JPH0290519A - 微細孔への金属穴埋め方法 - Google Patents
微細孔への金属穴埋め方法Info
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Landscapes
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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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、ハロゲン化金属ガスと水素を原料ガスとして
金属薄膜を基板にあけられた微細導通孔のみに選択的に
成長させる方法に係り、特に導通孔下地と形成された金
属の界面部に抵抗の低い信頼性のあるコンタクトを形成
する方法に関する。
金属薄膜を基板にあけられた微細導通孔のみに選択的に
成長させる方法に係り、特に導通孔下地と形成された金
属の界面部に抵抗の低い信頼性のあるコンタクトを形成
する方法に関する。
ＬＳＩの高集積化に伴ない、素子を結ぶ配線設計が困難
となり、その解決手段として多層配線が不可欠な技術と
なりつつある。多層配線においては、下層のＡＱ配線と
そのＡＱ配線に対し絶縁膜を介して配線された上層のＡ
Ｑ配線を必要に応じて接続するための導通孔（以下スル
ーホールと呼ぶ）を設け、それを導体で穴埋めする必要
がある。
となり、その解決手段として多層配線が不可欠な技術と
なりつつある。多層配線においては、下層のＡＱ配線と
そのＡＱ配線に対し絶縁膜を介して配線された上層のＡ
Ｑ配線を必要に応じて接続するための導通孔（以下スル
ーホールと呼ぶ）を設け、それを導体で穴埋めする必要
がある。
スルーホールを穴埋めする方法には幾つかあるが。
中でもＷ（タングステン）の選択ＣＶＤは、スルーホー
ル径が微小な場合（１μｍＯ以下）でも穴埋め性が良好
で、実用化が期待されている。Ｗの選択ＣＶＤでは通常
ＷＦ、とＨ２を原料ガスに用い。
ル径が微小な場合（１μｍＯ以下）でも穴埋め性が良好
で、実用化が期待されている。Ｗの選択ＣＶＤでは通常
ＷＦ、とＨ２を原料ガスに用い。
基板を２５０℃以上に加熱すれば下記の反応によってＡ
Ｑ上にＷ膜が成長する。
Ｑ上にＷ膜が成長する。
Ｗ Ｆ ｓ ＋ ２ Ａ Ｑ−＋Ｗ ＋ ２ Ａ Ｑ
Ｆ ３ （１）ＷＦ、＋３８． →Ｗ ＋ ６
ＨＦ↑ （２）一方、Ｓ ｉ０２等の絶縁膜上
では、（１）の反応はもちろん、（２）の１（、による
還元反応も７００°Ｃ以下の温度では生じないため、Ｗ
はＡｆｌｌ上にのみ選択成長し、導通孔の穴埋めが可能
になる。Ｗの選択ＣＶＤに関する研究例としてセミコン
ダクターワールド（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏ
ｒｌｄ） 、 １９８５年。
Ｆ ３ （１）ＷＦ、＋３８． →Ｗ ＋ ６
ＨＦ↑ （２）一方、Ｓ ｉ０２等の絶縁膜上
では、（１）の反応はもちろん、（２）の１（、による
還元反応も７００°Ｃ以下の温度では生じないため、Ｗ
はＡｆｌｌ上にのみ選択成長し、導通孔の穴埋めが可能
になる。Ｗの選択ＣＶＤに関する研究例としてセミコン
ダクターワールド（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏ
ｒｌｄ） 、 １９８５年。
１２月号、６４〜７１頁、あるいはジャーナル・オブ・
ザ・エレクトロケミカルシソサイアティ。
ザ・エレクトロケミカルシソサイアティ。
Ｖｏｌｌ ３１ （１９８４年）１４２７〜１４３３頁
（Ｊ、［１ｅｃｔｒｏｃｈｅ＋ａｉｃａｌ ５ｏｃｉｅ
ｔｙ、 １３１ （１９８４）ｐｐ１４２７〜１４
３３）等が挙げられる。
（Ｊ、［１ｅｃｔｒｏｃｈｅ＋ａｉｃａｌ ５ｏｃｉｅ
ｔｙ、 １３１ （１９８４）ｐｐ１４２７〜１４
３３）等が挙げられる。
しかしながら上記従来技術では１選択ＣＶＤによって形
成したＷとその下地であるＡＱとの界面における反応や
残留物について配慮されておらず、スルーホールにおけ
る導通が不十分であるという問題があった。すなわち、
原料ガスであるＷＦ。
成したＷとその下地であるＡＱとの界面における反応や
残留物について配慮されておらず、スルーホールにおけ
る導通が不十分であるという問題があった。すなわち、
原料ガスであるＷＦ。
と下地のＡＱが反応して生成するＡＱＦ３という物質は
、沸点が１２６０℃と大変高く、通常のＷ選択ＣＶＤを
行なう時に基板加熱する温度（〜６００℃）では蒸気圧
が極めて低いため、前述したＨ２還元反応（２）が始ま
るまでのＡＱ還元反応（１）の間にＡＱＦ３が蓄積し、
スルーホールにＷを埋込んだ場合に結果的に界面部分に
ＡＱＦ。
、沸点が１２６０℃と大変高く、通常のＷ選択ＣＶＤを
行なう時に基板加熱する温度（〜６００℃）では蒸気圧
が極めて低いため、前述したＨ２還元反応（２）が始ま
るまでのＡＱ還元反応（１）の間にＡＱＦ３が蓄積し、
スルーホールにＷを埋込んだ場合に結果的に界面部分に
ＡＱＦ。
という不導通な物質が残留することになり、スルーホー
ルでの導通を防げることになる。
ルでの導通を防げることになる。
本発明の目的は上記した従来技術の問題点をなくり、Ａ
Ｉ２配線上のスルーホールを選択性良く金属で穴埋めし
、穴埋め後の埋め込んだ金１ｍと下地配線の導通が良好
な金属穴埋め方法を提供することにある。
Ｉ２配線上のスルーホールを選択性良く金属で穴埋めし
、穴埋め後の埋め込んだ金１ｍと下地配線の導通が良好
な金属穴埋め方法を提供することにある。
上記目的は、ＡＱ下地上のスルーホールを金属で穴埋め
する工程において、先ず下地ＡＱと直接反応して生成す
るハロゲン化アルミが従来のＡｆｉＦ３から沸点の低く
蒸気圧の高いＡＱＣＱ３もしくはＡＱＢｒ、、ＡＲＩ、
となる様なフッ素以外のハロゲン化金属ガスを原料ガス
として用い、完全に下地ＡＱ上を原料ハロゲン化金属ガ
スによって形成される金属で被覆し、しかる後にＷＦ、
とＬ（２を原料ガスとしたＷの選択ＣＶＤ工程によって
スルーホール内にＷを埋め込むことによって達成される
。例えば、原料ガスとしてＴｉＣＱ４を用いてＡＱと反
応させると下記の反応が進行する。
する工程において、先ず下地ＡＱと直接反応して生成す
るハロゲン化アルミが従来のＡｆｉＦ３から沸点の低く
蒸気圧の高いＡＱＣＱ３もしくはＡＱＢｒ、、ＡＲＩ、
となる様なフッ素以外のハロゲン化金属ガスを原料ガス
として用い、完全に下地ＡＱ上を原料ハロゲン化金属ガ
スによって形成される金属で被覆し、しかる後にＷＦ、
とＬ（２を原料ガスとしたＷの選択ＣＶＤ工程によって
スルーホール内にＷを埋め込むことによって達成される
。例えば、原料ガスとしてＴｉＣＱ４を用いてＡＱと反
応させると下記の反応が進行する。
Ｔｉｃ Ｑ ４＋４／３Ａ Ｑ −＊ Ｔｉ＋４／３Ａ
Ｑ ＣＱ 、↑（３）この反応で生成したＡ Ｑ Ｃ
Ｑ、はＡｆｌＦ３と異なり蒸気圧が高いため下地ＡＱと
形成したＴｉの界面に残留することはない。この反応後
にＴ ｉ ＣＱ４の導入を停止して代わりにＷｌ？、と
Ｈ２を導入すると、形成されたＴ ｉ表面はＨ２の吸着
解離触媒作用を有するため前述したＨ２還元反応（２）
によっＷを成長させることが可能となる。
Ｑ ＣＱ 、↑（３）この反応で生成したＡ Ｑ Ｃ
Ｑ、はＡｆｌＦ３と異なり蒸気圧が高いため下地ＡＱと
形成したＴｉの界面に残留することはない。この反応後
にＴ ｉ ＣＱ４の導入を停止して代わりにＷｌ？、と
Ｈ２を導入すると、形成されたＴ ｉ表面はＨ２の吸着
解離触媒作用を有するため前述したＨ２還元反応（２）
によっＷを成長させることが可能となる。
ＷＦ、＋３Ｈ，→ Ｗ ＋ ６ ＨＦ↑ （２）一
方、ＴｉＣＱ４は絶縁膜と直接反応せず、また絶縁膜上
にＴｉを形成することはない。従って選択ＣＶＤの初期
にＴ ｉ ＣＱ４を用いても選択的にスルーホールのみ
金属を埋め込むことが可能である。
方、ＴｉＣＱ４は絶縁膜と直接反応せず、また絶縁膜上
にＴｉを形成することはない。従って選択ＣＶＤの初期
にＴ ｉ ＣＱ４を用いても選択的にスルーホールのみ
金属を埋め込むことが可能である。
ここではＴｉＣＱ４を例にとったが、Ｔ ｉ ＣＱ。
はフッ素糸以外ｑハロゲン化金属としては常温でも蒸気
圧の高い数少ない物質であり、ＣＶＤ用原料ガスとして
は比較的使い易いものである。しかし、このＴ ｉ Ｃ
Ｑ ４に限らず例えばＷＣＱＧを用いても上記と同様に
良好な界面を形成することができる。この場合、ＷＣＱ
、は常温では蒸気圧が低いため加熱してガス化して用い
るのが好ましい。
圧の高い数少ない物質であり、ＣＶＤ用原料ガスとして
は比較的使い易いものである。しかし、このＴ ｉ Ｃ
Ｑ ４に限らず例えばＷＣＱＧを用いても上記と同様に
良好な界面を形成することができる。この場合、ＷＣＱ
、は常温では蒸気圧が低いため加熱してガス化して用い
るのが好ましい。
同様にして形成された金属がＨ２の吸着解離触媒作用を
持つフッ素系以外のハロゲン化金属をＣＶＤの初期に用
いることにより良好な導通を持ってスルーホールを埋め
込むことが可能となる。
持つフッ素系以外のハロゲン化金属をＣＶＤの初期に用
いることにより良好な導通を持ってスルーホールを埋め
込むことが可能となる。
本発明において、スルーホールの金属埋め込み工程にお
ける初期には、フッ素以外のハロゲン化金属ガスを導入
することにより下地表面部には不導通（絶縁物）である
ハロゲン化アルミを残留させずにハロゲン化金属ガスに
よって形成される金属をＡＩ２下地上に完全に被覆させ
ることが出来る。
ける初期には、フッ素以外のハロゲン化金属ガスを導入
することにより下地表面部には不導通（絶縁物）である
ハロゲン化アルミを残留させずにハロゲン化金属ガスに
よって形成される金属をＡＩ２下地上に完全に被覆させ
ることが出来る。
従って、Ｗの選択ＣＶＤ工程直前のスルーホール部のＡ
Ｑ上下地よびその上層部には導電体のみが存在し、その
上に導電体であるＷが成長することになるため、Ｗ選択
ＣＶＤによって穴埋めした後には、スルーホールでの導
通は良好となる。
Ｑ上下地よびその上層部には導電体のみが存在し、その
上に導電体であるＷが成長することになるため、Ｗ選択
ＣＶＤによって穴埋めした後には、スルーホールでの導
通は良好となる。
以下、本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。第
１図は１本発明を用いてスルーホールに金属を埋め込ん
で行く様子を示す基板の断面図である。下地配線のＡΩ
の上に１．１μｍの厚さで。
１図は１本発明を用いてスルーホールに金属を埋め込ん
で行く様子を示す基板の断面図である。下地配線のＡΩ
の上に１．１μｍの厚さで。
Ｓｉｎ、膜２をプラズマＣＶＤ法等で形成した後。
フォｌ−エツチングプロセスにより直径１．０μｍのホ
ール３を開口する。この時、ホール底部のＡＱ下地上に
は薄い酸化膜が形成されているため、Ａｒ・１によるス
パッタクリーニングもしくはＣＣＱ４等の塩素系ガスの
プラズマエツチング等により酸化膜を除去する。上記の
ような工程で得られたＡＱ下地スルーホール（第１図（
ａ））にコールドウオール型のＣＶＤ装置を用いて以下
に述へるプロセスによってホール部のみ金属で穴埋めを
行なった。
ール３を開口する。この時、ホール底部のＡＱ下地上に
は薄い酸化膜が形成されているため、Ａｒ・１によるス
パッタクリーニングもしくはＣＣＱ４等の塩素系ガスの
プラズマエツチング等により酸化膜を除去する。上記の
ような工程で得られたＡＱ下地スルーホール（第１図（
ａ））にコールドウオール型のＣＶＤ装置を用いて以下
に述へるプロセスによってホール部のみ金属で穴埋めを
行なった。
前述した様にＡＮ下地に対しＷＦ、を直接反応させると
界面部分にＡｕＦ、という絶縁物が残留する。従って先
ずＴ ｉ ＣＱ ４のみを４５０℃に加熱された基板が
設置されたＣＶＤ′ｊＡ置内に導入し、以下の反応を行
なわせた。
界面部分にＡｕＦ、という絶縁物が残留する。従って先
ずＴ ｉ ＣＱ ４のみを４５０℃に加熱された基板が
設置されたＣＶＤ′ｊＡ置内に導入し、以下の反応を行
なわせた。
ＴｉＣＱ ４＋４／３Ａ Ｑ −＋ Ｔｉ＋４／３Ａ
Ｑ ＣＱ 、↑ （３）この反応で生成したＡ Ｑ Ｃ
Ｑ３は沸点１７８℃と低く蒸気圧も高いため界面部に残
留することなく、ＡΩ下地表面をＴｉのみで完全に被覆
される。
Ｑ ＣＱ 、↑ （３）この反応で生成したＡ Ｑ Ｃ
Ｑ３は沸点１７８℃と低く蒸気圧も高いため界面部に残
留することなく、ＡΩ下地表面をＴｉのみで完全に被覆
される。
Ｔ ｉ ＣＱ４を原料ガスとしたＣ Ｖ Ｄの条件は、
Ｔ１Ｃｆ１４の流量を１ｏｓｃｃＨ，ガスの全圧を２０
ｏ＋Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０℃とし２分間成膜した
。
Ｔ１Ｃｆ１４の流量を１ｏｓｃｃＨ，ガスの全圧を２０
ｏ＋Ｔｏｒｒ、基板温度を４５０℃とし２分間成膜した
。
この時Ｔｉの膜厚は時間に比例して増加するのではなく
、Ｔｉが完全にＡＱｔｉ−覆ってしまうとそれ以上ＡＱ
衣表面反応できなくなるため、数１００人程度で自動的
に成膜が停止する。（第１図（ｂ））その後Ｔ ｉ Ｃ
Ｑ、を停止し、代わりにＷＦ６とＨ２をＣＶＤ装置内に
導入してＷをスルーホールに埋め込んだ。ＣＶＤの条件
は、ＷＦ６とＦＩ２の流量をそれぞれ１０１０５ｅ、５
００ ｓｅｃｍ、ガスの全圧を２０Ｔｏｒｒ、基板温度
を４５０℃とした。穴埋め完了後の状態は第４図（ｃ）
に示すようにＷ５の良好な選択穴埋めができる。次に上
層にＡＱ配線を施し、適当にパターニングを行ない第１
図（ｃ）におけるＷ５とＡＱＩのコンタクト抵抗を測定
した結果１μｍ径のスルーホール径に対し、０．０２〜
０．１０Ωと良好な値を示した。
、Ｔｉが完全にＡＱｔｉ−覆ってしまうとそれ以上ＡＱ
衣表面反応できなくなるため、数１００人程度で自動的
に成膜が停止する。（第１図（ｂ））その後Ｔ ｉ Ｃ
Ｑ、を停止し、代わりにＷＦ６とＨ２をＣＶＤ装置内に
導入してＷをスルーホールに埋め込んだ。ＣＶＤの条件
は、ＷＦ６とＦＩ２の流量をそれぞれ１０１０５ｅ、５
００ ｓｅｃｍ、ガスの全圧を２０Ｔｏｒｒ、基板温度
を４５０℃とした。穴埋め完了後の状態は第４図（ｃ）
に示すようにＷ５の良好な選択穴埋めができる。次に上
層にＡＱ配線を施し、適当にパターニングを行ない第１
図（ｃ）におけるＷ５とＡＱＩのコンタクト抵抗を測定
した結果１μｍ径のスルーホール径に対し、０．０２〜
０．１０Ωと良好な値を示した。
なお、本実施例は１選択ＣＶＤ工程の初期に用いるフッ
素系以外のハロゲン化金属ガスがＴ ｉ ＣＱ ４で、
穴埋めする金属がＷＦ、とＩＩ２を原料ガスとしたＷの
場合について述べたものであるが１本発明はこれに限る
ことなく、フッ素系以外のハロゲン化金属ガスがｒｉＢ
ｒ４．ＴａＣＱ、。
素系以外のハロゲン化金属ガスがＴ ｉ ＣＱ ４で、
穴埋めする金属がＷＦ、とＩＩ２を原料ガスとしたＷの
場合について述べたものであるが１本発明はこれに限る
ことなく、フッ素系以外のハロゲン化金属ガスがｒｉＢ
ｒ４．ＴａＣＱ、。
Ｔ ａ Ｂ ｒ、１Ｍ ｏ ＣＱ、、、ＷＣＱ５．ＷＣ
Ｑ６等の比較的低温（−４００℃）で高い蒸気圧（２０
ａ＋ｍＴｏｒｒ以上）を得ることができるものであれば
使用することが可能であり、穴埋めに用いる金属につい
ても、Ａｆｆｉ、Ｍｏ、１゛１等選択ＣＶＤが可能な金
属全てを用いることができることは自明である。
Ｑ６等の比較的低温（−４００℃）で高い蒸気圧（２０
ａ＋ｍＴｏｒｒ以上）を得ることができるものであれば
使用することが可能であり、穴埋めに用いる金属につい
ても、Ａｆｆｉ、Ｍｏ、１゛１等選択ＣＶＤが可能な金
属全てを用いることができることは自明である。
本発明によれば、金属を基板上のスルーホール内に選択
的にかつ良好な導通を有して穴埋めできるため、Ｗ、Ｍ
Ｏ等をスルーホールの穴埋めとして用いたＶＬＳ Ｉ製
造プロセスにおける歩留り向上製品の信頼性向上に寄与
する所大である。
的にかつ良好な導通を有して穴埋めできるため、Ｗ、Ｍ
Ｏ等をスルーホールの穴埋めとして用いたＶＬＳ Ｉ製
造プロセスにおける歩留り向上製品の信頼性向上に寄与
する所大である。
第１図は本発明の一実施例の選択ＣＶＤによってスルー
ホールを金属で埋め込んでいく様子を示すスルーホール
断面図である。 １・・・ＡＱ上下地２・・・絶縁膜（ｓ ｌ ０２）
＋ ３・・・スルーホール、４・・・Ｔｉ膜、５・・・
Ｗ。 第 ！−・・ｔノ下１巴 ２・−蛇郊」鼾５ｉ０２） ３・・・スノＬ−才、−／ム ４−・−丁 ６・・−Ｗ
ホールを金属で埋め込んでいく様子を示すスルーホール
断面図である。 １・・・ＡＱ上下地２・・・絶縁膜（ｓ ｌ ０２）
＋ ３・・・スルーホール、４・・・Ｔｉ膜、５・・・
Ｗ。 第 ！−・・ｔノ下１巴 ２・−蛇郊」鼾５ｉ０２） ３・・・スノＬ−才、−／ム ４−・−丁 ６・・−Ｗ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上の絶縁膜に基板下地の一部を露出させるため
に設けられた微細孔を金属の選択ＣＶＤにより穴埋めす
る方法において、前記選択ＣＶＤを行なう初期にはフッ
素系以外のハロゲン化金属を原料ガスとして用い、露出
した下地表面を金属で被覆した後六フッ化タングステン （ＷＦ＿６）あるいは六フッ化モリブデン（ＭｏＦ＿６
）と水素（Ｈ＿２）を原料ガスとして用いることを特徴
とする微細孔への金属穴埋め方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24101688A JPH0290519A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 微細孔への金属穴埋め方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24101688A JPH0290519A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 微細孔への金属穴埋め方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0290519A true JPH0290519A (ja) | 1990-03-30 |
Family
ID=17068081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24101688A Pending JPH0290519A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 微細孔への金属穴埋め方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0290519A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100370143B1 (ko) * | 2000-08-10 | 2003-01-30 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법 |
-
1988
- 1988-09-28 JP JP24101688A patent/JPH0290519A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100370143B1 (ko) * | 2000-08-10 | 2003-01-30 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법 |
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