JPH02164038A - Formation of flattened metal wiring - Google Patents
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Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は金属薄膜の形成方法に係り、特にLSIの配線
材料に好適な平坦化金属配線の形成方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for forming a metal thin film, and more particularly to a method for forming a flattened metal wiring suitable as an LSI wiring material.
L S I (Large 5ca1.e Integ
ration)表面の平坦化は、近年槽々その重要性が
高くなっている。L S I (Large 5ca1.e Integ
In recent years, surface planarization has become increasingly important.
多層配線では、主として配線パターン上に形成する1間
絶縁膜を平坦にすることで行われている。Multilayer wiring is mainly achieved by flattening an interlayer insulating film formed on a wiring pattern.
その代表的なものに、エッチバック法、ガラス塗布法、
バイアススパッタ法等がある。Typical examples include etchback method, glass coating method,
There are bias sputtering methods, etc.
エッチバック法は、次のように行なわれる。金属配線形
成後、まず配線間溝を完全に埋めるように絶縁膜を堆積
し、その上にフォトレジストのような平坦性犠牲膜を回
転塗布する。レジストは流動性があるため、その表面は
平坦となる。この平坦性犠牲膜と、絶縁膜を等しい速度
でエツチングすると、平坦な絶縁膜が金属配線上に残る
。The etch-back method is performed as follows. After metal wiring is formed, an insulating film is first deposited so as to completely fill the trenches between the wirings, and then a flattening sacrificial film such as photoresist is coated on top of the insulating film by spin coating. Since the resist is fluid, its surface is flat. When this sacrificial planarity film and the insulating film are etched at the same rate, a flat insulating film remains on the metal wiring.
ガラス塗布法は、有機シリコン化合物の溶液を回転塗布
した後、熱処理によりガラス化するものである。In the glass coating method, a solution of an organic silicon compound is spin-coated and then vitrified by heat treatment.
バイアス・スパッタ法は、スパッタによる絶縁膜の堆積
と、スパッタエツチングにおけるエツチング速度のイオ
ン入射角依存性を利用して絶縁膜の形成と平坦化を同時
に行なう手法である。The bias sputtering method is a method of depositing an insulating film by sputtering and simultaneously forming and planarizing the insulating film by utilizing the dependence of the etching rate on the ion incidence angle in sputter etching.
他に、有機樹脂塗布法や、ガラスフロー法などの眉間絶
縁膜平坦化法があり、先に述べたエッチパック法、ガラ
ス塗布法、バイアス・スパッタ法も含めて1月刊セミコ
ンダクターワールド(Semiconductor W
orld) 、 1987 、3 。In addition, there are organic resin coating methods, glass flow methods, and other glabella insulating film flattening methods.
orld), 1987, 3.
p、36r多層配線平坦化技術の最近の勤行」において
解説されている。"Recent progress in p, 36r multilayer wiring planarization technology".
上記目的は、イオン打込みで絶縁膜内に膜形成の初期段
階である核形成が優先的に生じるダメージやある種の不
純物原子の顕在する領域を形成した後、金属配線パター
ン状に絶縁膜を途中までエツチングして溝の底部に核形
成の優先的に生じる層を露出させ、CVD法等により溝
内部にのみ選択的に金属膜を形成することで、達成され
る。以下第1図を用いて詳細に説明する。The above purpose is to form areas where nucleation, which is the initial stage of film formation, is preferentially caused in the insulating film by ion implantation, or where some types of impurity atoms are evident. This is achieved by etching to expose the layer in which nucleation occurs preferentially at the bottom of the trench, and selectively forming a metal film only inside the trench by CVD or the like. This will be explained in detail below using FIG.
第1図(a)では、Si基板5上に540.膜4゜レジ
ストマスク2が既に形成されている。Si○2膜4は第
1パツシベーシヨン膜あるいは多層配線間の眉間絶縁膜
に対応する。また、レジストマスク2の開孔部分が配線
の形成されるパターンに対応する。この段階でイオン照
射を行い、レジストマスク2の開孔部分のSio、膜4
の内側、イオン打込みのエネルギーとイオン種によって
決まる深さのところにダメージ領域3を形成する。イオ
ン種としては例えば、SiやOlあるいは希ガスイオン
を用いる。次に、第1図(b)に示すように、ダメージ
領域3までS i O、JFJ 4をエツチングして、
溝の底部にダメージ領域3を露出させる。続いて、レジ
ストマスク2を除去した後、第1図(c)に示すように
、SiO2膜4の表面にできた溝内にのみ、減圧CVD
法により金属膜6を形成する。この結果、Sio、膜4
に対して平坦に金属膜6を形成することができる。この
上にさらにSiO□膜4′を形成して、同様の過程を繰
り返すことにより、多層配線を平坦に形成していくこと
が可能である。In FIG. 1(a), 540. A film 4° resist mask 2 has already been formed. The Si◯2 film 4 corresponds to a first passivation film or an insulating film between the eyebrows between multilayer interconnections. Further, the opening portion of the resist mask 2 corresponds to a pattern in which wiring is to be formed. At this stage, ion irradiation is performed to remove Sio from the openings of the resist mask 2 and the film 4.
A damaged region 3 is formed at a depth determined by the ion implantation energy and ion species. For example, Si, Ol, or rare gas ions are used as the ion species. Next, as shown in FIG. 1(b), S i O and JFJ 4 are etched up to the damaged area 3.
A damaged area 3 is exposed at the bottom of the groove. Subsequently, after removing the resist mask 2, as shown in FIG.
A metal film 6 is formed by a method. As a result, Sio, membrane 4
The metal film 6 can be formed flat against the surface. By further forming a SiO□ film 4' on top of this and repeating the same process, it is possible to form a flat multilayer wiring.
実際のプロセスでは、コンタクトホールやスルーホール
が絶縁膜に形成されていて、半導体、金属、あるいはそ
れらの化合物(例えばシリサイド)が露出していること
が多い。その様な場合、コンタクトホールやスルーホー
ルの埋め込みを同時に行う事も可能である。In actual processes, contact holes and through holes are formed in an insulating film, and semiconductors, metals, or compounds thereof (for example, silicide) are often exposed. In such a case, it is also possible to simultaneously fill contact holes and through holes.
尚1本説明ではイオン打込みでダメージ領域3を形成す
るとしたが、金属元素イオンを用い不純物領域を形成し
てもよい。In this description, it is assumed that the damaged region 3 is formed by ion implantation, but the impurity region may be formed using metal element ions.
また、金属膜6を形成する手段としてレーザ等の光源を
利用した光CVDを用いることができる。Further, as a means for forming the metal film 6, optical CVD using a light source such as a laser can be used.
光CVD法によれば、低温で高速の金属膜形成が可能で
あり、レジストマスク2が付いたままで金属膜6を形成
した後レジストマスク2を取り除けば不必要な場所への
金属膜の堆積を防止できる。According to the photo-CVD method, it is possible to form a metal film at high speed at low temperatures, and by removing the resist mask 2 after forming the metal film 6 with the resist mask 2 attached, the metal film can be deposited in unnecessary locations. It can be prevented.
上記従来技術の問題点を以下説明する。 Problems with the above conventional technology will be explained below.
エッチパック法では、配線間の溝を完全に絶縁膜で埋め
ることが肝要であるが、配線間隔とともに溝幅が狭くな
った場合、溝内に空洞が出来てしまうという問題が生じ
る。In the etch-pack method, it is important to completely fill the trenches between wires with an insulating film, but if the trench width becomes narrower as the wire spacing increases, a problem arises in that cavities are formed within the trenches.
ガラス塗布法では、配線のカドの段差部の傾斜が多少緩
和される程度で効果が小さく、さらにガラスの耐クラツ
ク性自体が低いという問題もある。The glass coating method has only a small effect in that the inclination of the stepped portions at the edges of the wiring is somewhat relaxed, and there is also the problem that the crack resistance of the glass itself is low.
バイアス・スパッタ法では、イオンllrmlや絶縁膜
のチャージアップによるデバイスの損傷、チャンバー内
壁からスパッターされて飛び出して来る重金属による汚
染といった間層点がある。In the bias sputtering method, there are interlayer points such as damage to the device due to ion llrml and charge-up of the insulating film, and contamination due to heavy metals sputtered from the inner wall of the chamber.
以上のように、金属配線を形成した後の、層間絶縁膜の
平坦化には各種方法があるが、解決すべき問題点は多々
ある。そこで、本発明の目的は、金属材料を下地の絶縁
膜表面に形成した溝内にのみ選択的に堆積させることに
より、表面の平坦化を行うことにある。As described above, there are various methods for planarizing an interlayer insulating film after metal wiring is formed, but there are many problems that need to be solved. Therefore, an object of the present invention is to planarize the surface by selectively depositing a metal material only in the grooves formed on the surface of the underlying insulating film.
本発明においては、イオン照射によって形成されるダメ
ージ領域、あるいは不純物領域で優先的に膜形成の初期
段階である核形成が生じることを利用している0例えば
、WF、をH2還元法で分解してW膜を形成する場合、
Si上でのみ膜形成が進行し、SiO□上には殆ど膜形
成が生じない条件が存在する。これは、膜形成の初期に
必要な核形成がSi上にのみ生じるからと考えられる。The present invention takes advantage of the fact that nucleation, which is the initial stage of film formation, occurs preferentially in damaged areas formed by ion irradiation or in impurity areas.For example, WF is decomposed by the H2 reduction method. When forming a W film using
There are conditions in which film formation progresses only on Si, and almost no film formation occurs on SiO□. This is thought to be because the nucleation necessary at the initial stage of film formation occurs only on Si.
従って、SiOヨ膜上にW膜をCVD法で形成するため
には、Sin、膜表面を核形成が生じやすいように改質
する必要がある0本発明では、イオン打込みにより、ダ
メージ領域あるいは不純物領域をSiO□膜内に形成し
た後エツチングして、核形成の生じやすい表面を作って
いる。Therefore, in order to form a W film on a SiO film by the CVD method, it is necessary to modify the Si film surface to facilitate nucleation. The regions are formed in the SiO□ film and then etched to create a surface that is susceptible to nucleation.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
[実施例1]
実施例1は、本発明の効果を最も単純に示すものである
。以下、第1図に従って説明する。[Example 1] Example 1 shows the effects of the present invention in the simplest manner. The explanation will be given below according to FIG.
第1図(a)において、Si基板5上に厚さ1.8μm
のSin、膜4が形成されている。レジストマスク2の
開孔部が金属配線パターンに対応している。ここで、S
i+イオンビーム1を用い、レンジRpがsio、膜4
の深さ0.8μm付近になる条件でイオン打込みを行な
い、0.8μmより少し浅い部分にダメージ領域3を形
成した。In FIG. 1(a), a film with a thickness of 1.8 μm is formed on the Si substrate 5.
A film 4 of Sin is formed. The openings in the resist mask 2 correspond to the metal wiring patterns. Here, S
Using i+ ion beam 1, range Rp is sio, membrane 4
Ion implantation was performed under conditions such that the depth was approximately 0.8 μm, and the damaged region 3 was formed at a portion slightly shallower than 0.8 μm.
次に、Sio、膜4をエツチングして、第111(b)
に示すように溝の底にダメージ領域3を露出させた。S
io、膜4のエツチングには異方性のドライエツチング
を用いた。Next, etching the Sio film 4 and forming the 111(b)
The damaged area 3 was exposed at the bottom of the groove as shown in FIG. S
io, anisotropic dry etching was used for etching the film 4.
続いて、レジストマスク2を取り除いた後、W膜6の選
択CVDを行ない、第1図(c)に示すように、溝内を
埋めた。本実施例では、原料ガスとしてWF、とH2を
用いて基板温度300℃で選択CVDを行ない、10分
間で溝を埋めることができた。また、溝以外のSiO□
膜4の表面でのWの核や膜の形成は全く認められなかっ
た。Subsequently, after removing the resist mask 2, selective CVD was performed on the W film 6 to fill the trench as shown in FIG. 1(c). In this example, selective CVD was performed at a substrate temperature of 300° C. using WF and H2 as source gases, and the trench could be filled in 10 minutes. In addition, SiO□ other than the groove
No W nuclei or film formation was observed on the surface of film 4.
以上のように、SiO□膜4に対して平坦に配線が形成
できたので、その上に第1図(d)に示すようにSiO
□膜4′を平坦に形成でき、多層配線を容易に実現でき
る。As described above, since the wiring was formed flat on the SiO□ film 4, a SiO
□The film 4' can be formed flat, and multilayer wiring can be easily realized.
[実施例2]
本実施例は、金属のCVDの選択性が低く、イオン打込
みで形成したダメージ領域(または、不純物領域)以外
にも核形成や膜形成が生じてしまう場合について1本発
明を適用したものである。[Example 2] This example describes a case in which the selectivity of metal CVD is low and nucleation and film formation occur in areas other than the damaged area (or impurity area) formed by ion implantation. It was applied.
例えば、レーザCVDを用いてW膜を形成すると、より
低温で高速の膜形成が可能だが、実施例1と同じ手順で
は1選択性が低下して第1図(c)で示すSin、膜4
の表面にも核形成や膜形成が生じてしまう。For example, if a W film is formed using laser CVD, it is possible to form the film at a lower temperature and at a higher speed. However, if the same procedure as in Example 1 is used, the 1 selectivity decreases and
Nucleation and film formation also occur on the surface of.
そこで、第2図(a)に示すように、レジストマスク2
を除去せずに、W膜のレーザCVDを行なった。その結
果、基板温度150℃の条件において、2分間で溝を埋
めることができた。そして。Therefore, as shown in FIG. 2(a), a resist mask 2
Laser CVD was performed on the W film without removing it. As a result, the grooves could be filled in 2 minutes under the condition that the substrate temperature was 150°C. and.
レジストマスク2上のW6’はレジストマスク2と同時
に除去でき、第2図(b)のように溝内にだけW膜6を
残すことができた。W6' on the resist mask 2 could be removed at the same time as the resist mask 2, leaving the W film 6 only in the grooves as shown in FIG. 2(b).
[実施例3]
本実施例は、イオン打込みを行った後レジストマスクを
形成して5in2膜をエツチングして溝を作るというも
のである。[Embodiment 3] In this embodiment, after performing ion implantation, a resist mask is formed and a 5in2 film is etched to form a groove.
第3図(、)に示すように、Si基板5上に形成された
S io2膜4の全面にイオン打込みを行い、ダメージ
領域3を形成した。次に、レジストマスク2を形成した
後S io2膜4をエツチングして、溝の底部にダメー
ジ領域3を露出させた。次に、レジストマスク2を除去
して、Wの選択CVDを行い第3図(Q)に示した構造
を得た。Wの選択CVDの条件は、実施例1と同様であ
る。As shown in FIG. 3(,), ions were implanted into the entire surface of the Sio2 film 4 formed on the Si substrate 5 to form a damaged region 3. Next, after forming a resist mask 2, the Sio2 film 4 was etched to expose the damaged region 3 at the bottom of the groove. Next, the resist mask 2 was removed and selective CVD of W was performed to obtain the structure shown in FIG. 3(Q). The conditions for selective CVD of W are the same as in Example 1.
[実施例4]
本実施例は、イオン打込みにFIBを用いたものである
。[Example 4] In this example, an FIB was used for ion implantation.
まず第4図(a)に示すように、Ti+のFIBを用い
てSio、膜4中にTi不純物領域8を形成した。続い
て第4図(b)に示すように、Si4のFIBを用いて
Ti不純物領域8上のSiO□膜4中にダメージ領域3
を形成した。次に、フッ酸系のウェットエツチングによ
り、第4図(c)に示すように、ダメージ領域3を選択
的にエツチングすることができ、Ti不純物領域8を溝
の底部に露出させることができた。この後、Wの選択C
VDを行い、溝内にのみW膜を形成した。First, as shown in FIG. 4(a), a Ti impurity region 8 was formed in the Sio film 4 using a Ti+ FIB. Next, as shown in FIG. 4(b), a damaged region 3 is formed in the SiO□ film 4 on the Ti impurity region 8 using a Si4 FIB.
was formed. Next, by wet etching using hydrofluoric acid, the damaged region 3 could be selectively etched as shown in FIG. 4(c), and the Ti impurity region 8 could be exposed at the bottom of the trench. . After this, W's selection C
VD was performed to form a W film only within the groove.
以上のように、本実施例では金属元素の不純物領域で優
先的に核形成が生じ金属膜が選択的に形成できることを
利用した。As described above, this example utilizes the fact that nucleation occurs preferentially in the impurity region of the metal element and a metal film can be selectively formed.
尚、打込み条件(加速電圧)によってレンジを自由に変
えられるので、Ti+のイオン打込みとSi4のイオン
打込みの順序を逆にして行ってもよい。Incidentally, since the range can be freely changed depending on the implantation conditions (acceleration voltage), the order of Ti+ ion implantation and Si4 ion implantation may be reversed.
このように、FIBを用いることでレジストマスクを用
いずに金属配線パターン状の溝を形成し、その溝内に選
択的に金属膜を形成できる。In this way, by using FIB, it is possible to form a groove in the shape of a metal wiring pattern without using a resist mask, and selectively form a metal film within the groove.
本発明によれば、LSIにおける第1パツシベーシヨン
膜や眉間絶縁膜に対して平坦に金属配線を形成できるの
で、(1)断線の生じやすい段差が少なくなる、(2)
フォトリソグラフィーのマスク合わせが容易になる、(
3)配線の多層化が容易にできる、といった効果がある
。According to the present invention, metal wiring can be formed flat on the first passivation film and glabellar insulating film in an LSI, so (1) steps that are likely to cause disconnection are reduced; (2)
Photolithography mask alignment becomes easier (
3) There is an effect that wiring can be easily multilayered.
第1図は、本発明における間層点を解決するための手段
および実施例1を説明するための図、第2図は実施例2
を説明するための図、第3図は実施例3を説明するため
の図、第4図は実施例4を説明するための図である。
1・・・Si+イオンビーム、2・・・レジストマスク
、3・・・ダメージ領域、4・・・Sin、膜、4′・
・・Sin。
膜、5・・・Si基板、6・・・W膜、6′・・・W、
7・・・Ti+のFIB、8・・・Ti不純物領域、9
・・・Si4のFIB。
第7目
3:ダメージ゛4j!A
t:w項
第、28
Z′
:W
第
ΣFIG. 1 is a diagram for explaining the means for solving interlayer points in the present invention and Example 1, and FIG. 2 is a diagram for explaining Example 2.
FIG. 3 is a diagram for explaining the third embodiment, and FIG. 4 is a diagram for explaining the fourth embodiment. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Si+ ion beam, 2...Resist mask, 3...Damage area, 4...Sin, film, 4'.
...Sin. Film, 5...Si substrate, 6...W film, 6'...W,
7...Ti+ FIB, 8...Ti impurity region, 9
...Si4 FIB. 7th eye 3: Damage゛4j! A t: w-th term, 28 Z': W-th Σ
Claims (1)
線パターン状に途中までエッチングし、該エッチング部
分の溝内部にのみ選択的に金属やシリサイド等の導体膜
を形成することを特徴とする平坦化金属配線の形成方法
。 2、該イオン打込みが、該絶縁膜を構成する元素を含ん
だイオンビームを用いて行われることを特徴とする請求
項1記載の平坦化金属配線の形成方法。 3、該イオン打込みが、金属元素を含んだイオンビーム
を用いて行なわれることを特徴とする請求項1記載の平
坦化金属配線の形成方法。 4、該イオン打込みがウェーハ全面に対して行われ、次
にレジストマスクを用いて該絶縁膜を配線パターン状に
途中までエッチングすることを特徴とする請求項1記載
の平坦化金属配線の形成方法。 5、該イオン打込みがレジストマスクパターンを形成し
た後行われ、続いて該絶縁膜を途中までエッチングする
ことを特徴とする請求項1記載の平坦化金属配線の形成
方法。 6、該イオン打込みが集束イオンビームを (Focused Ion Beam:FIB)を用い
て行われ、イオン照射された部分の該絶縁膜のみを選択
的に途中までエッチングすることを特徴とする請求項1
記載の平坦化金属配線の形成方法。 7、該エッチング部分の溝内部にのみ選択的に金属膜を
形成する手段が、減圧CVD (Chomical Vapor Depositio
n)法であることを特徴とする請求項1記載の平坦化金
属配線の形成方法。 8、該エッチング部分の溝内部にのみ選択的に金属膜を
形成する手段が、光CVD法であることを特徴とする請
求項1記載の平坦化金属配線の形成方法。[Claims] 1. After implanting ions into an insulating film, the insulating film is etched halfway into a wiring pattern, and a conductive film such as metal or silicide is selectively etched only inside the grooves of the etched portion. A method for forming a planarized metal wiring, the method comprising: forming a flattened metal wiring; 2. The method of forming a planarized metal wiring according to claim 1, wherein the ion implantation is performed using an ion beam containing an element constituting the insulating film. 3. The method of forming a planarized metal wiring according to claim 1, wherein the ion implantation is performed using an ion beam containing a metal element. 4. The method for forming a planarized metal wiring according to claim 1, wherein the ion implantation is performed on the entire surface of the wafer, and then the insulating film is etched halfway into a wiring pattern using a resist mask. . 5. The method of forming a planarized metal wiring according to claim 1, wherein the ion implantation is performed after forming a resist mask pattern, and then the insulating film is etched halfway. 6. Claim 1, wherein the ion implantation is performed using a focused ion beam (FIB), and only the ion-irradiated portion of the insulating film is selectively etched halfway.
A method of forming a planarized metal interconnect as described. 7. A means for selectively forming a metal film only inside the groove of the etched portion is low pressure CVD (Chemical Vapor Deposition).
2. The method for forming a planarized metal wiring according to claim 1, wherein the method is the method n). 8. The method of forming a planarized metal wiring according to claim 1, wherein the means for selectively forming the metal film only inside the groove of the etched portion is a photo-CVD method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31856088A JPH02164038A (en) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | Formation of flattened metal wiring |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP31856088A JPH02164038A (en) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | Formation of flattened metal wiring |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02164038A true JPH02164038A (en) | 1990-06-25 |
JPH0552056B2 JPH0552056B2 (en) | 1993-08-04 |
Family
ID=18100495
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP31856088A Granted JPH02164038A (en) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | Formation of flattened metal wiring |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH02164038A (en) |
-
1988
- 1988-12-19 JP JP31856088A patent/JPH02164038A/en active Granted
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Publication number | Publication date |
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JPH0552056B2 (en) | 1993-08-04 |
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