JPH04206526A

JPH04206526A - スルーホールへの金属穴埋め方法

Info

Publication number: JPH04206526A
Application number: JP32909590A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tsujiku; 都竹　進; Eisuke Nishitani; 英輔西谷; Takafumi Tokunaga; 徳永　尚文; Takeshi Tamaru; 田丸　剛
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-28

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、基板上の絶縁膜に基板の下地金属の一部を露
出させるために設けたスルーホールを、金属の選択ＣＶ
Ｄにより穴埋めする金属穴埋め方法に係り、特にＬＳＩ
に用いられる多層配線間ｉ続用などの微細なスルーホー
ルを歩留まり良く金属で穴埋めするために好適なスルー
ホールへの金属穴埋め方法に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩの高集積化に伴い、素子−配線間あるいは各配線
間を接続する配線設計の困難性が増大し、その解決手段
として多層配線が不可欠な技術となり、下層配線と、絶
縁膜を介して設けた上層配線とを接続するために、必要
に応じて、絶縁膜（こ微細なスルーホールを設け、この
スルーホールを導体で穴埋めする方法がとられている。

スルーホールを穴埋めする方法としては幾つかの方法が
あるが、その中で、スルーホール径が微細な場合にも穴
埋め性の良好な方法として、金属、特にタングステン（
Ｗ）の選択ＣＶＤが実用上、最も期待されている方法で
ある。

タングステン（Ｗ）の選択ＣＶＤは、２５０℃以上に加
熱した試料上にフン化タングステン（ＷＦ６）ガスおよ
び水素（Ｈ２）ガス混合ガスを導入、接触させて、下記
のいずれかの反応により、下地金属（ここではアルミニ
ウム（Ａ９）の場合を示す。）上にタングステン（Ｗ）
膜を成長させる方法である。

ＷＦ６＋２ＡＱ→Ｗ＋２ＡＱＦ３　　　・・・（１）Ｗ
Ｆ、＋３Ｈ２→Ｗ＋６ＨＦ　　　　　・・　（２）Ｓｉ
０２等の絶縁膜上では、（１）の反応は生起せず、また
（２）の反応も７００℃以下の温度では進行しないため
、タングステン（以下、「Ｗ」と記す。）がアルミニウ
ム（以下、ＦＡＩ２Ｊ　と記す。）上でのみ選択成長し
、スルーホールの穴埋めが達成されることになる。

Ｗの選択ＣＶＤに関するこれまでの記載文献としては、
例えば、セミコンダクター・ワールド（Ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ　Ｗｏｒｌｄ）　１９８５年１２月号６４
−７１頁の記載あるいはジャーナル・オブ・ザ・エレク
トロケミカル・ソサエティ第１３１巻（１９８４年）１
４２７−１４３３頁（Ｊ、ＥＩ−ｅｃ＋ｔｏｃｂｅｍｉ
ｃａｌ　５ｏｃｉｅ［１３１（１９８４）ｐｐ１４７２
−１４３３）に記載のものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記従来技術においては、選択ＣＶＤに
よってＷを成長させようとする下地金属表面の処理につ
いて十分な配慮がなされておらず、そのためスルーホー
ルにおける導通が不十分となったり、また逆に、隣接す
るスルーホール間の短絡を生ずるなどの問題があった。

すなわち、スルーホールを形成した直後の下地金属表面
は、スルーホールを設けるために施したホトエツチング
プロセスに伴う汚れが付着していたり、酸化物、例えば
下地金属ＡＱの場合Ａβ２０３などが形成されているこ
となどにより清浄な面となっていないため、Ｗの成長が
進行せず、導通不良の原因となる。

゛　また、下地金属表面を清浄化する方法として、フン
酸（ＨＦ）によるウェットエツチング処理、あるいはＡ
ｒ“イオンによるスパンタエッチング処理があるが、前
者の場合、フッ素により下地配線の腐食を生ずること、
また後者の場合、下地金属表面を物理的に除去するため
、清浄な下地金属面を露出させることはできるが、同時
に、飛散した下地金属がスルーホールの側壁部あるいは
絶縁膜表面に封着するため、Ｗの選択ＣＶＤにおいて、
その付着部でもＷの成長が進行し、そのＷ膜によって隣
接スルーホールが短絡するなどの結果を生ずることにな
る。同様の現象は絶縁膜上に金属性の汚れが付着残留し
た場合にも生ずる。

さらに、絶縁膜上に形成されたＷ膜は剥離しやすいもの
であり、ウェハ上にごみとなって残り、歩留まり低下の
原因となる。

本発明の目的は、前記従来技術の問題を解決し、選択性
が良好で、露出下地と穴埋め金属間の導通性の良好な穴
埋めを実施得るスルーホールへの金属穴埋め方法を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的は、基板の下地金属の一部を露出させた露出下
地の前処理として、３ふツ化塩素（ＣｌＦｓ）ガスによ
るライトエッチ前処理を施した後、当該基板を大気中に
さらすことなく、当該基板に対して連続的に金属の選択
ＣＶＤ処理をｈなうことにより、達成される。

〔作用〕

本発明では、多層配線を形成するために設けられたスル
ーホールの露出下地の金属膜の表面に存在する酸化膜あ
るいは汚れ付着物が、ＣＱＦ３ガスのライトエツチング
により除去される。その後大気にさらすことなく連続的
に前記したＷ等の選択ＣＶＤ処理を施すことにより、清
浄な下地金属表面に金属が堆積するため、導通抵抗の低
い配線間の接続が可能となり、露出下地と穴埋め金属の
間の導通性の良好な穴埋めを行なうことができる。

さらに本発明では、前処理にプラズマを用いないため、
イオン衝撃によって生じた絶縁膜の損傷、例えばＳｉＯ
□表面上への８１ダングリンホンドの生成、基づく絶縁
膜上でのＷ膜形成、すなわち選択性の劣化が生じない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図〜第３図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の一実施例を示
すもので、第１図は本発明方法の一例を示すフローチャ
ート、第２図は本発明方法を実施するための装置の概要
を示す図、第３図（Ａ）。

（Ｂ）は本発明方法による処理を施す前と施した後の、
基板の下地金属の一部を露出させるために設けたスルー
ホール部分の拡大断面図である。

本発明方法を実施するための第２図に示す装置は、前処
理室１と、成膜室７とを有している。前記前処理室ｌと
、成膜室７とにわたって、基板搬送手段（図示せず）が
設けられている。前処理室１と成膜室７間には、ゲート
弁６が設けられている。前記前処理室１および成膜室７
は、真空ポンプ（図示せず）により、例えば１０３Ｐａ
程度に真空空排気されるようになっている。

前記前処理室１の内部には、ガスシャワー４及び基板加
熱ステージ５が配置されている。基板加熱ステージ５の
内部にはヒータ５ａが内蔵されておリヒタ電源３に持続
されている。また、前処理室１にはガス導入口を通じて
、　Ｃｌ２Ｆ、ガスを供給し得るようになっている。そ
して、前記下部の電極５の上面には、処理すべき基板２
を載置するようになっている。

前記基板搬送手段は、前処理室１で処理された基板２を
大気にさらすことなく、ゲート弁６を通じて成膜室７へ
搬送するようになっている。なお、成膜室７に搬入され
た基板を第２図中に符号２ａを付けて示している。

前記成膜室７の上部には、基板２ａを所定温度に加熱す
るためのハロゲンランプ８と、ハロゲンランプ８の赤外
線を通す石英窓９とが設けられている。また、成膜室７
の内部には、基板２ａの支持体１０と、ガス導入口１２
と、遮光板１３とが配置されている。前記基板２ａの支
持体１ｏと、成膜室７の壁１１と、遮光板１３とは水冷
されており、その結果基板２ａの表面を除いて、成膜室
７の内壁の表面温度は、実質的に成膜反応が進行しない
温度まで低下している。さらに、成膜室７には前記ガス
導入口１２を通じて、この実施例ではＨ２ガスとＷＦ、
ガスとを供給し得るようになっている。

次に、前記装置を使用して実施するスルーホールへの金
属穴埋め方法のプロセスを、第１図に従って説明する。

まず、前処理室１ではステップ２０により基板加熱ステ
ージ５上に処理すべき基板２を設置する。

この基板２には、第３図（Ａ）に示すごとく、下地金属
としてのＡＱ配線１４上に、プラズマＣＶＤ法等により
基板上の絶縁膜としてＳｉＯ□膜１５全１５した後、ホ
トエツチングによりスルーホール１６が設けられている
。このスルーホール１６は、例えば１μｍ角で深さ１．
２μｍの微細穴である。また、スルーホール１６にはＡ
ｎ配線１４上に、下地金属の一部を露出させた露出下地
としての、ＡＱの自然酸化膜１７が付着している。

次に、第１図に示すステップ２１で前処理室１内を１Ｏ
−３Ｐａ程度まで真空排気する。

ついで、ステップ２２で前処理室１内の基板２を基板加
変ステージ５内のヒータ５ａに電流を流すことにより加
熱する。

続いて、ステップ２３でＣＱＦ３ガスを前処理室内に導
入する。　ＣｕＦ２は基板上で反応し。

絶縁膜表面をライトエッチし、表面へ汚れ成分を除去す
る。また、これにより、基板２の下地金属の一部を露出
させた露出下地としての、第３図（Ａ）に示すＡＱの自
然酸化膜１７もＣＱＦ３ガスのライトエッチ処理により
除去される。

前記ステップ２３で所定時間前処理をした後、ステップ
２４でＣＱＦ３ガスの導入を停止するとともに、前処理
室１内に真空排気を停止する。

次に、第１図に示すステップ２５で前処理室１と成膜室
７間に設けられたゲート弁６を設ける。

そして、前処理室１で前処理を施した基板２を大気にさ
らすことなく、基板搬送手段（図示せず）により前処理
室１から成膜室７内に搬送し、その基板２ａを成膜室７
内の支持体１０上に載置する。

基板２ａを支持体１０上に載置した後、基板搬送手段を
ゲート弁６から前処理室１内に戻し、ゲート弁６を閉じ
る。

その間、ステップ２６で成膜室７内を所定の真空度、例
えば１０−”Ｐ　ａ程度に真空排気する。

ついで、ステップ２７で第１図に示すガス導入口１２を
通じて成膜室７内にＨ２ガスを導入する。

さらに、ステップ２８でハロゲンランプ８を点灯し、石
英窓９を通じて支持体１０上の基従２ａの表面に赤外線
を照射し、基板２ａを所定温度に加熱する。

基板２ａを所定温度に加熱した後、ステップ２９でガス
導入口１２から成膜室７内に、この実施例ではＨ２ガス
にＷＦ６ガスを加えて導入する。

続いて、ステップ３０で基板２ａに対して金属の選択Ｃ
ＶＤ処理を行なう。この金属の選択ＣＶＤにより、第３
図（Ｂ）に示すように、下地金属の一部を露出させた露
出下地であるＡＱ配線１４上に、Ｗを選択成長させ、ス
ルーホール１６をＷで穴埋めする。

この成膜室７での処理時には、基板２ａは水冷されてい
る支持体１０により支持され、また成膜室７の壁１１も
水冷され、さらに赤外線が成膜室７の壁１１に直接照射
されないように、水冷の遮光板１３で遮られている。こ
れにより、基板２ａの表面を除いて成膜室７の壁１１お
よび備品は実質的に成膜反応が進行してない温度に低下
されている。

前記ステップ３０によりＷを所定厚さに成長させた後、
ステップ３１でＨ２ガス、ＷＦ６ガスの導入を停止させ
るとともに、第２図に示す／１０ゲンランプ８を消灯す
る。

ついで、ステップ３２で真空排気を停止し、続いてステ
ップ３３でスルーホール１６をＷの選択ＣＶＤにより穴
埋めした基板２ａを冷却する。

基板２ａを冷却した後、最後にステップ３４により成膜
室７から基板２ａを取り出し、Ｗの穴埋め処理を終了す
る。

次に、前記プロセスにおける処理条件の具体的実施例を
説明する。

（１）前処理室での処理条件・基板加熱温度　　　７２００℃ ・ＣＱＦ３ガス流量　：　１００ｓｃｃｒｎ・ガス圧力
　　　　　：０．５Ｔｏｒｒ・処理時間　　　　　：Ｑ
、２ｍ１ｎ（２）成膜室での処理条件・基板温度　　　　　：４５０℃ ・ガス圧力　　　　　：１．５Ｔｏｔｒ拳ＷＦ、ガス流
量　　＋３ｓｅｃｍ −Ｈ２ガス流量　　　：　５００ｓｃｅｍ・処理時間　
　　　　：　５ｍ１ｎなお、基板としては、下地ＡＱ配線上でプラズマＣＶＤ
法等により５ｉ０２膜を形成した後、ホトエツチングに
より１μｍ角の微細なスルーホール（深さ１．２μｍ）
を多数個開口させたテスト用基板を用いた。

この実施例において、前処理を行なう前の基板では、第
３図（Ａ）に示すように、露出下地であるスルーホール
部分のＡＱ配線１４上にＡＱの自然酸化膜１７及び絶縁
膜表面上の汚れ３５が付着していた。

この自然酸化膜１７及び汚れ３５は、前処理室内でのＣ
ＱＦ３ＷＦ３ガストエツチング処理によって除かれ、引
き続いて成膜室内でＨ２ガスＷＦ６ガスとにより、基板
に対してＷの選択ＣＶＤ処理を施すことによって、第３
図（Ｂ）に示すように、ＡＱ配線１４の上に直接Ｗ膜１
８が成長し、スルーホール１６を穴埋めすることができ
た。

この実施例１によりＷ膜１８で穴埋めを実施した基板に
おけるスルーホール１６の導通部の導通抵抗は、１μｍ
角のスルーホール１個当り０．１〜０．１２Ωと良好な
値を示した。また、絶縁膜である５ｉ０２膜１５上への
Ｗ膜の成長は見られず、選択性も良好であった。

なお、本発明では前記実施例の装置、条件にのみ制約さ
れることなく、Ｗの選択成膜が可能なコールドウオール
型ＣＶＤ成膜室およびＣＱＦ３ＷＦ３ガスチング処理が
可能な前処理室と、両者間を基板の真空搬送ができる基
板搬送手段を有するＷの選択ＣＶＤ装置全てについて、
処理条件を選ぶことにより使用できる。

また、ＣＱＦ３前処理に先立ち、Ａｒスパッタエンチ、
ハロゲンプラズマエッチ等の前処理を行なうこともでき
る。これらのプラズマ処理によって生じた絶縁膜表面の
損傷は前記した絶縁膜表面上の汚れと同様にＣＱＦ３前
処理で除去され選択性が低下することはない。

さらに、対象となる選択ＣＶＤの系および金属も前記実
施例のＷＦ６−Ｈ２系によるＷの選択ＣｖＤに限ること
なく、金属の選択ＣＶＤの可能なシステム、例えばＷＦ
６−３ｉＨ４系によるＷの選択ＣＶＤ、ＭｏＦ６　　Ｈ
ｚ系によるＭＯの選択ＣＶＤ、アルキルＡＱを原料とす
るＡＱの選択ＣＶＤにも本発明が適用できることは言う
までもない。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、基板の下地金属の一部を
絶縁膜より露出させた露出下地の前処理として、　（ｌ
Ｆ３ガスによるライトエッチ前処理を施した後、当該基
板に対して連続的に金属の選択ＣＶＤ処理を行なうよう
にしているので、多層配線を形成するために設けられた
スルーホールの露出下地の金属膜の表面に存在する酸化
膜あるいは汚れ付着物および絶縁膜上の汚れ成分が、　
ＣＱＦ３ガスによりエツチング除去され、その後大気に
さらすことなく連続的に前記したＷ等の選択ＣＶＤ処理
を施すことにより、清浄な下地金属の表面に金属が堆積
するため、導通抵抗の低い配線間の接続が可能となり、
露出下地と穴埋め金属の間の導通性の良好な穴埋めを行
ない得る効果がある。さらに本前処理は、絶縁膜上の汚
れを除くため、選択性の向上が可能となる。これにより
、微細なスルーホールへの金属穴埋めが必要なＬＳＩの
多層配線の信頼性の向上に寄与するところ大なる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一例を示すフローチャート、第２
図は本発明方法を実施するための装置の概要を示す図、
第３図（Ａ）、（Ｂ）は本発明方法による処理を施す前
と施した後の、基板の下地金属の一部を露出させるため
に設けたスルーホール部分の拡大断面図である。符号の説明１・・・前処理室、２，２ａ・・・・基板、３・・・・
・・ヒータ電源、５・・・・・・基板加熱ステージ、７
・・・・・成膜室、８・・・・・ハロゲンランプ、１０
・・・・・・基板の支持体、１２・・・・ガス導入口、
１３・・・・遮光板、１４・・・・・ＡＱ配線、１５・
・・５ｉ０２膜、１６・・・スルーホール、１７・・・
・・ＡＱの自然酸化膜、１８・・Ｗ膜、２０〜３４・・
・・処理のステップ。第　Ｉ　刀！５２図Ｃ１７Ｆ３ ↓ 肩　３【（Ａ）、３ｓ　／７　　／δ　　　Ｊ５／４７ｇ／４．　Δノ屋乙釆賽ｔｓ−−５ｉθ２Ｒ隻／♂−ｗＷＬ

Claims

【特許請求の範囲】

１．基板上の絶縁膜に基板の下地金属の一部を露出させ
るために設けたスルーホールを、金属の選択ＣＶＤによ
り穴埋めする金属穴埋め方法において、前記下地金属の
一部を露出させた露出下地の前処理として、３フッ化塩
素（ＣｌＦ＿３）ガスによるライトエッチ処理を施した
後、当該基板を大気中にさらすことなく、当該基板に対
して連続的に金属の選択ＣＶＤ処理を行なうことを特徴
とするスルーホールへの金属穴埋め方法。