JPH043961A - 配線形成方法 - Google Patents

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、配線形成方法に関し、特に、高融点金属層に
より下地の開口を埋め込むことができ、また同時に配線
を形成するようにすることも可能な配線形成方法に関す
るものである。本発明は、例えば、半導体装置の配線構
造や、その他各種電子材料における配線形成のために用
いることができ、例えば高融点金属層としてタングステ
ン（以下適宜、Ｗと記載することもある）層を形成し、
これを配線として用いた半導体装置を製造する場合に適
用することができる。

〔発明の概要〕

本出願の請求項１の発明は、開口を有する下地上の全面
に高融点金属層を形成し、これにより開口の埋め込みを
行うに際し、上記開口の開口肩部をテーパエンチングし
、その後バイアスＥＣＲＣＶＤ法により高融点金属によ
る開口の埋め込みを行うことにより、上記テーパエンチ
ングで開口を埋め込みやすくしたことによって、中空の
生しない良好な開口の埋め込みを達成したものである。

本出願の請求項２の発明は、開口を有する下地上の全面
に高融点金属層を形成し、これにより開口の埋め込みを
行うに際し、上記開口を埋め込まない程度に下地上の全
面に高融点金属を被着し、その後間口肩部上に形成され
た高融点金属肩部をテーパエツチングし、その後開口を
液相ＣＶＤにより埋め込むことにより、上記テーパエツ
チングで開口を埋め込みやすくしたことによって、中空
の生じない良好な開口の埋め込みを達成したものである
。

（従来の技術〕 配線を要する電子材料、例えば半導体装置の分野では、
微細化・集積化の傾向が著しい（半導体装置の微細化・
集積化に関連する従来技術とじては、例えば特開昭６４
−２３５５４号、同６４−１０６２９号公報などに記載
の技術がある）。これに伴って、半導体装置に形成され
る配線幅も狭くなりつつある。配線幅が小さくなると、
従来の配線材料であるＡｆ（アルミニウム）の配線では
信頼性に問題が生しる可能性があると言われている。こ
のような背景で、Ａｆに替わる高耐熱性・高信頼性の配
線材料として、Ｗ等の高融点金属が注目されている。

高融点金属、特にＷを配線材料として用いる場合、Ｗを
成膜するには、プランゲントＷ−ＣＶＤ法を用いるのが
好ましい。プランケツトＷ−ＣＶと、開口（コンタクト
ホールやピアホールと称される接続孔等）の埋め込み（
リフィル）と配線形成とを同時に行うことが可能である
。また、開口の埋め込みの他の技術である選択ＣＶＤ法
によるＷ埋め込みに比して、プロセスの安定性が格段に
良く、実用的である。更に、例えばスパッタ法に比較し
て低抵抗に成膜できる。この種の技術については、例え
ば特開昭６２−２１９９４５号に記載がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記ブランケットＷ−ＣＶＤ法を用いて開口の
埋め込みを行う場合、その埋め込みが必ずしも充分には
達成できないことがある。

例えば、第４図（ａ）に示すのは、ブランケットＷ−Ｃ
ＶＤ法を用いて、基板等の下地１に形成した開口２であ
る接続孔を埋め込んでＷプラグ３°を形成するとともに
、Ｗ配線４を同時に形成した場合である。しかし、例え
ば開口２がそのアスペクト比の大きい深い穴である場合
など、埋め込みが不充分になって、第４図（ｂ）に略示
するように中空、いわゆるす（絃）が生じた状態で穴埋
めされることがある。かかる中空を符号ａで示す。

このように、ブランケットＷ−ＣＶＤ法を用いると、Ｃ
ＶＤ時のステンプカハレージ（被覆性）が悪いと、「■
」　（上記中空ａ）が生じてしまうという欠点があり、
よって開口の埋め込みに関しては、新しい工夫が求めら
れていた。

また、このときに埋め込みや配線を高速で行えるように
して、生産性を高めることも望まれている。

〔発明の目的〕

本出願の各発明は上述した問題点を解決せんとするもの
で、本出願の請求項１の発明は、高融点金属により中空
の生じない良好な埋め込みを達成できる配線形成方法を
提供することを目的とし、本出願の請求項２の発明は、
上記目的に併せ、更に生産性高く埋め込み及び必要に応
し配線層の形成ができる配線形成方法を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本出願の各発明は、上記目的を達成すべく、次のような
構成をとる。

即ち、本出願の請求項１の発明は、開口を有する下地上
の全面（開口の埋め込み及び必要に応じて同時に形成す
る配線層形成のために必要な部分全面をいう。本明細書
中において同じ）に高融点金属層を形成し、これにより
開口の埋め込みを行う配線形成方法であって、上記開口
の開口肩部をテーパエツチングし、その後バイアスＥＣ
Ｒ−ＣＶＤ法により高融点金属による開口の埋め込みを
行う構成としたものである。

本出願の請求項２の発明は、開口を有する下地上の全面
に高融点金属層を形成し、これにより開口の埋め込みを
行う配線形成方法であって、上記開口を埋め込まない程
度に下地上の全面に高融点金属を被着し、その後開口肩
部上に形成された高融点金属肩部をテーパエツチングし
、その後開口を液相ＣＶＤにより埋め込む構成としたも
のである。

〔作　用〕

本出願の請求項１の発明は、開口の埋め込みに先立ち開
口肩部をテーパエツチングしたので、開口の外部に向か
って開く部分は広がった形状になり、従って埋め込みが
容易になって、これにより良好な埋め込みが達成される
。

本出願の請求項２の発明は、開口を埋め込まない程度に
高融点金属を被着した後、開口の埋め込みに先立ち、開
口肩部に形成された高融点金属肩部をテーパエツチング
したので、更に埋めこまれるべき開口はその外部に向か
って開く部分は広がった形状になり、従って埋め込みが
容易になって、これにより良好な埋め込みが達成される
とともに、高速で生産性高く埋め込みを実現できる。

〔実施例〕

以下本出願の各発明の実施例について、図面を参照して
説明する。なお当然のことではあるが、各発明は以下の
実施例により限定されるものではない。

実施例−１ 第１図に示すのは、本出願の請求項１の発明を具体化し
たものであり、この発明を半導体装置の配線形成、特に
１６ＭビットクラスのＳＲＡＭに利用できる高度に微細
化・集積化された半導体装置における接続孔の埋め込み
及び配線形成に適用したものである。

本実施例は、第１図（ａ）〜（ｃ）に工程順に断面図で
示すように、下地ｌに開口２を形成しく第１図（ａ））
、該開口２の開口肩部２１をテーパエツチングして第１
図（ｂ）に示す如くその外部に向かって開く開口部分を
広げ、その後バイアスＥＣＲ−ＣＶＤ法により高融点金
属（本例ではＷ）による開口２の埋め込みと配線を形成
するための高融点金属層４の形成とを行い、第１図（ｃ
）に示すように良好な開口２の埋め込み部３と、配線用
高融点金属層４とが形成された構造を得るものである。

具体的には、本実施例における下地１は、シリコン等の
基板１１及びこの上に形成されたＳｉＯ□等の眉間膜１
２から成るものである。

本実施例では、次のような工程により、埋め込み及び配
線形成を実施した。

まず、配線の埋め込みを行うべき開口２である接続孔（
コンタクトホールやピアホール）を、通常のレジスト工
程によりリソグラフィー技術とドライエンチング手段に
より形成する。これにより第１図（ａ）の構造を得る。

次にバイアスＥＣＲ−’ＣＶＤ法で、開口２の上部コー
ナーである開口肩部２１をテーパエツチングして整形し
、第１図（ｂ）に示すようにオーバーカットする。この
時、層間膜１２の上面や開口２内は、水平面において堆
積速度とエツチング速度が等しくなるように条件設定す
る。これにより、層間膜１２及び、開口肩部２１以外の
開口２内はその水平面方向にはエツチングされない。こ
のように、部分的に水平方向にエツチングが進行する（
この例の開口肩部２１）が、それ以外の部分（この例の
層間膜１２及び開口２の内部）ではエツチングが進行し
ないようにバイアスＥＣＲ−ＣＶＤを行うことを、本明
細書中、「水平戻し」と称することにする。

本例の場合の水平戻しエツチングによる開口肩部２１の
テーパエンチングは、例えば次のような条件で行うこと
ができる。

使用ガス系：　ＳｉＨ４／ＮｚＯ””７．５／３５　Ｓ
ＣＣＭ圧　　　　カニ　　７　Ｘｌ０−’　Ｔｏｒｒマ
イクロ波：１．０ｋＷ ＲＦバイアス：０．５ｋＷ 磁　　束：　８７５　Ｇａｕｓｓ 次に熱ＣＶＤ法により、ＢＬＫ−Ｗを堆積する。

このＣＶＤは、通常の熱ＣＶＤの連続チェンバーを設け
ておいて、これによりＣＶＤする一般的な技術を採用で
きる。

これにより、第１図（ｃ）に示すように、高融点金属層
４であるＢＬＫ−Ｗ層により配線が形成されると同時に
、開口２がＢＬＫ−Ｗによって埋め込まれて埋め込み部
３が形成される。このとき、第１図（ｂ）に示したよう
に前の工程で開口肩部２１がテーパエツチングされて外
方に広がった形状になっているので、埋め込みが容易に
なっている。

このため、に（中空）の生しない良好な埋め込みが達成
され、同時に配線が形成される。

上記Ｂ　Ｌ　Ｋ−Ｗの形成は、バイアスＥＣＲ−ＣＶＤ
法により行うこともできる。即ち、テーパエッチングを
行った第１図（ｂ）の状態から、同じチェンバーか、ま
たは連続チェンバーを用いて、バイアスＥＣＲ−ＣＶＤ
法によりＢＬＫ−Ｗの形成を行うことができる。

このバイアスＥＣＲ−ＣＶＤ法によるＢＬＫＷの形成は
、例えば次のような条件で行うことができる。

使用ガス系：　　ＷＦ６／Ａｒ／１（ｚ＝１０／３０／
４０５ＣＣＭマイクロ波：　０．８ｋＷ ＲＦバイアス：　　０．３ｋＷ 磁　　束：　８７５　Ｇａｕｓｓ 圧　　　　カニ　　５Ｘ１０−’　Ｔｏｒｒあるいは、
ＢＬＫ−Ｗは、ＥＣＲ−ＣＶＤ法をバイアスをかけない
手法によって形成することもできる。その他Ｂ　Ｌ　Ｋ
−Ｗの製造に特に限定はなく、各種の手段を用いること
ができる。なお、ＢＬＫ−Ｗの形成の際には、下地にＴ
ｉＮ層等の密着層を予め形成して下地とＷとの密着性を
良好にするのが通常であり、本例でもそのようにしたが
、図示は省略した。

第１図（Ｃ）の構造を得た後は、必要な配線のパターニ
ングや、適宜のエツチングを行い、所望の配線構造を得
るようにすればよい。

本実施例においては、Ｗ等の高融点金属で接続孔等の開
口２を埋め込む場合、該開口２の上部である開口肩部２
１をテーパエッチングして整形しておく（このためには
、バイアスＥＣＲ−ＣＶＤ法を用いて、水平戻しの条件
でこの整形を達成できる）ので、開口２の上部がオーバ
ーカットされ広がり、よって高融点金属による埋め込み
部３が「ＭＪの発注をおこすことなく、良好な埋め込み
を実現できる。

また本実施例によれば、開口２の埋め込み後エッチバッ
クする場合（例えばレジスト除去後、Ａｒと０□との混
合ガス系でエッチバックを行うような場合）も、オーバ
ーエッチに対して有利である。例えばエッチバックして
、開口２内のみにＷ等の高融点金属を残す時、仮にオー
バーエッチすると、従来技術であれば第２図（ａ）のＡ
に示すように開口２の外へ開く部分は開口幅そのものの
ままであるのでこの上に配線の被覆を行うと段差により
被覆性（カバレッジ）が悪くなってしまうが、本実施例
では、第２図（ｂ）のＢに示すように、開口肩部２１で
広がっているため、オーバーエッチしてもその後の配線
等のカバレンジが良好で、有利である。

また、開口肩部２１で広がっているので、この上に配線
を形成した場合、埋め込み部３との接触面積を広くとる
ことができ、接続が良好になる。仮に、第２図（ａ）の
Ａで示す従来形状について、カバレンジを良くしようと
して図に破線Ａ′で示すように埋め込み後にテーパをつ
けたとしても、その場合は接触面積が大きいことによる
接続性良好の効果は出せない。

実施例−２ 第３図に示すのは、本出願の請求項２の発明を具体化し
たものである。本実施例も、この発明を半導体装置の接
続孔の埋め込み及び配線形成に適用したものである。

本実施例は、第３図（ａ）〜（ｃ）に工程順に断面図で
示すように、開口２を有する下地１上の全面に、該開口
２を埋め込まない程度に高融点金属を被着して第３図（
ａ）の構造とし、その後開口肩部２１′上に形成された
高融点金属肩部４１をテーパエツチングし、その後開口
を液相ＣＶＤにより埋め込むことにより、第３図（ｃ）
に示すように、開口２が図に符号３１．３２で示す２部
分から成る埋め込み部３と、高融点金属層４から成る配
線とが形成された構造を得るものである。

本実施例における下地１も、実施例−１におけると同様
、シリコン等の基板１１及びこの上に形成されたＳｉＯ
□等の層間膜１２から成るものである。

本実施例では、高融点金属としてＷをＥＣＲ−ＣＶＤ法
で形成するが、ＢＣＲ−ＣＶＤによる最初のＷ成長をノ
ンバイアスで行い、その後水平戻しをするように実施し
たものである。

本実施例では、ＢＬＫ−Ｗによる配線の形成、及び埋め
込みを行うべき開口を有する下地１に、まずバイアスＥ
ＣＲ−ＣＶＤ装置で、ノンバイアス、つまりバイアスを
かけない条件でＣＶＤを行い、Ｂ　Ｌ　Ｋ−Ｗを成長さ
せる。この時、第３図（ａ）に示すように、開口２が埋
め込まれない程度の膜厚で、高融点金属層４を形成する
。高融点金属層４の膜厚は、必要な配線の厚さとする。

なお、ＢＬＫ−Ｗ層の形成のためには、耐熱性密着層と
してＴｉＮ層が通常形成されるが、該密着層の図示は省
略した。

このときのノンバイアスでのＣＶＤ条件は、例えば次の
ように設定する。

使用ガス系：　ＷＦｈ／５ｉＨａ／Ｈｚ／Ａｒ　＝１０
／２０／４０／３０　ＳＣＣＭ マイクロ波：０．８ｋＷ ＲＦバイアス：な　し 磁　　束：　８７５　Ｇａｕｓｓ 圧　　　　カニ　５　ｘｉｏ−：＋　Ｔｏｒｒ本例では
、このようにノンバイアスの条件でＣＶＤを行うので、
スループットは、バイアス条件を用いて行う場合より高
くなる。

これにより第３図（ａ）の構造を得る。

次に、ＢＬＫ−Ｗのオーバーハング部を、水平戻しく実
施例−１の説明参照）を行って後退させる。図の矢印Ｃ
で、高融点金属肩部４１のみの水平方向でのテーパエッ
チングの状態を模式的に示す。

この場合の水平戻しのエツチングの条件は、例えば以下
のように設定できる。

使用ガス系：　ＳｉＨ４／Ｎｚ０＝７／３５　ＳＣＣＭ
圧　　　　カニ　７　Ｘｌ０−’　Ｔｏｒｒマイクロ波
：１ｋＷ ＲＦバイアス：０．５ｋＷ 磁　　束：　８７５　Ｇａｕｓｓ これにより第３図（ｂ）の構造を得る。

次に液相ＣＶＤを用いて、開口の残った部分の埋め込み
を行う。液相ＣＶＤによる高融点金属であるＷの堆積は
、適宜の最適条件を設定して実施する。第３図（ｂ）の
状態で開口２のＢ　Ｌ　Ｋ−Ｗ部分の高融点金属肩部４
１において空間を拡げであるので、液相ＣＶＤ堆積種が
入り易くなる。また、液相なるが故に、凹部にのみ、埋
め込みＷが成長する。

これにより、第３図（Ｃ）のように、埋め込み部３で良
好に埋め込まれた構造が得られる。図中、符号３２で液
相ＣＶＤにより埋め込まれた部分、３１でＢ　Ｌ　Ｋ−
Ｗにより埋め込まれた部分を示す。

第３図（ａ）のＢＬＫ−Ｗによる高融点金属層４は、別
の装置かチェンバーで、熱ＣＶＤで形成されてもよい。

またこれらのプロセスは、複数チェンバーを用いた連続
プロセス装置で行うこともできる。

上記の方法では、開口２を埋め込まない程度に下地上の
全面に高融点金属を被着する工程を備えるので、この工
程を高速のＣＶＤ手段、例えばノンバイアスの条件での
ＥＣＲ−ＣＶＤにより行うようにできるので、バイアス
ＥＣＲ−ＣＶＤ法の難点であったスループットの問題を
解決できる。

即ち、バイアスＥＣＲ−ＣＶＤ法を使うことにより埋め
込み能力の向上を図って、中空の生じない埋め込みを達
成しようとすると、バイアスＥＣＲ−ＣＶＤ法は、堆積
とエンチングとを同時進行的に行う技術であるため、ス
ループントが小さく、生産性が低かったのであるが、本
例ではこの問題をも解決できる。

また本実施例では、次に、液相ＣＶＤでＷを埋め込んだ
ので、良好な埋め込み部を形成できる。

〔発明の効果〕

上述したように、本出願の請求項１の発明は、高融点金
属により開口の埋め込みを中空の生しないように良好に
達成でき、必要に応して埋め込みとその他の配線の形成
とを同時に行えるように構成できるものである。また本
出願の請求項２の発明は、あわせて、更に生産性高く埋
め込み及び必要に応じてその他の配線の形成ができると
いう効果を有する。

（ｂ）は、実施例−１の作用を説明するための図である
。第３図（ａ）〜（ｃ）は、実施例−２を工程順に断面
図を用いて示すものである。第４図（ａ）（ｂ）は従来
技術の問題点を説明するための図である。

１・・・下地、２・・・開口、２１・・・開口肩部、３
，３１３２・・・埋め込み部、４・・・高融点金属層、
４１・・・高融点金属肩部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、開口を有する下地上の全面に高融点金属層を形成し
   、これにより開口の埋め込みを行う配線形成方法であっ
   て、 上記開口の開口肩部をテーパエッチングし、その後バイ
   アスＥＣＲ−ＣＶＤ法により少なくとも高融点金属によ
   る開口の埋め込みを行うことを特徴とする配線形成方法
   。 ２、開口を有する下地上の全面に高融点金属層を形成し
   、これにより開口の埋め込みを行う配線形成方法であっ
   て、 上記開口を埋め込まない程度に下地上の全面に高融点金
   属を被着し、 その後開口肩部上に形成された高融点金属肩部をテーパ
   エッチングし、 その後開口を液相ＣＶＤにより埋め込むことを特徴とす
   る配線形成方法。