JP3211352B2 - Method of forming metal plug in semiconductor device - Google Patents

Method of forming metal plug in semiconductor device

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JP3211352B2 JP08745992A JP8745992A JP3211352B2 JP 3211352 B2 JP3211352 B2 JP 3211352B2 JP 08745992 A JP08745992 A JP 08745992A JP 8745992 A JP8745992 A JP 8745992A JP 3211352 B2 JP3211352 B2 JP 3211352B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置におけるメ
タルプラグの形成方法、更に詳しくは選択CVD法にて
メタルプラグを形成する方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a metal plug in a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a metal plug by a selective CVD method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置においては、半導体基板に形
成された不純物拡散領域や下層配線層等と上層配線層と
の電気的接続を行うために、コンタクトホールやビヤホ
ール(以下、接続孔ともいう)が設けられている。接続
孔を形成するには、かかる半導体基板の上に層間絶縁層
を形成し、この層間絶縁層に開口部を設けた後、開口部
に配線材料を埋め込む方法が一般的である。開口部に配
線材料を埋め込む方法として、アルミニウム等の金属配
線材料をスパッタ法によって形成する方法が従来から採
用されている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device, a contact hole or a via hole (hereinafter, also referred to as a connection hole) is formed in order to electrically connect an upper wiring layer with an impurity diffusion region or a lower wiring layer formed in a semiconductor substrate. Is provided. In order to form a connection hole, a method is generally used in which an interlayer insulating layer is formed on such a semiconductor substrate, an opening is provided in the interlayer insulating layer, and a wiring material is embedded in the opening. As a method of embedding a wiring material in an opening, a method of forming a metal wiring material such as aluminum by a sputtering method has been conventionally used.

【0003】しかしながら、開口部の大きさが微細化
し、アスペクト比が大きくなるに従って、開口部をスパ
ッタ法で埋め込むことは困難になりつつある。そこで、
微細な開口部を配線材料で埋め込む技術として、所謂ブ
ランケットCVD法あるいは選択CVD法が注目されて
いる。
However, as the size of the opening becomes finer and the aspect ratio becomes larger, it becomes more difficult to fill the opening by sputtering. Therefore,
As a technique for embedding a fine opening with a wiring material, a so-called blanket CVD method or a selective CVD method has attracted attention.

【0004】配線材料としてタングステンを使用したブ
ランケットCVD法で開口部内にメタルプラグ(タング
ステンプラグ)を形成する技術の概要は以下のとおりで
ある。先ず、半導体基板上に形成された層間絶縁層に開
口部を設け、層間絶縁層の上表面及び開口部にCVD法
でタングステン層を形成した後、層間絶縁層の上表面に
形成されたタングステン層をエッチバックする。これに
よって、開口部内にタングステンから成るメタルプラグ
が形成される。このブランケットタングステンCVD法
においては、開口部の底部及び側壁からタングステンが
成長するため、開口部内に形成されたメタルプラグの中
心部にボイドが発生し易い。それ故、ブランケットタン
グステンCVD法は、0.35μm径の開口部への埋め
込みが限界とされており、さらに微細な開口部を配線材
料で埋め込むためには、選択CVD法を採用することが
望ましいと考えられている。
An outline of a technique for forming a metal plug (tungsten plug) in an opening by a blanket CVD method using tungsten as a wiring material is as follows. First, an opening is provided in an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate, a tungsten layer is formed on the upper surface of the interlayer insulating layer and the opening by a CVD method, and then a tungsten layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer is formed. To etch back. As a result, a metal plug made of tungsten is formed in the opening. In this blanket tungsten CVD method, since tungsten grows from the bottom and side walls of the opening, voids are likely to occur at the center of the metal plug formed in the opening. Therefore, in the blanket tungsten CVD method, embedding in an opening having a diameter of 0.35 μm is limited, and it is desirable to employ a selective CVD method in order to embed a finer opening with a wiring material. It is considered.

【0005】配線材料としてタングステンを用いた従来
の選択CVD法による接続孔の形成方法の概要は次のと
おりである。先ず、半導体基板上に熱CVD法等で層間
絶縁層を形成し、この層間絶縁層に、例えば、フォトリ
ソグラフィ法及びリアクティブ・イオン・エッチング法
によって開口部を設ける。次いで、タングステンは層間
絶縁層の上には堆積し難いことを応用して、タングステ
ンをCVD法で開口部の内部にのみ堆積させ、開口部内
にタングステンプラグを形成する。こうして、開口部が
タングステンによって埋め込まれた接続孔が完成する。
The outline of a conventional method of forming a connection hole by a selective CVD method using tungsten as a wiring material is as follows. First, an interlayer insulating layer is formed on a semiconductor substrate by a thermal CVD method or the like, and an opening is provided in the interlayer insulating layer by, for example, a photolithography method and a reactive ion etching method. Next, by applying the fact that tungsten is difficult to deposit on the interlayer insulating layer, tungsten is deposited only in the opening by the CVD method, and a tungsten plug is formed in the opening. Thus, a connection hole in which the opening is filled with tungsten is completed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】シリコン基板に形成さ
れた不純物拡散領域の上に、直接、選択タングステンC
VD法を適用して、例えば薄膜トランジスタ(TFT)
を形成した場合、TFTは後の工程で600°C以上の
熱処理を受けるが、この熱処理工程において、タングス
テンとシリコン基板のSiが反応してしまう。その結
果、シリコン基板に形成された接合が破壊され、リーク
電流が増加するという問題が生じる。
The selective tungsten C is directly placed on the impurity diffusion region formed in the silicon substrate.
Applying the VD method, for example, a thin film transistor (TFT)
Is formed, the TFT is subjected to a heat treatment at 600 ° C. or higher in a later step, but in this heat treatment step, tungsten reacts with Si of the silicon substrate. As a result, there arises a problem that the junction formed on the silicon substrate is destroyed and the leak current increases.

【0007】この対策として、シリコン基板とタングス
テンプラグの界面にバリアメタル層を形成するという方
法が検討されている。しかしながら、選択タングステン
CVD法ではタングステンをバリアメタル層の上に形成
し難いという問題がある。また、開口部内のみにバリア
メタル層を形成することが困難であるという問題もあ
る。
As a countermeasure, a method of forming a barrier metal layer at an interface between a silicon substrate and a tungsten plug has been studied. However, select tungsten
The CVD method has a problem that it is difficult to form tungsten on the barrier metal layer. Another problem is that it is difficult to form a barrier metal layer only in the opening.

【0008】それ故、バリアメタル層を開口部内のみに
簡単に形成する方法、及びメタルプラグを形成すべき配
線材料を結晶成長させるための成長核を開口部内のバリ
アメタル層上にのみ簡単に形成する方法が求められてい
る。
Therefore, a method for simply forming a barrier metal layer only in an opening and a method for easily forming a growth nucleus for crystal growth of a wiring material for forming a metal plug only on the barrier metal layer in the opening. There is a need for a way to do that.

【0009】従って、本発明の目的は、バリアメタル層
を開口部内のみに簡単に形成することができ、しかもメ
タルプラグを形成すべき配線材料を結晶成長させるため
の成長核を開口部内のバリアメタル層上にのみ簡単に形
成することができるメタルプラグの形成方法を提供する
ことにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a barrier metal layer which can be simply formed only in an opening, and a growth nucleus for crystal-growing a wiring material for forming a metal plug is formed in the barrier metal in the opening. An object of the present invention is to provide a method for forming a metal plug that can be easily formed only on a layer.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のメタルプラグの形成方法は、半導体基板上
に形成された層間絶縁層に開口部を設けた後、バリアメ
タル層を形成し、次いで選択CVD法で開口部内にメタ
ルプラグを形成する方法である。そして、(イ)層間絶
縁層の上表面及び開口部内にバリアメタル層を形成した
後、メタルプラグを形成すべき配線材料を結晶成長させ
るための成長核を該バリアメタル層上に形成する工程
と、(ロ)層間絶縁層の上表面に形成された成長核及び
バリアメタル層をポリッシュ法によって除去する工程
と、(ハ)前記成長核から、選択CVD法によって配線
材料を結晶成長させ、開口部内にメタルプラグを形成す
る工程、から成ることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method of forming a metal plug, comprising the steps of: forming an opening in an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate; Then, a metal plug is formed in the opening by a selective CVD method. (A) forming a barrier metal layer on the upper surface of the interlayer insulating layer and in the opening, and then forming a growth nucleus on the barrier metal layer for crystal growth of a wiring material for forming a metal plug; (B) removing a growth nucleus and a barrier metal layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer by a polishing method; and (c) crystal-growing a wiring material from the growth nucleus by a selective CVD method, Forming a metal plug on the substrate.

【0011】バリアメタル層は、TiN、Ti/Ti
N、TiSi2/TiN、TiON、Ti/TiON、
TiSi2/TiON、TiWから成ることが好まし
い。尚、TiN、TiONあるいはTiWの上にメタル
プラグが形成される。例えばシリコン基板に形成された
不純物拡散領域等と反応して良好なオーミックコンタク
トを得られるように、バリアメタル層はTi、TiSi
2、MoSi2、WSi2、その他の金属層あるいは金属
シリサイド層を有していることが好ましい。
The barrier metal layer is made of TiN, Ti / Ti
N, TiSi 2 / TiN, TiON, Ti / TiON,
Preferably, it is made of TiSi 2 / TiON, TiW. A metal plug is formed on TiN, TiON or TiW. For example, the barrier metal layer is made of Ti, TiSi so that a good ohmic contact can be obtained by reacting with an impurity diffusion region or the like formed on the silicon substrate.
2 , MoSi 2 , WSi 2 , other metal layers or metal silicide layers.

【0012】成長核は、Ti、W、Mo、Niあるいは
これらの金属のシリサイド、銅、アルミニウム、ポリシ
リコン、アモルファスシリコン等、選択CVD法におい
て使用されるメタルプラグの原料ガスを還元して、メタ
ルプラグを構成する配線材料を結晶成長させることがで
きる物質から選択することができる。
The growth nucleus is formed by reducing the material gas of a metal plug used in the selective CVD method, such as Ti, W, Mo, Ni or a silicide of these metals, copper, aluminum, polysilicon, amorphous silicon, etc. The wiring material forming the plug can be selected from substances capable of crystal growth.

【0013】メタルプラグ、及びメタルプラグを形成す
べき配線材料は、タングステンから成る。あるいは又、
アルミニウムを使用し、選択CVD法で形成することも
できる。
The metal plug and the wiring material for forming the metal plug are made of tungsten. Alternatively,
It can also be formed by selective CVD using aluminum.

【0014】ポリッシュ法(化学的機械的研磨法)は、
近年、半導体基板の鏡面仕上げ、SOI(Silicon On I
nsulator)デバイスで用いられている技術であり、例え
ば、文献「Trench Insulator by Selective Epi and CV
D Oxide Cap」 J. Electrochem SOC, Vol. 137, No. 1
2, 1990年12月、に開示されているように、層間絶縁層
の平坦化にも応用されている。ポリッシュ法に用いられ
る研磨装置100の概要を図4に示す。この研磨装置1
00は、研磨プレート102、基板支持台110、スラ
リー供給系116から成る。研磨プレート102は、回
転する研磨プレート回転軸106に支承され、その表面
には研磨パッド104が備えられている。基板支持台1
10は、研磨プレート102の上方に配置され、基板支
持台回転軸112に支承されている。研磨すべき基板1
08は基板支持台110に載置される。基板支持台回転
軸112は、基板支持台を研磨パッドの方向に押す研磨
圧力調整機構114に取り付けられている。研磨剤を含
んだスラリー120は、スラリー供給系116からスラ
リー供給口118を通して研磨パッド104に供給され
る。
The polishing method (chemical mechanical polishing method)
In recent years, mirror-finished semiconductor substrates, SOI (Silicon On I
nsulator) is a technology used in devices, for example, the document "Trench Insulator by Selective Epi and CV
D Oxide Cap ”J. Electrochem SOC, Vol. 137, No. 1
2, as disclosed in December 1990, it is also applied to the planarization of an interlayer insulating layer. FIG. 4 shows an outline of the polishing apparatus 100 used for the polishing method. This polishing device 1
Reference numeral 00 includes a polishing plate 102, a substrate support 110, and a slurry supply system 116. The polishing plate 102 is supported by a rotating polishing plate rotation shaft 106, and a polishing pad 104 is provided on the surface thereof. Substrate support 1
Numeral 10 is arranged above the polishing plate 102 and is supported by a substrate support base rotating shaft 112. Substrate 1 to be polished
08 is placed on the substrate support 110. The substrate support base rotation shaft 112 is attached to a polishing pressure adjusting mechanism 114 that presses the substrate support base in the direction of the polishing pad. The slurry 120 containing the abrasive is supplied from the slurry supply system 116 to the polishing pad 104 through the slurry supply port 118.

【0015】ポリッシュ法はこのような研磨装置100
を用いる。そして、研磨剤を含んだスラリー120を研
磨パッド104に供給しながら、研磨プレート102を
回転させる。同時に基板支持台110に載置された基板
108を回転させながら、研磨圧力調整機構114によ
って、研磨パッド104に対する基板108の研磨圧力
を調整する。こうして、基板108の表面を研磨するこ
とができる。
The polishing method uses such a polishing apparatus 100.
Is used. Then, the polishing plate 102 is rotated while the slurry 120 containing the abrasive is supplied to the polishing pad 104. At the same time, the polishing pressure of the substrate 108 with respect to the polishing pad 104 is adjusted by the polishing pressure adjusting mechanism 114 while rotating the substrate 108 placed on the substrate support 110. Thus, the surface of the substrate 108 can be polished.

【0016】あるいは又、実開昭63−754号公報に
記載されたように、スラリーを、研磨プレート回転軸1
06及び研磨プレート102の内部を経由して、研磨パ
ッド104に設けられたスラリー供給口118から供給
することもできる(図5参照)。
Alternatively, as described in Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-754, slurry is applied to a polishing plate rotating shaft 1.
06 and the inside of the polishing plate 102, the slurry can be supplied from a slurry supply port 118 provided in the polishing pad 104 (see FIG. 5).

【0017】本発明の方法の好ましい一実施態様におい
ては、前記成長核は、金属あるいは金属シリサイドから
成り、バリアメタル層及び成長核は、電子サイクロトロ
ン共鳴CVD法(以下、ECR CVD法ともいう)で
形成される。
In a preferred embodiment of the method of the present invention, the growth nucleus is made of a metal or a metal silicide, and the barrier metal layer and the growth nucleus are formed by an electron cyclotron resonance CVD method (hereinafter, also referred to as an ECR CVD method). It is formed.

【0018】更に、本発明の方法の更に好ましい実施態
様においては、前記工程(ロ)と工程(ハ)の間におい
て、開口部の側壁に形成された成長核をプラズマエッチ
ングによって除去する。
Further, in a further preferred embodiment of the method of the present invention, between the steps (b) and (c), the growth nuclei formed on the side walls of the opening are removed by plasma etching.

【0019】[0019]

【作用】本発明のメタルプラグ形成方法においては、バ
リアメタル層及び成長核を形成後、層間絶縁層の上表面
に形成された成長核及びバリアメタル層はポリッシュ法
によって除去されるが、開口部内にはバリアメタル層及
び成長核が残される。従って、選択CVD法によって開
口部内に確実にメタルプラグを形成することができる。
According to the metal plug forming method of the present invention, after forming the barrier metal layer and the growth nucleus, the growth nucleus and the barrier metal layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer are removed by the polishing method. , A barrier metal layer and a growth nucleus are left. Therefore, the metal plug can be reliably formed in the opening by the selective CVD method.

【0020】本発明の好ましい実施態様においては、バ
リアメタル層及び成長核はECRCVD法で形成され
る。ECR CVD法で形成される薄膜は異方性堆積形
状を有する。即ち、バリアメタル層及び成長核は、層間
絶縁層上及び開口部底部よりも開口部側壁に薄く形成さ
れる。これは、電子サイクロトロン共鳴によって活性化
された反応ガスが方向性を有していることに由来する。
異方性堆積は、圧力が低いほど、反応ガスの平均自由工
程が長くなり、より顕著に現れる。
In a preferred embodiment of the present invention, the barrier metal layer and the growth nucleus are formed by ECRCVD. A thin film formed by ECR CVD has an anisotropic deposition shape. That is, the barrier metal layer and the growth nucleus are formed thinner on the interlayer insulating layer and on the side wall of the opening than at the bottom of the opening. This is because the reaction gas activated by electron cyclotron resonance has directionality.
Anisotropic deposition is more pronounced at lower pressures, as the mean free path of the reactant gas increases.

【0021】本発明の更に好ましい実施態様において
は、開口部の側壁に形成された成長核はプラズマエッチ
ングによって除去される。プラズマエッチングは等方的
に成長核をエッチングするため、側壁に形成された成長
核は開口部底部に形成された成長核よりも早くエッチン
グされる。その結果、次の工程で選択CVD法によって
メタルプラグを形成するとき、開口部の側壁から配線材
料が結晶成長することを防ぐことができ、より微細な接
続孔を形成することができる。
In a further preferred embodiment of the present invention, the growth nuclei formed on the side walls of the opening are removed by plasma etching. Since the plasma etching isotropically etches the growth nuclei, the growth nuclei formed on the side walls are etched earlier than the growth nuclei formed on the bottom of the opening. As a result, when the metal plug is formed by the selective CVD method in the next step, it is possible to prevent the wiring material from growing from the side wall of the opening and to form a finer connection hole.

【0022】[0022]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明を実施例に基
づき説明する。尚、バリアメタル層はTi/TiNから
成り、成長核はTiから成り、メタルプラグを形成すべ
き配線材料及びメタルプラグはタングステンから成る実
施例で、本発明の方法を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. The method of the present invention will be described by way of an embodiment in which the barrier metal layer is made of Ti / TiN, the growth nucleus is made of Ti, and the wiring material for forming the metal plug and the metal plug are made of tungsten.

【0023】(実施例1) [工程−100]シリコン基板10の上に、SiO2
ら成り厚さ800nmの層間絶縁層14をCVD法で形
成した後、従来の方法、例えばフォトリソグラフィ法及
びリアクティブ・イオン・エッチング法によって、層間
絶縁層14に開口部16を形成する(図1の(A)参
照)。尚、シリコン基板10には不純物拡散領域12が
形成されている。
(Example 1) [Step-100] After an interlayer insulating layer 14 made of SiO 2 and having a thickness of 800 nm is formed on a silicon substrate 10 by a CVD method, a conventional method such as a photolithography method and a relithography method is used. An opening 16 is formed in the interlayer insulating layer 14 by an active ion etching method (see FIG. 1A). Note that an impurity diffusion region 12 is formed in the silicon substrate 10.

【0024】[工程−110]Ti/TiNから成るバ
リアメタル層22をそれぞれ20/100nm、層間絶
縁層14の上及び開口部16内にECR CVD法にて
形成する。尚、図1の(B)中、18はTi層、20は
TiN層である。また、厚さは層間絶縁層の上の膜厚で
あり、以下の膜厚の記載においても同様である。尚、開
口部底部における膜厚は、ECR CVD法の条件、開
口部の構造(深さ、径など)によって異なるが、一般
に、層間絶縁層上の膜厚の約50%程度である。
[Step-110] A barrier metal layer 22 of Ti / TiN is formed on the interlayer insulating layer 14 and in the opening 16 by ECR CVD at 20/100 nm each. In FIG. 1B, reference numeral 18 denotes a Ti layer, and reference numeral 20 denotes a TiN layer. The thickness is a thickness on the interlayer insulating layer, and the same applies to the following description of the thickness. The thickness at the bottom of the opening varies depending on the conditions of the ECR CVD method and the structure (depth, diameter, etc.) of the opening, but is generally about 50% of the thickness on the interlayer insulating layer.

【0025】Ti層18の形成条件は以下のとおりであ
る。 TiCl4/H2/Ar=10/30/5sccm マイクロ波パワー 3kW 温度 600°C 圧力 0.1Pa 尚、H2及びArは電子サイクロトロン共鳴によりプラ
ズマ化される。また、TiN層20の形成条件は以下の
とおりである。 TiCl4/N2/H2/Ar=10/15/50/5scc
m マイクロ波パワー 3kW 温度 600°C 圧力 0.1Pa 尚、N2、H2及びArは電子サイクロトロン共鳴により
プラズマ化される。
The conditions for forming the Ti layer 18 are as follows. TiCl 4 / H 2 / Ar = 10/30/5 sccm Microwave power 3 kW Temperature 600 ° C. Pressure 0.1 Pa Note that H 2 and Ar are turned into plasma by electron cyclotron resonance. The conditions for forming the TiN layer 20 are as follows. TiCl 4 / N 2 / H 2 / Ar = 10/15/50 / 5scc
m Microwave power 3 kW Temperature 600 ° C. Pressure 0.1 Pa Note that N 2 , H 2 and Ar are turned into plasma by electron cyclotron resonance.

【0026】[工程−120] 次に、バリアメタル層22の上にECR CVD法で成
核24を厚さ50nm形成する(図1の(B)参
照)。成長核24の形成条件は以下のとおりである。 TiCl4/H2/Ar=10/30/5sccm マイクロ波パワー 3kW 温度 600°C 圧力 0.1Pa 尚、H2及びArは電子サイクロトロン共鳴によりプラ
ズマ化される。
[Step-120] Next, a growth nucleus 24 is formed to a thickness of 50 nm on the barrier metal layer 22 by ECR CVD (see FIG. 1B). The conditions for forming the growth nuclei 24 are as follows. TiCl 4 / H 2 / Ar = 10/30/5 sccm Microwave power 3 kW Temperature 600 ° C. Pressure 0.1 Pa Note that H 2 and Ar are turned into plasma by electron cyclotron resonance.

【0027】[工程−130] 次に、層間絶縁層14の上に形成されたバリアメタル層
22及び成長核24をポリッシュ法(化学的機械的研磨
法)によって除去する(図1の(C)参照)。除去の条
件は以下のとおりである。研磨装置としては、図4に示
した研磨装置を使用した。 研磨圧力=5.0 PSI 研磨プレート/基板支持台回転数=12/26 RPM
[Step-130] Next, the barrier metal layer 22 and the growth nuclei 24 formed on the interlayer insulating layer 14 are polished (chemical mechanical polishing).
Method) (see FIG. 1C). The conditions for removal are as follows. As the polishing apparatus, the polishing apparatus shown in FIG. 4 was used. Polishing pressure = 5.0 PSI Polishing plate / substrate support base rotation speed = 12/26 RPM

【0028】[工程−140] この後、選択タングステンCVD法により耐熱性のある
タングステンから成るメタルプラグ26を形成する(図
2参照)。選択タングステンCVD法の条件を以下のと
おりとした。 WF6/SiH4/H2=10/7/1000sccm 温度 260゜C 圧力 27Pa Tiから成る成長核24から、配線材料であるタングス
テンが結晶成長し、開口部16の内部にメタルプラグ2
6が形成される。
[Step-140] Thereafter, a metal plug 26 made of heat-resistant tungsten is formed by a selective tungsten CVD method (see FIG. 2). The conditions of the selective tungsten CVD method were as follows. WF 6 / SiH 4 / H 2 = 10/7/1000 sccm Temperature 260 ° C. Pressure 27 Pa Tungsten as a wiring material is crystal-grown from a growth nucleus 24 made of Ti, and a metal plug 2 is formed inside the opening 16.
6 are formed.

【0029】本実施例においては、バリアメタル層22
及び成長核24を、開口部16の内部にのみ容易に形成
することができる。層間絶縁層の上表面は何ら被覆され
ておらず、配線材料が層間絶縁層の上表面から結晶成長
することがない。
In this embodiment, the barrier metal layer 22
In addition, the growth nuclei 24 can be easily formed only inside the openings 16. The upper surface of the interlayer insulating layer is not covered at all, and the wiring material does not grow from the upper surface of the interlayer insulating layer.

【0030】(実施例2)以下に説明する実施例2にお
いては、実施例1の[工程−130]と[工程−14
0]の間に、開口部の側壁に形成された成長核をプラズ
マエッチングによって除去する工程を取り入れている。
Example 2 In Example 2 described below, [Step-130] and [Step-14] of Example 1 were used.
0], a step of removing the growth nuclei formed on the side walls of the opening by plasma etching is adopted.

【0031】[工程−200]この工程は、実施例1の
[工程−100]〜[工程−130]までと同一であ
り、その説明は省略する。
[Step-200] This step is the same as [Step-100] to [Step-130] in Example 1, and the description thereof is omitted.

【0032】[工程−210] 次に、以下の条件でプラズマエッチングを行う。プラズ
マエッチング装置は、有磁場マイクロ波エッチング装置
を用いたが、プラズマエッチングが行えるものであれば
何でもよい。 BCl3/Cl2=30/20sccm RF波パワー 15W マイクロ波パワー 100 圧力 100Pa プラズマエッチングによって、図3に示すように、開口
部16の側壁16Aに形成されたTiから成る成長核2
4だけを除去すればよい。これは、プラズマエッチング
の時間制御で容易に行うことができる。尚、成長核2
だけでなく、バリアメタル層22の一部分を除去しても
よい。これによって、次の選択CVD工程において、メ
タルプラグを構成する配線材料は開口部16の底部から
結晶成長することが可能になる。
[Step-210] Next, plasma etching is performed under the following conditions. As the plasma etching apparatus, a magnetic field microwave etching apparatus was used, but any apparatus that can perform plasma etching may be used. BCl 3 / Cl 2 = 30/20 sccm RF wave power 15 W Microwave power 100 W Pressure 100 Pa As shown in FIG. 3, the growth nucleus 2 made of Ti formed on the side wall 16 A of the opening 16 by plasma etching.
Only four need be removed. This can be easily performed by controlling the time of plasma etching. The growth nucleus 24
In addition, a part of the barrier metal layer 22 may be removed. Thus, in the next selective CVD step, the wiring material forming the metal plug can be crystal-grown from the bottom of the opening 16.

【0033】[工程−220]その後、実施例1の[工
程−140]と同様の方法で、選択タングステンCVD
法にて耐熱性のあるメタルプラグを開口部内に形成す
る。
[Step-220] Then, selective tungsten CVD is performed in the same manner as in [Step-140] of the first embodiment.
A heat-resistant metal plug is formed in the opening by a method.

【0034】本実施例においては、バリアメタル層22
を開口部16の内部にのみ、そして成長核24を開口部
16の底部に容易に形成することができる。配線材料
は、開口部の底部から結晶成長し、開口部の側壁から結
晶成長することを防ぐことができるので、実施例1より
も微細な接続孔を形成することができる。
In this embodiment, the barrier metal layer 22
Can be easily formed only inside the opening 16, and the growth nucleus 24 can be easily formed at the bottom of the opening 16. Since the wiring material can be grown from the bottom of the opening and prevented from growing from the side wall of the opening, a finer connection hole can be formed than in the first embodiment.

【0035】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。層間絶縁層は、SiO2の代わりに、PSG、
BSG、BPSG、AsSG、PbSG、SbSG、シ
リコン窒化膜、SOG、SiON等を使用することがで
きる。
Although the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. The interlayer insulating layer is made of PSG instead of SiO 2 .
BSG, BPSG, AsSG, PbSG, SbSG, a silicon nitride film, SOG, SiON, or the like can be used.

【0036】実施例においては、不純物拡散領域が形成
された半導体基板上に層間絶縁層を形成したが、下層配
線層が形成された半導体基板上に層間絶縁層を形成する
ことも、本発明のメタルプラグの形成方法に包含され
る。
In the embodiment, the interlayer insulating layer is formed on the semiconductor substrate on which the impurity diffusion region is formed. However, it is also possible to form the interlayer insulating layer on the semiconductor substrate on which the lower wiring layer is formed. It is included in the method of forming a metal plug.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明のメタルプラグ形成方法において
は、バリアメタル層、及び金属あるいは金属シリサイド
から成り選択成長の種となる成長核を開口部内にのみ簡
単に形成することができるので、選択CVD法によって
開口部内にのみ確実にメタルプラグを形成することがで
きる。そして、600°C以上の熱処理においてもシリ
コン基板に形成された接合を破壊することのないメタル
プラグを形成することができる。
According to the metal plug forming method of the present invention, a growth nucleus consisting of a barrier metal layer and a metal or a metal silicide and serving as a seed for selective growth can be easily formed only in an opening. The metal plug can be reliably formed only in the opening by the method. Then, even in the heat treatment at 600 ° C. or more, a metal plug that does not break the junction formed on the silicon substrate can be formed.

【0038】また、所謂ブランケットタングステンCV
D法よりも、微細な接続孔を形成することができる。
Also, a so-called blanket tungsten CV
A finer connection hole can be formed than the method D.

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

【図1】本発明のメタルプラグ形成方法の一実施態様各
工程を説明するための、半導体素子の模式的な一部断面
図である。
FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device for explaining each step of an embodiment of a metal plug forming method of the present invention.

【図2】図1に引き続く工程を説明するための、半導体
素子の模式的な一部断面図である。
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor device for illustrating a step following FIG. 1;

【図3】本発明のメタルプラグ形成方法のより好ましい
実施態様各工程を説明するための、半導体素子の模式的
な一部断面図である。
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device for explaining each step of a more preferable embodiment of the metal plug forming method of the present invention.

【図4】ポリッシュ法(化学的機械的研磨法)に適した
研磨装置の概要を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a polishing apparatus suitable for a polishing method (chemical mechanical polishing method) .

【図5】ポリッシュ法(化学的機械的研磨法)に適した
別の研磨装置の一部分を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a part of another polishing apparatus suitable for a polishing method (chemical mechanical polishing method) .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 12 不純物拡散領域 14 層間絶縁層 16 開口部 18 Ti層 20 TiN層 22 バリアメタル層 24 成長 26 メタルプラグ 100 研磨装置 102 研磨プレート 104 研磨パッド 106 研磨プレート回転軸 108 基板 110 基板支持台 112 基板支持台回転軸 114 研磨圧力調整機構 116 スラリー供給系 118 スラリー供給口 120 スラリーDESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate 12 Impurity diffusion region 14 Interlayer insulating layer 16 Opening 18 Ti layer 20 TiN layer 22 Barrier metal layer 24 Growth nucleus 26 Metal plug 100 Polishing device 102 Polishing plate 104 Polishing pad 106 Polishing plate rotation axis 108 Substrate 110 Substrate support 112 Substrate support rotating shaft 114 Polishing pressure adjusting mechanism 116 Slurry supply system 118 Slurry supply port 120 Slurry

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/768 H01L 21/88 B (56)参考文献 特開 平2−185025(JP,A) 特開 平3−233931(JP,A) 特開 平4−30421(JP,A) 特開 昭62−102544(JP,A) 特開 昭62−102543(JP,A) 特開 平2−268425(JP,A) 特開 平4−3965(JP,A) 特開 平5−259109(JP,A) 特開 平5−243179(JP,A) 特開 平5−152250(JP,A) 特開 平5−90204(JP,A) 特開 平4−336422(JP,A) 特開 平4−320330(JP,A) 特開 平4−29327(JP,A) 特開 平4−25159(JP,A) 特開 平4−3934(JP,A) 特開 平3−239365(JP,A) 特開 平2−90519(JP,A) 特開 平2−58217(JP,A) 特開 平2−3227(JP,A) 特開 平2−314(JP,A) 特開 平1−307220(JP,A) 特開 昭64−55861(JP,A) 特開 平3−255624(JP,A) 特開 平2−241032(JP,A) 特開 昭63−291437(JP,A) 特開 昭62−291917(JP,A) 特開 昭61−248442(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 301 H01L 21/28 H01L 21/205 H01L 21/3205 H01L 21/768 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification symbol FI H01L 21/768 H01L 21/88 B (56) References JP-A-2-185025 (JP, A) JP-A-3-233931 (JP, A JP-A-4-30421 (JP, A) JP-A-62-102544 (JP, A) JP-A-62-102543 (JP, A) JP-A-2-268425 (JP, A) 3965 (JP, A) JP 5-259109 (JP, A) JP 5-243179 (JP, A) JP 5-152250 (JP, A) JP 5-90204 (JP, A) JP-A-4-336422 (JP, A) JP-A-4-320330 (JP, A) JP-A-4-29327 (JP, A) JP-A-4-25159 (JP, A) JP-A-4-3934 (JP, A) JP-A-3-239365 (JP, A) JP-A-2-90519 (JP, A) JP-A-2-58217 (JP, A) JP-A-2-3227 (JP, A) JP-A-2-314 (JP, A) JP-A-1-307220 (JP, A) JP-A-64-55861 (JP, A) JP-A-3-255624 (JP, A) JP-A-2-241032 (JP, A) JP-A-63-291437 (JP, A) JP-A-62-291917 (JP, A) JP-A-61-291 248442 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/28 301 H01L 21/28 H01L 21/205 H01L 21/3205 H01L 21/768

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成された層間絶縁層に開
口部を設けた後、バリアメタル層を形成し、次いで選択
CVD法で開口部内にメタルプラグを形成する方法であ
って、 (イ)層間絶縁層の上表面及び開口部内にバリアメタル
層を形成した後、メタルプラグを形成すべき配線材料を
結晶成長させるための成長核を該バリアメタル層上に形
成する工程と、 (ロ)層間絶縁層の上表面に形成された成長核及びバリ
アメタル層を化学的機械的研磨法によって除去する工程
と、(ハ)開口部の側壁に形成された成長核をプラズマエッ
チングによって除去する工程と、 (ニ) 前記成長核から、選択CVD法によって配線材料
を結晶成長させ、開口部内にメタルプラグを形成する工
程、 から成ることを特徴とする、半導体装置におけるメタル
プラグの形成方法。
1. A method of forming an opening in an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate, forming a barrier metal layer, and then forming a metal plug in the opening by a selective CVD method. (B) forming a barrier nucleus on the upper surface of the interlayer insulating layer and in the opening, and then forming a growth nucleus on the barrier metal layer for crystal growth of a wiring material for forming a metal plug; Removing the growth nuclei and the barrier metal layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer by chemical mechanical polishing ; and (c) removing the growth nuclei formed on the side walls of the opening by plasma etching.
Removing by quenching from (d) the growth nucleus causes crystal growth of the wiring material by selective CVD method, characterized in that it comprises the step, thereby forming a metal plug in the opening, the metal plug in the semiconductor device Forming method.
【請求項2】前記成長核は、金属あるいは金属シリサイ
ドから成り、バリアメタル層及び成長核は、電子サイク
ロトロン共鳴CVD法で形成されることを特徴とする請
求項1に記載の半導体装置におけるメタルプラグの形成
方法。
2. The metal plug according to claim 1, wherein said growth nucleus is made of metal or metal silicide, and said barrier metal layer and said growth nucleus are formed by electron cyclotron resonance CVD. Formation method.
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