JP3565316B2 - タングステンプラグの形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁層を介して下層配線および上層配線が形成される多層配線型の半導体装置の製造方法に係り、特に、下層配線と上層配線とを接続するビアホール内にタングステンプラグを形成する方法に関する。さらに詳しくは、ビアホール内に十分なタングステン膜を形成し、もって製品の信頼性を向上するのに好適なタングステンプラグの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁層を介して下層配線および上層配線が形成される多層配線型の半導体装置の製造においては、配線間に形成された絶縁層にビアホールを形成し、このビアホール内にタングステンプラグを形成することにより、下層配線と上層配線とを電気的に接続するという方法が採用されている。従来、ビアホール内にタングステンプラグを形成する方法としては、図２に示すようなものがあった。図２は、半導体装置の製造工程の一部分を示す断面図である。
【０００３】
まず、図２に示すように、アルミニウム等の金属材料からなる下層配線１０上に薄いチタンライド（ＴｉＮ）膜である反射防止膜１４を形成し、下層配線１０および反射防止膜１４を覆うようにして反射防止膜１４上に絶縁層２０を形成する。この絶縁層２０は、テトラ・エトキシ・シラン膜等の酸化膜２２と、酸化膜２２の上面を平坦化するためのＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）層２４と、テトラ・エトキシ・シラン膜等の酸化膜２６と、をその順で積層して形成する。
【０００４】
次いで、絶縁層２０上に下層配線１０に対応して窓が開いたレジストパターンを形成し、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等の異方性エッチングを行ってビアホール３０を形成する。ビアホール３０が形成されたら、ビアホール３０を含む絶縁層２０上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりタングステン膜４０を形成し、タングステン膜４０を絶縁層２０表面付近までエッチングして、その上にアルミニウム等の金属材料からなる上層配線を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のタングステンプラグの形成方法にあっては、ＣＶＤ法によりタングステン膜を形成する際に、半導体装置を４５０［℃］もの高温状態にさらすため、ＳＯＧ膜２４から水蒸気ガスが発生し、これにより、図２に示すように、ビアホール３０内にタングステン膜４０が十分に形成されない場合があった。このため、下層配線１０と上層配線との電気的接続が不良となるばかりか、最悪の場合は断線状態となることもあり、製品の信頼性を著しく低下させる原因になっていた。
【０００６】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、ビアホール内に十分なタングステン膜を形成し、もって製品の信頼性を向上するのに好適なタングステンプラグの形成方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載のタングステンプラグの形成方法は、絶縁層を介して下層配線および上層配線が形成される多層配線型の半導体装置の製造工程において、下層配線上にＳＯＧ層を有する絶縁層を形成し、前記絶縁層上に形成される予定の上層配線と前記下層配線とを接続するビアホールを前記絶縁層に形成し、前記ビアホール内にタングステンプラグを形成する方法であって、前記ビアホールを含む前記絶縁層上にＣＶＤ法によりタングステン膜を形成する成膜ステップと、前記タングステン膜を、前記ビアホール内に生じた空洞が前記タングステン膜表面に現れるまでエッチングするエッチングステップと、を含み、前記成膜ステップおよび前記エッチングステップを繰り返し行う。
【００１０】
ここで、ビアホールとは、下層配線と上層配線とを電気的に接続するために形成される穴をいい、これには、コンタクトホールやスルーホール等も含まれる。
【００１１】
また、エッチングステップは、ビアホール内に生じた空洞がタングステン膜上に現れるまでエッチングを行うが、このようにエッチングしたのちにＣＶＤ法により再び成膜を行うと、１回目の成膜で空洞化したビアホールにおいて、ビアホール内にある多少のタングステン膜が核となって成膜が促進するため、ビアホール内にタングステン膜が形成されやすくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態を示す図であって、半導体装置の製造工程の一部分を示す断面図である。
本発明に係るタングステンプラグの形成方法は、絶縁層を介して下層配線および上層配線が形成される多層配線型の半導体装置を製造する一工程であって、まず、図１（ａ）に示すように、薄い（例えば、１０００［Å］）チタンライド膜である反射防止膜１２上にアルミニウム等の金属材料からなる下層配線１０を形成し、さらにこの下層配線１０上に薄いチタンライド膜である反射防止膜１４を形成し、下層配線１０および反射防止膜１２，１４を覆うようにして反射防止膜１４上に絶縁層２０を形成する。この絶縁層２０は、テトラ・エトキシ・シラン膜等の酸化膜２２と、下層配線１０により盛り上がった酸化膜２２の上面を平坦化するためのＳＯＧ層２４と、テトラ・エトキシ・シラン膜等の酸化膜２６と、をその順で積層して形成する。なお、ＳＯＧ層２４は、有機溶剤に溶けたガラス溶液を酸化膜２２上に回転塗布（スピンコート）し、加熱処理して形成される。
【００１４】
次いで、図示しないが、絶縁層２０上に下層配線１０に対応して窓が開いたレジストパターンを形成し、ＲＩＥ等の異方性エッチングを行ってビアホール３０を形成する。ただし、このエッチングの際には、下層配線１０上の反射防止膜１４は除去せずに残存させる。これを満足するエッチングの条件としては、例えば、圧力０．８［Ｔｏｒｒ］、電力７００［Ｗ］で、エッチングガス（ＣＦ_４＋ＣＨＦ_３＋Ａｒ＋Ｈｅ）を４０：２０：８００：２０の割合で用いることが挙げられる。
【００１５】
こうしてビアホール３０が形成されたら、ビアホール３０を含む絶縁層２０上にＣＶＤ法によりタングステン膜４０を形成する。このＣＶＤの条件としては、例えば、圧力９０［Ｔｏｒｒ］、温度４５０［℃］で、ＣＶＤガス（ＷＦ_６＋Ｈ_３）を１：１０の割合で用いることが挙げられる。こうした条件下でＣＶＤを行うと、絶縁層２０に形成されたいくつかのビアホール３０内には、ＳＯＧ層２４からの水蒸気ガスにより空洞が生じる。
【００１６】
次いで、図１（ｂ）に示すように、ＲＩＥ等の異方性エッチングを行ってタングステン膜４０を絶縁層２０表面付近までエッチングする。具体的には、ビアホール３０内に生じた空洞が絶縁層２０表面に現れるまでエッチングを行う。このエッチングの条件としては、例えば、圧力２００［ｍＴｏｒｒ］、電力３００［Ｗ］で、エッチングガス（ＳＦ_６＋Ａｒ）を２：１の割合で用いることが挙げられる。
【００１７】
次いで、図１（ｃ）に示すように、上記同様の条件下で、ビアホール３０を含む絶縁層２０上にＣＶＤ法により再びタングステン膜４０を形成する。すると、１回目の成膜で空洞化したビアホール３０において、ビアホール３０内にある多少のタングステン膜が核となって成膜が促進し、ビアホール３０内に十分なタングステン膜４０が形成される。
【００１８】
そして、図１（ｄ）に示すように、絶縁層２０上全体にアルミニウム等の配線材料を塗布し、これを公知のフォト・リソ工程により適宜パターンニングして、上層配線５０を形成するとともに、下層配線１０と上層配線５０とを、ビアホール３０内に形成されたタングステン膜４０により接続する。
このようにして、本実施の形態では、下層配線１０上に絶縁層２０を形成し、絶縁層２０上に形成される予定の上層配線５０と下層配線１０とを接続するビアホール３０を絶縁層２０に形成した状態において、ビアホール３０を含む絶縁層２０上にＣＶＤ法によりタングステン膜４０を形成し、タングステン膜４０を絶縁層２０表面付近までエッチングする一連の処理を２回行った。
【００１９】
このため、１回目の成膜でＳＯＧ層２４からの水蒸気ガスによりビアホール３０内が空洞化しても、２回目の成膜により、ビアホール３０内にある多少のタングステン膜４０が核となって成膜が促進し、ビアホール３０内に十分なタングステン膜４０が形成される。したがって、従来に比して、下層配線１０と上層配線５０との電気的接続が不良となる可能性が低減し、もって製品の信頼性を向上することができる。
【００２０】
なお、上記実施の形態においては、ビアホール３０を含む絶縁層２０上にＣＶＤ法によりタングステン膜４０を形成し、タングステン膜４０を絶縁層２０表面付近までエッチングする一連の処理を２回行ったが、これに限らず、さらに複数回行ってもよい。このように多数回にわたって処理を行うと、ビアホール３０内にタングステン膜４０をより確実に形成することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項１記載のタングステンプラグの形成方法によれば、１回目の成膜でビアホール内が空洞化しても、２回目以降の成膜により、ビアホール内にある多少のタングステン膜が核となって成膜が促進し、ビアホール内に十分なタングステン膜が形成されるので、従来に比して、下層配線と上層配線との電気的接続が不良となる可能性が低減し、もって製品の信頼性を向上することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】従来のタングステンプラグの形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 下層配線
１２，１４ 反射防止膜
２０ 絶縁層
２２，２６ 酸化膜
２４ ＳＯＧ層
３０ ビアホール
４０ タングステン膜
５０ 上層配線

Claims (1)

1. 絶縁層を介して下層配線及び上層配線が形成される多層配線型の半導体装置の製造工程において、下層配線上にＳＯＧ層を有する絶縁層を形成し、前記絶縁層上に形成される予定の上層配線と前記下層配線とを接続するビアホールを前記絶縁層に形成し、前記ビアホール内にタングステンプラグを形成する方法であって、
   前記ビアホールを含む前記絶縁層上にＣＶＤ法によりタングステン膜を形成する成膜ステップと、前記タングステン膜を、前記ビアホール内に生じた空洞が前記タングステン膜表面に現れるまでエッチングするエッチングステップと、を含み、前記成膜ステップ及び前記エッチングステップを繰り返し行うことを特徴とするタングステンプラグの形成方法。

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