形成する。
タクトプラグ構造の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。図１と同様の箇所には同一の符号を付す。まず、図
２に示すように、アルミニウム配線１１上に形成された
層間絶縁膜（例えばＳｉＯ2膜）でなる１２にフォトリ
ソグラフィ技術を用い、コンタクト底部のアルミニウム
配線１１が露出する選択的な開口部、いわゆるビアホー
ル１３を形成する。
【００１５】その後、少なくともアルミニウム配線１１
のコンタクト底部を被覆するバリアメタル１４１を形成
する。バリアメタル１４１は、例えばＴｉＮ（窒化チタ
ン）をスパッタ法により蒸着することにより形成する。
のコンタクト底部を被覆するバリアメタル１４１を形成
する。バリアメタル１４１は、例えばＴｉＮ（窒化チタ
ン）をスパッタ法により蒸着することにより形成する。
【００１６】次に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n ）技術により、ビアホール１３を含む全面にプラグ金
属１４２、ここではＷを堆積する。一例としてその条件
は、ＷＦ6 ／Ｈ2 ＝１００sccm／７００sccm、圧力は１
２ｋＰ程度、チャンバー温度は４８０℃前後で、時間制
御により充填に至らせず、ビアホール１３開口縁部が塞
がらないようにＷの堆積を途中で停止する（時間制御は
ビアホール１３のアスペクト比により条件が変わる）。
n ）技術により、ビアホール１３を含む全面にプラグ金
属１４２、ここではＷを堆積する。一例としてその条件
は、ＷＦ6 ／Ｈ2 ＝１００sccm／７００sccm、圧力は１
２ｋＰ程度、チャンバー温度は４８０℃前後で、時間制
御により充填に至らせず、ビアホール１３開口縁部が塞
がらないようにＷの堆積を途中で停止する（時間制御は
ビアホール１３のアスペクト比により条件が変わる）。
【００１７】その後、図３に示すように、ビアホール１
３（プラグ）の内部から開口縁部まで導電性の多結晶シ
リコン膜１４３を充填するように堆積する。多結晶シリ
コン膜１４３は、例えば減圧ＣＶＤ法を利用して成膜さ
れる。すなわち、減圧ＣＶＤ炉に適当な流量でＳｉＨ4
とＰＨ3を導入し、熱分解反応によってドープト・ポリ
シリコン膜１４３を少なくともビアホール１３（プラ
グ）の内部からその開口縁部まで充填されるように堆積
する。
３（プラグ）の内部から開口縁部まで導電性の多結晶シ
リコン膜１４３を充填するように堆積する。多結晶シリ
コン膜１４３は、例えば減圧ＣＶＤ法を利用して成膜さ
れる。すなわち、減圧ＣＶＤ炉に適当な流量でＳｉＨ4
とＰＨ3を導入し、熱分解反応によってドープト・ポリ
シリコン膜１４３を少なくともビアホール１３（プラ
グ）の内部からその開口縁部まで充填されるように堆積
する。
【００１８】次に、図４示すように、多結晶シリコン膜
（ドープト・ポリシリコン膜）１４３、続いてプラグ金
属（ここではＷ）１４２をそれぞれプラズマエッチング
技術を用いてエッチバックする。さらにビアホール以外
のバリアメタル１４１も除去される。このような工程を
経て平坦化され、上記図１に示したようなプラグ１４が
完成する。
（ドープト・ポリシリコン膜）１４３、続いてプラグ金
属（ここではＷ）１４２をそれぞれプラズマエッチング
技術を用いてエッチバックする。さらにビアホール以外
のバリアメタル１４１も除去される。このような工程を
経て平坦化され、上記図１に示したようなプラグ１４が
完成する。
【００１９】上記実施形態の方法によれば、ビアホール
１３（プラグ）の内部はボイドに至らせないようにＷを
堆積し、かつボイドの懸念される領域を積極的に利用す
る。つまり、残りの充填が必要な領域を導電性の多結晶
シリコン膜（ドープト・ポリシリコン膜）１４３で埋め
込み、平坦化工程によりプラグを形成する。平坦化はＣ
ＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）技術で達成し
てもよい。
１３（プラグ）の内部はボイドに至らせないようにＷを
堆積し、かつボイドの懸念される領域を積極的に利用す
る。つまり、残りの充填が必要な領域を導電性の多結晶
シリコン膜（ドープト・ポリシリコン膜）１４３で埋め
込み、平坦化工程によりプラグを形成する。平坦化はＣ
ＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）技術で達成し
てもよい。
【００２０】また、バリアメタル１４１を必要としない
プラグ金属（例えば配線１１と同様なＡｌ合金等）を選
ぶとすればバリアメタル１４１の形成工程は省略でき
る。これにより、ボイド内部に後の工程で洗浄液が入る
ことは無くなり、ボイド内部の侵食を防ぐことができ
る。よって、ビア底部におけるＷの侵食、Ｗの消失等の
懸念がほとんどなくなる。
プラグ金属（例えば配線１１と同様なＡｌ合金等）を選
ぶとすればバリアメタル１４１の形成工程は省略でき
る。これにより、ボイド内部に後の工程で洗浄液が入る
ことは無くなり、ボイド内部の侵食を防ぐことができ
る。よって、ビア底部におけるＷの侵食、Ｗの消失等の
懸念がほとんどなくなる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導電性の多結晶シリコン膜１４３がボイドの懸念される
領域に埋め込まれる形態となる。これにより、ボイド内
部に洗浄液が入ることは無くなり、ボイド内部の侵食を
防ぐことができる。この結果、プラグ形成においてボイ
ドの懸念を解消し得る構造をもって、より微細化された
コンタクトプラグ構造の信頼性向上、コンタクト抵抗の
安定化に寄与するコンタクトプラグ構造及びその製造方
法を提供することができる。
導電性の多結晶シリコン膜１４３がボイドの懸念される
領域に埋め込まれる形態となる。これにより、ボイド内
部に洗浄液が入ることは無くなり、ボイド内部の侵食を
防ぐことができる。この結果、プラグ形成においてボイ
ドの懸念を解消し得る構造をもって、より微細化された
コンタクトプラグ構造の信頼性向上、コンタクト抵抗の
安定化に寄与するコンタクトプラグ構造及びその製造方
法を提供することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係り、プラグ金属として
Ｗ（タングステン）を利用したタングステンプラグによ
る埋め込み配線構造を示す断面図である。
Ｗ（タングステン）を利用したタングステンプラグによ
る埋め込み配線構造を示す断面図である。
【図２】図１で示したコンタクトプラグ構造の製造方法
を工程順に示す第１の断面図である。
を工程順に示す第１の断面図である。
【図３】図１で示したコンタクトプラグ構造の製造方法
を工程順に示す、図２に続く第２の断面図である。
を工程順に示す、図２に続く第２の断面図である。
【図４】図１で示したコンタクトプラグ構造の製造方法
を工程順に示す、図３に続く第３の断面図である。
を工程順に示す、図３に続く第３の断面図である。
【図５】従来のＷプラグによる埋め込み配線構造を示す
断面図である。
断面図である。
１１，５１…アルミニウム配線 １２，５２…層間絶縁膜 １３，５３…ビアホール １４…プラグ １４１，５４…バリアメタル １４２…プラグ金属 １４３…導電性の多結晶シリコン膜（ドープト・ポリシ
リコン膜） ５５…Ｗプラグ ５６…ボイド（空洞）
リコン膜） ５５…Ｗプラグ ５６…ボイド（空洞）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 AA01 BB01 BB30 CC01 DD16 DD37 DD43 DD65 DD75 EE09 EE16 FF13 FF18 FF22 HH15 5F033 JJ04 JJ08 JJ19 JJ33 KK08 NN06 NN07 PP06 PP09 PP15 QQ09 QQ12 QQ31 QQ37 QQ48 RR04 XX01 XX09
Claims (6)
- 【請求項１】プラグ開口縁部が塞がらずにプラグ内部に
形成された埋め込み金属と、 前記プラグ内部から開口縁部まで充填された導電性の多
結晶シリコン膜と、を具備したことを特徴とするコンタ
クトプラグ構造。 - 【請求項２】 少なくとも前記プラグ底部に被覆される
バリア層をさらに具備したことを特徴とする請求項１記
載のコンタクトプラグ構造。 - 【請求項３】 前記埋め込み金属はタングステンを含
み、少なくとも前記プラグ底部に被覆されるバリア層を
さらに具備したことを特徴とする請求項１記載のコンタ
クトプラグ構造。 - 【請求項４】 層間絶縁膜にコンタクト底部が露出する
開口部を形成する工程と、 前記開口部縁部が塞がらないように開口部内に埋め込み
金属を形成する工程と、 前記開口部内から開口縁部まで充填するように導電性の
多結晶シリコン膜を堆積する工程と、 前記層間絶縁膜上の前記多結晶シリコン膜及び埋め込み
金属を除去しプラグ形成レベルまで平坦化する工程と、
を具備したことを特徴とするコンタクトプラグ構造の製
造方法。 - 【請求項５】 前記埋め込み金属を形成する前に少なく
とも前記コンタクト底部にバリア層を被覆する工程をさ
らに具備したことを特徴とする請求項４記載のコンタク
トプラグ構造の製造方法。 - 【請求項６】 前記埋め込み金属はタングステンを含
み、前記埋め込み金属を形成する前に少なくとも前記コ
ンタクト底部にバリア層を被覆する工程をさらに具備し
たことを特徴とする請求項４記載のコンタクトプラグ構
造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118765A JP2002313913A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | コンタクトプラグ構造及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118765A JP2002313913A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | コンタクトプラグ構造及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002313913A true JP2002313913A (ja) | 2002-10-25 |
Family
ID=18969100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001118765A Withdrawn JP2002313913A (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | コンタクトプラグ構造及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002313913A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101930977B (zh) * | 2009-06-19 | 2012-07-04 | 万国半导体股份有限公司 | 接触孔中具有钨间隔层的功率mosfet器件及其制造方法 |
| WO2018063815A1 (en) * | 2016-10-02 | 2018-04-05 | Applied Materials, Inc. | Doped selective metal caps to improve copper electromigration with ruthenium liner |
| US11594489B2 (en) | 2016-08-29 | 2023-02-28 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
2001
- 2001-04-17 JP JP2001118765A patent/JP2002313913A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101930977B (zh) * | 2009-06-19 | 2012-07-04 | 万国半导体股份有限公司 | 接触孔中具有钨间隔层的功率mosfet器件及其制造方法 |
| US11594489B2 (en) | 2016-08-29 | 2023-02-28 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| WO2018063815A1 (en) * | 2016-10-02 | 2018-04-05 | Applied Materials, Inc. | Doped selective metal caps to improve copper electromigration with ruthenium liner |
| US11373903B2 (en) | 2016-10-02 | 2022-06-28 | Applied Materials, Inc. | Doped selective metal caps to improve copper electromigration with ruthenium liner |
| US11990368B2 (en) | 2016-10-02 | 2024-05-21 | Applied Materials, Inc. | Doped selective metal caps to improve copper electromigration with ruthenium liner |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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