JPH07130744A - Formation of connection hole - Google Patents

Formation of connection hole

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JPH07130744A
JPH07130744A JP30097093A JP30097093A JPH07130744A JP H07130744 A JPH07130744 A JP H07130744A JP 30097093 A JP30097093 A JP 30097093A JP 30097093 A JP30097093 A JP 30097093A JP H07130744 A JPH07130744 A JP H07130744A
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JP
Japan
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film
connection hole
insulating film
etching
tungsten
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Application number
JP30097093A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiji Shinohara
啓二 篠原
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To form a connection hole in a normal tape shape, reduce the diameter thereof in size and flaten an insulation film. CONSTITUTION:In a first step, an insulation film 13 is so formed on a substrate 11 that the thickness is greater than a specified film thickness. An etching mask 14 is formed thereon and an opening 15 is further formed thereon. In a second step, the film 13 is etched from the opening 15 to form a connection hole 16 in a manner that its diameter becomes smaller as the opening 15 gets close to the substrate 11 side. In a third step, after only the mask 14 is removed, a flatening film 17 is formed on the upper side of the film 13 in a state that the hole 16 is filled in. In a fourth step, while an etchback treatment is so performed so as to leave the film 13 by only the film thickness, the films 13 and 17 are etched, and then the remaining film 17 in the hole 16 are removed.

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、半導体装置の製造プロ
セスにおける接続孔の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 method of forming connection holes in a semiconductor device manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の設計ルールの微細化
にともなって、接続孔(コンタクト孔)の口径も小さく
なってきている。ところが絶縁耐圧を確保するために層
間絶縁膜の膜厚はほとんど変わっていない。このため接
続孔のアスペクト比が大きくなってきている。このよう
にアスペクト比が大きい接続孔にアルミニウムのみで配
線を形成すると、アルミニウムは段差部における被覆性
が悪いので、接続孔で導通不良が起きる。この結果、半
導体装置の信頼性が低くなる。
2. Description of the Related Art In recent years, as the design rules of semiconductor devices have become finer, the diameters of connection holes (contact holes) have become smaller. However, the film thickness of the interlayer insulating film has hardly changed in order to secure the withstand voltage. Therefore, the aspect ratio of the connection hole is increasing. When a wiring is formed only from aluminum in a connection hole having a large aspect ratio as described above, since aluminum has poor coverage at the step portion, poor conduction occurs in the connection hole. As a result, the reliability of the semiconductor device is reduced.

【0003】上記対策として、例えば特開昭62−22
9959号公報には、接続孔を形成した後、六フッ化タ
ングステン(WF6 )の還元反応を利用して接続孔の内
部にのみ選択的にタングステン(W)プラグを形成す
る、いわゆる選択タングステン−CVD法が開示されて
いる。
As measures against the above, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-22
Japanese Patent No. 9959 discloses a so-called selective tungsten-which forms a connection hole and then selectively forms a tungsten (W) plug only inside the connection hole by utilizing a reduction reaction of tungsten hexafluoride (WF 6 ). A CVD method is disclosed.

【0004】しかしながら、選択タングステン−CVD
法は、常に完全な選択性を得ることが困難である。また
深さが異なる接続孔を同時に埋め込むことは、原理的に
できない。そこで、例えば特開昭62−229959号
公報には、接続孔を形成した後に、タングステン(W)
膜を全面に堆積させ、このタングステン膜をエッチバッ
ク処理することによって、接続孔の内部にのみタングス
テン膜を残す、いわゆるブランケットタングステン−C
VD法が開示されている。この方法では、選択タングス
テン−CVD法に比べて、タングステン膜を比較的容易
に形成することが可能であり、深さの異なる接続孔の内
部にもタングステン膜を同時に埋め込むことができる。
またタングステン膜は、CVD法で形成されるので、接
続孔の側壁が基板に対してほぼ垂直に形成されている場
合にも、良好なカバリッジを得ることができる。
However, selective tungsten-CVD
The law is always difficult to obtain full selectivity. In principle, it is impossible to simultaneously fill the connection holes having different depths. Therefore, for example, in JP-A-62-229959, after forming a connection hole, tungsten (W) is formed.
By depositing a film on the entire surface and etching back this tungsten film, the tungsten film is left only inside the connection hole, so-called blanket tungsten-C.
The VD method is disclosed. In this method, the tungsten film can be formed relatively easily as compared with the selective tungsten-CVD method, and the tungsten film can be simultaneously embedded in the connection holes having different depths.
Further, since the tungsten film is formed by the CVD method, good coverage can be obtained even when the sidewall of the connection hole is formed substantially perpendicular to the substrate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ブ
ランケットタングステン−CVD法では、絶縁膜である
酸化シリコン(SiO2 )膜とタングステン膜との密着
性を改善するために、接続孔の内壁にチタン系材料層
〔例えば、チタン(Ti)膜と窒化チタン(TiN)膜
との積層膜〕を形成する。このチタン系材料層は、通常
スパッタ法によって形成されるため、接続孔の段差部に
おけるカバリッジ性が悪い。このため、接続孔の側壁が
基板に対してほぼ垂直に形成されていても、チタン系材
料層は接続孔の上部側に厚く接続孔の底部側に薄く形成
される。したがって、当該接続孔にチタン系材料層を形
成することによって、接続孔の側壁は、いわゆる逆テー
パ形状になる。このような状態の接続孔にタングステン
膜を形成した場合には、接続孔の内部にタングステンが
埋め込まれない空洞が発生する。そして上記のような空
洞を生じたタングステン膜でタングステンプラグを形成
した場合には、タングステンプラグの内部に空洞が残る
ので、信頼性の高い配線を形成することができない。
However, in the above blanket tungsten-CVD method, in order to improve the adhesion between the tungsten oxide film and the silicon oxide (SiO 2 ) film, which is an insulating film, the titanium-based material is used on the inner wall of the connection hole. A material layer [for example, a laminated film of a titanium (Ti) film and a titanium nitride (TiN) film] is formed. Since this titanium-based material layer is usually formed by the sputtering method, the coverage of the step portion of the connection hole is poor. Therefore, even if the sidewall of the connection hole is formed substantially perpendicular to the substrate, the titanium-based material layer is formed thick on the upper side of the connection hole and thin on the bottom side of the connection hole. Therefore, by forming the titanium-based material layer in the connection hole, the sidewall of the connection hole has a so-called reverse taper shape. When the tungsten film is formed in the connection hole in such a state, a cavity in which tungsten is not embedded occurs inside the connection hole. When the tungsten plug is formed from the tungsten film having the cavity as described above, the cavity remains inside the tungsten plug, so that a highly reliable wiring cannot be formed.

【0006】そこでブランケットタングステン−CVD
法でタングステン膜を形成する際に、接続孔の内部に空
洞が発生するのを防止するには、接続孔の口径と同程度
の値の膜厚でタングステン膜を形成することが必要にな
る。しかしながら、接続孔の最小径は接続孔を開口する
際のリソグラフィー技術の限界値で制限されるので、接
続孔の口径を十分に小さくすることはできない。また接
続孔の口径が大きい場合には、タングステン膜の膜厚を
厚くしなければならない。このため、タングステン膜の
成膜時間は長くなる。またエッチバック処理の時間も長
くなる。このように処理速度が遅くなるので、スループ
ットが低下する。
Therefore, blanket tungsten-CVD
In order to prevent the formation of voids inside the connection holes when forming the tungsten film by the method, it is necessary to form the tungsten film with a film thickness of the same value as the diameter of the connection hole. However, since the minimum diameter of the connection hole is limited by the limit value of the lithography technique when opening the connection hole, the diameter of the connection hole cannot be made sufficiently small. Further, when the diameter of the connection hole is large, the film thickness of the tungsten film must be increased. For this reason, the deposition time of the tungsten film becomes long. In addition, the time for the etch back process becomes long. Since the processing speed becomes slow in this way, the throughput decreases.

【0007】さらに、ブランケットタングステン−CV
D法でタングステン膜を成膜した後、タングステン膜の
エッチバック処理を行ってタングステンプラグを形成す
る際に、下地に段差がある場合には、段差部にエッチン
グ残りが生じる。このエッチング残りを無くすために
は、十分なオーバエッチングが必要になる。ところが、
段差が大きい場合には、エッチング残りを完全に除去す
ると、同時に接続孔の内部に形成したプラグの上面もエ
ッチングされる。このため、プラグ上面に配線層を形成
する場合に、プラグ上での配線層のカバリッジ性が低下
する。
Further, the blanket tungsten-CV
When a tungsten film is formed by the D method and then the tungsten film is etched back to form a tungsten plug, if there is a step in the base, an etching residue occurs in the step. In order to eliminate this etching residue, sufficient over-etching is necessary. However,
When the step difference is large, when the etching residue is completely removed, the upper surface of the plug formed inside the connection hole is simultaneously etched. Therefore, when the wiring layer is formed on the upper surface of the plug, the coverage of the wiring layer on the plug is deteriorated.

【0008】したがって、タングステンプラグを半導体
装置に適用するには、タングステンプラグを形成する前
に、絶縁膜の段差を少なくする必要がある。さらに処理
速度を高めるには、接続孔の口径をできる限り小さくす
るとともに、接続孔の形状をいわゆる順テーパ形状に形
成する必要がある。
Therefore, in order to apply the tungsten plug to the semiconductor device, it is necessary to reduce the step difference of the insulating film before forming the tungsten plug. In order to further increase the processing speed, it is necessary to make the diameter of the connection hole as small as possible and to form the shape of the connection hole in a so-called forward tapered shape.

【0009】本発明は、接続孔の形状をいわゆる順テー
パ形状に形成するとともに接続孔の口径の縮小化を図
り、かつ絶縁膜の平坦化を達成する接続孔の形成方法を
提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a method of forming a connection hole, in which the connection hole is formed in a so-called forward taper shape, the diameter of the connection hole is reduced, and the insulating film is flattened. And

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた接続孔の形成方法である。すなわ
ち、第1工程では、基体上に所定の膜厚よりも厚く絶縁
膜を形成した後、当該絶縁膜上にエッチングマスクを形
成してから当該エッチングマスクに開口部を形成する。
次いで第2工程で、開口部から絶縁膜をエッチングして
基体側に向かうにしたがって口径が小さくなる接続孔を
形成する。続いて第3工程で、エッチングマスクのみを
除去した後、接続孔を埋め込む状態にして絶縁膜上側に
平坦化膜を形成する。そして第4工程で、エッチバック
処理によって、絶縁膜が所定の膜厚だけ残る状態にして
平坦化膜と絶縁膜とをエッチングした後、接続孔内に埋
め込まれた残りの平坦化膜を除去する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a method for forming a connection hole, which has been made to achieve the above object. That is, in the first step, an insulating film having a thickness larger than a predetermined thickness is formed on the substrate, an etching mask is formed on the insulating film, and then an opening is formed in the etching mask.
Next, in a second step, the insulating film is etched from the opening to form a connection hole having a smaller diameter toward the substrate side. Subsequently, in a third step, after removing only the etching mask, a flattening film is formed on the upper side of the insulating film so as to fill the connection hole. Then, in a fourth step, the flattening film and the insulating film are etched by etching back so as to leave a predetermined thickness of the insulating film, and then the remaining flattening film embedded in the connection hole is removed. .

【0011】[0011]

【作用】上記接続孔の形成方法では、リソグラフィー技
術でエッチングマスクに開口部を形成し、開口部から絶
縁膜をエッチングして基体側に向かうにしたがって口径
が小さくなる接続孔を形成する。このため、絶縁膜の上
面側をエッチバック処理して当該絶縁膜の膜厚を薄くす
ればするほど、接続孔の口径は小さくなる。したがっ
て、開口部をリソグラフィー技術の限界値で形成すれ
ば、接続孔の口径はリソグラフィー技術の限界値よりも
小さくなる。また接続孔の形状はいわゆる順テーパ形状
になる。さらにエッチバック処理によって絶縁膜をエッ
チングするので、絶縁膜の上面はほぼ平坦になる。
In the method of forming the connection hole, the opening is formed in the etching mask by the lithography technique, the insulating film is etched from the opening to form the connection hole whose diameter becomes smaller toward the substrate side. Therefore, the smaller the thickness of the insulating film by etching back the upper surface of the insulating film, the smaller the diameter of the connection hole. Therefore, if the opening is formed with the limit value of the lithography technique, the diameter of the connection hole becomes smaller than the limit value of the lithography technique. The shape of the connection hole is a so-called forward taper shape. Further, since the insulating film is etched by the etch back process, the upper surface of the insulating film becomes substantially flat.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の第1実施例を、図1の形成工程図に
よって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to the forming process diagram of FIG.

【0013】図1の(1)に示すように、基体(例えば
シリコン基板)11の表面側には拡散層12が形成され
ている。
As shown in FIG. 1A, a diffusion layer 12 is formed on the front surface side of a substrate (eg, silicon substrate) 11.

【0014】まず第1工程では、例えばCVD法によっ
て、上記基体11上に所定の膜厚よりも厚く絶縁膜13
を形成する。この絶縁膜13は、例えば酸化シリコン
(SiO2 )からなり、所定の膜厚として、例えば絶縁
耐圧を考慮して400nmの膜厚が必要な場合には、例
えば800nm程度の膜厚に形成されている。
First, in the first step, the insulating film 13 having a thickness larger than a predetermined thickness is formed on the substrate 11 by, for example, the CVD method.
To form. The insulating film 13 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), and is formed to have a predetermined film thickness of, for example, about 800 nm when a film thickness of 400 nm is required in consideration of withstand voltage. There is.

【0015】その後、塗布技術によって、上記絶縁膜1
3上にレジストからなるエッチングマスク14を形成す
る。そして、リソグラフィー技術(例えばフォトリソグ
ラフィー技術)によって、上記エッチングマスク14の
所定の位置に、例えば口径がd1の開口部15を形成す
る。ここでは、拡散層12と接続を取るので、拡散層1
2の上方におけるエッチングマスク14に上記開口部1
5を設ける。
After that, the insulating film 1 is formed by a coating technique.
An etching mask 14 made of a resist is formed on the surface 3. Then, an opening 15 having a diameter of, for example, d1 is formed at a predetermined position of the etching mask 14 by a lithography technique (eg, photolithography technique). Here, since the connection is made with the diffusion layer 12, the diffusion layer 1
2 above the opening 1 in the etching mask 14
5 is provided.

【0016】次いで図1の(2)に示す第2工程を行
う。この工程では、エッチング(例えば反応性イオンエ
ッチング)によって、上記開口部15の下方の絶縁膜1
3に、上記基体11側に向かうにしたがって口径が小さ
くなる、いわゆる順テーパ形状の接続孔16を形成す
る。この時に形成される接続孔16の上部開口部16a
は、上記開口部15の断面形状がほぼ転写された形状に
なる。したがって、上部開口部16aの口径d2は開口
部15の口径d1とほぼ同等になる。
Next, the second step shown in FIG. 1B is performed. In this step, the insulating film 1 below the opening 15 is etched by etching (for example, reactive ion etching).
3, a so-called forward taper-shaped connection hole 16 is formed in which the diameter becomes smaller toward the base body 11 side. The upper opening 16a of the connection hole 16 formed at this time
Has a shape in which the cross-sectional shape of the opening 15 is almost transferred. Therefore, the diameter d2 of the upper opening 16a is substantially equal to the diameter d1 of the opening 15.

【0017】上記エッチング条件としては、例えば、エ
ッチングガスに流量が3sccmの酸素(O2 )と流量
が75sccmのトリフルオロメタン(CHF3 )との
混合ガスを用い、エッチング雰囲気の圧力を6.7P
a、高周波パワーを1kWに設定する。
As the etching conditions, for example, a mixed gas of oxygen (O 2 ) with a flow rate of 3 sccm and trifluoromethane (CHF 3 ) with a flow rate of 75 sccm is used as the etching gas, and the pressure of the etching atmosphere is 6.7 P.
a, set the high frequency power to 1 kW.

【0018】続いて図1の(3)に示す第3工程を行
う。この工程では、例えば酸素アッシングまたはウェッ
トエッチングによって、上記エッチングマスク14のみ
を除去する。その後、塗布技術によって、上記接続孔1
6の内部を埋め込む状態にして上記絶縁膜13上側に平
坦化膜17を形成する。この平坦化膜17は、例えばレ
ジストで形成され、その上面はほぼ平坦面に形成され
る。
Subsequently, the third step shown in FIG. 1C is performed. In this step, only the etching mask 14 is removed by oxygen ashing or wet etching, for example. After that, by the coating technique, the connection hole 1
A flattening film 17 is formed on the upper side of the insulating film 13 so that the inside of 6 is embedded. The flattening film 17 is formed of, for example, a resist, and its upper surface is formed to be substantially flat.

【0019】そして図1の(4)に示す第4工程を行
う。この工程では、エッチバック処理によって、上記絶
縁膜13が所定の膜厚(例えばこの場合には400n
m)だけ残る状態にして上記平坦化膜17(2点鎖線で
示す部分)と当該絶縁膜13(1点鎖線で示す部分)と
をエッチングする。このエッチングは、例えば反応性イ
オンエッチング装置を用いて、平坦化膜17と絶縁膜1
3とのエッチング速度がほぼ等しくなる処理条件で行わ
れる。そして絶縁膜13の表面を平滑化するためには、
例えばレジストからなる平坦化膜17と酸化シリコンか
らなる絶縁膜13とのエッチング速度の比(レジストの
エッチング速度/酸化シリコンのエッチング速度)が
0.5〜2程度になるように設定する。この範囲を外れ
ると絶縁膜13の表面の平滑性が悪化する。
Then, the fourth step shown in FIG. 1 (4) is performed. In this step, the insulating film 13 is etched back to a predetermined thickness (for example, 400 n in this case).
Then, the flattening film 17 (the part indicated by the two-dot chain line) and the insulating film 13 (the part indicated by the one-dot chain line) are etched while leaving only m). This etching is performed by using, for example, a reactive ion etching device, the flattening film 17 and the insulating film 1
The etching rate is the same as that of No. And in order to smooth the surface of the insulating film 13,
For example, the ratio of the etching rates of the flattening film 17 made of resist and the insulating film 13 made of silicon oxide (resist etching rate / silicon oxide etching rate) is set to about 0.5 to 2. Outside this range, the surface smoothness of the insulating film 13 deteriorates.

【0020】その処理条件としては、例えば、エッチン
グガスに流量が15sccmの酸素(O2 )と流量が7
5sccmのトリフルオロメタン(CHF3 )との混合
ガスを用い、エッチング雰囲気の圧力を6.7Pa、高
周波パワーを1kWに設定する。
As the processing conditions, for example, oxygen (O 2 ) having a flow rate of 15 sccm and an etching gas having a flow rate of 7 are used.
A mixed gas of 5 sccm of trifluoromethane (CHF 3 ) is used, the pressure of the etching atmosphere is set to 6.7 Pa, and the high frequency power is set to 1 kW.

【0021】その後、酸素(O2 )アッシング処理また
はウェットエッチングによって、上記接続孔16の内部
に埋め込まれている残りの平坦化膜17(破線で示す部
分)を除去して、絶縁膜13に接続孔16を形成する。
上記エッチングによって、接続孔16の上部開口部16
bの口径d3は、上記開口部15の口径d1よりも小さ
くなる。
Thereafter, oxygen (O 2 ) ashing or wet etching is performed to remove the remaining flattening film 17 (the portion shown by the broken line) embedded in the inside of the connection hole 16 and connect it to the insulating film 13. The hole 16 is formed.
By the etching, the upper opening 16 of the connection hole 16 is formed.
The diameter d3 of b is smaller than the diameter d1 of the opening 15.

【0022】上記接続孔の形成方法では、リソグラフィ
ー技術でエッチングマスク14に開口部15を形成し、
エッチングで開口部15の下方の絶縁膜13に、基体1
1側に向かうにしたがって口径が小さくなる接続孔16
を形成する。このため、絶縁膜13の上面側をエッチバ
ック処理して当該絶縁膜13の膜厚を薄くすればするほ
ど、接続孔16の口径d3は小さくなる。したがって、
開口部15をリソグラフィー技術の限界値で形成すれ
ば、接続孔16の口径d3はリソグラフィー技術の限界
値よりも小さくなる。また接続孔16の形状はいわゆる
順テーパ形状になる。さらにエッチバック処理によって
絶縁膜13をエッチングするので、絶縁膜13の上面は
ほぼ平坦になる。
In the method of forming the connection hole, the opening 15 is formed in the etching mask 14 by the lithography technique,
The base film 1 is formed on the insulating film 13 below the opening 15 by etching.
Connection hole 16 whose diameter decreases toward the 1 side
To form. Therefore, as the thickness of the insulating film 13 is reduced by etching back the upper surface of the insulating film 13, the diameter d3 of the connection hole 16 becomes smaller. Therefore,
If the opening 15 is formed with the limit value of the lithography technique, the diameter d3 of the connection hole 16 becomes smaller than the limit value of the lithography technique. The shape of the connection hole 16 is a so-called forward taper shape. Further, since the insulating film 13 is etched by the etch back process, the upper surface of the insulating film 13 becomes substantially flat.

【0023】さらに絶縁膜13の平坦化と接続孔16の
形成を行う際に、従来では先に絶縁膜の平坦化処理を行
ってから接続孔を形成していたが、上記形成方法では接
続孔を形成してから平坦化処理を行うので、従来技術に
比較してプロセスの負担増がない。
Further, when flattening the insulating film 13 and forming the connecting hole 16, the insulating film 13 is first flattened before the connecting hole is formed, but in the above forming method, the connecting hole is formed. Since the flattening process is performed after forming the, the process load is not increased as compared with the conventional technique.

【0024】次に、上記のような方法で形成した接続孔
16にブランケットタングステン法によってタングステ
ンプラグを形成する方法を、図2によって説明する。な
お、図では上記図1で説明したのと同様の構成部品には
同一符号を付す。
Next, a method of forming a tungsten plug by the blanket tungsten method in the connection hole 16 formed by the above method will be described with reference to FIG. In the figure, the same components as those described in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0025】図2の(1)に示すように、まず、スパッ
タ法によって、接続孔16の内壁と絶縁膜13の上面と
に、絶縁膜13と後述するタングステン膜(23)との
密着性を向上させるためのチタン(Ti)膜21を形成
する。さらに、スパッタ法によって、チタン膜21の表
面に窒化チタン(TiN)膜22を形成する。このよう
に、スパッタ法でチタン膜21および窒化チタン膜22
を形成するために、接続孔16の側壁に形成された窒化
チタン膜22の壁面は、基体11の表面に対してほぼ垂
直になる。
As shown in FIG. 2A, first, the adhesion between the insulating film 13 and the tungsten film (23) described later is adhered to the inner wall of the connection hole 16 and the upper surface of the insulating film 13 by the sputtering method. A titanium (Ti) film 21 for improving is formed. Further, a titanium nitride (TiN) film 22 is formed on the surface of the titanium film 21 by the sputtering method. Thus, the titanium film 21 and the titanium nitride film 22 are formed by the sputtering method.
The wall surface of the titanium nitride film 22 formed on the side wall of the connection hole 16 is substantially perpendicular to the surface of the base 11.

【0026】次いで、例えばコールドウォール型のCV
D装置を用いた成膜法によって、接続孔16の内部を含
む上記窒化チタン膜22の表面にタングステン(W)膜
23を形成する。
Then, for example, a cold wall type CV
A tungsten (W) film 23 is formed on the surface of the titanium nitride film 22 including the inside of the connection hole 16 by a film forming method using a D device.

【0027】上記成膜条件としては、例えば、反応ガス
に水素(H2 )を1に対して六フッ化タングステン(W
6 )を19の割合で混合した混合ガスを用い、基体1
1の温度を400℃、反応雰囲気の圧力を867Paに
設定する。
As the film forming conditions, for example, hydrogen (H 2 ) is used as a reaction gas for 1 to tungsten hexafluoride (W).
F 6 ) was mixed in a ratio of 19 and a substrate 1 was used.
The temperature of 1 is set to 400 ° C., and the pressure of the reaction atmosphere is set to 867 Pa.

【0028】上記条件のもとでタングステン膜23を成
膜した場合には、タングステン膜23は、接続孔16の
側壁および底面から成長する。このため、接続孔16の
口径の50%以上の値と同じ値の膜厚になるようにタン
グステン膜23を形成することで、接続孔16の埋め込
みは達成できる。しかしながら、接続孔16の上部での
凹みを無くすために、通常は接続孔16の口径の値と同
程度またはそれ以上の値と同じ値の膜厚になるようにタ
ングステン膜23を堆積する。
When the tungsten film 23 is formed under the above conditions, the tungsten film 23 grows from the side wall and the bottom surface of the connection hole 16. Therefore, the connection hole 16 can be filled by forming the tungsten film 23 so as to have a film thickness equal to or larger than 50% of the diameter of the connection hole 16. However, in order to eliminate the depression at the upper part of the connection hole 16, the tungsten film 23 is usually deposited so as to have a film thickness that is the same as or larger than the diameter of the connection hole 16.

【0029】その後図2の(2)に示すように、エッチ
バックによって、上記絶縁膜13が露出するまで2点鎖
線で示す上記タングステン膜23、窒化チタン膜22お
よびチタン膜21をエッチングする。そして、接続孔1
6の内部にタングステン膜(23)、窒化チタン膜(2
2)およびチタン膜(21)からなるプラグ24を形成
する。
Then, as shown in FIG. 2B, the tungsten film 23, the titanium nitride film 22 and the titanium film 21 indicated by the chain double-dashed line are etched by etch back until the insulating film 13 is exposed. And the connection hole 1
The tungsten film (23) and the titanium nitride film (2
2) and the plug 24 made of the titanium film (21) is formed.

【0030】上記エッチバック条件としては、例えばエ
ッチングガスに流量が40sccmの六フッ化イオウ
(SF6 )と流量が30sccmの塩素(Cl2 )との
混合ガスを用い、エッチング雰囲気の圧力を6.7P
a、高周波パワーを500Wに設定する。
As the etching back conditions, for example, a mixed gas of sulfur hexafluoride (SF 6 ) having a flow rate of 40 sccm and chlorine (Cl 2 ) having a flow rate of 30 sccm is used as the etching gas, and the pressure of the etching atmosphere is set to 6. 7P
a, high frequency power is set to 500W.

【0031】このようにして、リソグラフィー技術の限
界値よりも小さい口径の接続孔16の内部にプラグ24
を形成することができるので、接続孔16の形成領域は
縮小化される。また、例えば上記接続孔16を配線(図
示せず)上に形成した場合には、当該配線の幅および配
線と配線との間隔を狭くすることができる。したがっ
て、半導体装置の高集積化が実現できる。
In this way, the plug 24 is placed inside the connection hole 16 having a diameter smaller than the limit value of the lithography technique.
Therefore, the formation area of the connection hole 16 is reduced. Further, for example, when the connection hole 16 is formed on a wiring (not shown), the width of the wiring and the distance between the wirings can be narrowed. Therefore, high integration of the semiconductor device can be realized.

【0032】また接続孔16の口径が小さく形成されて
いるので、タングステン膜23の膜厚を薄く形成するこ
とが可能になる。このため、タングステン膜のエッチバ
ック処理時間が短縮される。
Since the diameter of the connection hole 16 is small, the tungsten film 23 can be thinly formed. For this reason, the etch back processing time of the tungsten film is shortened.

【0033】上記説明では接続孔16を埋め込む材料に
タングステンを用いた場合を説明したが、埋め込み材料
はタングステンプラグに限定されることは無く、例えば
モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、銅(Cu)また
はアルミニウム(Al)を含む材料にも適用することが
可能である。
In the above description, the case where tungsten is used as the material for filling the connection hole 16 is described, but the filling material is not limited to the tungsten plug, and for example, molybdenum (Mo), titanium (Ti), copper (Cu). ) Or a material containing aluminum (Al).

【0034】次に第2実施例として、段差を有する下地
上に絶縁膜を形成し、その絶縁膜に接続孔を形成する場
合を、図3,図4の形成工程図(その1),(その2)
によって説明する。なお、図では上記図1で説明したの
と同様の構成部品には同一符号を付す。
Next, as a second embodiment, a case where an insulating film is formed on a base having a step and a connection hole is formed in the insulating film, the process steps (No. 1) of FIG. Part 2)
Explained by. In the figure, the same components as those described in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0035】図3の(1)に示すように、基体(例えば
シリコン基板)11の上層の一部分には素子分離領域3
1が形成されている。この素子分離領域31は、例えば
LOCOS酸化膜からなる。さらに上記素子分離領域3
1の上面には、配線層32が形成されている。この配線
層32は、例えばポリシリコンからなる。一方、上記素
子分離領域31が形成されていない上記基体11の上層
の一部分には拡散層12が形成されている。
As shown in FIG. 3A, the element isolation region 3 is formed in a part of the upper layer of the substrate (eg, silicon substrate) 11.
1 is formed. The element isolation region 31 is made of, for example, a LOCOS oxide film. Further, the element isolation region 3
A wiring layer 32 is formed on the upper surface of 1. The wiring layer 32 is made of, for example, polysilicon. On the other hand, a diffusion layer 12 is formed on a part of the upper layer of the base 11 on which the element isolation region 31 is not formed.

【0036】まず第1工程では、例えばCVD法によっ
て、上記配線層32を覆う状態に上記基体11上に所定
の膜厚よりも厚く絶縁膜13を形成する。この絶縁膜1
3は、例えば酸化シリコン(SiO2 )からなり、所定
の膜厚として例えば絶縁耐圧が確保される膜厚に設定さ
れる。
First, in the first step, an insulating film 13 having a thickness larger than a predetermined thickness is formed on the base 11 so as to cover the wiring layer 32 by, for example, a CVD method. This insulating film 1
3 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), and is set to have a predetermined film thickness, for example, a film thickness that ensures a dielectric strength.

【0037】その後、塗布技術によって、上記絶縁膜1
3上にレジストからなるエッチングマスク14を形成す
る。そして、リソグラフィー技術(例えばフォトリソグ
ラフィー技術)によって、上記エッチングマスク14の
所定の位置に開口部33,34を形成する。ここでは、
拡散層12と接続を取るので、拡散層12の上方のエッ
チングマスク14に開口部33を設け、配線層32の上
方のエッチングマスク14に開口部34を設ける。
Then, the insulating film 1 is formed by a coating technique.
An etching mask 14 made of a resist is formed on the surface 3. Then, the openings 33 and 34 are formed at predetermined positions of the etching mask 14 by a lithography technique (for example, a photolithography technique). here,
Since the connection is made with the diffusion layer 12, the opening 33 is provided in the etching mask 14 above the diffusion layer 12, and the opening 34 is provided in the etching mask 14 above the wiring layer 32.

【0038】次いで図3の(2)に示す第2工程を行
う。この工程では、エッチング(例えば反応性イオンエ
ッチング)によって、上記開口部33,34の下方の絶
縁膜13に、上記基体11側に向かうにしたがって口径
が小さくなる、いわゆる順テーパ形状の接続孔35,3
6を形成する。この時に形成される接続孔35,36の
上部開口部35a,36aは、上記開口部33,34の
断面形状がほぼ転写された形状になる。なお、上記エッ
チング条件は、例えば、上記図1の(2)で説明したの
と同様の条件に設定される。
Then, the second step shown in FIG. 3B is performed. In this step, a so-called forward-tapered connection hole 35, whose diameter becomes smaller toward the base 11 side, is formed in the insulating film 13 below the openings 33, 34 by etching (for example, reactive ion etching). Three
6 is formed. The upper openings 35a, 36a of the connection holes 35, 36 formed at this time have a shape in which the cross-sectional shapes of the openings 33, 34 are almost transferred. The etching conditions are set to the same conditions as described in (2) of FIG. 1, for example.

【0039】続いて図4の(3)に示す第3工程を行
う。この工程では、例えば酸素アッシングまたはウェッ
トエッチングによって、上記エッチングマスク14のみ
を除去する。その後、塗布技術によって、上記接続孔3
5,36のそれぞれの内部を埋め込む状態にして上記絶
縁膜13上側に平坦化膜17を形成する。この平坦化膜
17は、例えばレジストで形成され、その上面はほぼ平
坦面に形成される。
Subsequently, the third step shown in FIG. 4C is performed. In this step, only the etching mask 14 is removed by oxygen ashing or wet etching, for example. After that, by the coating technique, the connection hole 3
A flattening film 17 is formed on the upper side of the insulating film 13 so that the inside of each of 5, 5 is filled. The flattening film 17 is formed of, for example, a resist, and its upper surface is formed to be substantially flat.

【0040】そして図1の(4)に示す第4工程を行
う。この工程では、エッチバック処理によって、例えば
素子分離領域31上の上記絶縁膜13が所定の膜厚だけ
残る状態にして上記平坦化膜17(2点鎖線で示す部
分)と当該絶縁膜13(1点鎖線で示す部分)とをエッ
チングする。このエッチングは、例えば反応性イオンエ
ッチング装置を用いて、平坦化膜17と絶縁膜13との
エッチングレートがほぼ等しくなる処理条件で行われ
る。その処理条件としては、例えば、上記図1の(4)
で説明したのと同様の条件に設定される。
Then, the fourth step shown in FIG. 1 (4) is performed. In this step, for example, the insulating film 13 on the element isolation region 31 is left in a state of a predetermined film thickness by an etch back process, and the flattening film 17 (portion indicated by a chain double-dashed line) and the insulating film 13 (1 And the part indicated by the dotted chain line). This etching is performed by using, for example, a reactive ion etching apparatus under the processing condition that the flattening film 17 and the insulating film 13 have substantially the same etching rate. The processing conditions are, for example, (4) in FIG.
The conditions are set to the same as those described in.

【0041】その後、酸素(O2 )アッシング処理また
はウェットエッチングによって、上記接続孔35,36
の内部に埋め込まれている残りの平坦化膜17(破線で
示す部分)を除去して、絶縁膜13に接続孔35,36
を形成する。
Thereafter, the connection holes 35 and 36 are formed by oxygen (O 2 ) ashing treatment or wet etching.
The remaining flattening film 17 (the part indicated by the broken line) embedded in the inside of the substrate is removed, and the connection holes 35 and 36 are formed in the insulating film 13.
To form.

【0042】上記第2実施例で説明した形成方法でも上
記第1実施例で説明したと同様に、リソグラフィー技術
で形成できる限界の開口部33,34の口径よりも小さ
い口径の接続孔35,36が形成される。またエッチバ
ック処理によって絶縁膜13をエッチングするので、絶
縁膜13の上面はほぼ平坦になる。
Also in the forming method described in the second embodiment, as in the first embodiment, the connection holes 35, 36 having a diameter smaller than the diameter of the openings 33, 34 that can be formed by the lithography technique. Is formed. Moreover, since the insulating film 13 is etched by the etch-back process, the upper surface of the insulating film 13 becomes substantially flat.

【0043】上記の如くに形成した接続孔35,36に
タングステンプラグを形成する場合には、上記図2で説
明したと同様の方法によって行えばよい。この場合、下
地に段差があっても絶縁膜13の表面はほぼ平坦化され
ているので、従来のように段差部にエッチング残りは発
生しない。このため、タングステン膜のエッチバック処
理では、従来のようなオーバエッチングを行う必要はな
い。
When the tungsten plugs are formed in the connection holes 35 and 36 formed as described above, the same method as described with reference to FIG. 2 may be used. In this case, since the surface of the insulating film 13 is substantially flattened even if there is a step in the base, etching residue does not occur in the step as in the conventional case. Therefore, it is not necessary to perform over-etching as in the conventional case in the etch-back process of the tungsten film.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
エッチングマスクに形成した開口部から絶縁膜をエッチ
ングして、基体側に向かうにしたがって口径が小さくな
る接続孔を形成する。そして絶縁膜上に平坦化膜を形成
したから、平坦化膜とともに絶縁膜の上面側をエッチバ
ック処理するので、当該絶縁膜の膜厚を薄くすればする
ほど、接続孔の口径は小さくなる。したがって、開口部
をリソグラフィー技術の限界値で形成すれば、リソグラ
フィー技術の限界値よりも小さい口径の接続孔を形成す
ることが可能になる。この結果、接続孔の形成面積を縮
小することができるので、半導体装置の高集積化が図れ
る。またエッチバック処理によって絶縁膜をエッチング
するので、絶縁膜の上面はほぼ平坦に形成することがで
きる。
As described above, according to the present invention,
The insulating film is etched from the opening formed in the etching mask to form a connection hole whose diameter becomes smaller toward the substrate side. Since the flattening film is formed on the insulating film, the upper surface side of the insulating film is etched back together with the flattening film. Therefore, the thinner the insulating film is, the smaller the diameter of the connection hole becomes. Therefore, if the opening is formed with the limit value of the lithography technique, it is possible to form the connection hole having a diameter smaller than the limit value of the lithography technique. As a result, the formation area of the connection hole can be reduced, so that the semiconductor device can be highly integrated. Moreover, since the insulating film is etched by the etch-back process, the upper surface of the insulating film can be formed to be substantially flat.

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

【図1】第1実施例の接続孔の形成工程図である。FIG. 1 is a process drawing of forming a connection hole according to a first embodiment.

【図2】プラグの形成工程図である。FIG. 2 is a process drawing of forming a plug.

【図3】第2実施例の接続孔の形成工程図(その1)で
ある。
FIG. 3 is a process diagram (1) of forming a connection hole of the second embodiment.

【図4】第2実施例の接続孔の形成工程図(その2)で
ある。
FIG. 4 is a process diagram (No. 2) of forming a connection hole of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基体 13 絶縁膜 14 エッチングマスク 15 開口部 16 接続孔 17 平坦化膜 11 substrate 13 insulating film 14 etching mask 15 opening 16 connection hole 17 flattening film

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体上に所定の膜厚よりも厚く絶縁膜を
形成した後、当該絶縁膜上にエッチングマスクを形成し
てからリソグラフィー技術によって当該エッチングマス
クに開口部を形成する第1工程と、 前記開口部から前記絶縁膜をエッチングして前記基体側
に向かうにしたがって口径が小さくなる接続孔を形成す
る第2工程と、 前記エッチングマスクのみを除去した後、前記接続孔を
埋め込む状態にして前記絶縁膜上側に平坦化膜を形成す
る第3工程と、 エッチバック処理によって前記絶縁膜が所定の膜厚だけ
残る状態にして前記平坦化膜と前記絶縁膜とをエッチン
グした後、前記接続孔内に埋め込まれた残りの平坦化膜
を除去する第4工程とからなることを特徴とする接続孔
の形成方法。
1. A first step of forming an insulating film having a thickness larger than a predetermined thickness on a substrate, forming an etching mask on the insulating film, and then forming an opening in the etching mask by a lithography technique. A second step of etching the insulating film from the opening to form a connection hole having a smaller diameter toward the substrate side, and removing the etching mask only, and then filling the connection hole A third step of forming a flattening film on the upper side of the insulating film; and etching the flattening film and the insulating film in a state where the insulating film remains by a predetermined film thickness by an etch-back process, and then the connecting hole And a fourth step of removing the remaining flattening film embedded therein.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6051880A (en) * 1997-04-18 2000-04-18 Nec Corporation Base layer structure covering a hole of decreasing diameter in an insulation layer in a semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6051880A (en) * 1997-04-18 2000-04-18 Nec Corporation Base layer structure covering a hole of decreasing diameter in an insulation layer in a semiconductor device
US6313030B1 (en) 1997-04-18 2001-11-06 Nec Corporation Method of making a conductive layer covering a hole of decreasing diameter in an insulation layer in a semiconductor device

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