JPH07240466A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH07240466A
JPH07240466A JP3170094A JP3170094A JPH07240466A JP H07240466 A JPH07240466 A JP H07240466A JP 3170094 A JP3170094 A JP 3170094A JP 3170094 A JP3170094 A JP 3170094A JP H07240466 A JPH07240466 A JP H07240466A
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JP
Japan
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film
plug
contact hole
stopper
interlayer insulating
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JP3170094A
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English (en)
Inventor
Fumihiko Niifuku
文彦 新福
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体装置の多層配線の層間結線
のためのプラグの製造方法に関し、コンタクトホール内
の埋め込み用プラグ膜の沈み込みのないプラグ形成方法
を得る。 【構成】 層間絶縁膜3上に Si3N4膜あるいはα−C膜
からなるストッパ膜4を被覆してから、ストッパ膜4と
層間絶縁膜3とをレジスト膜5をマスクとしてコンタク
トホール6を形成し、Wプラグ膜7をコンタクトホール
6内を埋めてストッパ膜4上に被覆する。その後、スト
ッパ膜4上のWプラグ膜7をエッチバックし、ストッパ
膜4を除去して、コンタクトホール6内に沈み込みのな
いWプラグ膜7を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の多層配線
の層間結線のためのプラグの製造方法に関する。
【0002】近年、半導体装置の高集積化に伴い、層間
配線をプラグを用いてコンタクトを得る技術が開発され
てきている。現在、高融点金属等を用いたプラグ形成に
おいて、エッチバック時のオーバーエッチング等に起因
するプラグの沈み込みが問題となってきている。又、コ
ンタクトホール径が微細になるにつれて、コンタクトホ
ール内へのプラグの埋め込みが不充分になるため、コン
タクトホールとプラグの間に隙間が出来るという問題も
ある。そのため、プラグの沈み込みやコンタクトホール
内の隙間をなくするようなプラグの形成方法が必要とな
る。
【0003】
【従来の技術】図7は従来例の説明図である。図におい
て、21はSi基板、22はW下層配線膜、23はSiO2膜、24は
レジスト膜、25はコンタクトホール、26はWプラグ膜、
27はW上層配線膜である。
【0004】従来のプラグ形成方法を図7の工程順模式
断面図により説明する。先ず、図7(a)に示すよう
に、タングステン(W)下層配線膜22がパターニングさ
れたシリコン(Si)基板21上に層間絶縁膜として、二酸
化シリコン(SiO2)膜23を成長する。
【0005】次に、図7(b)に示すように、レジスト
膜24を被覆しパターニングする。図7(c)に示すよう
に、レジスト膜24をマスクとして、SiO2膜23をエッチン
グし、W下層配線膜22に達するコンタクトホール25を開
口し、レジスト膜24を除去する。
【0006】図7(d)に示すように、コンタクトホー
ル25内を埋めて、SiO2膜上にCVD法によりWプラグ膜
26を成長する。図7(e)に示すように、Wプラグ膜26
をエッチバックする。
【0007】その後、図7(f)に示すようにW上層配
線膜27を被覆しパターニングして、多層配線層を完成す
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来方法で
は、Wプラグ膜のエッチバックの工程で、SiO2膜上のW
の残渣を完全に取り除くために、Wプラグ膜の多少のオ
ーバーエッチングを行うので、そのためにコンタクトホ
ール内のWプラグ膜もオーバーエッチングされて、図7
(e)に示すように、コンタクトホール内にWプラグ膜
の沈み込みが生ずる。そして、図7(f)に示すよう
に、W上層配線膜を形成した場合、コンタクトホールの
上縁で断線が生じやすくなる。
【0009】本発明は、以上の点を鑑み、埋め込み用プ
ラグ膜の沈み込みのないプラグ形成方法を得ることを目
的として提供されるものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1〜図2は本発明の原
理説明図である。図において、1は半導体基板または下
地絶縁膜、2 は下層配線膜、3 は層間絶縁膜、4 はスト
ッパ膜、5 はレジスト膜、6 はコンタクトホール、7 は
プラグ膜、8 は上層配線膜である。
【0011】本発明では、オーバーエッチングによるプ
ラグ膜のコンタクトホール内への沈み込みをなくすため
に、層間絶縁膜上にエッチングのストッパ膜を用いるこ
とにより、上記問題点を解決する。
【0012】即ち、本発明の目的は、図1(a)に示す
ように、半導体基板或いはその下地絶縁膜1上に下層配
線膜2を形成する工程と、該下層配線膜2を覆って該半
導体基板或いはその下地絶縁膜1上に層間絶縁膜3を形
成する工程と、図1(b)に示すように、該層間絶縁膜
3上にストッパ膜4を被覆する工程と、図1(c)に示
すように、該ストッパ膜4上にレジスト膜5を被覆し、
パターニングする工程と、図1(d)に示すように、該
レジスト膜5をマスクとして、該ストッパ膜4及び層間
絶縁膜3をエッチングして、該下層配線膜2に達するコ
ンタクトホール6を開口する工程と、該レジスト膜5を
除去する工程と、図2(e)に示すように、該コンタク
トホール6を埋めて、高融点金属膜或いはアモルファス
(非晶質)・カーボン(α−C)膜からなるプラグ膜7
を被覆する工程と、図2(f)に示すように、該プラグ
膜7を該ストッパ膜4が露出するまでエッチングバック
する工程と、図2(g)に示すように、該ストッパ膜4
を除去する工程と、該層間絶縁膜3上に該コンタクトホ
ール6内のプラグ膜7とコンタクトして上層配線膜8を
形成する工程とを含むことにより達成される。
【0013】
【作用】上記のように、本発明によれば、層間絶縁膜上
にエッチングのストッパ膜として、Wのような高融点金
属膜や、或いはアモルファスのカーボン膜を用いること
により、W膜のエッチバック工程によるW膜の沈み込み
が無くなり、コンタクトホール内に従来に比べてより高
い精度を有するプラグの形成ができる。これにより、半
導体基板上に品質の良い多層配線コンタクトが形成でき
る。
【0014】
【実施例】図3〜図6は本発明の第一〜第二の実施例の
説明図であり、工程順模式断面図である。
【0015】図において、11a はSi基板、11b は下地Si
O2膜、12a は TiN膜/Ti膜、12b はW膜、13はSOG膜
/SiO2膜、14a は Si3N4膜、14b はα−C膜、15はレジ
スト膜、16はコンタクトホール、17はW膜、18はW/Ti
N 膜である。
【0016】MOS型半導体集積回路の配線上にCVD
法により成長したW膜をプラグとして用いてコンタクト
を得る本発明の第一の実施例について、図3〜図4の工
程順模式断面図により説明する。
【0017】先ず、図3(a)に示すように、Si基板11
a 上にCVD法により、Ti膜及び窒化チタン(TiN) 膜12
a をそれぞれ 200Åと 500Å、W膜12b を 1,500Å順次
積層し、パターニングして下層配線膜を形成する。
【0018】次に、その上にCVD法により層間絶縁膜
として、SiO2膜を 2,000Åの厚さに成長し、更にSOG
膜を 2,000Åの厚さに塗布してSOG/SiO2膜13からな
る平坦化した層間絶縁膜を形成する。ここまでの工程
は、従来方法と同じである。
【0019】本発明の第一の実施例では、この上に、図
3(b)に示すように、ストッパ膜として窒化シリコン
膜(Si3N4)膜14a を2,000 Åの厚さに被覆する。それか
ら、図3(c)に示すように、レジスト膜15を用いてコ
ンタクトホール形成用の開口部のパターニングを行う。
【0020】そして、図3(d)に示すように、レジス
ト膜15をマスクに用いて、 Si3N4膜14a とSOG/SiO2
膜13を同時に続けて異方性ドライエッチングして、下層
配線膜のW膜12b に達するコンタクトホール16を形成す
る。
【0021】この時、図3(e)に示すように、 Si3N4
膜14a のエッチングを始め等方性ドライエッチング、続
いてエッチング条件を変えて、異方性ドライエッチング
を行い、ストッパ膜である Si3N4膜14a の上縁を丸くテ
ーパーを付け、次工程のプラグとなるW膜17のコンタク
トホール16内への埋め込みをし易くする方法もある。
【0022】続いて、図4(f)に示すように、CVD
法によりプラグ用のW膜17をコンタクトホール16を埋め
て、 Si3N4膜14a 上に8,000 Åの厚さに堆積する。その
後、図4(g)に示すように、W膜17を Si3N4膜14a 上
にW膜17の残渣が残らないようにしてエッチバックす
る。この時、コンタクトホール16内のW膜17は多少オー
バーエッチングされて、 Si3N4膜の厚さよりは低くはな
るが、SOG/SiO2膜よりは高く保つことができる。
【0023】この Si3N4膜14a を温度 150℃の燐酸でエ
ッチング除去すると、本発明のコンタクトホール17より
沈み込みのないW膜17のプラグが出来上がる。次に、プ
ラグとして、W膜の代わりにα−C膜を用いた場合の本
発明の第二の実施例について、図5〜図6 の工程順模
式断面図により説明する。
【0024】先ず、図5(a)に示すように、Si基板上
に成膜したSiO2膜11b 上にCVD法により、TiN /Ti膜
12a をTi 200Å、TiN 膜500 Åの厚さに積層し、その上
にW膜12b を 1,500Å積層して下層配線膜にパターニン
グする。
【0025】次に、その上にCVD法により層間絶縁膜
として、SiO2膜を 2,000Åの厚さに成長し、更にSOG
膜を 2,000Åの厚さに塗布してSOG/SiO2膜13からな
る平坦化された層間絶縁膜を形成する。
【0026】次に、本発明では、図5(b)に示すよう
に、ストッパ膜としてα−C膜14bをCVD法により2,0
00 Åの厚さにCVD法により成長する。それから、図
5(c)に示すように、レジスト膜15を用いてコンタク
トホール用開口部のパターニングを行う。
【0027】続いて、図5(d)に示すように、異方性
ドライエッチングにより、α−C膜14b とSOG/SiO2
膜13を連続的に同時にW膜12b に達するまでエッチング
してコンタクトホール16を形成する。
【0028】その後、レジスト膜15のみをプラズマエッ
チングによりμ波 800W、チャンバ内圧力0.9mmTo
rr、酸素(O2) 744sccm、四弗化炭素(CF4)153sccmのレ
ジスト剥離条件で剥離して除去する。
【0029】この上に続いて、図6(e)に示すよう
に、CVD法によりW膜17をコンタクトホール16を埋め
て、α−C膜14b 上に8,000 Åの厚さに堆積する。その
後、図6(f)に示すように、W膜17のエッチバックを
行う。この時、コンタクトホール16内のW膜17はオーバ
ーエッチングされても、第一の実施例等と同様に、SO
G/SiO2膜13の厚さより高くなる。
【0030】図6(g)に示すように、α−C膜14b を
プラズマエッチングによりμ波500W、チャンバ内圧力
1.0mmTorr、酸素 100sccm、アルゴン(Ar) 150sc
cmのα−C膜14b の剥離条件で除去して、W膜17の沈み
込みのないプラグが出来上がる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラグとしてのW膜の沈み込みがないプラグが形成で
き、従来に比べてより高い精度を有する、歩留り品質の
良い多層配線コンタクトが形成でき、半導体装置の品質
並びに信頼性の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図(その1)
【図2】 本発明の原理説明図(その2)
【図3】 本発明の第一の実施例の工程順模式断面図
(その1)
【図4】 本発明の第一の実施例の工程順模式断面図
(その2)
【図5】 本発明の第二の実施例の工程順模式断面図
(その1)
【図6】 本発明の第二の実施例の工程順模式断面図
(その2)
【図7】 従来例の説明図
【符号の説明】
図において 1 半導体基板または下地絶縁膜 2 下層配線膜 3 層間絶縁膜 4 ストッパ膜 5 レジスト膜 6 コンタクトホール 7 プラグ膜 8 上層配線膜 11a Si基板 11b 下地SiO2膜 12a TiN 膜/Ti膜 12b W膜 13 SOG膜/SiO2膜 14a Si3N4膜 14b α−C膜 15 レジスト膜 16 コンタクトホール 17 W膜 18 W/TiN 膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板或いはその下地絶縁膜(1) 上
    に下層配線膜(2) を形成する工程と、 該下層配線膜(2) を覆って該半導体基板或いはその下地
    絶縁膜(1) 上に層間絶縁膜(3) を形成する工程と、 該層間絶縁膜(3) 上にストッパ膜(4) を被覆する工程
    と、 該ストッパ膜(4) 上にレジスト膜(5) を被覆し、パター
    ニングする工程と、 該レジスト膜(5) をマスクとして、該ストッパ膜(4) 及
    び層間絶縁膜(3) をエッチングして、該下層配線膜(2)
    に達するコンタクトホール(6) を開口する工程と、 該レジスト膜(5) を除去する工程と、 該コンタクトホール(6) を埋めて、高融点金属膜或いは
    非晶質カーボン膜からなるプラグ膜(7) を被覆する工程
    と、 該プラグ膜(7) を該ストッパ膜(4) が露出するまでエッ
    チバックする工程と、 該ストッパ膜(4) を除去する工程と、 該層間絶縁膜(3) 上に該コンタクトホール(6) 内のプラ
    グ膜(7) とコンタクトして、上層配線膜(8) を形成する
    工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記高融点金属膜からなるプラグ膜(7)
    にタングステン膜を用いることを特徴とする請求項1記
    載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記プラグ膜(7) のエッチングを等方性
    エッチングと異方性エッチングの二段階にすることによ
    り、該プラグ膜(7) の上縁にテーパーをつけることを特
    徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方
    法。
JP3170094A 1994-03-02 1994-03-02 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH07240466A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970030214A (ko) * 1995-11-06 1997-06-26 김주용 웨이퍼 평탄화 방법
US6372630B1 (en) 1997-04-18 2002-04-16 Nippon Steel Corporation Semiconductor device and fabrication method thereof
US6424042B1 (en) 1999-07-28 2002-07-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6635563B2 (en) 2001-01-22 2003-10-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of manufacturing semiconductor device
JP2014060428A (ja) * 2013-11-13 2014-04-03 Spansion Llc 半導体装置及び半導体装置の製造方法

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