JP3216104B2 - メタルプラグ形成方法及び配線形成方法 - Google Patents
メタルプラグ形成方法及び配線形成方法Info
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- forming
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- Y10S148/00—Metal treatment
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体等の基板上に
形成されたコンタクトホール内にメタルを埋め込んだメ
タルプラグを形成する方法に関する。また、この発明は
半導体等の基板上の絶縁膜に形成されたコンタクトホー
ル内にメタルを埋め込むと共に絶縁膜上にそのメタルで
配線を形成する方法にも関する。
形成されたコンタクトホール内にメタルを埋め込んだメ
タルプラグを形成する方法に関する。また、この発明は
半導体等の基板上の絶縁膜に形成されたコンタクトホー
ル内にメタルを埋め込むと共に絶縁膜上にそのメタルで
配線を形成する方法にも関する。
【0002】
【従来の技術】近年、超LSIの開発においては、高集
積化に伴い微細加工技術への要求はますます高いものと
なっている。例えば、半導体基板上の絶縁層に形成され
るコンタクトホールに関しても、それを微細化させ、高
アスペクト比のものとすることが求められている。
積化に伴い微細加工技術への要求はますます高いものと
なっている。例えば、半導体基板上の絶縁層に形成され
るコンタクトホールに関しても、それを微細化させ、高
アスペクト比のものとすることが求められている。
【0003】ところで、半導体の配線としては、従来、
アルミニウム又はアルミニウム合金が広く使用されてい
るが、このような微細で高アスペクト比のコンタクトホ
ールに対しては、アルミニウム等はカバレージが十分で
はない。従って、アルミニウム等を超LSIの配線材料
として従来と同じ様に使用することが困難となってい
る。
アルミニウム又はアルミニウム合金が広く使用されてい
るが、このような微細で高アスペクト比のコンタクトホ
ールに対しては、アルミニウム等はカバレージが十分で
はない。従って、アルミニウム等を超LSIの配線材料
として従来と同じ様に使用することが困難となってい
る。
【0004】このため、近年では、コンタクトホール
に、カバレージが良好で且つ配線の段差被覆性に優れた
タングステンをCVD法を用いて埋め込み、メタルプラ
グとして使用し、更にその上にアルミニウム配線層を形
成したり、また、タングステンそのものを配線材料とし
て使用することが行われている。
に、カバレージが良好で且つ配線の段差被覆性に優れた
タングステンをCVD法を用いて埋め込み、メタルプラ
グとして使用し、更にその上にアルミニウム配線層を形
成したり、また、タングステンそのものを配線材料とし
て使用することが行われている。
【0005】図4に、このようなタングステンを用い
て、基板上の絶縁層に形成されたコンタクトホールにタ
ングステンのメタルプラグを形成する従来の方法を示
す。同図において、まず、シリコーンウェハである基板
1上のSiO2からなる絶縁膜2にコンタクトホール3
を常法に従い設ける(図4の(A))。
て、基板上の絶縁層に形成されたコンタクトホールにタ
ングステンのメタルプラグを形成する従来の方法を示
す。同図において、まず、シリコーンウェハである基板
1上のSiO2からなる絶縁膜2にコンタクトホール3
を常法に従い設ける(図4の(A))。
【0006】次いで、基板1の絶縁層2側の全面に、メ
タルプラグと基板1との密着性の向上のために、TiN
層4をスパッタリング法により設ける(図4の
(B))。
タルプラグと基板1との密着性の向上のために、TiN
層4をスパッタリング法により設ける(図4の
(B))。
【0007】更に、図4の(C)に示すように、コンタ
クトホール3を埋め込むと共に更にTiN層4表面全体
を覆うようにタングステン層5(このようなタングステ
ン層を以下、Blk−W(ブランケットタングステン)
層と略する)を,一般的なCVD法により設ける。
クトホール3を埋め込むと共に更にTiN層4表面全体
を覆うようにタングステン層5(このようなタングステ
ン層を以下、Blk−W(ブランケットタングステン)
層と略する)を,一般的なCVD法により設ける。
【0008】この様にして設けられたBlk−W層5を
全面エッチバックすることによりタングステンのメタル
プラグ7を形成する(図4の(D))。
全面エッチバックすることによりタングステンのメタル
プラグ7を形成する(図4の(D))。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに一般的なCVD法で設けたBlk−Wは、従来のア
ルミニウム配線と異なり、タングステンの成長時に柱状
構造の多結晶状態で成長する。このため、結晶の配向性
が揃っていても、表面の凹凸が大きくなり(図4の
(C))、また、コンタクトホール中央部に亀裂である
シーム6が生じる。このシーム6は、場合よってはボイ
ドとなる。このようにBlk−Wの表面モホロジーは不
良なものとなる。このため、Blk−Wを全面エッチバ
ックしてメタルプラグを形成した後の表面形状も、図4
の(D)に示したように、Blk−Wの表面凹凸を反映
した凹凸の形状となり、特に、シーム6の部分は、他の
表面に比べエッチングされやすいために大きくV字状に
エッチングされてしまうという問題があった。このよう
な凹凸面にアルミニウム配線を形成すると、非常に断線
しやすいものとなり、配線の信頼性の低下が著しいもの
となっていた。
うに一般的なCVD法で設けたBlk−Wは、従来のア
ルミニウム配線と異なり、タングステンの成長時に柱状
構造の多結晶状態で成長する。このため、結晶の配向性
が揃っていても、表面の凹凸が大きくなり(図4の
(C))、また、コンタクトホール中央部に亀裂である
シーム6が生じる。このシーム6は、場合よってはボイ
ドとなる。このようにBlk−Wの表面モホロジーは不
良なものとなる。このため、Blk−Wを全面エッチバ
ックしてメタルプラグを形成した後の表面形状も、図4
の(D)に示したように、Blk−Wの表面凹凸を反映
した凹凸の形状となり、特に、シーム6の部分は、他の
表面に比べエッチングされやすいために大きくV字状に
エッチングされてしまうという問題があった。このよう
な凹凸面にアルミニウム配線を形成すると、非常に断線
しやすいものとなり、配線の信頼性の低下が著しいもの
となっていた。
【0010】また、Blk−Wを配線として使用するた
めにパターニングする場合にも、表面に凹凸が存在する
と、レジストの膜厚ムラが生じたり、露光光線が表面で
乱反射することによりパターニング精度が低下するた
め、リソグラフィ工程が非常に困難になるという問題が
あった。
めにパターニングする場合にも、表面に凹凸が存在する
と、レジストの膜厚ムラが生じたり、露光光線が表面で
乱反射することによりパターニング精度が低下するた
め、リソグラフィ工程が非常に困難になるという問題が
あった。
【0011】この発明は以上のような従来技術の課題を
解決しようとするものであり、基板上に設けられたメタ
ル層、例えばBlk−Wをエッチバックしてメタルプラ
グを形成した後の表面形状を平坦化できるメタルプラグ
形成方法を提供することを目的とする。
解決しようとするものであり、基板上に設けられたメタ
ル層、例えばBlk−Wをエッチバックしてメタルプラ
グを形成した後の表面形状を平坦化できるメタルプラグ
形成方法を提供することを目的とする。
【0012】また、この発明は、従来、リソグラフィが
困難とされていたBlk−Wを用いて、リソグラフィが
容易な配線形成方法を提供することも目的とする。
困難とされていたBlk−Wを用いて、リソグラフィが
容易な配線形成方法を提供することも目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、基板上の絶縁膜に形成されたコンタ
クトホール内に、ブランケット法により高融点金属のメ
タルプラグを形成する方法において、コンタクトホール
を埋め且つ絶縁膜を被覆するように高融点金属のメタル
層を設け、該メタル層上に塗布膜を形成した後に表面を
ポリッシュする工程を含むことを特徴とするメタルプラ
グ形成方法を提供する。
めに、この発明は、基板上の絶縁膜に形成されたコンタ
クトホール内に、ブランケット法により高融点金属のメ
タルプラグを形成する方法において、コンタクトホール
を埋め且つ絶縁膜を被覆するように高融点金属のメタル
層を設け、該メタル層上に塗布膜を形成した後に表面を
ポリッシュする工程を含むことを特徴とするメタルプラ
グ形成方法を提供する。
【0014】また、この発明は、基板上の絶縁膜に形成
されたコンタクトホール内に高融点金属のメタルプラグ
を形成すると共に該絶縁膜上に該高融点金属の配線を形
成する配線形成方法において、コンタクトホールを埋め
且つ絶縁膜を被覆するように該高融点金属のメタル層を
設け、該メタル層の表面をポリッシュして平坦化し、平
坦化されたメタル層をパターニングして配線を形成する
工程を含むことを特徴とする配線形成方法を提供する。
されたコンタクトホール内に高融点金属のメタルプラグ
を形成すると共に該絶縁膜上に該高融点金属の配線を形
成する配線形成方法において、コンタクトホールを埋め
且つ絶縁膜を被覆するように該高融点金属のメタル層を
設け、該メタル層の表面をポリッシュして平坦化し、平
坦化されたメタル層をパターニングして配線を形成する
工程を含むことを特徴とする配線形成方法を提供する。
【0015】この様に、この発明のメタルプラグ形成方
法並びに配線形成方法は、基板上の絶縁膜に形成したコ
ンタクトホールを埋め且つ絶縁膜を被覆するように設け
られたメタル層の表面をポリッシュすることにより平坦
化する工程を有することを特徴とするものである。従っ
て、基板上に絶縁膜を設けたり、それにコンタクトホー
ルを形成したり、更にメタル層を設けたり、或いはメタ
ル層をパターニングするといった他の工程は公知の方法
によって実施できる。
法並びに配線形成方法は、基板上の絶縁膜に形成したコ
ンタクトホールを埋め且つ絶縁膜を被覆するように設け
られたメタル層の表面をポリッシュすることにより平坦
化する工程を有することを特徴とするものである。従っ
て、基板上に絶縁膜を設けたり、それにコンタクトホー
ルを形成したり、更にメタル層を設けたり、或いはメタ
ル層をパターニングするといった他の工程は公知の方法
によって実施できる。
【0016】この発明において、使用する基板、絶縁膜
及びメタル等としては、超LSIの製造プロセスにおい
て利用できるものを適宜選択して使用できる。特にメタ
ルとして、高アスペクト比のコンタクトホールに対して
カバレージに優れ、且つ高融点で超LSI使用環境で安
定な金属、例えばタングステンを好ましく使用すること
ができる。
及びメタル等としては、超LSIの製造プロセスにおい
て利用できるものを適宜選択して使用できる。特にメタ
ルとして、高アスペクト比のコンタクトホールに対して
カバレージに優れ、且つ高融点で超LSI使用環境で安
定な金属、例えばタングステンを好ましく使用すること
ができる。
【0017】なお、この発明においては、メタル層上に
更にSOG等の塗布膜を形成して平坦化した後にポリッ
シュしてもよい。
更にSOG等の塗布膜を形成して平坦化した後にポリッ
シュしてもよい。
【0018】
【作用】この発明のメタルプラグ形成方法及び配線形成
方法は、基板上の絶縁膜に形成したコンタクトホールを
埋め且つ絶縁膜を被覆するように設けられたメタル層の
表面をポリッシュする工程を有するので、メタル層表面
を平坦化させることを可能とする。また、メタル層上に
更に塗布膜を形成した後に表面をポリッシュした場合に
は、メタル層表面をより平坦化させることを可能とす
る。
方法は、基板上の絶縁膜に形成したコンタクトホールを
埋め且つ絶縁膜を被覆するように設けられたメタル層の
表面をポリッシュする工程を有するので、メタル層表面
を平坦化させることを可能とする。また、メタル層上に
更に塗布膜を形成した後に表面をポリッシュした場合に
は、メタル層表面をより平坦化させることを可能とす
る。
【0019】
【実施例】以下、この発明を図面を参照しながら具体的
に説明する。ただし、この発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。なお、図中、同じ符号は同一又は
同等の構成要素を表わしている。
に説明する。ただし、この発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。なお、図中、同じ符号は同一又は
同等の構成要素を表わしている。
【0020】図1は、メタル層上に塗布膜を形成せずに
ポリッシュする場合のメタルプラグ形成方法の説明図で
ある。
ポリッシュする場合のメタルプラグ形成方法の説明図で
ある。
【0021】即ち、このメタルプラグ形成方法において
は、まず、シリコンウェハからなる基板1上に設けられ
たSiO2からなる層間絶縁膜2(膜厚800nm)
に、常法に従い0.4μm直径のコンタクトホール3を
開口する(図1の(A))。
は、まず、シリコンウェハからなる基板1上に設けられ
たSiO2からなる層間絶縁膜2(膜厚800nm)
に、常法に従い0.4μm直径のコンタクトホール3を
開口する(図1の(A))。
【0022】ついで、メタルプラグとなるメタルと基板
1とを密着させるためのTiN層4をスパッタリング法
により100nmの厚みで全面に堆積させる(図1の
(B))。
1とを密着させるためのTiN層4をスパッタリング法
により100nmの厚みで全面に堆積させる(図1の
(B))。
【0023】続いて、Blk−Wを一般的なCVD法に
より500nm堆積させる(図1の(C))。Blk−
Wのカバレージはコンタクトホール部でも90%以上あ
るので、0.4μm直径のコンタクトホールに対して2
00nm以上堆積させれば、コンタクトホールはタング
ステンで埋まることとなる。
より500nm堆積させる(図1の(C))。Blk−
Wのカバレージはコンタクトホール部でも90%以上あ
るので、0.4μm直径のコンタクトホールに対して2
00nm以上堆積させれば、コンタクトホールはタング
ステンで埋まることとなる。
【0024】なお、一般的なCVD法に代えて、シーム
6の発生を抑制すると共にBlk−W等のメタル層表面
のモホロジーをより改善できるバイアスECR−CVD
法でBlk−W等を堆積させることがより好ましい。こ
のようなバイアスECR−CVD法でBlk−Wを堆積
させる際には、特に限定されないが、例えばWF6/S
iH4/H2/Ar=20/30/100/50SCC
M、マイクロ波出力1KW,RF出力 500W、圧力
9.3×10 −2 Pa、磁束密度 875×10 −4
Tという条件で行うことができる。
6の発生を抑制すると共にBlk−W等のメタル層表面
のモホロジーをより改善できるバイアスECR−CVD
法でBlk−W等を堆積させることがより好ましい。こ
のようなバイアスECR−CVD法でBlk−Wを堆積
させる際には、特に限定されないが、例えばWF6/S
iH4/H2/Ar=20/30/100/50SCC
M、マイクロ波出力1KW,RF出力 500W、圧力
9.3×10 −2 Pa、磁束密度 875×10 −4
Tという条件で行うことができる。
【0025】続いて、ポリッシャーを用いてBlk−W
の表面をポリッシュする。この発明で使用するポリッシ
ャーとしては、シリコンウェハをポリッシュする際に使
用する一般的なポリッシャーを使用することができる。
このようなポリッシャーを図3に概略的に示す。図中、
ポリッシャーは、パッド35で被覆された研磨プレート
34とウェハ保持台37とを有し、それらは図中の矢印
の方向に互いにある回転数を持って回転できるように、
それぞれ研磨プレート回転軸36、ウェハ保持台回転軸
38とを有している。
の表面をポリッシュする。この発明で使用するポリッシ
ャーとしては、シリコンウェハをポリッシュする際に使
用する一般的なポリッシャーを使用することができる。
このようなポリッシャーを図3に概略的に示す。図中、
ポリッシャーは、パッド35で被覆された研磨プレート
34とウェハ保持台37とを有し、それらは図中の矢印
の方向に互いにある回転数を持って回転できるように、
それぞれ研磨プレート回転軸36、ウェハ保持台回転軸
38とを有している。
【0026】Blk−Wをポリッシュする場合には、B
lk−W面を研磨プレート34側に向け基板1をウェハ
保持台36にセットする。ついで、スラリー導入管32
から通常のシリカ系の研磨剤であるスラリー33を研磨
プレート34上に供給しつつ、基板1を研磨プレートに
押し付ける圧力を例えば3.5×10 4 Paにコントロ
ールし、そして研磨プレート34とウェハ保持台37と
を回転させる(例えば研磨プレート回転数 12rp
m,ウエハ保持台回転数 26rpmに設定する)。こ
うして、Blk−W表面を300nm分ポリッシングし
て、その表面を平坦化することができる(図1の
(D))。
lk−W面を研磨プレート34側に向け基板1をウェハ
保持台36にセットする。ついで、スラリー導入管32
から通常のシリカ系の研磨剤であるスラリー33を研磨
プレート34上に供給しつつ、基板1を研磨プレートに
押し付ける圧力を例えば3.5×10 4 Paにコントロ
ールし、そして研磨プレート34とウェハ保持台37と
を回転させる(例えば研磨プレート回転数 12rp
m,ウエハ保持台回転数 26rpmに設定する)。こ
うして、Blk−W表面を300nm分ポリッシングし
て、その表面を平坦化することができる(図1の
(D))。
【0027】更に、平坦化したBlk−Wの全面を常法
に従いエッチバックすることにより、ポリッシュ前のB
lk−Wの表面モホロジーの形状が転写されていない平
坦なメタルプラグ7並びに平坦な層間絶縁膜2を形成す
ることができる(図1の(E))。なお、エッチバック
をすることなく、約500nm分ポリッシュすることに
より、図1の(E)に示すようなメタルプラグを形成す
ることもできる。
に従いエッチバックすることにより、ポリッシュ前のB
lk−Wの表面モホロジーの形状が転写されていない平
坦なメタルプラグ7並びに平坦な層間絶縁膜2を形成す
ることができる(図1の(E))。なお、エッチバック
をすることなく、約500nm分ポリッシュすることに
より、図1の(E)に示すようなメタルプラグを形成す
ることもできる。
【0028】なお、このように平坦化したBlk−W
(図1の(D))に対しリソグラフィ工程を施すことに
より、タングステン配線を形成することができる。
(図1の(D))に対しリソグラフィ工程を施すことに
より、タングステン配線を形成することができる。
【0029】図2は、この発明のメタルプラグ形成方法
の一つの態様を説明する図である。この態様において
は、堆積したBlk−W上に、SOG等を300nmの
厚さに例えばスピンコーターで塗布して、図2の(D)
に示すように、塗布膜8を形成した後にポリッシュす
る。スピンコーター法で形成された塗布膜8の表面は非
常に平坦なものなので、塗布膜8と共にBlk−Wをポ
リッシュすることにより、Blk−Wをより平坦化する
ことができる。なお、図2の(A)、(B)、(C)、
(E)及び(F)については、それぞれ図1の(A)、
(B)、(C)、(D)及び(E)で説明したとおりで
ある。
の一つの態様を説明する図である。この態様において
は、堆積したBlk−W上に、SOG等を300nmの
厚さに例えばスピンコーターで塗布して、図2の(D)
に示すように、塗布膜8を形成した後にポリッシュす
る。スピンコーター法で形成された塗布膜8の表面は非
常に平坦なものなので、塗布膜8と共にBlk−Wをポ
リッシュすることにより、Blk−Wをより平坦化する
ことができる。なお、図2の(A)、(B)、(C)、
(E)及び(F)については、それぞれ図1の(A)、
(B)、(C)、(D)及び(E)で説明したとおりで
ある。
【0030】
【発明の効果】この発明のメタルプラグ形成方法におい
ては、基板上の絶縁膜に形成したコンタクトホールを埋
め且つ絶縁膜を被覆するように設けられたメタル層の表
面をポリッシュする工程を有するので、メタル層表面を
平坦化させることを可能とする。従って、このメタル層
をエッチバックした場合には、表面が平坦なメタルプラ
グと絶縁膜を形成することができ、これらに上に形成す
る配線の信頼性を向上させることが可能となる。
ては、基板上の絶縁膜に形成したコンタクトホールを埋
め且つ絶縁膜を被覆するように設けられたメタル層の表
面をポリッシュする工程を有するので、メタル層表面を
平坦化させることを可能とする。従って、このメタル層
をエッチバックした場合には、表面が平坦なメタルプラ
グと絶縁膜を形成することができ、これらに上に形成す
る配線の信頼性を向上させることが可能となる。
【0031】同様にこの発明の配線形成方法において
は、メタル層の表面が平坦化しているので、リソグラフ
ィも容易に施すことができ、精度よくパターニングがで
きる。
は、メタル層の表面が平坦化しているので、リソグラフ
ィも容易に施すことができ、精度よくパターニングがで
きる。
【図1】図1は、メタル層上に塗布膜を形成しない場合
のメタルプラグ形成方法を説明する図である。
のメタルプラグ形成方法を説明する図である。
【図2】図2は、この発明のメタルプラグ形成方法の一
つの態様を説明する図である。
つの態様を説明する図である。
【図3】図3は、この発明で使用するポリッシャーの概
略図である。
略図である。
【図4】図4は、従来のメタルプラグ形成方法を説明す
る図である。
る図である。
1 基板 2 絶縁膜 3 コンタクトホール 4 TiN層 5 Blk−W層 6 シーム 7 コンタクトプラグ 8 塗布膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−4972(JP,A) 特開 昭62−102543(JP,A) 特開 平2−98935(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 H01L 21/28 301 H01L 21/768
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上の絶縁膜に形成されたコンタクト
ホール内に、ブランケット法により高融点金属のメタル
プラグを形成する方法において、コンタクトホールを埋
め且つ絶縁膜を被覆するように高融点金属のメタル層を
設け、該メタル層上に塗布膜を形成した後に表面をポリ
ッシュする工程を含むことを特徴とするメタルプラグ形
成方法。 - 【請求項2】 基板上の絶縁膜に形成されたコンタクト
ホール内に高融点金属のメタルプラグを形成すると共に
該絶縁膜上に該高融点金属の配線を形成する配線形成方
法において、コンタクトホールを埋め且つ絶縁膜を被覆
するように該高融点金属のメタル層を設け、該メタル層
の表面をポリッシュして平坦化し、平坦化されたメタル
層をパターニングして配線を形成する工程を含むことを
特徴とする配線形成方法。 - 【請求項3】 該メタル層上に塗布膜を形成した後に、
ポリッシュを行う請求項2記載の配線形成方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15395891A JP3216104B2 (ja) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | メタルプラグ形成方法及び配線形成方法 |
KR1019920008486A KR100225555B1 (ko) | 1991-05-29 | 1992-05-20 | 메탈플러그형성방법 및 배선형성방법 |
US08/347,192 US5502008A (en) | 1991-05-29 | 1994-11-21 | Method for forming metal plug and/or wiring metal layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15395891A JP3216104B2 (ja) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | メタルプラグ形成方法及び配線形成方法 |
Publications (2)
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