JPH05259109A - Formation method of metal wiring layer - Google Patents

Formation method of metal wiring layer

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JPH05259109A
JPH05259109A JP8745892A JP8745892A JPH05259109A JP H05259109 A JPH05259109 A JP H05259109A JP 8745892 A JP8745892 A JP 8745892A JP 8745892 A JP8745892 A JP 8745892A JP H05259109 A JPH05259109 A JP H05259109A
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layer
interlayer insulating
metal wiring
barrier metal
insulating layer
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JP8745892A
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Toshiaki Hasegawa
利昭 長谷川
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Sony Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide the formation method, of a metal wiring layer, wherein the aspect ratio of an opening part does not become large after a barrier metal film has been formed or the film thickness of the metal wiring layer as a whole is not increased in the formation method, of the metal wiring layer, wherein, after the opening part has been formed in an interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate, the barrier metal layer is formed and the metal wiring layer is then formed by a blanket CVD method. CONSTITUTION:The title formation method is composed of the following: a process wherein a barrier metal layer 22 is formed on the upper surface of an interlayer insulating layer 14 and at the inside of an opening part 16 by using an electron cyclotron resonance CVD method; and a process wherein at least one part of the barrier metal layer 22 formed on the upper surface of the interlayer insulating layer 14 is shaped by a polishing method.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置におけるメ
タル配線層の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a metal wiring layer in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】次世代以降のULSIにおける多層配線
形成プロセス技術において、半導体基板あるいは下層配
線(以下、下地層ともいう)上に形成された層間絶縁層
に設けられた開口部内に導電性材料を埋め込み、0.3
5ミクロンルール以下の微細なコンタクトホール、スル
ーホールあるいはビアホール(以下、単に接続孔ともい
う)を形成する技術として、所謂ブランケットCVD法
が注目されている。具体的には、ブランケットCVD法
とは、例えば下地層上に形成された層間絶縁層の上表面
及びかかる層間絶縁層に形成された開口部内に、例えば
タングステンから成るメタル配線層をCVD法にて堆積
させた後、層間絶縁層の上表面に形成されたメタル配線
層をエッチバックして除去することによって、開口部の
内部にメタルプラグが形成された接続孔を完成させる方
法である。
2. Description of the Related Art In a multi-layer wiring forming process technology for the next generation and later ULSI, a conductive material is provided in an opening provided in an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate or a lower layer wiring (hereinafter, also referred to as an underlayer). Embedded, 0.3
A so-called blanket CVD method has been attracting attention as a technique for forming a fine contact hole, a through hole, or a via hole (hereinafter, also simply referred to as a connection hole) of 5 micron rule or less. Specifically, the blanket CVD method is, for example, a CVD method in which a metal wiring layer made of, for example, tungsten is formed on the upper surface of an interlayer insulating layer formed on a base layer and in an opening formed in the interlayer insulating layer. After depositing, the metal wiring layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer is etched back and removed to complete the connection hole having the metal plug formed inside the opening.

【0003】ブランケットCVD法でメタル配線層ある
いはメタルプラグを形成する場合、メタル配線層あるい
はメタルプラグの下にバリヤメタル層を形成する必要が
ある。その理由は、ブランケットCVD法で形成される
メタル配線層はステップカバレッジには優れるものの、
異種材料層の界面における内部応力の差に起因して、層
間絶縁層に対する密着性が乏しいからである。また、メ
タル配線層を成膜するための原料ガスである金属フッ化
物ガスが下地層を浸食することを防止する必要もある。
更に、ブランケットCVD法によるメタル配線層の形成
は比較的高温で行われるため、下地層に対するバリヤ性
を高める必要もあるからである。
When forming a metal wiring layer or a metal plug by the blanket CVD method, it is necessary to form a barrier metal layer under the metal wiring layer or the metal plug. The reason is that although the metal wiring layer formed by the blanket CVD method has excellent step coverage,
This is because the adhesiveness to the interlayer insulating layer is poor due to the difference in internal stress at the interface between different material layers. It is also necessary to prevent the metal fluoride gas, which is the source gas for forming the metal wiring layer, from eroding the underlayer.
Further, since the metal wiring layer is formed by the blanket CVD method at a relatively high temperature, it is necessary to enhance the barrier property with respect to the underlying layer.

【0004】以上のように、窒化チタン(TiN)等か
ら成るバリアメタル層をメタル配線層と層間絶縁層との
間に形成する必要がある。また、薄膜トランジスタ(T
FT)の形成時のアニール工程やBPSG等から成る層
間絶縁層のリフロー処理工程において、半導体装置に熱
処理を施す。下地層とメタルプラグとがこの熱処理工程
で反応して接合を破壊する等の現象を防ぐためにも、バ
リアメタル層の形成は不可欠である。
As described above, it is necessary to form the barrier metal layer made of titanium nitride (TiN) or the like between the metal wiring layer and the interlayer insulating layer. In addition, a thin film transistor (T
The semiconductor device is subjected to heat treatment in the annealing process at the time of forming FT) and the reflow process process of the interlayer insulating layer made of BPSG or the like. The formation of the barrier metal layer is indispensable also in order to prevent the phenomenon that the underlayer and the metal plug react with each other in this heat treatment step to destroy the junction.

【0005】現在、スパッタ法によってバリアメタル層
を形成する方法しか実用化されていない。ところが、一
般に、スパッタ法で形成された膜は段差被覆性(ステッ
プカバレッジ)が悪い。次世代以降のULSIプロセス
技術においては、0.35μmルール以下の接続孔を形
成することが要求される。しかるに、層間絶縁層に形成
されたアスペクト比が大きい開口部内に、スパッタ法で
バリアメタル層をカバレッジ良く形成することは極めて
困難である。例えばアスペクト比が2の場合、層間絶縁
層の上表面に形成された膜の厚さに対して、開口部の底
部に形成された膜の厚さは10%前後しかない。スパッ
タ法にて形成されたTiNから成るバリアメタル層で
は、前述した、タングステン等から成るメタルプラグと
下地層とが熱処理工程で反応して接合を破壊する等の現
象を防ぐことが困難である。従って、スパッタ法に代わ
る技術としてカバレッジの良いCVD法を用いて、Ti
Nから成るバリアメタル層を形成する方法が開発されて
いる。
At present, only the method of forming the barrier metal layer by the sputtering method has been put into practical use. However, in general, a film formed by the sputtering method has poor step coverage. In the ULSI process technology of the next generation and thereafter, it is required to form a connection hole of 0.35 μm rule or less. However, it is extremely difficult to form the barrier metal layer with good coverage in the opening formed in the interlayer insulating layer and having a large aspect ratio by the sputtering method. For example, when the aspect ratio is 2, the thickness of the film formed on the bottom surface of the opening is only about 10% of the thickness of the film formed on the upper surface of the interlayer insulating layer. In the barrier metal layer made of TiN formed by the sputtering method, it is difficult to prevent the above-described phenomenon that the metal plug made of tungsten or the like reacts with the base layer in the heat treatment step to destroy the junction. Therefore, using a CVD method with good coverage as an alternative to the sputtering method, Ti
A method of forming a barrier metal layer made of N has been developed.

【0006】そのようなCVD法の1つとして、異方性
の堆積形状が得られる電子サイクロトロン共鳴CVD法
(以下、ECR CVD法ともいう)がある。このEC
RCVD法は、反応ガスの活性種が方向性を有してお
り、そのため、薄膜は反応ガスの入射方向に平行な開口
部の側壁には殆ど形成されず、層間絶縁層の上表面及び
開口部の底部に形成されるという特徴を有する。
As one of such CVD methods, there is an electron cyclotron resonance CVD method (hereinafter also referred to as an ECR CVD method) capable of obtaining an anisotropic deposition shape. This EC
In the RCVD method, the active species of the reaction gas have directionality, so that the thin film is hardly formed on the side wall of the opening parallel to the incident direction of the reaction gas, and the upper surface of the interlayer insulating layer and the opening It is characterized in that it is formed at the bottom of the.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ECR
CVD法を用いてバリアメタル層を形成しても、開口
部の径が小さくしかもアスペクト比が大きくなるに従っ
て、層間絶縁層の上表面に形成されたた薄膜の膜厚d
surfaceに対する開口部の底部に形成された薄膜の膜厚
bottomの比が小さくなってしまうという問題がある。
即ち、開口の底部に所望の膜厚を有するバリアメタル層
を形成するためには、層間絶縁層の上表面に厚くバリア
メタル層を形成しなければならない。この結果、(d
surface−dbot tom)分だけ開口部の深さが深くなり、
従って、開口部のアスペクト比が大きくなり、後工程の
ブランケットCVD法において、メタル配線層による開
口部の埋め込みが悪くなるという問題が生じる。
[Problems to be Solved by the Invention] However, ECR
Even if the barrier metal layer is formed by the CVD method, the film thickness d of the thin film formed on the upper surface of the interlayer insulating layer increases as the diameter of the opening decreases and the aspect ratio increases.
There is a problem that the ratio of the film thickness d bottom of the thin film formed at the bottom of the opening to the surface becomes small.
That is, in order to form a barrier metal layer having a desired film thickness on the bottom of the opening, a thick barrier metal layer must be formed on the upper surface of the interlayer insulating layer. As a result, (d
The depth of the opening becomes deeper by the amount of surface −d bot tom ,
Therefore, the aspect ratio of the opening becomes large, and in the blanket CVD method in the subsequent step, there arises a problem that the filling of the opening with the metal wiring layer becomes poor.

【0008】また、層間絶縁層の上表面に形成されたバ
リアメタル層の一部を残し、かかるバリアメタル層をそ
のままメタル配線層の下地として使用する場合、層間絶
縁層の上表面に形成されたバリアメタル層の厚さが厚い
ため、後の工程で形成されるメタル配線全体の厚さが増
加し、平坦化が困難になるという問題がある。
Further, when a part of the barrier metal layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer is left and the barrier metal layer is used as it is as a base of the metal wiring layer, it is formed on the upper surface of the interlayer insulating layer. Since the thickness of the barrier metal layer is large, there is a problem in that the thickness of the entire metal wiring formed in a later step is increased and it becomes difficult to planarize.

【0009】従って、本発明の目的は、半導体基板上に
形成された層間絶縁層に開口部を設けた後、バリアメタ
ル層を形成し、次いでブランケットCVD法でメタル配
線層を形成するメタル配線層の形成方法であって、バリ
アメタル層形成後の開口部のアスペクト比が大きくなる
ことがなく、あるいは又、メタル配線全体の厚さが増す
ことのないメタル配線層の形成方法を提供することにあ
る。
Therefore, an object of the present invention is to form a barrier metal layer after forming an opening in an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate, and then form a metal wiring layer by a blanket CVD method. The present invention provides a method for forming a metal wiring layer which does not increase the aspect ratio of the opening after forming the barrier metal layer or does not increase the thickness of the entire metal wiring. is there.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、(イ)電
子サイクロトロン共鳴CVD法によって、層間絶縁層の
上表面及び開口部内にバリアメタル層を形成する工程
と、(ロ)層間絶縁層の上表面に形成されたバリアメタ
ル層の少なくとも一部分をポリッシュ法によって削る工
程、から成ることを特徴とする本発明のメタル配線層の
形成方法によって達成することができる。
The above-mentioned object is (a) a step of forming a barrier metal layer on the upper surface and in the opening of the interlayer insulating layer by electron cyclotron resonance CVD method; It can be achieved by the method for forming a metal wiring layer of the present invention, which comprises a step of shaving at least a part of the barrier metal layer formed on the upper surface by a polishing method.

【0011】バリアメタル層は、TiN、Ti/Ti
N、TiSi2/TiN、TiON、Ti/TiON、
TiSi2/TiON,TiW、MoSi2、WSi2
ら成ることが好ましい。尚、TiN、TiONあるいは
TiWの上にメタル配線層が形成される。
The barrier metal layer is made of TiN, Ti / Ti
N, TiSi 2 / TiN, TiON, Ti / TiON,
It is preferably composed of TiSi 2 / TiON, TiW, MoSi 2 , WSi 2 . A metal wiring layer is formed on TiN, TiON or TiW.

【0012】層間絶縁層は、SiO2、PSG、BS
G、BPSG、AsSG、PbSG、SbSG、シリコ
ン窒化膜、SOG、SiON等から成り、従来のCVD
法で形成することができる。また、開口部の形成は、通
常、フォトリソグラフィ法及びリアクティブ・イオン・
エッチング法で形成することができる。メタル配線層
は、タングステン、ニッケル、モリブデン、コバルト等
から成り、所謂ブランケットCVD法で形成する。ある
いは又、アルミニウムから成り、所謂選択CVD法で形
成することができる。
The interlayer insulating layer is made of SiO 2 , PSG, BS.
G, BPSG, AsSG, PbSG, SbSG, silicon nitride film, SOG, SiON, etc.
Can be formed by the method. Also, the opening is usually formed by photolithography and reactive ion.
It can be formed by an etching method. The metal wiring layer is made of tungsten, nickel, molybdenum, cobalt or the like, and is formed by a so-called blanket CVD method. Alternatively, it is made of aluminum and can be formed by a so-called selective CVD method.

【0013】ポリッシュ法は、近年、半導体基板の鏡面
仕上げ、SOI(Silicon On Insulator)デバイスで用
いられている技術であり、例えば、文献「Trench Insul
atorby Selective Epi and CVD Oxide Cap」 J. Electr
ochem SOC, Vol. 137, No.12, 1990年12月、に開示され
ているように、層間絶縁層の平坦化にも応用されてい
る。ポリッシュ法に用いられる研磨装置100の概要を
図4に示す。この研磨装置100は、研磨プレート10
2、基板支持台110、スラリー供給系116から成
る。研磨プレート102は、回転する研磨プレート回転
軸106に支承され、その表面には研磨パッド104が
備えられている。基板支持台110は、研磨プレート1
02の上方に配置され、基板支持台回転軸112に支承
されている。研磨すべき基板108は基板支持台110
に載置される。基板支持台回転軸112は、基板支持台
を研磨パッドの方向に押す研磨圧力調整機構114に取
り付けられている。研磨剤を含んだスラリー120は、
スラリー供給系116からスラリー供給口118を通し
て研磨パッド104に供給される。
The polishing method is a technique which has been used in recent years in mirror finishing of semiconductor substrates and in SOI (Silicon On Insulator) devices. For example, the document "Trench Insul" is used.
atorby Selective Epi and CVD Oxide Cap '' J. Electr
Ochem SOC, Vol. 137, No. 12, December 1990, it is also applied to planarization of an interlayer insulating layer. FIG. 4 shows an outline of the polishing apparatus 100 used in the polishing method. The polishing apparatus 100 includes a polishing plate 10
2. A substrate support 110 and a slurry supply system 116. The polishing plate 102 is supported by a rotating polishing plate rotating shaft 106, and a polishing pad 104 is provided on the surface thereof. The substrate support 110 is the polishing plate 1
02, and is supported by the substrate support base rotation shaft 112. The substrate 108 to be polished is the substrate support 110.
Placed on. The substrate support base rotation shaft 112 is attached to a polishing pressure adjusting mechanism 114 that pushes the substrate support base toward the polishing pad. The slurry 120 containing the abrasive is
The slurry is supplied from the slurry supply system 116 to the polishing pad 104 through the slurry supply port 118.

【0014】ポリッシュ法はこのような研磨装置100
を用いる。そして、研磨剤を含んだスラリー120を研
磨パッド104に供給しながら、研磨プレート102を
回転させる。同時に基板支持台110に載置された基板
108を回転させながら、研磨圧力調整機構114によ
って、研磨パッド104に対する基板108の研磨圧力
を調整する。こうして、基板108の表面を研磨するこ
とができる。
The polishing method uses such a polishing apparatus 100.
To use. Then, the polishing plate 102 is rotated while the slurry 120 containing the polishing agent is supplied to the polishing pad 104. At the same time, while rotating the substrate 108 placed on the substrate support 110, the polishing pressure adjusting mechanism 114 adjusts the polishing pressure of the substrate 108 to the polishing pad 104. In this way, the surface of the substrate 108 can be polished.

【0015】あるいは又、実開昭63−754号公報に
記載されたように、スラリーを、研磨プレート回転軸1
06及び研磨プレート102の内部を経由して、研磨パ
ッド104に設けられたスラリー供給口118から供給
することもできる(図5参照)。
Alternatively, as described in Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-754, the slurry is treated with a polishing plate rotating shaft 1
It is also possible to supply the slurry from the slurry supply port 118 provided in the polishing pad 104 via 06 and the inside of the polishing plate 102 (see FIG. 5).

【0016】本発明の好ましい実施態様においては、層
間絶縁層の上表面に形成されたバリアメタル層の全てを
ポリッシュ法によって削り、次いで、露出した層間絶縁
層の上に密着層を形成する。この方法は、バリアメタル
層の一部分をポリッシュ法によって除去することが困難
な場合に好適である。露出した層間絶縁層は、一般に、
ブランケットCVD法で堆積されるメタル配線層との密
着性がよくないが、密着層を設けることによって、層間
絶縁層とメタル配線層との密着性を向上させることがで
きる。密着層は、TiN、TiONから成り、この密着
層はカバレッジを要求されないので、CVD法あるいは
スパッタ法で形成することができる。あるいは又、スパ
ッタ法で形成されたタングステン、TiWとすることも
できる。
In a preferred embodiment of the present invention, all of the barrier metal layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer is ground by a polishing method, and then an adhesion layer is formed on the exposed interlayer insulating layer. This method is suitable when it is difficult to remove a part of the barrier metal layer by the polishing method. The exposed interlayer insulating layer is generally
Although the adhesion to the metal wiring layer deposited by the blanket CVD method is not good, the adhesion layer can improve the adhesion between the interlayer insulating layer and the metal wiring layer. The adhesion layer is made of TiN and TiON. Since this adhesion layer does not require coverage, it can be formed by the CVD method or the sputtering method. Alternatively, tungsten or TiW formed by a sputtering method can be used.

【0017】[0017]

【作用】本発明の方法においては、バリアメタル層をE
CR CVD法で形成するので、開口部の底部に厚いバ
リアメタル層を形成することができる。また、層間絶縁
層の上表面に形成されたバリアメタル層の少なくとも一
部分をポリッシュ法によって削るので、バリアメタル層
形成後の開口部のアスペクト比が大きくなることがな
く、あるいは又後の工程で形成されるメタル配線全体の
厚さが増すことがない。
In the method of the present invention, the barrier metal layer is made E
Since it is formed by the CR CVD method, a thick barrier metal layer can be formed at the bottom of the opening. Further, since at least a part of the barrier metal layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer is ground by the polishing method, the aspect ratio of the opening after forming the barrier metal layer does not increase, or the barrier metal layer is formed in a later step. The thickness of the entire metal wiring is not increased.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の方法を実施
例に基づき説明する。尚、実施例においては、本発明の
方法を所謂ブランケットタングステンCVD法に適用す
る。また、バリアメタル層の形成のために使用した装置
は、ECR CVD装置である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The method of the present invention will now be described based on embodiments with reference to the drawings. In the examples, the method of the present invention is applied to the so-called blanket tungsten CVD method. The apparatus used for forming the barrier metal layer is an ECR CVD apparatus.

【0019】(実施例1) [工程−100]シリコン基板10の上に、SiO2
ら成り厚さ約800nmの層間絶縁層14をCVD法で
形成した後、従来の方法、例えばフォトリソグラフィ法
及びリアクティブ・イオン・エッチング法によって、層
間絶縁層14に開口部16を形成する(図1の(A)参
照)。尚、シリコン基板10には、不純物拡散領域12
が形成されている。
Example 1 [Step-100] After an interlayer insulating layer 14 made of SiO 2 and having a thickness of about 800 nm is formed on a silicon substrate 10 by a CVD method, a conventional method such as a photolithography method and The opening 16 is formed in the interlayer insulating layer 14 by the reactive ion etching method (see FIG. 1A). The silicon substrate 10 has an impurity diffusion region 12
Are formed.

【0020】[工程−110]Ti/TiNから成るバ
リアメタル層22をそれぞれ20/150nm、層間絶
縁層14の上表面及び開口部16内にECR CVD法
にて形成する(図1の(B)参照)。尚、図1の(B)
中、18はTi層、20はTiN層である。Ti層18
の形成条件は以下のとおりである。 TiCl4/H2/Ar=10/50/5sccm マイクロ波パワー 3kW 温度 600°C 圧力 0.1Pa 尚、H2及びArは電子サイクロトロン共鳴によりプラ
ズマ化される。引き続き、TiN層20を以下の条件で
形成する。 TiCl4/N2/H2/Ar=10/15/50/5scc
m マイクロ波パワー 3kW 温度 600°C 圧力 0.1Pa 尚、N2、H2及びArは電子サイクロトロン共鳴により
プラズマ化される。
[Step-110] A barrier metal layer 22 made of Ti / TiN is formed at 20/150 nm on the upper surface of the interlayer insulating layer 14 and in the opening 16 by ECR CVD method (FIG. 1 (B)). reference). Incidentally, FIG. 1 (B)
Among them, 18 is a Ti layer and 20 is a TiN layer. Ti layer 18
The formation conditions of are as follows. TiCl 4 / H 2 / Ar = 10/50/5 sccm Microwave power 3 kW Temperature 600 ° C Pressure 0.1 Pa Note that H 2 and Ar are plasmatized by electron cyclotron resonance. Subsequently, the TiN layer 20 is formed under the following conditions. TiCl 4 / N 2 / H 2 / Ar = 10/15/50 / 5scc
m Microwave power 3 kW Temperature 600 ° C Pressure 0.1 Pa Note that N 2 , H 2 and Ar are turned into plasma by electron cyclotron resonance.

【0021】[工程−120]次に、層間絶縁層14の
上に形成されたバリアメタル層22の一部分をポリッシ
ュ法によって除去する(図1の(C)参照)。除去の条
件は以下のとおりである。研磨装置としては、図4に示
した研磨装置を使用した。 研磨圧力=5.0 PSI 研磨プレート/基板支持台回転数=12/26 RPM このとき、層間絶縁層14の上のバリアメタル層22を
構成するTiN層20を、次の工程であるブランケット
タングステンCVD法におけるタングステンの密着層と
して約50nm残すようにした。
[Step-120] Next, a part of the barrier metal layer 22 formed on the interlayer insulating layer 14 is removed by the polishing method (see FIG. 1C). The conditions for removal are as follows. The polishing apparatus shown in FIG. 4 was used as the polishing apparatus. Polishing pressure = 5.0 PSI Polishing plate / Substrate support rotation number = 12/26 RPM At this time, the TiN layer 20 forming the barrier metal layer 22 on the interlayer insulating layer 14 is blanket tungsten CVD in the next step. About 50 nm is left as an adhesion layer of tungsten in the method.

【0022】[工程−130]その後、ブランケットタ
ングステンCVD法によりメタル配線層24を形成す
る。開口部16の内部はメタル配線層によって埋め込ま
れる(図2参照)。このメタル配線層24を通常の方法
でパターニングすることによってメタル配線を完成させ
た。あるいは又、層間絶縁層の上表面に形成されたメタ
ル配線層24及びバリアメタル層22をエッチバックし
て、開口部内にメタルプラグが形成された接続孔を完成
させてもよい。
[Step-130] After that, the metal wiring layer 24 is formed by the blanket tungsten CVD method. The inside of the opening 16 is filled with a metal wiring layer (see FIG. 2). The metal wiring was completed by patterning this metal wiring layer 24 by a usual method. Alternatively, the metal wiring layer 24 and the barrier metal layer 22 formed on the upper surface of the interlayer insulating layer may be etched back to complete the connection hole having the metal plug formed in the opening.

【0023】(実施例2)実施例2においては、層間絶
縁層の上表面に形成されたバリアメタル層をポリッシュ
法で全て除去し、露出した層間絶縁層の上表面に密着層
を形成する。 [工程−200]この工程は、実施例1の[工程−10
0]及び[工程−110]と同じであるため、説明は省
略する。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, the barrier metal layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer is completely removed by the polishing method, and the adhesion layer is formed on the exposed upper surface of the interlayer insulating layer. [Step-200] This step corresponds to [Step-10 in Example 1].
0] and [Step-110], the description thereof will be omitted.

【0024】[工程−210]次に、層間絶縁層14の
上表面に形成されたバリアメタル層22の全てをポリッ
シュ法によって除去する(図3の(A)参照)。除去の
条件は以下のとおりである。研磨装置としては、図4に
示した研磨装置を使用した。 研磨圧力=5.0 PSI 研磨プレート/基板支持台回転数=12/26 RPM
[Step-210] Next, the entire barrier metal layer 22 formed on the upper surface of the interlayer insulating layer 14 is removed by the polishing method (see FIG. 3A). The conditions for removal are as follows. The polishing apparatus shown in FIG. 4 was used as the polishing apparatus. Polishing pressure = 5.0 PSI Polishing plate / Substrate support rotation speed = 12/26 RPM

【0025】[工程−220]次に、ECR CVD法
でTiNから成り厚さ約50nmの密着層30を堆積さ
せた(図3の(B)参照)。密着層30の形成条件を以
下のとおりとした。 TiCl4/N2/H2/Ar=10/15/50/5scc
m マイクロ波パワー 3kW 温度 600°C 圧力 0.1Pa 尚、N2、H2及びArは電子サイクロトロン共鳴により
プラズマ化される。密着層30は、ポリッシュ法で露出
された層間絶縁層14の上表面に形成されればよいの
で、カバレッジが良い方法が好ましいが、密着層には良
好なカバレッジが強く要求されるわけではない。従っ
て、密着層30は、他のCVD法あるいはスパッタ法に
よって形成することができる。
[Step-220] Next, an adhesion layer 30 made of TiN and having a thickness of about 50 nm was deposited by the ECR CVD method (see FIG. 3B). The conditions for forming the adhesion layer 30 are as follows. TiCl 4 / N 2 / H 2 / Ar = 10/15/50 / 5scc
m Microwave power 3 kW Temperature 600 ° C Pressure 0.1 Pa Note that N 2 , H 2 and Ar are turned into plasma by electron cyclotron resonance. Since the adhesion layer 30 may be formed on the upper surface of the interlayer insulating layer 14 exposed by the polishing method, a method with good coverage is preferable, but good adhesion is not necessarily required for the adhesion layer. Therefore, the adhesion layer 30 can be formed by another CVD method or sputtering method.

【0026】[工程−230]その後、ブランケットタ
ングステンCVD法によりメタル配線層を形成する。開
口部の内部はメタル配線層によって埋め込まれる。この
メタル配線層を通常の方法でパターニングすることによ
ってメタル配線を完成させ、あるいは又、層間絶縁層の
上表面に形成されたメタル配線層及び密着層をエッチバ
ックして、開口部内にメタルプラグが形成された接続孔
を完成させる。
[Step-230] After that, a metal wiring layer is formed by a blanket tungsten CVD method. The inside of the opening is filled with a metal wiring layer. The metal wiring layer is completed by patterning this metal wiring layer by a normal method, or the metal wiring layer and the adhesion layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer are etched back to form a metal plug in the opening. The formed connection hole is completed.

【0027】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例においては、不純物拡散領域が形成され
た半導体基板上に層間絶縁層を形成したが、下層配線層
が形成された半導体基板上に層間絶縁層を形成すること
も、本発明のメタル配線層の形成方法に包含される。
Although the present invention has been described based on the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. Although the interlayer insulating layer is formed on the semiconductor substrate in which the impurity diffusion region is formed in the embodiment, it is also possible to form the interlayer insulating layer on the semiconductor substrate in which the lower wiring layer is formed. Are included in the method of forming.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明の方法によれば、開口部の底部に
は厚いバリアメタル層を形成でき、しかも、層間絶縁層
の上表面のバリアメタル層の厚さを薄くできるため、バ
リア性が高く、しかも、後工程のブランケットCVD法
において、開口部のアスペクト比の増加、あるいは又、
メタル配線全体の厚さの増加等の問題が生じない。本発
明の効果は、半導体装置が微細化する程、顕著になる。
According to the method of the present invention, since a thick barrier metal layer can be formed at the bottom of the opening and the thickness of the barrier metal layer on the upper surface of the interlayer insulating layer can be reduced, the barrier property is improved. High, and in the blanket CVD method of the subsequent process, the aspect ratio of the opening is increased, or
There is no problem such as an increase in the thickness of the entire metal wiring. The effect of the present invention becomes more remarkable as the semiconductor device becomes finer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法の好ましい実施態様の各工程を説
明するための、半導体素子の模式的な一部断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device for explaining each step of a preferred embodiment of the method of the present invention.

【図2】図1に引き続く工程を説明するための、半導体
素子の模式的な一部断面図である。
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor element for explaining the process following FIG.

【図3】本発明の方法の好ましい別の実施態様の工程の
一部を説明するための、半導体素子の模式的な一部断面
図である。
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor device for explaining a part of the process of another preferred embodiment of the method of the present invention.

【図4】ポリッシュ法に適した研磨装置の概要を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a polishing apparatus suitable for the polishing method.

【図5】ポリッシュ法に適した別の研磨装置の一部分を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a part of another polishing apparatus suitable for the polishing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 12 不純物拡散領域 14 層間絶縁層 16 開口部 18 Ti層 20 TiN層 22 バリアメタル層 24 メタル配線層 30 密着層 100 研磨装置 102 研磨プレート 104 研磨パッド 106 研磨プレート回転軸 108 基板 110 基板支持台 112 基板支持台回転軸 114 研磨圧力調整機構 116 スラリー供給系 118 スラリー供給口 120 スラリー 10 Silicon Substrate 12 Impurity Diffusion Region 14 Interlayer Insulating Layer 16 Opening 18 Ti Layer 20 TiN Layer 22 Barrier Metal Layer 24 Metal Wiring Layer 30 Adhesion Layer 100 Polishing Device 102 Polishing Plate 104 Polishing Pad 106 Polishing Plate Rotating Axis 108 Substrate 110 Substrate Support Table 112 Substrate support table Rotation shaft 114 Polishing pressure adjusting mechanism 116 Slurry supply system 118 Slurry supply port 120 Slurry

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成された層間絶縁層に開
口部を設けた後、バリアメタル層を形成し、次いでブラ
ンケットCVD法でメタル配線層を形成するメタル配線
層の形成方法であって、 (イ)電子サイクロトロン共鳴CVD法によって、層間
絶縁層の上表面及び開口部内にバリアメタル層を形成す
る工程と、 (ロ)層間絶縁層の上表面に形成されたバリアメタル層
の少なくとも一部分をポリッシュ法によって削る工程、
から成ることを特徴とするメタル配線層の形成方法。
1. A method for forming a metal wiring layer, comprising forming an opening in an interlayer insulating layer formed on a semiconductor substrate, forming a barrier metal layer, and then forming a metal wiring layer by a blanket CVD method. A) forming a barrier metal layer on the upper surface of the interlayer insulating layer and in the opening by an electron cyclotron resonance CVD method; and (b) at least a part of the barrier metal layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer. Process of polishing by polishing method,
A method of forming a metal wiring layer comprising:
【請求項2】層間絶縁層の上表面に形成されたバリアメ
タル層の全てをポリッシュ法によって削り、次いで、露
出した層間絶縁層の上に密着層を形成することを特徴と
する請求項1に記載のメタル配線層の形成方法。
2. The barrier metal layer formed on the upper surface of the interlayer insulating layer is entirely ground by a polishing method, and then an adhesion layer is formed on the exposed interlayer insulating layer. A method for forming a metal wiring layer as described above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014225044A (en) * 1999-07-06 2014-12-04 株式会社半導体エネルギー研究所 Display device and electronic apparatus

Cited By (2)

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JP2014225044A (en) * 1999-07-06 2014-12-04 株式会社半導体エネルギー研究所 Display device and electronic apparatus
US9395584B2 (en) 1999-07-06 2016-07-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method of fabricating the same

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