JPH0669155A - Contact plug forming method - Google Patents

Contact plug forming method

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Publication number
JPH0669155A
JPH0669155A JP22108392A JP22108392A JPH0669155A JP H0669155 A JPH0669155 A JP H0669155A JP 22108392 A JP22108392 A JP 22108392A JP 22108392 A JP22108392 A JP 22108392A JP H0669155 A JPH0669155 A JP H0669155A
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JP
Japan
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tungsten
contact
contact plug
etching
deposited
Prior art date
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Application number
JP22108392A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Nikawa
秀夫 二河
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP22108392A priority Critical patent/JPH0669155A/en
Publication of JPH0669155A publication Critical patent/JPH0669155A/en
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Abstract

PURPOSE:To form a flat part without any recess at the center of a contact plug by depositing tungsten on the entire surface of a ground substrate with a contact hole, and oxidizing the surface of tungsten, eliminating the oxidation layer of tungsten by heat treatment in vacuum and then etching the entire surface of tungsten. CONSTITUTION:An oxide film 12 is deposited on a silicon substrate 11 and a contact hole 13 is formed. Then, an adhesion barrier layer 14 is deposited and further tungsten 15 is deposited on the adhesion barrier layer 14. The surface convex part of the tungsten 15 is oxidized by heat treatment in oxygen atmosphere, thus eliminating only the surface oxidized part. Then, the tungsten 15 is entirely etched so that the tungsten 15 inside the contact remains, thus preventing a step from being generated due to reduction in the thickness of the tungsten 15 at the contact plug part and forming a contact plug with an improved flatness without any recess at the center of the plug.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はコンタクトプラグ形成方
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 contact plug forming method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIデバイスの集積化が進むと
ともに、その配線技術が非常に注目されている。コンタ
クト径が微細化され、その深さも深くなり、コンタクト
のアスペクト比(深さ/径)が大きくなってきている。
このように小さく深いコンタクトに配線を形成しなけれ
ばならない。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of integration of LSI devices, its wiring technology has received a great deal of attention. The contact diameter is becoming finer, the depth thereof is becoming deeper, and the contact aspect ratio (depth / diameter) is becoming larger.
Wiring must be formed in such small and deep contacts.

【0003】従来のスパッタ膜を配線に用いるには、そ
のカバレージが悪いため、アルミニウム配線単層では導
通がとれない、このためコンタクトの埋め込み技術は必
須になる。現在、実用化されている埋め込み技術とし
て、ポリシリコンを用いたものがあるが、コンタクト抵
抗が高く、プロセスが複雑になるためにタングステンを
用いた方法の方が有望視されている。タングステンの埋
め込み技術には、タングステン全面埋め込み、全面エッ
チング(エッチバック)方式と選択堆積方式がある。図
6,7を用いて以下に従来のタングステン埋め込み技術
を説明する。
When a conventional sputtered film is used for wiring, its coverage is poor, and therefore a single layer of aluminum wiring cannot conduct electricity. Therefore, a contact embedding technique is essential. At present, as an embedding technique which has been put into practical use, there is one using polysilicon, but a method using tungsten is considered more promising because of its high contact resistance and complicated process. Tungsten embedding techniques include a tungsten entire surface embedding method, an entire surface etching (etchback) method, and a selective deposition method. A conventional tungsten filling technique will be described below with reference to FIGS.

【0004】図6(a)に示すようにシリコン(Si)
基板1上の酸化膜2をドライエッチすることでコンタク
ト孔3を形成する。次に、図6(b)のように酸化膜側
壁との密着性を向上させるのと、タングステンとシリコ
ンとの接続部においてタングステン(W)がシリコンへ
拡散するアロイスパイクを防止し、密着バリア層4を形
成する。一般的にチタン(Ti)、チタン窒化物、チタ
ン・タングステン化合物膜などが用いられる。その後、
図6(c)に示すようにCVD(Chemical VaporDeposi
tion)により、コンタクト孔3が完全に埋め込まれるま
でタングステン5を全面堆積する。次にエッチバックし
てコンタクト部のみにタングステンを残す。しかし、図
6(d)のようにコンタクト部のタングステンが現われ
るジャストのエッチバックでは、タングステン残渣6が
発生する。したがって、エッチバックの時間を長くして
タングステン残渣6を除去し、図6(e)のコンタクト
プラグを形成する。
As shown in FIG. 6A, silicon (Si)
The contact hole 3 is formed by dry etching the oxide film 2 on the substrate 1. Next, as shown in FIG. 6B, the adhesion with the side wall of the oxide film is improved, and alloy spike of tungsten (W) diffusing into silicon is prevented at the connecting portion between tungsten and silicon, and the adhesion barrier layer. 4 is formed. Generally, titanium (Ti), titanium nitride, titanium / tungsten compound film, etc. are used. afterwards,
As shown in FIG. 6C, CVD (Chemical Vapor Deposi)
Tungsten) deposits the tungsten 5 over the entire surface until the contact hole 3 is completely filled. Then, etch back is performed to leave tungsten only in the contact portion. However, as shown in FIG. 6D, the tungsten residue 6 is generated in the just etch-back in which the tungsten in the contact portion appears. Therefore, the etch-back time is lengthened to remove the tungsten residue 6 to form the contact plug of FIG.

【0005】選択タングステン技術は、図7(a)に示
すようにシリコン(Si)基板1上の酸化膜2をドライ
エッチすることでコンタクト孔3を形成する。次に、図
7(b)のようにシリコンあるいは金属上のみに選択的
にタングステン5を成長するものである。反応性ガスの
吸着確率がシリコンあるいは金属上と酸化膜上とで大き
く異なり、表面での反応性の違いが、選択成長となるも
のと考えられている。したがって、表面状態によっては
その選択性が破れ、図7(c)のように酸化膜2上にタ
ングステン核7が形成されることがある。
In the selective tungsten technique, the contact hole 3 is formed by dry etching the oxide film 2 on the silicon (Si) substrate 1 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 7B, the tungsten 5 is selectively grown only on silicon or metal. It is considered that the adsorption probability of the reactive gas greatly differs between silicon or metal and the oxide film, and the difference in the reactivity on the surface causes the selective growth. Therefore, the selectivity may be broken depending on the surface state, and the tungsten nuclei 7 may be formed on the oxide film 2 as shown in FIG. 7C.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように、全面タン
グステン5堆積によるコンタクトプラグ形成方法では、
エッチバックしてコンタクト孔3のみのタングステン5
を残す。しかし、上記のような構成においては、図6
(d)に示すようにコンタクト孔3のタングステン5が
現われるジャストのエッチバックではタングステン残渣
6が発生する。これは、タングステン5の表面モフォロ
ジー(表面の凹凸状態)に依存する。また、このタング
ステン残渣6を除去するため、エッチング時間を長くす
ると図6(e)に示すようにコンタクトプラグ全体の高
さが下がり、段差を生じる。また、プラグ中心部は膜密
度が小さいのでエッチング速度が速くなり、窪みが生じ
る。ひどい場合には、基板のシリコンまでエッチングさ
れてしまう。
As described above, in the method of forming the contact plug by depositing tungsten 5 on the entire surface,
Etch back and only tungsten 5 in contact hole 3
Leave. However, in the above configuration,
As shown in (d), a tungsten residue 6 is generated in the just etch-back where the tungsten 5 in the contact hole 3 appears. This depends on the surface morphology of the tungsten 5 (surface irregularity state). Further, if the etching time is lengthened in order to remove the tungsten residue 6, the height of the entire contact plug is lowered as shown in FIG. In addition, since the film density is small in the central part of the plug, the etching rate is increased and a dent is formed. In the worst case, even the silicon of the substrate is etched.

【0007】選択タングステン堆積は、表面の反応差を
利用するものであるので、酸化膜の表面状態によっては
選択性が破れ、酸化膜2上にもタングステン核7が形成
される。したがって、堆積前の表面処理が難しく、プロ
セス制御が非常に困難であるという問題点がある。この
形成されたタングステン核7をエッチングによって除去
しようとすると、上記で述べた全面タングステン5堆積
の場合と同様の問題がある。
Since selective tungsten deposition utilizes the reaction difference on the surface, the selectivity is broken depending on the surface state of the oxide film, and the tungsten nucleus 7 is also formed on the oxide film 2. Therefore, there is a problem that surface treatment before deposition is difficult and process control is very difficult. If the tungsten nuclei 7 thus formed are to be removed by etching, the same problems as in the case of depositing the entire surface tungsten 5 described above occur.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のコンタクトプラグ形成方法は、コンタク
ト孔を有する下地基板上に、タングステンを全面堆積す
る工程、次に前記タングステンの表面を酸化したのち、
真空中での熱処理により前記タングステンの酸化層を除
去する工程、その後、前記タングステンを全面エッチン
グする工程を備えている。
In order to solve the above problems, the method of forming a contact plug according to the present invention comprises a step of depositing tungsten entirely on a base substrate having a contact hole, and then a step of depositing the surface of the tungsten. After oxidation,
The method includes a step of removing the tungsten oxide layer by heat treatment in a vacuum, and then a step of etching the entire surface of the tungsten.

【0009】また、コンタクト孔を有する下地基板上
に、タングステンを全面堆積する工程、次に前記タング
ステンを全面エッチングする工程、その後前記タングス
テンのエッチング残渣を酸化したのち、真空中での熱処
理により前記エッチング残渣を除去する工程を備えてい
る。
In addition, a step of entirely depositing tungsten on a base substrate having a contact hole, a step of etching the entire surface of the tungsten, then an etching residue of the tungsten is oxidized, and a heat treatment is performed in a vacuum to perform the etching. A step of removing the residue is provided.

【0010】さらに、コンタクト孔を有する下地基板上
に、前記コンタクト孔のみにタングステンを選択堆積す
る工程、前記コンタクト孔以外に堆積された前記タング
ステンを酸化したのち、真空中での熱処理により除去す
る工程を備えている。
Further, a step of selectively depositing tungsten only on the contact holes on a base substrate having contact holes, a step of oxidizing the tungsten deposited except the contact holes, and then removing it by heat treatment in a vacuum. Is equipped with.

【0011】[0011]

【作用】本発明を用いることにより、コンタクト部への
全面タングステン堆積後、エッチバックを行なう際、タ
ングステンエッチング残渣を低減できる。また、発生し
たタングステン残渣を追加エッチングを行なわず除去す
ることができる。したがって、コンタクトプラグ部のタ
ングステン厚が減少することによる段差が発生せず、プ
ラグ中心部に窪みのない平坦性に優れたコンタクトプラ
グを形成できる。あるいは、コンタクト部への選択タン
グステン形成時に選択性が破れ、コンタクト部以外にタ
ングステン核が形成されたとしてもエッチングすること
なしに除去できる。そのため、選択タングステン形成前
の前処理が簡単になる。
By using the present invention, the tungsten etching residue can be reduced when etching back is performed after the entire surface of the contact portion is deposited with tungsten. Further, the generated tungsten residue can be removed without performing additional etching. Therefore, a step due to the reduction of the tungsten thickness of the contact plug portion does not occur, and it is possible to form a contact plug having no flatness in the center portion of the plug and excellent in flatness. Alternatively, the selectivity is broken when the selective tungsten is formed on the contact portion, and even if the tungsten nucleus is formed on the portion other than the contact portion, it can be removed without etching. Therefore, the pretreatment before forming the selective tungsten is simplified.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の第一の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図1は、本発明のコンタクトプラグ形
成方法を示す工程順断面図である。まず、図1(a)に
示すように、シリコン基板上11上に1000nm厚の
酸化膜12を堆積し、ドライエッチングにより、底部
0.5μm径のコンタクト孔13を形成する。次に、図
1(b)に示すように密着バリア層としてTiN/Ti
膜14をそれぞれ100/20nmの厚さにスパッタを
用いて堆積する。この時のTi成膜条件は、アルゴン
(Ar)ガス圧力6mTorr,DCパワー1KWで行
い、TiN成膜条件はAr/N2ガス混合比30/70
%、ガス圧力6mTorr,DCパワー6KWでそれぞ
れ連続堆積する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A to 1D are cross-sectional views in order of the processes, showing a contact plug forming method of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, an oxide film 12 having a thickness of 1000 nm is deposited on a silicon substrate 11 and a contact hole 13 having a bottom diameter of 0.5 μm is formed by dry etching. Next, as shown in FIG. 1B, TiN / Ti was used as an adhesion barrier layer.
The films 14 are each sputter deposited to a thickness of 100/20 nm. At this time, the Ti film forming condition is that the argon (Ar) gas pressure is 6 mTorr and the DC power is 1 kW, and the TiN film forming condition is Ar / N 2 gas mixture ratio 30/70.
%, Gas pressure 6 mTorr, DC power 6 KW, respectively.

【0013】次に、図1(c)に示すようにCVDによ
り、タングステン15を500nm厚に堆積した。この
時の成膜条件は、第1ステップとして下地へのタングス
テン核を形成することを目的としている。この場合、堆
積速度の遅い、WF6をSiH4で還元作用させてタング
ステン核を形成した。この時の条件はガス流量比WF6
/SiH4=5/3SCCM、ガス圧力1.9Tor
r、基板温度450℃で90秒間堆積した。第2ステッ
プは第1ステップに連続して、堆積速度の速い、WF6
をH2を用いた還元作用することでタングステン15を
堆積した。この時の条件はガス流量比WF6/H2=75
/450SCCM、ガス圧力73Torr、基板温度4
50℃で100秒間堆積した。
Next, as shown in FIG. 1 (c), tungsten 15 was deposited to a thickness of 500 nm by CVD. The film forming conditions at this time are intended to form tungsten nuclei on the base as the first step. In this case, WF 6 having a low deposition rate was reduced by SiH 4 to form a tungsten nucleus. The condition at this time is the gas flow rate ratio WF 6
/ SiH 4 = 5 / 3SCCM, gas pressure 1.9 Torr
Deposition was carried out at a substrate temperature of 450 ° C. for 90 seconds. The second step follows the first step and has a high deposition rate, WF 6
Was reduced with H 2 to deposit tungsten 15. The conditions at this time are as follows: Gas flow rate ratio WF 6 / H 2 = 75
/ 450SCCM, gas pressure 73Torr, substrate temperature 4
It was deposited at 50 ° C. for 100 seconds.

【0014】この時のタングステン15表面反射率を反
射率測定器を用いて調べた。測定波長は400nmで、
リファレンスとしてシリコン基板表面の反射率を100
%として求めた。タングステン15表面の反射率は45
%であった。次に、触針式の表面粗さ計と走査型電子顕
微鏡(SEM)の断面観察とにより表面粗さを調べた。
その結果、タングステン15の表面は平均50nmの凹
凸があった。
The surface reflectance of tungsten 15 at this time was examined by using a reflectance measuring instrument. The measurement wavelength is 400 nm,
As a reference, the reflectance of the silicon substrate surface is 100
Calculated as a percentage. The reflectance of the surface of tungsten 15 is 45
%Met. Next, the surface roughness was examined by a stylus type surface roughness meter and cross-sectional observation with a scanning electron microscope (SEM).
As a result, the surface of the tungsten 15 had irregularities with an average of 50 nm.

【0015】次に、図1(d)に示すように、このタン
グステン15を石英管中において酸素(O2)流量50
0SCCMの雰囲気でハロゲンランプにより、500
℃、10秒間加熱する。これによって、タングステン1
5表面にタングステン酸化膜16を形成する。この膜表
面をX線回折、オージェ電子分光により分析した結果を
図2,図3に示す。
Next, as shown in FIG. 1D, the tungsten (15) is fed into a quartz tube at an oxygen (O 2 ) flow rate of 50.
500 by halogen lamp in 0SCCM atmosphere
Heat at 10 ° C for 10 seconds. This makes tungsten 1
5. A tungsten oxide film 16 is formed on the surface. The results of analyzing the surface of this film by X-ray diffraction and Auger electron spectroscopy are shown in FIGS.

【0016】図2はX線回折による構造分析の結果であ
る。表面からの情報を得るために、X線を試料に対して
2度の角度で入射させ、積算して分析を行った。なおX
線源には銅(Cu)Kα線(波長0.143nm)を使
用した。縦軸は、回折ピーク強度(任意単位)、横軸は
回折角(2θ)を示している。図2(a)はタングステ
ン膜堆積後、図2(b)は500℃、30秒間加熱後の
回折ピークを示している。図2(a)ではタングステン
のみに対応したピークが現われている。図2(b)では
図2(a)で認められなかったピークが低角度側23〜
24度付近で認められる。これらのピークはWO3(0
01)、(200)に対応しており表面にはWO3が形
成されているといえる。ここで図2(a)と同様にタン
グステンピークが現われているが、これは表面酸化膜下
のタングステンからのピークである。
FIG. 2 shows the result of structural analysis by X-ray diffraction. In order to obtain information from the surface, X-rays were made incident on the sample at an angle of 2 degrees, integrated and analyzed. X
A copper (Cu) Kα ray (wavelength 0.143 nm) was used as a radiation source. The vertical axis represents the diffraction peak intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis represents the diffraction angle (2θ). FIG. 2A shows the diffraction peak after the tungsten film is deposited, and FIG. 2B shows the diffraction peak after heating at 500 ° C. for 30 seconds. In FIG. 2A, a peak corresponding to only tungsten appears. In FIG. 2B, the peaks not observed in FIG.
It is recognized around 24 degrees. These peaks are WO 3 (0
It corresponds to 01) and (200), and it can be said that WO 3 is formed on the surface. A tungsten peak appears here as in FIG. 2A, but this is a peak from tungsten under the surface oxide film.

【0017】図3はオージェ電子分光による深さ方向の
分析結果である。縦軸はオージェピーク強度(任意単
位)、横軸はスパッタ時間である。表面からはO2が検
出されており、図2のX線回折の結果と一致している。
その厚さはタングステンピークとの関係から70nm程
度であると推察できる。
FIG. 3 shows the results of analysis in the depth direction by Auger electron spectroscopy. The vertical axis represents Auger peak intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis represents sputtering time. O 2 was detected from the surface, which coincides with the result of X-ray diffraction in FIG.
It can be inferred that the thickness is about 70 nm from the relationship with the tungsten peak.

【0018】次に、石英管中において1.0×10-7
orrの真空中でハロゲンランプにより、600℃、3
0秒間熱処理した。この膜についてX線回折、オージェ
電子分光による深さ方向の分析を行った結果、図2で認
められたWO3のピークが消失し、オージェ電子分光に
よる結果も、表面から検出限界程度のO2ピークが認め
られただけであった。次に、触針式の表面粗さ計とSE
Mの断面観察により表面粗さを調べた結果、表面は滑ら
かであった。また、表面の反射率は45%から75%と
変化していた。タングステンの蒸気圧は例えば1000
℃で5.6×10-25Torrであるが、WO3の蒸気圧
は2.0×10-4Torrと桁違いに高い。
Next, in a quartz tube, 1.0 × 10 -7 T
Halogen lamp in orr vacuum 600 ° C, 3
Heat treatment was performed for 0 seconds. The film was analyzed in the depth direction by X-ray diffraction and Auger electron spectroscopy. As a result, the peak of WO 3 observed in FIG. 2 disappeared, and the result of Auger electron spectroscopy also revealed that the peak of O 2 was about the detection limit from the surface. Only the peak was observed. Next, a stylus type surface roughness meter and SE
As a result of examining the surface roughness by observing the cross section of M, the surface was smooth. The reflectance of the surface changed from 45% to 75%. Vapor pressure of tungsten is, for example, 1000
Although it is 5.6 × 10 -25 Torr at 0 ° C., the vapor pressure of WO 3 is as high as 2.0 × 10 -4 Torr, which is orders of magnitude higher.

【0019】以上の結果より、酸素雰囲気中の熱処理に
よってタングステン表面凸部が酸化され、その後の真空
中での熱処理により酸化された凸部が図1(e)に示す
ように除去されたといえる。
From the above results, it can be said that the convex portion of the tungsten surface was oxidized by the heat treatment in the oxygen atmosphere, and the convex portion oxidized by the subsequent heat treatment in the vacuum was removed as shown in FIG. 1 (e).

【0020】次に、コンタクト内部のタングステン15
を残すようにタングステン15を全面エッチバックす
る。エッチング条件はガス流量比SF6/Ar=110
/90SCCM,ガス圧力310mTorr、RFパワ
ー400Wでエッチング終点検出時間(平均60秒間)
+10%オーバーエッチングすることで、図1(f)に
示すようなコンタクトプラグが形成できる。この条件で
のタングステン15のエッチング速度は、500nm/
分である。なお、TiN/Ti膜14はその後形成する
配線のバリア層として残した。
Next, the tungsten 15 inside the contact
Then, the entire surface of the tungsten 15 is etched back to leave. The etching conditions are gas flow rate ratio SF 6 / Ar = 110.
/ 90SCCM, gas pressure 310mTorr, RF power 400W, etching end point detection time (60 seconds on average)
By overetching + 10%, a contact plug as shown in FIG. 1F can be formed. The etching rate of tungsten 15 under these conditions is 500 nm /
Minutes. Note that the TiN / Ti film 14 was left as a barrier layer for the wiring to be formed later.

【0021】図1(c)で説明したタングステン15堆
積後の膜を同条件で全面エッチバックしたところ、従来
例の図6(d)のようにタングステン残渣が残ってお
り、タングステン堆積後の表面モフォロジーの影響が大
であるといえる。このタングステン残渣をエッチング除
去するためには、50%のオーバーエッチングが必要で
あった。それ故、図6(e)に示すように、コンタクト
プラグ部のタングステン厚も減少して、1500nmか
ら1250nmとなり、段差が発生する。また、コンタ
クトプラグ中央部はタングステンの膜密度が低いので、
そのためエッチング速度が速くなり窪みも発生する。
When the film after the deposition of tungsten 15 described in FIG. 1C is entirely etched back under the same conditions, the tungsten residue remains as shown in FIG. 6D of the conventional example, and the surface after the deposition of tungsten is shown. It can be said that the influence of morphology is great. In order to remove this tungsten residue by etching, 50% overetching was necessary. Therefore, as shown in FIG. 6E, the thickness of tungsten in the contact plug portion is also reduced to 1500 nm to 1250 nm, and a step is generated. Further, since the film density of tungsten is low in the central portion of the contact plug,
As a result, the etching rate is increased and pits are generated.

【0022】以上で述べた第一の実施例のように、コン
タクト孔13へタングステン15を全面堆積し、その後
タングステン15表面を酸化し、真空中で熱処理するこ
とで表面酸化部のみを除去することができる。このよう
にして、平坦なタングステン表面が得られる。そしてエ
ッチバックすることでタングステン15表面のモフォロ
ジーに起因するタングステン残渣16を低減することが
できる。コンタクトプラグ部でのタングステンエッチ量
を少なくすることができる。
As in the first embodiment described above, tungsten 15 is entirely deposited in the contact hole 13, the surface of the tungsten 15 is then oxidized, and heat treatment is performed in vacuum to remove only the surface oxidized portion. You can In this way, a flat tungsten surface is obtained. Then, by etching back, the tungsten residue 16 caused by the morphology of the surface of the tungsten 15 can be reduced. The amount of tungsten etched in the contact plug portion can be reduced.

【0023】上記第一の実施例では、タングステン15
表面を酸化する方法が酸素雰囲気中での熱処理であった
が、酸素プラズマ処理、酸素イオン注入等による方法で
も同様の効果が得られることは容易に類推できる。
In the first embodiment described above, tungsten 15 is used.
Although the method of oxidizing the surface was a heat treatment in an oxygen atmosphere, it can be easily inferred that the same effect can be obtained by a method such as oxygen plasma treatment or oxygen ion implantation.

【0024】以下、第二の実施例について図4を参照し
ながら説明する。図4は、本発明のコンタクトプラグ形
成方法を示す工程順断面図である。まず、図4(a)に
示すように、シリコン基板上41上に1000nm厚の
酸化膜42を堆積し、ドライエッチングにより、底部
0.5μm径のコンタクト孔43を形成した。次に、図
4(b)に示すように密着バリア層としてTiN/Ti
膜44を100/20nmの厚さにスパッタで堆積し
た。この時、Ti成膜条件はArガス圧力6mTor
r、DCパワー1KWで行う。TiN成膜条件はAr/
2ガス混合比30/70%、ガス圧力6mTorr、
DCパワー6KWで連続して堆積した。
The second embodiment will be described below with reference to FIG. 4A to 4D are cross-sectional views in order of the steps, showing the method for forming a contact plug of the present invention. First, as shown in FIG. 4A, a 1000 nm-thick oxide film 42 was deposited on a silicon substrate 41, and a contact hole 43 having a diameter of 0.5 μm at the bottom was formed by dry etching. Next, as shown in FIG. 4B, TiN / Ti was used as an adhesion barrier layer.
The film 44 was sputter deposited to a thickness of 100/20 nm. At this time, the Ti film forming condition is Ar gas pressure of 6 mTorr.
r, DC power 1 kW. TiN film formation conditions are Ar /
N 2 gas mixture ratio 30/70%, gas pressure 6 mTorr,
It was continuously deposited with a DC power of 6 KW.

【0025】次に、図4(c)に示すようにCVDによ
り、タングステン45を500nm厚に堆積した。この
時の成膜条件は、第1ステップとして下地へのタングス
テン核形成を目的として、堆積速度の遅いWF6をSi
4を用いて還元作用することでタングステン核を形成
した。この時の条件はガス流量比WF6/SiH4=5/
3SCCM,ガス圧力1.9Torr、基板温度450
℃で90秒間で堆積した。第2ステップとして、第1ス
テップ終了後、連続して堆積速度の速いWF6のH2還元
作用によりタングステン膜を堆積した。この時の条件は
ガス流量比WF6/H2=75/450SCCM,ガス圧
力73Torr、基板温度450℃で100秒間堆積し
た。
Next, as shown in FIG. 4C, tungsten 45 was deposited to a thickness of 500 nm by CVD. The film forming conditions at this time are WF 6 having a low deposition rate and Si for the purpose of forming tungsten nuclei on the base as the first step.
Tungsten nuclei were formed by reducing action using H 4 . The conditions at this time are as follows: Gas flow rate ratio WF 6 / SiH 4 = 5 /
3 SCCM, gas pressure 1.9 Torr, substrate temperature 450
It was deposited at 90 ° C. for 90 seconds. As a second step, after the completion of the first step, a tungsten film was continuously deposited by the H 2 reduction action of WF 6 having a high deposition rate. The conditions at this time were as follows: gas flow rate ratio WF 6 / H 2 = 75/450 SCCM, gas pressure 73 Torr, substrate temperature 450 ° C. for 100 seconds.

【0026】次に、コンタクト内部のタングステン45
を残すようにタングステン45を全面エッチバックす
る。エッチング条件はガス流量比SF6/Ar=110
/90SCCM、ガス圧力310mTorr、RFパワ
ー400Wでエッチング終点検出時間(60秒間)+1
0%オーバーエッチングを行った。これでは、図4
(d)に示すようにタングステン残渣46が発生する。
これは第一の実施例でも詳細に述べたように、タングス
テン45堆積後の表面モフォロジーに起因するものであ
る。このタングステン残渣46を表面検査機で調べたと
ころ1000個程度のパーティクルとして検出された。
また、このパーティクルをSEMで観察したところ直径
100〜150nm、高さ50nm程度のものが大部分
であった。
Next, the tungsten 45 inside the contact
The entire surface of the tungsten 45 is etched back so as to leave. The etching conditions are gas flow rate ratio SF 6 / Ar = 110.
/ 90SCCM, gas pressure 310mTorr, RF power 400W, etching end point detection time (60 seconds) +1
0% over etching was performed. With this,
As shown in (d), a tungsten residue 46 is generated.
This is due to the surface morphology after the deposition of tungsten 45, as described in detail in the first embodiment. When the tungsten residue 46 was examined by a surface inspection machine, it was detected as about 1000 particles.
When these particles were observed with an SEM, most of them had a diameter of 100 to 150 nm and a height of about 50 nm.

【0027】次に、石英管中においてO2流量500S
CCMの雰囲気でハロゲンランプにより、500℃、1
0秒間加熱する。このタングステン残渣をエネルギー分
散型XMA(X-ray Micro Analyzer)で分析したところ、
タングステンと酸素が検出された。このことから、図4
(e)に示すように、タングステン残渣46は酸素雰囲
気中の熱処理で酸化される。
Next, an O 2 flow rate of 500 S was set in the quartz tube.
Halogen lamp in CCM atmosphere, 500 ℃, 1
Heat for 0 seconds. When this tungsten residue was analyzed by an energy dispersive XMA (X-ray Micro Analyzer),
Tungsten and oxygen were detected. From this,
As shown in (e), the tungsten residue 46 is oxidized by heat treatment in an oxygen atmosphere.

【0028】次に、石英管中において1.0×10-7
orrの真空中でハロゲンランプにより、600℃、3
0秒間熱処理することでタングステン酸化物47、すな
わちタングステン残渣46を除去し、図4(f)のコン
タクトプラグを形成できる。この現象については第一の
実施例でも詳細に記したように、タングステン酸化物4
7の蒸気圧はタングステン45に比べて桁違いに高いの
で、酸化、真空中での熱処理によりタングステン残渣4
6を除去できる。
Next, in a quartz tube, 1.0 × 10 -7 T
Halogen lamp in orr vacuum 600 ° C, 3
The heat treatment for 0 seconds removes the tungsten oxide 47, that is, the tungsten residue 46, and the contact plug of FIG. 4F can be formed. Regarding this phenomenon, as described in detail in the first embodiment, tungsten oxide 4
The vapor pressure of 7 is orders of magnitude higher than that of tungsten 45.
6 can be removed.

【0029】これを表面検査機で調べたところ50個程
度のパーティクルが検出された。このパーティクルをS
EM、XMAで観察、分析したところ、タングステン残
渣46によるものではなく、他の要因によるものであっ
た。SEMの断面観察より、コンタクトプラグ部のタン
グステン45厚減少は約70nmと小さく、コンタクト
プラグ中央部の窪みも認められない。
When examined by a surface inspection machine, about 50 particles were detected. This particle is S
When observed and analyzed by EM and XMA, it was not due to the tungsten residue 46 but due to other factors. From the cross-sectional observation of the SEM, the decrease in the thickness of tungsten 45 in the contact plug portion was as small as about 70 nm, and no depression in the center portion of the contact plug was observed.

【0030】以上、第二の実施例のように、コンタクト
部へタングステン45を全面堆積し、その後ジャストエ
ッチバックする。オーバーエッチングを施さず、タング
ステン残渣46を酸化し、真空中で熱処理することでタ
ングステン残渣46のみを除去することが可能となる。
したがって、コンタクトプラグ部のタングステン45厚
減少量の少ない、コンタクトプラグ形成が可能となる。
As described above, as in the second embodiment, the tungsten 45 is entirely deposited on the contact portion, and then just etch back is performed. It is possible to remove only the tungsten residue 46 by oxidizing the tungsten residue 46 and performing heat treatment in vacuum without performing overetching.
Therefore, it is possible to form the contact plug with a small reduction amount of the thickness of the tungsten 45 in the contact plug portion.

【0031】以下、第三の実施例について図5を参照し
ながら説明する。図5は、本発明のコンタクトプラグ形
成方法を示す工程順断面図である。まず、図5(a)に
示すように、シリコン基板上51上に1000nm厚の
酸化膜52を堆積し、ドライエッチングにより、底部
0.5μm径のコンタクト孔53を形成する。次に、図
5(b)に示すように、CVDにより選択的にタングス
テン54を堆積する。
The third embodiment will be described below with reference to FIG. 5A to 5D are cross-sectional views in order of the processes, showing the method for forming a contact plug of the present invention. First, as shown in FIG. 5A, an oxide film 52 having a thickness of 1000 nm is deposited on a silicon substrate 51, and a contact hole 53 having a bottom diameter of 0.5 μm is formed by dry etching. Next, as shown in FIG. 5B, tungsten 54 is selectively deposited by CVD.

【0032】選択成長が起こる理由として、反応性ガス
の吸着確率がシリコンあるいは金属上と酸化膜上とで大
きく異なる。、これら表面での反応性の違いが、選択成
長とを可能としているものと考えられる。したがって、
表面状態に大きく左右されるのでシリコン上の自然酸化
膜除去、酸化膜表面状態(特にポリマー、重金属元素等
の付着状態)を制御するための前処理技術が重要とな
る。
The reason why the selective growth occurs is that the adsorption probability of the reactive gas is greatly different between the silicon or metal and the oxide film. It is considered that the difference in reactivity on these surfaces enables selective growth. Therefore,
Since the surface condition is greatly influenced, the pretreatment technique for removing the natural oxide film on silicon and controlling the oxide film surface condition (particularly the adhered condition of polymer, heavy metal element, etc.) is important.

【0033】本実施例では、シリコン上の自然酸化膜を
除去する目的で、タングステン54堆積前にガス流量S
6=50SCCM、ガス圧力200mTorr、RF
パワー150Wで10秒間軽くエッチングをした。連続
して、SiH4/WF6=5/10SCCM、基板温度3
50℃で3分間堆積した。
In this embodiment, in order to remove the natural oxide film on the silicon, the gas flow rate S before the deposition of the tungsten 54 is performed.
F 6 = 50 SCCM, gas pressure 200 mTorr, RF
It was lightly etched with a power of 150 W for 10 seconds. Continuously, SiH 4 / WF 6 = 5/10 SCCM, substrate temperature 3
Deposited at 50 ° C. for 3 minutes.

【0034】しかし、前処理条件が悪いためか、選択性
が破れ、図5(c)に示すように酸化膜52上にもタン
グステン核55が形成された。このタングステン核55
をSEMにより観察すると、平均50nm程度の大きさ
であった。次に、O2流量=300SCCM、ガス圧力
300mTorr、RF電力500W、基板温度250
℃で30分間プラズマ処理を行い、図5(d)に示すよ
うにタングステン酸化物56を形成する。XMAにより
分析を行ったところタングステン54と酸素が検出され
た。上記の処理により、酸化膜52上のタングステン核
55は酸化されたといえる。次に、石英管中において
1.0×10-7Torrの真空中でハロゲンランプによ
り、600℃、30秒間熱処理することでタングステン
酸化物56は、除去できる。したがって、図5(e)に
示すようなコンタクトプラグが形成できる。
However, the selectivity was broken probably because of poor pretreatment conditions, and tungsten nuclei 55 were also formed on the oxide film 52 as shown in FIG. 5C. This tungsten nucleus 55
Was observed by SEM, the average size was about 50 nm. Next, O 2 flow rate = 300 SCCM, gas pressure 300 mTorr, RF power 500 W, substrate temperature 250
Plasma treatment is performed at 30 ° C. for 30 minutes to form a tungsten oxide 56 as shown in FIG. When analyzed by XMA, tungsten 54 and oxygen were detected. It can be said that the tungsten nuclei 55 on the oxide film 52 have been oxidized by the above process. Next, the tungsten oxide 56 can be removed by heat treatment in a quartz tube in a vacuum of 1.0 × 10 −7 Torr with a halogen lamp at 600 ° C. for 30 seconds. Therefore, the contact plug as shown in FIG. 5E can be formed.

【0035】以上、第三の実施例のように選択タングス
テン成長により、選択的にタングステンをコンタクト孔
へ堆積する場合、その選択性を保つための堆積前処理制
御が非常に難しい。しかし、本発明を用いることによ
り、選択性が破れ酸化膜上にタングステン核が形成され
たとしても、酸化、真空中で熱処理することでタングス
テン核を除去できる。したがって、コンタクトプラグ部
のタングステン厚減少量の少ない、コンタクトプラグ形
成が可能となる。
As described above, when tungsten is selectively deposited in the contact hole by selective tungsten growth as in the third embodiment, it is very difficult to control the pretreatment for deposition to maintain the selectivity. However, by using the present invention, even if the selectivity is broken and the tungsten nuclei are formed on the oxide film, the tungsten nuclei can be removed by oxidation and heat treatment in vacuum. Therefore, it is possible to form a contact plug with a small amount of reduction in tungsten thickness of the contact plug portion.

【0036】第三の実施例では、タングステンを酸化す
る工程に酸素プラズマ処理工程を用いたが、第一,第二
の実施例で記した酸素雰囲気中での熱処理工程でも良
い。
In the third embodiment, the oxygen plasma treatment step is used in the step of oxidizing tungsten, but the heat treatment step in the oxygen atmosphere described in the first and second embodiments may be used.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、コンタク
ト部への全面タングステン堆積後、エッチバックを行な
う際、タングステンエッチング残渣を低減できる。ま
た、発生したタングステン残渣を追加エッチングを行な
わず除去することが可能となる。したがって、コンタク
トプラグ部のタングステン厚が減少することによる段差
が発生せず、また、プラグ中心部に窪みのない平坦性に
優れたコンタクトプラグを形成できる。あるいは、コン
タクト部への選択タングステン形成時に選択性が破れ、
コンタクト部以外にタングステン核が形成されたとして
もエッチングすることなしに除去することが可能とな
る。そのため、選択タングステン形成前の前処理条件制
御が簡単になることで、より微細なコンタクト埋め込み
に有利である選択タングステン技術が実用化できる。
As described above, according to the present invention, a tungsten etching residue can be reduced when performing etch back after depositing tungsten on the entire contact surface. In addition, the generated tungsten residue can be removed without performing additional etching. Therefore, a step due to the decrease in the tungsten thickness of the contact plug portion does not occur, and it is possible to form a contact plug having no depression in the center portion of the plug and having excellent flatness. Alternatively, the selectivity is broken when the selective tungsten is formed on the contact portion,
Even if the tungsten nuclei are formed in areas other than the contact portion, they can be removed without etching. Therefore, the control of the pretreatment conditions prior to the formation of the selective tungsten is simplified, and the selective tungsten technique, which is advantageous for filling finer contacts, can be put into practical use.

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

【図1】本発明の第一の実施例のコンタクトプラグ形成
方法を示す工程順断面図
1A to 1C are cross-sectional views in order of the steps, showing a contact plug forming method according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第一の実施例におけるX線回折の構造
分析結果を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a result of X-ray diffraction structural analysis in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第一の実施例におけるオージェ電子分
光による深さ方向の分析結果を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a result of analysis in the depth direction by Auger electron spectroscopy according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第二の実施例のコンタクトプラグ形成
方法を示す工程順断面図
4A to 4C are cross-sectional views in order of the steps, showing a contact plug forming method according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第三の実施例のコンタクトプラグ形成
方法を示す工程順断面図
5A to 5C are cross-sectional views in order of the steps, showing a contact plug forming method according to a third embodiment of the present invention.

【図6】従来のコンタクトプラグ形成方法を説明するた
めの断面図
FIG. 6 is a sectional view for explaining a conventional contact plug forming method.

【図7】従来のコンタクトプラグ形成方法を説明するた
めの断面図
FIG. 7 is a sectional view for explaining a conventional contact plug forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 酸化膜 3 コンタクト孔 4 密着バリア層 5 タングステン 6 タングステン残渣 7 タングステン核 11 シリコン基板 12 酸化膜 13 コンタクト孔 14 TiN/Ti膜 15 タングステン 16 タングステン酸化膜 41 シリコン基板 42 酸化膜 43 コンタクト孔 44 TiN/Ti膜 45 タングステン 46 タングステン残渣 47 タングステン酸化膜 51 シリコン基板 52 酸化膜 53 コンタクト孔 54 タングステン 55 タングステン核 56 タングステン酸化膜 1 Silicon Substrate 2 Oxide Film 3 Contact Hole 4 Adhesion Barrier Layer 5 Tungsten 6 Tungsten Residue 7 Tungsten Nucleus 11 Silicon Substrate 12 Oxide Film 13 Contact Hole 14 TiN / Ti Film 15 Tungsten 16 Tungsten Oxide Film 41 Silicon Substrate 42 Oxide Film 43 Contact Hole 44 TiN / Ti film 45 Tungsten 46 Tungsten residue 47 Tungsten oxide film 51 Silicon substrate 52 Oxide film 53 Contact hole 54 Tungsten 55 Tungsten nucleus 56 Tungsten oxide film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コンタクト孔を有する下地基板上に、タン
グステンを全面堆積する工程、次に前記タングステンの
表面を酸化したのち、真空中での熱処理により前記タン
グステンの酸化層を除去する工程、その後、前記タング
ステンを全面エッチングする工程を備えたことを特徴と
するコンタクトプラグ形成方法。
1. A step of entirely depositing tungsten on a base substrate having a contact hole, a step of oxidizing the surface of the tungsten and a heat treatment in a vacuum to remove the oxide layer of tungsten, and thereafter. A method of forming a contact plug, comprising the step of etching the entire surface of the tungsten.
【請求項2】コンタクト孔を有する下地基板上に、タン
グステンを全面堆積する工程、次に前記タングステンを
全面エッチングする工程、その後前記タングステンのエ
ッチング残渣を酸化したのち、真空中での熱処理により
前記エッチング残渣を除去する工程を備えたことを特徴
とするコンタクトプラグ形成方法。
2. A step of entirely depositing tungsten on a base substrate having a contact hole, a step of etching the entire surface of the tungsten, followed by oxidizing an etching residue of the tungsten, and then performing a heat treatment in a vacuum to perform the etching. A method for forming a contact plug, comprising a step of removing a residue.
【請求項3】コンタクト孔を有する下地基板上に、前記
コンタクト孔のみにタングステンを選択堆積する工程、
前記コンタクト孔以外に堆積された前記タングステンを
酸化したのち、真空中での熱処理により除去する工程を
備えたことを特徴とするコンタクトプラグ形成方法。
3. A step of selectively depositing tungsten only on the contact holes on a base substrate having the contact holes,
A method for forming a contact plug, comprising the step of oxidizing the tungsten deposited in a portion other than the contact hole and then removing the tungsten by heat treatment in a vacuum.
JP22108392A 1992-08-20 1992-08-20 Contact plug forming method Pending JPH0669155A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09167801A (en) * 1995-11-15 1997-06-24 Hyundai Electron Ind Co Ltd Method for forming tungsten plug of semiconductor element
KR100237029B1 (en) * 1995-11-15 2000-01-15 김영환 Process for forming tungsten plug of semiconductor device

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