JPH065673B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JPH065673B2
JPH065673B2 JP12564885A JP12564885A JPH065673B2 JP H065673 B2 JPH065673 B2 JP H065673B2 JP 12564885 A JP12564885 A JP 12564885A JP 12564885 A JP12564885 A JP 12564885A JP H065673 B2 JPH065673 B2 JP H065673B2
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groove
hole
layer
conductor
film
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諭 中山
均 遠田
進 村本
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に高
融点金属を主体とする平坦化ゲート電極配線および平坦
化多層配線の構造とその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a structure of a planarized gate electrode wiring and a planarized multilayer wiring mainly composed of refractory metal and a method of manufacturing the same. is there.

従来の技術 半導体装置の配線材料としては、一般にAlが用いられて
いるが、半導体装置が微細化するに伴い配線電流密度が
増加するため、エレクトロマイグレーションによる配線
の信頼性低下が問題となってきている。この問題を解決
するためMo、W等の高融点金属を配線に用いることが考
えられるが、高融点金属は下地酸化膜との密着性が悪く
また加工が難しい等の問題がある。
BACKGROUND ART Al is generally used as a wiring material of a semiconductor device, but the wiring current density increases as the semiconductor device is miniaturized, so that the reliability of wiring due to electromigration becomes a problem. There is. In order to solve this problem, it is possible to use a refractory metal such as Mo or W for the wiring, but the refractory metal has problems such as poor adhesion to the underlying oxide film and difficult processing.

また、半導体装置が微細化、高密度化するに伴い、配線
の多層化が進められている。多層配線を形成する場合、
下層のSiO膜等の層間絶縁膜を気相成長法により被覆
し、この層間絶縁膜の所望の位置に開口部(スルーホー
ル、コンタクトホールなど)を設け、その後上層の配線
を行うという方法が通常用いられる。しかし、この場合
には、下層の配線による層間絶縁膜の凹凸のために、ホ
ト工程による上層の配線のパターニングが困難になるこ
と、段差部で上層の配線の断線が生じやすい等の問題が
ある。この問題を解決するために、配線層や層間絶縁膜
あるいはスルーホール自体を平坦化する平坦化配線技術
が各種提案されている。
In addition, as semiconductor devices have become finer and more dense, wirings have been multi-layered. When forming multilayer wiring,
A method of covering an interlayer insulating film such as a lower layer SiO 2 film by a vapor phase growth method, providing an opening (through hole, contact hole, etc.) at a desired position of this interlayer insulating film, and then performing wiring of an upper layer. Normally used. However, in this case, there are problems that patterning of the upper layer wiring by a photo process becomes difficult due to the unevenness of the interlayer insulating film due to the lower layer wiring, and the upper layer wiring is likely to be broken at the step portion. . In order to solve this problem, various flattening wiring techniques for flattening the wiring layer, the interlayer insulating film, or the through holes themselves have been proposed.

その中で主な技術は、Al蒸着の堆積方向性を利用したAl
リフトオフ法、SiO膜の堆積方向性を利用したSiO
膜リフトオフ法、リアクティブイオンエッチング(RI
E)を利用したエッチバック法、スパッタによる膜堆積
とエッチングの特性を利用したバイアススパッタ法等が
ある。しかしながら、Alリフトオフ法およびSiO膜リ
フトオフ法いずれの場合にも、ホトレジスト上にAlまた
はSiO膜を堆積する際に、ホトレジスト側面にも膜が
付着するため、ホトレジストの除去が難しい等の問題が
ある。またエッチバック法では制御性、再現性が難し
く、バイアススパッタ法では、プラズマ衝撃による素子
への悪影響等の問題がある。
Among them, the main technology is Al that utilizes the deposition direction of Al vapor deposition.
Lift-off method, SiO 2 using deposition direction of the SiO 2 film
Film lift-off method, reactive ion etching (RI
There are an etch back method utilizing E), a bias sputtering method utilizing the characteristics of film deposition by sputtering and etching. However, in both the Al lift-off method and the SiO 2 film lift-off method, when the Al or SiO 2 film is deposited on the photoresist, the film adheres to the side surface of the photoresist, which causes a problem such as difficulty in removing the photoresist. is there. In addition, the etchback method has difficulty in controllability and reproducibility, and the bias sputtering method has a problem such as adverse effect on the element due to plasma impact.

さらに、配線が多層化、高密度化するに伴いスルーホー
ルのアスペクト比が増加し、スルーホール内への配線金
属の堆積も困難になってきている。この問題を解決する
ため、下地の半導体やAl配線上に選択的にタングステン
(W)を埋込む技術が提案されているが、Wを厚く堆積
すれば選択性が悪化するため、深さ1μm以上のスルー
ホールを完全に埋込むまでにはいたっていない。
Further, as the wiring becomes multi-layered and has a higher density, the aspect ratio of the through hole increases, and it becomes difficult to deposit the wiring metal in the through hole. In order to solve this problem, a technique of selectively burying tungsten (W) on the underlying semiconductor or Al wiring has been proposed, but if W is deposited thickly, the selectivity deteriorates. It wasn't enough to completely fill the through hole.

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように、半導体装置における最近の微細化・
高密度化の動向に伴って、その作製プロセスの改良が必
要となっている。中でも特に、機能付与後の半導体デバ
イスの配線は上記動向に伴って複雑となり、そのために
多層配線技術が開発された。この多層配線技術において
は素子−配線または配線同しの電気的接続を確保するた
めに層間絶縁膜にコンタクトホール、ビアホールなどを
設ける必要があるが、これらの存在に基いて配線部に段
差が形成され、ステップカバレージ性の良好な成膜法も
ないことから、断線等を生じるため配線の信頼性が著し
く損なわれることになる。そこで、配線の平坦化が重要
な課題となっており各種の平坦化技術が提案されてい
る。また、ゲート電極配線についても平坦化の問題は重
要である。従来の方法では、既に述べたように、依然と
して解決すべき問題が残されており、上記課題を解決し
得る新たな技術の出現が待たれている。
Problems to be Solved by the Invention As described above, recent miniaturization of semiconductor devices
With the trend toward higher densities, it is necessary to improve the manufacturing process. Above all, the wiring of the semiconductor device after the addition of the function has become complicated in accordance with the above trend, and therefore the multilayer wiring technology has been developed. In this multilayer wiring technology, it is necessary to provide a contact hole, a via hole, etc. in the interlayer insulating film in order to secure electrical connection between the element and the wiring or the wiring, but a step is formed in the wiring portion based on the existence of these. However, since there is no film forming method having a good step coverage, disconnection or the like occurs, so that the reliability of the wiring is significantly impaired. Therefore, the flattening of wiring has become an important issue, and various flattening techniques have been proposed. Also, the problem of planarization is important for the gate electrode wiring. As described above, the conventional method still has a problem to be solved, and the emergence of a new technique capable of solving the above problem is awaited.

また、半導体装置の微細化により配線電流密度が増大す
るのでエレクトロマイグレーションが生じる恐れがあ
り、配線の信頼性が損われるので、高融点金属を配線材
料として使用することが有利であると考えられるが、絶
縁層との密着性、加工性に問題があり、その利用技術は
十分なものではなかった。
Further, since the wiring current density increases due to the miniaturization of the semiconductor device, electromigration may occur and the reliability of the wiring is impaired. Therefore, it is considered advantageous to use a refractory metal as a wiring material. However, there is a problem with the adhesiveness to the insulating layer and the workability, and the utilization technology was not sufficient.

そこで、本発明の第1の目的は、エレクトロマイグレー
ションや、配線材料と下地酸化膜との密着性不良等によ
る配線の信頼性低下の問題を解決した高融点金属を主体
とする配線構造を有する半導体装置とその製造方法を提
供することにある。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a semiconductor having a wiring structure mainly composed of a refractory metal, which solves the problems of electromigration and deterioration of wiring reliability due to poor adhesion between the wiring material and the underlying oxide film. An object is to provide a device and a manufacturing method thereof.

また、本発明の第2の目的は、各種平坦化技術の問題点
を解決した微細でかつ平坦なゲート電極配線または多層
配線構造とその製造方法を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a fine and flat gate electrode wiring or multilayer wiring structure and a manufacturing method thereof, which solves the problems of various planarization techniques.

更に、本発明の第3の目的は、アスペクト比の大きな微
細でかつ深いスルーホールの構造並びにこのような構造
を備えた半導体装置とその製造方法を提供することにあ
る。
A third object of the present invention is to provide a fine and deep through-hole structure having a large aspect ratio, a semiconductor device having such a structure, and a manufacturing method thereof.

問題点を解決するための手段 本発明者等は上記本発明の目的が、機能付与された従来
の半導体基板表面上の絶縁膜の溝または孔、あるいは導
電性物質に設けられた孔の側面に設けられた絶縁体層の
側面および底面の少なくとも一方に半導体または金属膜
を設け、これに接して高融点金属を埋込むことにより達
成し得ることを見出し本発明を完成した。
Means for Solving the Problems The present inventors have found that the above-described object of the present invention is to provide a groove or a hole in an insulating film on the surface of a conventional semiconductor substrate having a function, or a side surface of a hole provided in a conductive substance. The inventors have completed the present invention by finding that this can be achieved by providing a semiconductor or metal film on at least one of the side surface and the bottom surface of the provided insulator layer and burying a refractory metal in contact therewith.

即ち、まず本発明の半導体装置は側壁、底面が絶縁体か
らなる溝または孔と、該溝または孔の側面、底面の少な
くとも一方に設けられた導電体層と、該導電体層と接し
て設けられた高融点金属層とを具備する導体構造を備え
ていることを特徴とする。
That is, first, the semiconductor device of the present invention is provided with a groove or a hole whose side wall and bottom surface are made of an insulator, a conductor layer provided on at least one of the side surface and the bottom surface of the groove or hole, and a conductor layer in contact with the conductor layer. And a conductor structure including the high melting point metal layer.

本発明の半導体装置は、例えば添付第1図(a)〜(c)に示
すような構成をとることができる。
The semiconductor device of the present invention can have a structure as shown in, for example, FIGS. 1 (a) to 1 (c).

また、本発明の半導体装置は以下のようにして作製する
ことができる。まず、半導体基板に、例えばSiO、Si
、リンガラス(PSG)、ポリイミドなどの樹
脂、Alなどの公知の材料から下地(基板)材料に
応じて適当に選び、スパッタ法、CVD法、プラズマC
VD法、陽極酸化法などにより絶縁体層を形成し、該絶
縁体層にフォトエッチングなどで溝または孔(以下簡単
化のために単に溝という)を所定のパターンで形成す
る。この際のレジストパターンをマスクとして利用して
各種蒸着法を利用して導電体層(Si、Al等)を形成し、
リフトオフにより溝以外の部分の蒸着層を除去すること
により溝の底部のみに導電体層を形成することができ
る。この場合導電体層は薄く形成することが有利であ
る。
Further, the semiconductor device of the present invention can be manufactured as follows. First, on a semiconductor substrate, for example, SiO 2 , Si
Appropriately selected from known materials such as 3 N 4 , phosphorus glass (PSG), resins such as polyimide, and Al 2 O 3 according to the underlying (substrate) material, and the sputtering method, CVD method, plasma C
An insulating layer is formed by a VD method, an anodic oxidation method, or the like, and grooves or holes (hereinafter simply referred to as grooves for simplification) are formed in the insulating layer in a predetermined pattern by photoetching or the like. Using the resist pattern at this time as a mask to form a conductor layer (Si, Al, etc.) using various vapor deposition methods,
By removing the vapor-deposited layer other than the groove by lift-off, the conductor layer can be formed only on the bottom of the groove. In this case, it is advantageous to make the conductor layer thin.

また、導電体層を溝の側面にのみ形成する場合には、前
記と同様に溝を形成した後、付きまわり性良好な成膜法
例えば気相成長法を利用して導電体膜を溝の側面にも付
着するように形成し、次いで方向性のあるドライエッチ
ング法により導電体膜全面にエッチングすることにより
実現できる。
When the conductor layer is formed only on the side surface of the groove, after forming the groove in the same manner as described above, the conductor film is formed by using a film forming method with good throwing power, for example, a vapor phase growth method. This can be achieved by forming the film so that it also adheres to the side surface and then etching the entire surface of the conductor film by a directional dry etching method.

更に、溝の側面、底面両者に導電体膜を形成する場合に
は、同様に溝を形成した後、蒸着法、例えば真空蒸着法
もしくは気相成長法などにより導電体膜を溝内面全体に
形成し、次いでレジストを塗布し、プラズマエッチン
グ、反応性イオンエッチングなどでエッチバックするこ
とにより溝内のレジストを除き、溝内に残留するレジス
トをマスクとしてエッチングにより溝部分以外の導体層
を除き、最後に溝部に残留するレジストを除去すること
により側面、底面両者に導電体膜を形成することができ
る。
Further, when forming a conductor film on both the side surface and the bottom surface of the groove, after forming the groove in the same manner, a conductor film is formed on the entire inner surface of the groove by a vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method or a vapor phase growth method. Then, apply a resist and remove the resist in the groove by etching back by plasma etching, reactive ion etching, etc., and remove the conductor layer other than the groove part by etching using the resist remaining in the groove as a mask. By removing the resist remaining in the groove, the conductor film can be formed on both the side surface and the bottom surface.

この態様において、付きまわり性の悪い蒸着法を使用す
る場合には導電体層を厚めに形成することが有利であ
る。薄くした場合には前記の底部のみに導電体層を形成
する態様とほぼ同じになる。尚、底部と側壁部の堆積層
の厚さは同じである必要はない。
In this embodiment, it is advantageous to form the conductor layer thicker when using a vapor deposition method having poor throwing power. When the thickness is reduced, it is almost the same as the mode in which the conductor layer is formed only on the bottom. The thickness of the deposited layer at the bottom and that at the sidewall need not be the same.

かくして、溝の側面、底面の少なくとも一方を導電体膜
で覆った後の該溝への高融点金属の埋込みは、各金属の
ハロゲン化物とHとの混合雰囲気下で加熱することに
より実施できる。例えば、高融点金属がWである場合に
はWFとHとの混合雰囲気中で上記のようにして得
た半加工製品を熱処理することによりWによる溝の埋込
みが可能となる。加熱温度は約400℃以下であることが
好ましくこの範囲内で選択的堆積が期待できる。
Thus, the embedding of the refractory metal in the groove after covering at least one of the side surface and the bottom surface of the groove with the conductor film can be carried out by heating in a mixed atmosphere of a halide of each metal and H 2. . For example, when the refractory metal is W, the groove can be filled with W by heat-treating the semi-processed product obtained as described above in a mixed atmosphere of WF 6 and H 2 . The heating temperature is preferably about 400 ° C. or lower, and selective deposition can be expected within this range.

また、本発明の更に別の態様によれば、第5図に示すよ
うにアスペクト比の高いスルーホール部に上記と同様な
平坦な積層構造を形成することができる。これはまず孔
側面に熱酸化法などで絶縁体層を形成し、次いで前記の
溝側面にのみ導電体層を形成する方法に従って、孔側面
にのみ導体層を形成し、次いで上記と同様に高融点金属
層を導電体層上に選択的に堆積させて最終製品を得るこ
とができる。この場合、高融点金属層は孔全体を埋めて
いても、また中空状であってもよい。
Further, according to still another aspect of the present invention, as shown in FIG. 5, a flat laminated structure similar to the above can be formed in the through hole portion having a high aspect ratio. This is done by first forming an insulator layer on the side surface of the hole by a thermal oxidation method or the like, then forming a conductor layer only on the side surface of the hole according to the method for forming a conductive layer only on the side surface of the groove, and then forming a high-conductivity layer as described above. A melting point metal layer can be selectively deposited on the conductor layer to obtain the final product. In this case, the refractory metal layer may fill the entire hole or may be hollow.

作用 半導体装置の多層配線技術あるいはゲート電極形成にお
いて、その微細化を達成するためには、配線電流密度の
増加に耐え得る配線材料、即ちエレクトロマイグレーシ
ョンを防止できる材料の使用が必要となる。
In order to achieve miniaturization in the multilayer wiring technique or gate electrode formation of a semiconductor device, it is necessary to use a wiring material that can withstand an increase in wiring current density, that is, a material that can prevent electromigration.

このような要求を満足する材料としてはW、Mo等の高融
点金属が有利であるが、これらは下地材料との密着性の
点で問題があった。この点、本発明によれば、まず下地
材(絶縁膜)との密着性および高融点金属との密着性い
ずれにおいても有利な導電体材料(Al、Si)膜を介在さ
せているので、上記のような問題は解決できる。
High melting point metals such as W and Mo are advantageous as materials that satisfy such requirements, but these have a problem in terms of adhesion to the base material. In this respect, according to the present invention, first, the conductive material (Al, Si) film, which is advantageous in both the adhesion to the base material (insulating film) and the adhesion to the refractory metal, is interposed. Problems such as can be solved.

更に、多層配線におけるもう一つの重大な問題は、配線
構造の平坦化である。この平坦化が不十分である場合に
は、段差部での配線層の電界集中等による溶断、断線な
どの可能性が高く、配線の信頼性は著しく低いものとな
る。この平坦化の問題も、本発明に従ってゲート電極配
線部、多層配線部のスルーホールに相当する溝の側面、
底面の少なくとも一方に導電体膜を形成し、その埋込み
を高融点金属のハロゲン化物とHとの混合雰囲気下で
加熱することにより選択的に行うことで解決された。
Furthermore, another serious problem in multilayer wiring is planarization of the wiring structure. If the flattening is insufficient, there is a high possibility that the wiring layer will be fused or broken due to the electric field concentration at the step portion, and the reliability of the wiring will be significantly low. This flattening problem also occurs according to the present invention in the gate electrode wiring portion, the side surface of the groove corresponding to the through hole of the multilayer wiring portion,
This has been solved by forming a conductor film on at least one of the bottom surfaces and selectively filling the conductor film by heating in a mixed atmosphere of a halide of a refractory metal and H 2 .

これは、埋込みに使用される高融点金属とAl等の導電体
層との密着性が改善された結果、該導電体膜上にのみ選
択的に高融点金属を堆積することが可能となったことに
よる。
This is because the adhesion between the refractory metal used for embedding and the conductor layer such as Al is improved, and as a result, it becomes possible to selectively deposit the refractory metal only on the conductor film. It depends.

従って、本発明によれば、スルーホールのアスペクト比
が大きく、従来の方法では該スルーホール内への堆積が
困難であった、微細かつ深いスルーホールに対しても配
線金属を容易に堆積させることができる。
Therefore, according to the present invention, the aspect ratio of the through hole is large, and it is difficult to deposit the wiring metal in the through hole, which is difficult to deposit in the through hole by the conventional method. You can

かくして、本発明の半導体装置においては、高融点金属
層を配線材料して用いていることに基き、エレクトロマ
イグレーションの恐れは著しく低く、また平坦化の点に
おいても十分な改善がなされているので、ゲート電極配
線の場合、多層配線構造の場合等いずれの態様において
も該配線の信頼性は大巾に改善されることになり、ひい
ては半導体装置自体の信頼性も大巾に改善される。
Thus, in the semiconductor device of the present invention, based on the fact that the refractory metal layer is used as a wiring material, the risk of electromigration is extremely low, and sufficient improvement has been made in terms of planarization as well. In any case such as the case of the gate electrode wiring and the case of the multi-layer wiring structure, the reliability of the wiring is greatly improved, and the reliability of the semiconductor device itself is also greatly improved.

また、本発明の方法によれば、信頼性の高い半導体装置
を有利に作製でき、最近の半導体装置における微細化、
高密度化の動向に十分対応できるものである。
Further, according to the method of the present invention, a highly reliable semiconductor device can be advantageously manufactured, and miniaturization in recent semiconductor devices,
It can sufficiently cope with the trend of higher density.

実施例 以下に本発明の実施例を図に従って説明する。Example An example of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の実施例を示す断面図であって、シリコ
ン基板1と、シリコン酸化膜2と、酸化膜2に設けられ
た溝3と、溝3の内面に形成された多結晶シリコンまた
はアルミニウム層4と、溝3に埋込まれたタングステン
5とで構成される。第1図(a)では、シリコン酸化膜2
に設けられた溝3の底面に接して多結晶シリコン層また
はアルミニウム層4があり、(b)では溝3の側壁に接し
て多結晶シリコン層またはアルミニウム層4があり、
(c)では溝3の底面と側壁に接して多結晶シリコン層ま
たはアルミニウム層4が設けられている。これら、多結
晶シリコン層またはアルミニウム層4に接してWが溝3
の中に埋込まれている。このような構造のゲート電極・
配線を構造するための方法を以下に示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, in which a silicon substrate 1, a silicon oxide film 2, a groove 3 provided in the oxide film 2, and a polycrystalline silicon formed on the inner surface of the groove 3 are shown. Alternatively, it is composed of the aluminum layer 4 and the tungsten 5 buried in the groove 3. In FIG. 1 (a), the silicon oxide film 2
There is a polycrystalline silicon layer or aluminum layer 4 in contact with the bottom surface of the groove 3 provided in, and in (b) there is a polycrystalline silicon layer or aluminum layer 4 in contact with the sidewall of the groove 3,
In (c), a polycrystalline silicon layer or an aluminum layer 4 is provided in contact with the bottom surface and side wall of the groove 3. W is in contact with the polycrystalline silicon layer or aluminum layer 4 and the groove 3
It is embedded in. Gate electrode with such a structure
The method for constructing the wiring is shown below.

第2図は本発明の第一の実施例を示す工程図であって、
溝3の底面のみに半導体もしくは金属層を形成し、高融
点金属を埋込む方法に関するものである。第2図(a)に
示すように約5000Åのシリコン酸化膜2を被覆したシリ
コン基板1上に、第2のシリコン酸化膜2’を約5000Å
堆積させる。この第2のシリコン酸化膜2’上にホトレ
ジスト膜6を塗布し、通常のホト工程によって電極配線
パターンに従ってホトレジストの一部を除去した後、ホ
トレジストをマスクにして、プラズマエッチング法によ
り第2のシリコン酸化膜2’に溝3を形成する。次に同
図(b)に示すように、ホストレジストを塗布した状態の
まま真空蒸着法によりアルミニウム(Al)またはシリコ
ン(Si)4を溝3の底部およびホストレジスト6上に数
100Å程度付着させる。この場合、付着させるAlまたはS
i4の膜厚が薄いため、ホトレジスト上の側面にはほと
んど付着しない。次に同図(c)に示すように、アセトン
でホトレジスト6を除去すると同時に、ホトレジスト6
上のAlまたはSi4をリフトオフすることにより第2のシ
リコン酸化膜2’に設けられた溝3の底部にのみAlまた
はSi4を残す。
FIG. 2 is a process chart showing the first embodiment of the present invention,
The present invention relates to a method of forming a semiconductor or metal layer only on the bottom surface of the groove 3 and burying a refractory metal. As shown in FIG. 2 (a), a second silicon oxide film 2'is formed on the silicon substrate 1 covered with the silicon oxide film 2 of about 5000Å by about 5000Å.
Deposit. A photoresist film 6 is applied on the second silicon oxide film 2 ', a part of the photoresist is removed according to an electrode wiring pattern by a normal photolithography process, and then the second silicon is formed by a plasma etching method using the photoresist as a mask. A groove 3 is formed in the oxide film 2 '. Next, as shown in FIG. 2B, aluminum (Al) or silicon (Si) 4 is formed on the bottom of the groove 3 and the host resist 6 by vacuum evaporation while the host resist is applied.
Attach about 100Å. In this case, Al or S to be attached
Since i4 is thin, it hardly adheres to the side surface of the photoresist. Next, as shown in FIG. 3C, the photoresist 6 is removed with acetone, and at the same time, the photoresist 6 is removed.
The Al or Si 4 is lifted off to leave the Al or Si 4 only on the bottom of the groove 3 formed in the second silicon oxide film 2 ′.

第3図は本発明の第二の実施例を示す工程図であって、
溝3の側面のみに半導体もしくは金属層4を形成し、高
融点金属5を埋込む方法に関するものである。第3図
(a)において、シリコン酸化膜2に設けた溝5に気相成
長法によりSi膜6を溝側面にも付着するよう形成する。
次に同図(b)のように方向性のあるドライエッチング法
によりSi4を全面に亘りエッチングし、溝3の側壁にの
みSi膜を残す。
FIG. 3 is a process chart showing a second embodiment of the present invention,
The present invention relates to a method of forming the semiconductor or metal layer 4 only on the side surface of the groove 3 and burying the refractory metal 5. Fig. 3
In (a), the Si film 6 is formed in the groove 5 formed in the silicon oxide film 2 by vapor phase growth so as to adhere to the side surface of the groove.
Next, as shown in FIG. 6B, Si 4 is etched over the entire surface by a directional dry etching method, and the Si film is left only on the side wall of the groove 3.

第4図は本発明の第三の実施例を示す工程図であって、
溝3の底面および側面の両者に半導体もしくは金属層4
を形成し、高融点金属5を埋込む方法に関するものであ
る第4図(a)に示すように、シリコン基板1上のシリコ
ン酸化膜2に通常の工程により電極配線パターンに従っ
て溝5を形成した後、気相成長法により、Si膜またはAl
膜4を数100Å程度付着させる。次に同図(b)に示すよう
に、ホトレジスト6を全面に塗布する。この場合、ホト
レジスト6は溝3にも埋込まれるため、通常溝3内のホ
トレジスト6は溝3以外のホトレジストより厚くなる。
次に同図(c)に示すように、ホトレジスト6をプラズマ
エッチング法によりエッチバックし、溝3以外のホトレ
ジスト6を除去する。次に同図(d)に示すように、溝3
内のホトレジスト6をマスクにして溝3以外に付着して
いるAlまたはSiを通常のエッチング法で除去した後、溝
3内のホトレジスト6を除去することにより、シリコン
酸化膜2に設けられた溝3の底部および側面にSiまたは
Al4を残す。
FIG. 4 is a process chart showing a third embodiment of the present invention,
A semiconductor or metal layer 4 is formed on both the bottom surface and the side surface of the groove 3.
As shown in FIG. 4 (a), which relates to a method of forming a metal and burying the high melting point metal 5, a groove 5 is formed in the silicon oxide film 2 on the silicon substrate 1 according to an electrode wiring pattern by a normal process. After that, by a vapor deposition method, Si film or Al
The film 4 is attached by several hundred Å. Next, as shown in FIG. 3B, a photoresist 6 is applied on the entire surface. In this case, since the photoresist 6 is also embedded in the groove 3, the photoresist 6 in the groove 3 is usually thicker than the photoresist other than the groove 3.
Next, as shown in FIG. 3C, the photoresist 6 is etched back by the plasma etching method to remove the photoresist 6 other than the groove 3. Next, as shown in FIG.
Using the photoresist 6 in the inside as a mask, Al or Si adhering to areas other than the groove 3 is removed by a normal etching method, and then the photoresist 6 in the groove 3 is removed to form a groove in the silicon oxide film 2. 3 on the bottom and sides of Si or
Leave Al4.

以上のような方法のいずれかを用いて、シリコン酸化膜
に設けられた溝3の底部または側面にのみSiまたはAlを
付着させた後、第1図(a)、(b)、(c)に示すように、W
とHの混合雰囲気中で加熱処理することにより、
溝3にW5を埋込み、平面が平坦な埋込み配線層を形成
する。
After depositing Si or Al only on the bottom or side surface of the groove 3 formed in the silicon oxide film by using any of the methods described above, FIG. 1 (a), (b), (c) As shown in
By heat treatment in a mixed atmosphere of F 6 and H 2 ,
W5 is buried in the groove 3 to form a buried wiring layer having a flat plane.

第5図〔A〕、〔B〕は本発明の他の実施例であって、
第3図に示した第2の実施例の応用である。まず、シリ
コン基板11の所望の領域にシリコン基板を貫通した孔を
形成した後、熱酸化によりシリコン酸化膜12を形成す
る。つぎに、多結晶シリコン13を堆積し、第2の実施例
で示した方法に従い、方向性のあるドライエッチングに
よりシリコン基板11の表面および裏面の多結晶シリコン
を除去し、孔の側壁にのみ多結晶シリコン層13を形成す
る。その後、WFとHの混合雰囲気中で熱処理する
ことにより孔中にW14、14’を埋込む。本実施例のよう
に、孔の径に対し深さが非常に大きい場合、即ちアスペ
クト比が高い場合は必ずしも第5図〔A〕の如く、W14
で完全に孔を埋込む必要がなく、第5図〔B〕の如くW
14’で孔の側壁を覆った構造とすることも可能である。
本実施例はシリコン基板11を貫通した例であるが、絶縁
物でも実施できることは言うまでもなく、その場合には
シリコン酸化膜12は不要である。
5A and 5B show another embodiment of the present invention,
This is an application of the second embodiment shown in FIG. First, after forming a hole penetrating the silicon substrate 11 in a desired region of the silicon substrate 11, the silicon oxide film 12 is formed by thermal oxidation. Next, polycrystalline silicon 13 is deposited, and according to the method described in the second embodiment, the polycrystalline silicon on the front and back surfaces of the silicon substrate 11 is removed by directional dry etching, and only the sidewalls of the holes are polycrystalline. A crystalline silicon layer 13 is formed. Then, by heat treatment in a mixed atmosphere of WF 6 and H 2 , W 14 and 14 ′ are embedded in the holes. When the depth is very large with respect to the diameter of the hole as in this embodiment, that is, when the aspect ratio is high, W14 is not necessarily obtained as shown in FIG.
It is not necessary to completely fill in the hole with W, as shown in Fig. 5 [B].
It is also possible to cover the side wall of the hole with 14 '.
Although the present embodiment is an example in which the silicon substrate 11 is penetrated, it goes without saying that it can be implemented with an insulator, and in that case, the silicon oxide film 12 is not necessary.

発明の効果 以上説明したように、本発明では配線材料が高融点金属
であるから、エレクトロマイグレーションによる配線の
信頼性低下を防ぐことができること、シリコン酸化膜と
高融点金属との間にAlまたはSi層があるので、高融点金
属とシリコン酸化膜との密着性が良いこと、AlまたはSi
層の上にのみ選択的に高融点金属を堆積させるので高融
点金属の加工が必要なこと、AlまたはSi層をシリコン酸
化膜に設けた溝の底部または側面にのみ形成することに
より高融点金属を溝に埋込み、表面が平坦な埋込み配線
層を形成できること、アスペクト比が大きく深いスルー
ホールの側壁にのみSi層を形成し、側壁のSi層に高融点
金属を堆積させることにより、高融点金属が埋め込まれ
た深いスルーホールを形成できる等の利点がある。この
場合、シリコン酸化膜の溝の底部または側壁にAlまたは
Siを付着させる方法は種々考えられるが、いずれの場合
にもAlまたはSi層が薄くてよいため容易である。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, in the present invention, since the wiring material is a refractory metal, it is possible to prevent deterioration of the reliability of the wiring due to electromigration, and Al or Si between the silicon oxide film and the refractory metal. Since there is a layer, the adhesion between the refractory metal and the silicon oxide film is good, Al or Si
The refractory metal must be processed because the refractory metal is selectively deposited only on the layer, and the refractory metal is formed by forming the Al or Si layer only on the bottom or side surface of the groove formed in the silicon oxide film. Embedded in the groove to form a buried wiring layer with a flat surface, and by forming a Si layer only on the side wall of a deep through hole with a large aspect ratio and depositing a refractory metal on the Si layer on the side wall, There is an advantage that a deep through hole in which is embedded can be formed. In this case, Al or
Although various methods of attaching Si can be considered, in any case, it is easy because the Al or Si layer may be thin.

従って、本発明の半導体装置は微細化、高密度化しても
エレクトロマイグレーションを生じず、また断線等の恐
れのない高い信頼性を有するものである。
Therefore, the semiconductor device of the present invention has high reliability in that electromigration does not occur even if the device is miniaturized and the density is increased, and there is no fear of disconnection.

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

第1図(a)〜(c)は、本発明の装置の特徴を表わしている
3種の埋込み配線の断面構成図であり、 第2図は、本発明の第1の実施例を示す工程図であっ
て、溝底面のみに半導体もしくは金属層を形成する方法
に関するものであり、 第3図は本発明の第2の実施例を示す工程図であって、
溝側面のみに半導体もしくは金属層を形成する方法に関
するものであり、 第4図は本発明の第3の実施例を示す工程図であって、
溝底面および溝側面両者に半導体もしくは金属層を形成
する方法に関するものであり、 第5図は、本発明の他の実施例である深いスルーホール
の構成図である。 (主な参照番号) 1,11・・シリコン基板、 2,2’,12・・シリコン酸化膜、 3・・溝、 4,13・・AlまたはSi層、 6・・ホトレジスト、 5,14,14’・・W
FIGS. 1 (a) to 1 (c) are cross-sectional configuration diagrams of three types of buried wirings, which are characteristic of the device of the present invention, and FIG. 2 is a process showing a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram relating to a method of forming a semiconductor or metal layer only on the bottom surface of a groove, and FIG. 3 is a process diagram showing a second embodiment of the present invention,
The present invention relates to a method of forming a semiconductor or metal layer only on the side surface of a groove, and FIG. 4 is a process drawing showing a third embodiment of the present invention.
The present invention relates to a method for forming a semiconductor or metal layer on both the bottom and side surfaces of a groove, and FIG. 5 is a constitutional view of a deep through hole which is another embodiment of the present invention. (Main reference numbers) 1,11 ... Silicon substrate, 2, 2 ', 12 ... Silicon oxide film, 3 ... Groove, 4, 13 ... Al or Si layer, 6 ... Photoresist, 5, 14, 14 '... W

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】側壁、底面が絶縁体からなる溝または孔
と、該溝または孔の側面、底面の少なくとも一方に設け
られた導電体層と、該導電体層と接して設けられた高融
点金属層とを具備する導体構造を備えていることを特徴
とする半導体装置。
1. A groove or hole whose side wall and bottom surface are made of an insulator, a conductor layer provided on at least one of the side surface and bottom surface of the groove or hole, and a high melting point provided in contact with the conductor layer. A semiconductor device comprising a conductor structure including a metal layer.
【請求項2】側壁、底面が絶縁体からなる溝または孔
と、該溝または孔の側面、底面の少なくとも一方に設け
られた導電体層と、該導電体層と接して設けられた高融
点金属層とを具備する導体構造を備えている半導体装置
の製造方法において、上記溝または孔の側面、底面の少
なくとも一方に導電体材料を堆積する工程および該導電
体材料層上に高融点金属を選択的に堆積させる工程を含
むことを特徴とする上記半導体装置の製造方法。
2. A groove or hole whose side wall and bottom surface are made of an insulator, a conductor layer provided on at least one of the side surface and bottom surface of the groove or hole, and a high melting point provided in contact with the conductor layer. In a method of manufacturing a semiconductor device having a conductor structure including a metal layer, a step of depositing a conductor material on at least one of a side surface and a bottom surface of the groove or hole, and a refractory metal on the conductor material layer. The method for manufacturing a semiconductor device as described above, comprising a step of selectively depositing.
【請求項3】前記溝または孔を形成した際のレジストパ
ターンをマスクとして蒸着法により導電体層を形成し、
リフトオフにより前記溝または孔以外の部分の堆積膜を
除去することにより該溝または孔の底部のみに導電体層
を形成することを特徴とする特許請求の範囲第2項記載
の方法。
3. A conductor layer is formed by a vapor deposition method using the resist pattern at the time of forming the groove or hole as a mask,
3. The method according to claim 2, wherein the conductor film is formed only on the bottom of the groove or hole by removing the deposited film on the portion other than the groove or hole by lift-off.
【請求項4】前記溝または孔の形成後、気相成長法によ
り導電体層を形成し、次いで方向性のあるドライエッチ
ング法で該導電体層全体をエッチングにより除去し、該
溝または孔の側面にのみ導電体層を形成することを特徴
とする特許請求の範囲第2項記載の方法。
4. After forming the groove or hole, a conductor layer is formed by a vapor phase growth method, and then the entire conductor layer is removed by etching by a directional dry etching method to form the groove or hole. The method according to claim 2, wherein the conductor layer is formed only on the side surface.
【請求項5】前記溝または孔の形成後、蒸着法で該溝ま
たは孔の側面および底部全面に導電体膜を形成し、次い
でレジストを塗布し、エッチバックし、前記溝または孔
内に残されるレジストをマスクとして該溝または孔以外
の部分の導電体層を除去することにより該溝または孔の
底面および側面両者に導電体膜を形成することを特徴と
する特許請求の範囲第2項記載の方法。
5. After forming the groove or hole, a conductor film is formed on the entire side surface and bottom surface of the groove or hole by a vapor deposition method, and then a resist is applied and etched back to leave the inside of the groove or hole. 3. The conductive film is formed on both the bottom surface and the side surface of the groove or hole by removing a portion of the conductive layer other than the groove or hole by using the resist as a mask. the method of.
【請求項6】導電性基板に設けられた孔の側面に絶縁体
膜を形成し、次いで導電体層を気相成長法により堆積
し、方向性のあるドライエッチング法でエッチングして
孔の側壁にのみ導電体層を形成することを特徴とする特
許請求の範囲第2項記載の方法。
6. A sidewall of a hole is formed by forming an insulator film on a side surface of a hole provided in a conductive substrate, then depositing a conductive layer by vapor phase epitaxy, and etching by a directional dry etching method. The method according to claim 2, characterized in that the conductor layer is formed only on the substrate.
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