JP2779186B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2779186B2
JP2779186B2 JP63295352A JP29535288A JP2779186B2 JP 2779186 B2 JP2779186 B2 JP 2779186B2 JP 63295352 A JP63295352 A JP 63295352A JP 29535288 A JP29535288 A JP 29535288A JP 2779186 B2 JP2779186 B2 JP 2779186B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、絶縁
膜に開孔した接続孔の上部に微細な配線を形成する技術
に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a technique for forming a fine wiring above a connection hole formed in an insulating film.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来より、半導体集積回路の配線材料には、電気抵抗
が低い、シリコン酸化膜(SiO2膜)との密着性が良い、
加工が容易である、などの理由から、アルミニウム(A
l)が使用されている。
Conventionally, wiring materials for semiconductor integrated circuits have low electric resistance, good adhesion to silicon oxide films (SiO 2 films),
Aluminum (A
l) is used.

しかしながら、半導体集積回路の高集積化に伴って配
線が微細化されるようになると、半導体基板と配線とを
接続するための接続孔(コンタクトホール)や、上下層
の配線間を接続するための接続孔(スルーホール)のア
スペクト比(接続孔の深さ/径)が増大する結果、接続
孔内部における配線用導電膜のステップカバレージの低
下が深刻な問題となってくる。
However, when the wiring is miniaturized with the high integration of the semiconductor integrated circuit, a connection hole (contact hole) for connecting the semiconductor substrate and the wiring and a connection hole for connecting the upper and lower wirings are formed. As a result of an increase in the aspect ratio (depth / diameter of the connection hole) of the connection hole (through hole), a decrease in the step coverage of the wiring conductive film inside the connection hole becomes a serious problem.

その対策として、従来より提案されているのは、高融
点金属やそのシリサイド、あるいはポリシリコンなどの
導電膜を接続孔に埋込み、この導電膜を介して配線と半
導体基板(または下層の配線)とを接続する技術であ
る。これらの導電膜を接続孔に埋込むには、選択CVD法
やエッチバック法が用いられる。なお、高融点金属を用
いた接続孔の埋込み技術については、例えば「ソリッド
ステイト・テクノロジー(Solid State Technology),
日本版,1986年2月号,“低圧CVDによるタングステンの
選択プロセス”(E.K.Broadbent,W.T.Stacy)」に記載
がある。
As a countermeasure, a conventionally proposed method is to embed a conductive film such as a refractory metal or its silicide or polysilicon in a connection hole and to connect a wiring to a semiconductor substrate (or a lower wiring) through the conductive film. Is a technology to connect. To bury these conductive films in the connection holes, a selective CVD method or an etch-back method is used. In addition, regarding the technology for embedding the connection hole using the high melting point metal, for example, “Solid State Technology (Solid State Technology),
Japanese edition, February 1986, "Tungsten selection process by low pressure CVD" (EKBroadbent, WTStacy).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、本発明者の検討によれば、上記した接
続孔の埋込み技術には、次のような問題点がある。
However, according to the study of the present inventor, the above-described technique of embedding the connection hole has the following problems.

第7図、第8図は、導電膜を埋込んだ接続孔の上に配
線を接続した半導体基板を示すものであって、図におい
て、20は、シリコン単結晶からなる半導体基板、また、
21は、この半導体基板20に形成された拡散層である。半
導体基板20上には、例えばSiO2からなる絶縁膜22,23が
被着され、拡散層21の上方の絶縁膜22,23には、接続孔2
4が開孔されている。
FIGS. 7 and 8 show a semiconductor substrate in which wiring is connected to a connection hole in which a conductive film is buried. In the drawings, reference numeral 20 denotes a semiconductor substrate made of silicon single crystal;
Reference numeral 21 denotes a diffusion layer formed on the semiconductor substrate 20. On the semiconductor substrate 20, insulating films 22 and 23 made of, for example, SiO 2 are deposited, and in the insulating films 22 and 23 above the diffusion layer 21, the connection holes 2 and 23 are formed.
4 is perforated.

接続孔24の内部には、例えば選択CVD法で被着したタ
ングステン(W)などの導電膜25が埋込まれ、さらに、
この導電膜25上には、例えばAl合金からなる配線26が接
続されている。
In the inside of the connection hole 24, a conductive film 25 such as tungsten (W) deposited by a selective CVD method is embedded.
On the conductive film 25, a wiring 26 made of, for example, an Al alloy is connected.

接続孔24の上に配線26を接続するには、絶縁膜23上
に、例えばスパッタ法で配線用導電膜を被着した後、ホ
トレジストマスクを用いてこの配線用導電膜をエッチン
グする。このとき、接続孔24とホトレジストマスクとの
合わせずれの余裕が必要となるため、従来技術では、接
続孔24の上の配線26に幅広のフランジ27を設けている。
To connect the wiring 26 on the connection hole 24, a wiring conductive film is deposited on the insulating film 23 by, for example, a sputtering method, and then the wiring conductive film is etched using a photoresist mask. At this time, a margin for misalignment between the connection hole 24 and the photoresist mask is required. Therefore, in the related art, a wide flange 27 is provided on the wiring 26 above the connection hole 24.

しかし、配線26の一部にフランジ27を設けると、配線
26の線幅が太くなるため、集積回路の微細化が妨げられ
る、という問題が生じる。
However, if a flange 27 is provided on a part of the wiring 26, the wiring
Since the line width of 26 becomes large, there is a problem that miniaturization of an integrated circuit is hindered.

これに対して、フランジ27を廃止して配線26の線幅を
細くしようとすると、配線用導電膜をエッチングする
際、ホトレジストマスクに合わせずれが生じることによ
って、あらかじめ接続孔24の内部に埋込まれた導電膜25
の表面の一部が配線用導電膜とともにエッチングされ
る。このとき、本発明者は、接続孔24の内壁が、第9図
に示すように、半導体基板20の主面に対して垂直に開孔
されているような場合には、接続孔24の内壁と導電膜25
との界面に隙間(S)が生じ易いことから、この隙間
(S)を通じて下方の拡散層21までもがオーバーエッチ
ングされてしまい、導電膜25と拡散層21との間の導通が
不良となったり、集積回路素子の電気特性が劣化したり
する、という問題が生じることを見出した。
On the other hand, if the flange 27 is abolished and the line width of the wiring 26 is reduced, the photoresist mask may be misaligned when etching the wiring conductive film. Conductive film 25
Is partially etched together with the wiring conductive film. At this time, the present inventor has proposed that when the inner wall of the connection hole 24 is opened perpendicularly to the main surface of the semiconductor substrate 20 as shown in FIG. And conductive film 25
Since a gap (S) is likely to be formed at the interface between the conductive layer 25 and the diffusion layer 21, the lower diffusion layer 21 is also over-etched through the gap (S). And that the electrical characteristics of the integrated circuit element are degraded.

本発明の目的は、導電膜を埋め込んだ接続孔の上部に
接続される配線を微細化することによって、半導体装置
の高集積化を実現することができる技術を提供すること
にある。
It is an object of the present invention to provide a technique capable of realizing high integration of a semiconductor device by miniaturizing a wiring connected to an upper part of a connection hole in which a conductive film is embedded.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
The above and other objects and novel features of the present invention are as follows.
It will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本願において開示される発明のうち、代表的なものの
概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程(a)
〜(c)を含んでいる。
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the following steps (a):
To (c).

(a)半導体基板の主面上に堆積した絶縁膜を開孔し
て、上部の径が底部の径よりも大きい接続孔を形成する
工程、 (b)前記接続孔の内部を含む前記絶縁膜の上部の全面
に第1導電膜を堆積した後、前記絶縁膜の上部の前記第
1導電膜をエッチング除去することにより、前記接続孔
の内部に前記第1導電膜を埋め込む工程、 (c)前記絶縁膜の上部の全面に第2導電膜を堆積した
後、フォトレジストをマスクにして前記第2導電膜をエ
ッチングすることにより、前記接続孔の上部に前記接続
孔の底部の径と等しいか、またはそれ以下の線幅を有す
る配線を形成する工程。
(A) opening an insulating film deposited on a main surface of a semiconductor substrate to form a connection hole having an upper diameter larger than a bottom diameter; (b) the insulating film including the inside of the connection hole (C) embedding the first conductive film in the connection hole by etching and removing the first conductive film on the insulating film after depositing the first conductive film on the entire upper surface of the insulating film. After depositing a second conductive film over the entire upper surface of the insulating film, the second conductive film is etched using a photoresist as a mask, so that the diameter of the upper portion of the connection hole is equal to the diameter of the bottom of the connection hole. Or forming a wiring having a line width equal to or less than that.

〔作用〕[Action]

上記した手段によれば、接続孔の上部に堆積した第2
導電膜をエッチングして接続孔の底部の径と等しいか、
またはそれ以下の線幅を有するは配線を形成する際、フ
ォトレジストと接続孔とに合わせずれが生じた場合で
も、接続孔の内部では径の大きい部分の第1導電膜がエ
ッチングされるので、絶縁膜のオーバーエッチングを防
止して接続孔の接続信頼性を確保することができる。こ
れにより、配線のフランジを廃止することができるの
で、配線を微細化することができる。
According to the above-described means, the second layer deposited on the connection hole
Etching the conductive film to make it equal to the diameter of the bottom of the connection hole,
Or, when forming a wiring having a line width smaller than that, even if misalignment occurs between the photoresist and the connection hole, the first conductive film of a large diameter portion is etched inside the connection hole, The connection reliability of the connection hole can be ensured by preventing over-etching of the insulating film. As a result, the wiring flange can be eliminated, and the wiring can be miniaturized.

〔実施例1〕 第1図は、本発明の一実施例である半導体装置を示す
半導体基板の要部断面図、第2図(a)〜(h)は、こ
の半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (h) show a method of manufacturing this semiconductor device. FIG. 3 is a sectional view of a main part of a semiconductor substrate.

第1図において、半導体基板1は、例えばp形シリコ
ン単結晶からなり、その主面の一部には、例えばn形拡
散層2が形成されている。半導体基板1上には、例えば
SiO2からなるフィールド絶縁膜3が形成され、このフィ
ールド絶縁膜3で囲まれた図示しない素子形成領域に
は、MOS・FETなどの集積回路素子が形成されている。フ
ィールド絶縁膜3上には、例えばSiO2からなる絶縁膜4a
が形成され、この絶縁膜4aで上記集積回路素子が被覆さ
れている。
In FIG. 1, a semiconductor substrate 1 is made of, for example, a p-type silicon single crystal, and has, for example, an n-type diffusion layer 2 on a part of its main surface. On the semiconductor substrate 1, for example,
A field insulating film 3 made of SiO 2 is formed, and an integrated circuit element such as a MOS / FET is formed in an element forming region (not shown) surrounded by the field insulating film 3. An insulating film 4a made of, for example, SiO 2 is formed on the field insulating film 3.
Is formed, and the integrated circuit element is covered with the insulating film 4a.

拡散層2の上方には、フィールド絶縁膜3と絶縁膜4a
とを開孔した接続孔(コンタクトホール)5aが形成され
ている。この接続孔5aは、その下部領域が半導体基板1
の主面に対して垂直に開孔され、下部領域の径は、例え
ば0.5μmである。また、接続孔5aの上部領域には、テ
ーパ状の太径部6aが設けられている。
Above the diffusion layer 2, the field insulating film 3 and the insulating film 4a
A contact hole (contact hole) 5a is formed. The connection hole 5a has a lower region in the semiconductor substrate 1
Is opened perpendicularly to the main surface of the substrate, and the diameter of the lower region is 0.5 μm, for example. In the upper region of the connection hole 5a, a tapered large diameter portion 6a is provided.

接続孔5aの内部には、例えばタングステン(W)など
の高融点金属からなる導電膜7aが埋込まれている。この
導電膜7aは、その膜厚が接続孔5の底部から太径部6aま
での高さよりも厚くなるように埋込まれている。
A conductive film 7a made of a refractory metal such as tungsten (W) is embedded in the connection hole 5a. The conductive film 7a is embedded so that the film thickness is larger than the height from the bottom of the connection hole 5 to the large diameter portion 6a.

導電膜7a上には、例えばアルミニウム合金(Al−Si−
Cu)からなる第1層目の配線8aが接続されている。この
配線8aの線幅は、接続孔5aの下部領域の径と同じく、例
えば0.5μmであり、フランジは形成されていない。
On the conductive film 7a, for example, an aluminum alloy (Al-Si-
The first layer wiring 8a made of Cu) is connected. The line width of the wiring 8a is the same as the diameter of the lower region of the connection hole 5a, for example, 0.5 μm, and no flange is formed.

配線8a上には、例えばBPSG(Boro Phospho Silicate
Glass)からなる層間絶縁膜9が形成され、その上に
は、例えばアルミニウム合金からなる第2層目の配線10
が形成されている。配線10上には、例えばPSG(Phospho
Silicate Glass)とSi3N4との2層からなるパッシベー
ション膜11が形成され、集積回路を外部環境から保護し
ている。
On the wiring 8a, for example, BPSG (Boro Phospho Silicate
An interlayer insulating film 9 made of, for example, glass (glass) is formed thereon.
Are formed. For example, PSG (Phospho
A passivation film 11 composed of two layers of silicate glass and Si 3 N 4 is formed to protect the integrated circuit from the external environment.

次に、上記半導体装置の接続孔5aおよび配線8aの形成
工程を第2図(a)〜(h)に従って、説明する。
Next, a process of forming the connection hole 5a and the wiring 8a of the semiconductor device will be described with reference to FIGS.

第2図(a)は、フィールド絶縁膜3上に、例えばSi
O2からなる絶縁膜4aをCVD法で被着した状態を示してい
る。
FIG. 2A shows that, for example, Si
This shows a state in which an insulating film 4a made of O 2 is applied by a CVD method.

その後、まず、絶縁膜4a上に接続孔用のホトレジスト
マスク12を形成する(第2図(b))。
Thereafter, first, a photoresist mask 12 for connection holes is formed on the insulating film 4a (FIG. 2B).

次に、例えば5%フッ酸水溶液を用いた等方性エッチ
ングで絶縁膜4aの一部を開孔して太径部6aを形成する
(第2図(c))。
Next, a portion of the insulating film 4a is opened by isotropic etching using, for example, a 5% hydrofluoric acid aqueous solution to form a large diameter portion 6a (FIG. 2 (c)).

続いて、例えば平行平板形ドライエッチング装置を用
いた反応性イオンエッチングで太径部6aの下方の絶縁膜
4aと、さらにその下方のフィールド絶縁膜3とを垂直に
開孔し、半導体基板1に達する接続孔5aを形成する。使
用する反応ガスは例えばCHF3,CF4,C2F6のような、フル
オロカーボン系のガスである。(第2図(d))。
Subsequently, the insulating film below the large-diameter portion 6a is subjected to, for example, reactive ion etching using a parallel plate type dry etching apparatus.
4a and the field insulating film 3 thereunder are opened vertically to form a connection hole 5a reaching the semiconductor substrate 1. The reaction gas used is, for example, a fluorocarbon-based gas such as CHF 3 , CF 4 , C 2 F 6 . (FIG. 2 (d)).

その後、半導体基板1の表面に、例えばリン(P)、
ヒ素(As)などのn形不純物イオンを打ち込み、接続孔
5aの下方の半導体基板1にn形拡散層2を形成する。
(第2図(e))。
After that, for example, phosphorus (P),
Implant n-type impurity ions such as arsenic (As)
An n-type diffusion layer 2 is formed on the semiconductor substrate 1 below 5a.
(FIG. 2 (e)).

次に、例えばWF6と、SiH4に代表されるシラン化合物S
inH2n+2(n=1,2...)との混合ガス、または、WF6とSi
Cl2H2との混合ガスからなる反応ガスを用いた低圧CVD法
で接続孔5aの内部にWからなる導電膜7aを埋込む(第2
図(f))。このとき、導電膜7aの膜厚は、接続孔5aの
低部から太径部6aまでの高さよりも厚いことを条件とす
る。
Next, for example, WF 6 and a silane compound S represented by SiH 4
gas mixture with i n H 2n + 2 (n = 1,2 ...) or WF 6 and Si
A conductive film 7a made of W is buried in the inside of the connection hole 5a by a low-pressure CVD method using a reaction gas made of a mixed gas with Cl 2 H 2 (second example).
Figure (f). At this time, the thickness of the conductive film 7a is supposed to be greater than the height from the lower part of the connection hole 5a to the large diameter part 6a.

続いて、半導体基板1上に、例えばスパッタ法でアル
ミニウム合金(Al−Si−Cu)からなる配線用導電膜13を
被着した後、この配線用導電膜13上に配線用のホトレジ
ストマスク14を形成する(第2図(g))。
Subsequently, after a wiring conductive film 13 made of an aluminum alloy (Al-Si-Cu) is deposited on the semiconductor substrate 1 by, for example, a sputtering method, a wiring photoresist mask 14 is formed on the wiring conductive film 13. (FIG. 2 (g)).

次に、配線用導電膜13をスパッタエッチングして接続
孔5aの上に配線8aを接続する(第2図(h))。このと
き、配線8aの線幅が接続孔5aの底部の径と等しいか、ま
たはそれ以下の場合には、接続孔5aとホトレジストマス
ク14との合わせずれが僅かでも生じると、図示したよう
に、接続孔5aの内部に埋込まれた導電膜7aの表面がスパ
ッタエッチングされる。しかしながら、本実施例1で
は、接続孔5aの上部領域に太径部6aが設けられているた
め、太径部6aの導電膜7aのみがスパッタエッチングさ
れ、下部領域の導電膜7aがスパッタエッチングされるこ
とはない。
Next, the wiring conductive film 13 is sputter-etched to connect the wiring 8a to the connection hole 5a (FIG. 2 (h)). At this time, if the line width of the wiring 8a is equal to or less than the diameter of the bottom of the connection hole 5a, if the misalignment between the connection hole 5a and the photoresist mask 14 occurs even slightly, as illustrated, The surface of the conductive film 7a embedded in the connection hole 5a is sputter-etched. However, in the first embodiment, since the large-diameter portion 6a is provided in the upper region of the connection hole 5a, only the conductive film 7a in the large-diameter portion 6a is sputter-etched, and the conductive film 7a in the lower region is sputter-etched. Never.

従って、接続孔5aの下部領域の内壁と導電膜7aとの界
面に隙間が生じている場合でも、この隙間を通じて下方
の拡散層2までもがオーバーエッチングされることはな
い。
Therefore, even if a gap is formed at the interface between the inner wall of the lower region of the connection hole 5a and the conductive film 7a, the lower diffusion layer 2 is not over-etched through this gap.

このように本実施例1によれば次のような効果を得る
ことができる。
As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.

(1).接続孔5aの上部領域に太径部6aを設けるととも
に、接続孔5aの内部に、その底部から太径部6aまでの高
さよりも厚い導電膜7aを埋込んだことにより、その後、
配線用導電膜13をスパッタエッチングして配線8aを形成
する際に拡散層2がオーバーエッチングされることはな
い。
(1). Along with providing the large diameter portion 6a in the upper region of the connection hole 5a, by embedding a conductive film 7a thicker than the height from the bottom to the large diameter portion 6a inside the connection hole 5a,
The diffusion layer 2 is not over-etched when the wiring conductive film 13 is sputter-etched to form the wiring 8a.

その結果、導電膜7aと拡散層2との間の導通不良や、
集積回路素子の電気特性の劣化を確実に防止することが
できるので、導電膜7aを介して接続される拡散層2と配
線8aとの接続信頼性が向上し、半導体装置の製造歩留り
が向上する。
As a result, poor conduction between the conductive film 7a and the diffusion layer 2,
Since the electrical characteristics of the integrated circuit element can be reliably prevented from deteriorating, the connection reliability between the diffusion layer 2 and the wiring 8a connected via the conductive film 7a is improved, and the production yield of the semiconductor device is improved. .

(2).上記(1)により、接続孔5aの上に接続される
配線8aにフランジを設けなくとも、導電膜7aを介して接
続される拡散層2と配線8aと接続信頼性が確保できるた
め、その分、配線8aを微細化することができ、半導体集
積回路の高集積化を実現することができる。
(2). According to the above (1), the connection reliability between the diffusion layer 2 and the wiring 8a connected via the conductive film 7a can be secured without providing a flange on the wiring 8a connected above the connection hole 5a. In addition, the wiring 8a can be miniaturized, and high integration of the semiconductor integrated circuit can be realized.

〔実施例2〕 第3図は、本発明の他の実施例である半導体装置を示
す半導体基板の要部断面図、第4図(a)〜(e)は、
この半導体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面
図である。
Embodiment 2 FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, and FIGS.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate, illustrating a method for manufacturing the semiconductor device.

第3図において、半導体基板1は、例えばp形シリコ
ン単結晶からなり、その主面の一部には、例えばn形の
拡散層2が形成されている。半導体基板1上には、例え
ばSiO2からなるフィールド絶縁膜3が形成され、このフ
ィールド絶縁膜3で囲まれた図示しない素子形成領域に
は、MOS・FETなどの集積回路素子が形成されている。
In FIG. 3, a semiconductor substrate 1 is made of, for example, a p-type silicon single crystal, and an n-type diffusion layer 2 is formed on a part of its main surface. A field insulating film 3 made of, for example, SiO 2 is formed on the semiconductor substrate 1, and an integrated circuit element such as a MOSFET is formed in an element forming region (not shown) surrounded by the field insulating film 3. .

フィールド絶縁膜3上には、例えばSiO2からなる絶縁
膜4aが形成され、この絶縁膜4aで上記集積回路素子が被
覆されている。
An insulating film 4a made of, for example, SiO 2 is formed on the field insulating film 3, and the integrated circuit element is covered with the insulating film 4a.

絶縁膜4a上には、第2の絶縁膜4bが積層されている。
絶縁膜4aと絶縁膜4bとは、エッチングレートが互いに異
なる材料で構成され、絶縁膜4aがSiO2のとき、絶縁膜4b
は、例えばSOG(Spin On Glass)である。
On the insulating film 4a, a second insulating film 4b is laminated.
The insulating film 4a and the insulating film 4b, the etching rate is formed mutually different materials, when the insulating film 4a is SiO 2, the insulating film 4b
Is, for example, SOG (Spin On Glass).

拡散層2の上方には、フィールド絶縁膜3と絶縁膜4
a,4bとを開孔した接続孔5bが形成されている。この接続
孔5bは、その断面が階段状となるように開孔され、その
上部領域が太径部6bになっている。接続孔5bの内部に
は、例えば低抵抗ポリシリコンからなる導電膜7bが埋込
まれている。この導電膜7bはその膜厚が接続孔5bの底部
から太径部6bまでの高さよりも厚くなるように埋込まれ
ている。
Above the diffusion layer 2, a field insulating film 3 and an insulating film 4
A connection hole 5b formed by opening a and 4b is formed. The connection hole 5b is opened so that its cross section is stepped, and the upper region is a large diameter portion 6b. A conductive film 7b made of, for example, low-resistance polysilicon is buried in the connection hole 5b. The conductive film 7b is embedded so that the film thickness is larger than the height from the bottom of the connection hole 5b to the large diameter portion 6b.

導電膜7b上には、例えばアルミニウム合金(Al−Si−
Cu)からなる第1層の配線8aが接続されている。配線8a
の下層には、配線8aのマイグレーション耐性を向上させ
る目的で、例えば金属シリサイド(WSi2,MoSi2など)か
らなる薄いバリヤメタル層8bが形成されている。配線8a
およびバリヤメタル層8bの線幅は、接続孔5bの下部の径
と同じく、例えば0.5μmであり、フランジは形成され
ていない。
On the conductive film 7b, for example, an aluminum alloy (Al-Si-
The first layer wiring 8a made of Cu) is connected. Wiring 8a
Under the lower layer, a thin barrier metal layer 8b made of, for example, metal silicide (WSi 2 , MoSi 2, etc.) is formed for the purpose of improving the migration resistance of the wiring 8a. Wiring 8a
The line width of the barrier metal layer 8b is, for example, 0.5 μm like the diameter of the lower part of the connection hole 5b, and no flange is formed.

配線8a上には、例えばBPSGからなる層間絶縁膜9が形
成され、その上には、例えばアルミニウム合金からなる
第2層目の配線10が形成されている。配線10上には、例
えばPSGとSi3N4との2層からなるパッシベーション膜11
が形成され、集積回路を外部環境から保護している。
An interlayer insulating film 9 made of, for example, BPSG is formed on the wiring 8a, and a second-layer wiring 10 made of, for example, an aluminum alloy is formed thereon. On the wiring 10, for example, a passivation film 11 composed of two layers of PSG and Si 3 N 4
Are formed to protect the integrated circuit from the external environment.

次に、上記半導体装置の接続孔5bおよび配線8aの形成
工程を第4図(a)〜(e)に従って、説明する。
Next, a process of forming the connection hole 5b and the wiring 8a of the semiconductor device will be described with reference to FIGS.

第4図(a)は、フィールド絶縁膜3上に、例えばSi
O2からなる絶縁膜4cをCVD法で被着した後、この絶縁膜4
a上に、例えば回転塗布装置(スピンナ)を用いて、SOG
からなる絶縁膜4bを被着した状態を示している。
FIG. 4A shows that, for example, Si
After the insulating film 4c made of O 2 is deposited by the CVD method, the insulating film 4c is formed.
On a, for example, using a spin coating device (spinner), SOG
2 shows a state in which an insulating film 4b made of is adhered.

その後、まず、絶縁膜4b上に接続孔用のホトレジスト
マスク12を形成した後、例えば5%フッ酸水溶液を用い
たウエットエッチングで絶縁膜4a、4bおよびフィールド
絶縁膜3を開孔して接続孔5bを形成する。このとき、SO
Gからなる絶縁膜4bは、SiO2からなる絶縁膜4aおよびフ
ィールド絶縁膜3よりもエッチングレートが大きいため
に速やかにエッチングされ、接続孔5bの上部領域(絶縁
膜4bが除去された領域)に太径部6bが形成される。(第
4図(b))。
Thereafter, first, a photoresist mask 12 for connection holes is formed on the insulation film 4b, and then the insulation films 4a and 4b and the field insulation film 3 are opened by wet etching using, for example, a 5% hydrofluoric acid aqueous solution to form connection holes. Form 5b. At this time, SO
The insulating film 4b made of G has a higher etching rate than the insulating film 4a made of SiO 2 and the field insulating film 3, so that it is quickly etched, and the upper region of the connection hole 5b (the region where the insulating film 4b is removed) is formed. The large diameter portion 6b is formed. (FIG. 4 (b)).

次に、半導体基板の表面に、例えばリン(P)、ヒ素
(As)などのn形不純物イオンを打ち込み、接続孔5bの
下方の半導体基板1にn形拡散層2を形成した後、例え
ばSiH4と、H2と、PH3(またはAsH3)との混合ガスから
なる反応ガスを用いたCVD法で絶縁膜4b上に低抵抗ポリ
シリコンからなる導電膜7bを被着する(第4図
(c))。このとき、接続孔5bは、その断面が階段状に
開孔され、上部領域が太径部6bとなっているため、アス
ペクト比が大きい場合でも、その内部に導電膜7bを完全
に埋込むことができる。
Next, n-type impurity ions such as phosphorus (P) and arsenic (As) are implanted into the surface of the semiconductor substrate to form an n-type diffusion layer 2 in the semiconductor substrate 1 below the connection hole 5b. 4, and H 2, PH 3 (or AsH 3) and by a CVD method using a reaction gas comprising a mixed gas insulating film 4b depositing a conductive film 7b made of low-resistance polysilicon on (FIG. 4 (C)). At this time, since the connection hole 5b has a stepped cross section and a large diameter portion 6b in the upper region, even when the aspect ratio is large, the conductive film 7b is completely embedded therein. Can be.

続いて、絶縁膜4b上の導電膜7bをエッチバック法で除
去し、接続孔5bの内部に導電膜7bを残す(第4図
(d))。導電膜7bをエッチバックするには、例えば平
行平板形ドライエッチング装置を用いた反応性イオンエ
ッチングを利用する。
Subsequently, the conductive film 7b on the insulating film 4b is removed by an etch-back method, leaving the conductive film 7b inside the connection hole 5b (FIG. 4 (d)). In order to etch back the conductive film 7b, for example, reactive ion etching using a parallel plate dry etching device is used.

その後、絶縁膜4b上に、例えばスパッタ法でバリヤメ
タルと配線用導電膜とを順次被着する。
Thereafter, a barrier metal and a conductive film for wiring are sequentially deposited on the insulating film 4b by, for example, a sputtering method.

バリヤメタルは、例えばWSi2,MoSi2などの金属シリサ
イドであり、配線用導電膜は、例えばアルミニウム合金
である。
The barrier metal is, for example, a metal silicide such as WSi 2 or MoSi 2 , and the conductive film for wiring is, for example, an aluminum alloy.

次に、配線用導電膜上に配線用のホトレジストマスク
14を形成した後、配線用導電膜およびバリヤメタルをス
パッタエッチングして接続孔5aの上にバリヤメタル層8b
を介して配線8aを接続する。(第4図(e))。このと
き、バリヤメタル層8bおよび配線8aの線幅が接続孔5bの
底部の径と等しいか、またはそれ以下の場合には、接続
孔5bとホトレジストマスク14との合わせずれが僅かでも
生じると、図示したように、接続孔5bの内部に埋込まれ
た導電膜7bの表面がスパッタエッチングされる。しかし
ながら、本実施例2では、接続孔5bの上部領域に太径部
6bが設けられているため、太径部6bの導電膜7bのみがス
パッタエッチングされ、下方領域の導電膜7bがスパッタ
エッチングされることはない。
Next, a photoresist mask for wiring is formed on the conductive film for wiring.
After forming 14, a conductive film for wiring and a barrier metal are sputter-etched to form a barrier metal layer 8b on the connection hole 5a.
The wiring 8a is connected via the. (FIG. 4 (e)). At this time, if the line width of the barrier metal layer 8b and the wiring 8a is equal to or smaller than the diameter of the bottom of the connection hole 5b, if there is a slight misalignment between the connection hole 5b and the photoresist mask 14, it is shown in FIG. As described above, the surface of conductive film 7b embedded in connection hole 5b is sputter-etched. However, in the second embodiment, the large diameter portion is provided in the upper region of the connection hole 5b.
Since 6b is provided, only the conductive film 7b of the large diameter portion 6b is sputter-etched, and the conductive film 7b in the lower region is not sputter-etched.

すなわち、接続孔5bの下部領域の内壁と導電膜7bとの
界面に隙間が生じている場合でも、この隙間を通じて下
方の拡散層2までもがオーバーエッチングされることは
ないため、前記実記例1と同様の効果を得ることができ
る。
That is, even when a gap is formed at the interface between the inner wall of the lower region of the connection hole 5b and the conductive film 7b, even the lower diffusion layer 2 is not over-etched through the gap. The same effect as described above can be obtained.

また、本実施例2では、絶縁膜4a上に、この絶縁膜4a
よりもエッチングレートが大きい絶縁膜4bを被着したの
で、一度のエッチングで接続孔5bの開孔と太径部6bの形
成とを同時に行うことができる結果、上記した効果と併
せて太径部6bを形成する工程のスループットが向上す
る。
In the second embodiment, the insulating film 4a is formed on the insulating film 4a.
Since the insulating film 4b having a higher etching rate than the insulating film 4b is applied, the opening of the connection hole 5b and the formation of the large-diameter portion 6b can be simultaneously performed by a single etching. The throughput of the step of forming 6b is improved.

さらに、絶縁膜4a上にSOGからなる絶縁膜4bを被着し
たので、絶縁膜4aの表面が平坦化され、その上方に形成
される配線8a,10の信頼性が向上する。
Furthermore, since the insulating film 4b made of SOG is deposited on the insulating film 4a, the surface of the insulating film 4a is flattened, and the reliability of the wirings 8a and 10 formed thereon is improved.

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づ
き具体的に説明したが、本発明は前記実施例1、2に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the first and second embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.

前記実施例では、接続孔の一部に太径部を設ける際、
接続孔の内壁の一部をテーパ状(実施例1)あるいは階
段状(実施例2)に加工したが、これらの方法に限定さ
れるものではなく、例えば第5図に示すように、接続孔
5cの内壁の一部を逆テーパ状に加工して太径部6cを設け
たり、第6図に示すように、接続孔5dの一部をテーパ状
に加工した後、逆テーパ状に加工して太径部6dを設けた
りすることもできる。
In the above embodiment, when a large diameter portion is provided in a part of the connection hole,
Although a part of the inner wall of the connection hole was processed into a tapered shape (Example 1) or a stepped shape (Example 2), the present invention is not limited to these methods. For example, as shown in FIG.
A part of the inner wall of 5c is processed into a reverse taper shape to provide a large diameter portion 6c, or as shown in FIG. 6, a part of the connection hole 5d is processed into a taper shape, and then processed into a reverse taper shape. Alternatively, a large diameter portion 6d can be provided.

また、前記実施例1、2では、配線用導電膜材料とし
て、Al合金を用いた場合について説明したが、これに限
定されるものではなく、例えば高融点金属、そのシリサ
イド化合物、ポリシリコン、TiNなどを用いてもよい。
In the first and second embodiments, the case where an Al alloy is used as the conductive film material for wiring is described. However, the present invention is not limited to this. For example, a refractory metal, a silicide compound thereof, polysilicon, TiN Or the like may be used.

さらに前記実施例1、2では、半導体基板の拡散層と
配線とを接続する接続孔(コンタクトホール)に適用し
た場合について説明したが、上下層の配線間を接続する
接続孔(スルーホール)に適用することもできる。
In the first and second embodiments, the case where the present invention is applied to the connection hole (contact hole) for connecting the diffusion layer of the semiconductor substrate and the wiring is described. It can also be applied.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものに
よって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおり
である。
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本発明によれば、接続孔の上部に堆積した
第2導電膜をエッチングして接続孔の底部の径と等しい
か、またはそれ以下の線幅を有する配線を形成する際、
絶縁膜のオーバーエッチングを防止することができるの
で、配線のフランジを廃止して微細化を図ることができ
る。
That is, according to the present invention, when the second conductive film deposited on the connection hole is etched to form a wiring having a line width equal to or smaller than the diameter of the bottom of the connection hole,
Since over-etching of the insulating film can be prevented, the flange of the wiring can be eliminated and miniaturization can be achieved.

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

第1図は、本発明の一実施例である半導体装置を示す半
導体基板の要部断面図、 第2図(a)〜(h)は、この半導体装置の製造方法を
示す半導体基板の要部断面図、 第3図は、本発明の他の実施例である半導体装置を示す
半導体基板の要部断面図、 第4図(a)〜(e)は、この半導体装置の製造方法を
示す半導体基板の要部断面図、 第5図および第6図は、本発明の他の実施例である半導
体装置の製造方法を示す半導体基板の要部断面図、 第7図は、従来の半導体装置を示す第8図のVII−VII線
断面図、 第8図は、この半導体装置の略平面図、 第9図は、従来の半導体装置の要部断面図である。 1,20……半導体基板、2,21……拡散層、3……フィール
ド絶縁膜、4a,4b,22,23……絶縁膜、5a,5b,5c,5d,24…
…接続孔、6a,6b,6c,6d……太径部、7a,7b,25……導電
膜、8a,10,26……配線、8b……バリヤメタル層、9……
層間絶縁膜、11……パッシベーション膜、12,14……ホ
トレジストマスク、13……配線用導電膜、27……フラン
ジ、S……隙間。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to (h) are main parts of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing the semiconductor device. FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor substrate showing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. FIGS. 4 (a) to 4 (e) show a method of manufacturing the semiconductor device. 5 and 6 are cross-sectional views of a main part of a semiconductor substrate showing a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device. 8 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 8, FIG. 8 is a schematic plan view of the semiconductor device, and FIG. 9 is a sectional view of a main part of a conventional semiconductor device. 1,20 ... semiconductor substrate, 2,21 ... diffusion layer, 3 ... field insulating film, 4a, 4b, 22, 23 ... insulating film, 5a, 5b, 5c, 5d, 24 ...
... Connection holes, 6a, 6b, 6c, 6d ... Large diameter parts, 7a, 7b, 25 ... Conductive films, 8a, 10, 26 ... Wiring, 8b ... Barrier metal layers, 9 ...
Interlayer insulating film, 11 passivation film, 12, 14 photoresist mask, 13 conductive film for wiring, 27 flange, S gap.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】以下の工程(a)〜(c)を含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法; (a)半導体基板の主面上に堆積した絶縁膜を開孔し
て、上部の径が底部の径よりも大きい接続孔を形成する
工程、 (b)前記接続孔の内部を含む前記絶縁膜の上部の全面
に第1導電膜を堆積した後、前記絶縁膜の上部の前記第
1導電膜をエッチング除去することにより、前記接続孔
の内部に前記第1導電膜を埋め込む工程、 (c)前記絶縁膜の上部の全面に第2導電膜を堆積した
後、フォトレジストをマスクにして前記第2導電膜をエ
ッチングすることにより、前記接続孔の上部に前記接続
孔の底部の径と等しいか、またはそれ以下の線幅を有す
る配線を形成する工程。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the following steps (a) to (c): (a) opening an insulating film deposited on a main surface of a semiconductor substrate, Forming a connection hole having a diameter larger than the diameter of the bottom portion; (b) depositing a first conductive film over the entire upper surface of the insulating film including the inside of the connection hole; (1) a step of embedding the first conductive film inside the connection hole by etching and removing the conductive film; (c) depositing a second conductive film over the entire upper surface of the insulating film; Forming a wiring having a line width equal to or less than the diameter of the bottom of the connection hole above the connection hole by etching the second conductive film.
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