JPS62205647A - Method of selectively depositing conductor material - Google Patents

Method of selectively depositing conductor material

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JPS62205647A
JPS62205647A JP4902686A JP4902686A JPS62205647A JP S62205647 A JPS62205647 A JP S62205647A JP 4902686 A JP4902686 A JP 4902686A JP 4902686 A JP4902686 A JP 4902686A JP S62205647 A JPS62205647 A JP S62205647A
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JP
Japan
Prior art keywords
hole
layer
tungsten
deposited
poly
Prior art date
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Application number
JP4902686A
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Japanese (ja)
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Osamu Shimizu
修 清水
Michiari Kono
通有 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS62205647A publication Critical patent/JPS62205647A/en
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Abstract

PURPOSE:To fill a hole at a high speed, by selectively depositing a poly Si layer on the side surface of a contact hole by utilizing anisotropic etching, and making the deposition of tungsten to progress on the side surface of the hole. CONSTITUTION:An SiO2 layer 2 is deposited on an Si layer 1, and a hole 4 is provided. A thin SiO2 layer 3 is formed by slight oxidation after the hole 4 is formed. A poly Si layer 5 is deposited. When the layer 5 is etched by RIE, the RIE advances only in the approximately vertical direction. Therefore, poly Si 5' remains at a step part, whose thickness in the vertical direction is large. Then slightly excessive etching is performed so that the upper end of the poly Si wall is recommendably lower than the upper end of the hole. The entire surface is slightly etched and the thin SiO2 layer at the bottom part is removed. Thereafter, tungsten 6 is deposited by CVD. At this time the deposition of the tungsten progresses on both the bottom and side surfaces of the hole. Therefore the hole part is quickly filled, but the tungsten is not deposited on the SiO2 layer 2.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 S i O2に設けられたコンタクトホール或いは層間
接続用のスルーホールを、タングステンで充填する場合
、反応性イオンエツチング(以下、RIEと略記)の異
方特性を利用して、開孔側面に多結晶シリコン(以下、
ポリSi)層を残留被着せしめた後、化学気相成長法(
以下、CVD法)によりタングステンを堆積する。成長
速度を小にすると、タングステンはポリSi或いは単結
晶81表面に選択的に堆積するのでコンタク1−+、−
ルが速やかに充填される。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] When filling a contact hole provided in SiO2 or a through hole for interlayer connection with tungsten, the anisotropic characteristics of reactive ion etching (hereinafter abbreviated as RIE) Polycrystalline silicon (hereinafter referred to as
After residual deposition of the polySi layer, chemical vapor deposition (
Tungsten is deposited by CVD (hereinafter referred to as CVD method). When the growth rate is reduced, tungsten is selectively deposited on the surface of poly-Si or single crystal 81, so that contact 1-+,-
fills quickly.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は半導体集積回路装置の製造に於いて、半導体基
板内の各種領域へのコンタクl一部あるいは層間接続部
を形成するための処理方法に関するもので、特にその開
口部をタングステンのような導電性材料で充填する方法
に関するものである。
The present invention relates to a processing method for forming contact portions or interlayer connections to various regions within a semiconductor substrate in the manufacture of semiconductor integrated circuit devices. The present invention relates to a method of filling with a synthetic material.

近年集積回路の集積度が高まり、多層配線が採用される
に伴って、配線を接続すべき層間距離が大となる一方、
パターンの微細化により接続面積は小となっている。そ
のため、従来行われていたような、開口を設けて上層配
線層を被着するだけの方法では断線が生じやすく、良好
な接続が望めなくなる。そればかりでなく、表面の起伏
を増太さ仕、より上層の配線の形成に不利を招来するこ
とにもなる。
In recent years, as the degree of integration of integrated circuits has increased and multilayer wiring has been adopted, the distance between layers to which wiring must be connected has become larger.
The connection area is becoming smaller due to the miniaturization of the pattern. Therefore, the conventional method of simply providing an opening and depositing an upper wiring layer tends to cause disconnection, making it impossible to expect a good connection. Not only that, but the undulations on the surface become thicker, which causes disadvantages in the formation of wiring in upper layers.

特に配線層をスパッタA!によって形成する場合、開口
部の狭い孔の底にAIが到達せず、良好な接続が得寵い
という問題がある。
Especially the wiring layer with sputter A! In the case of forming the electrode by using the method described above, there is a problem that the AI does not reach the bottom of the hole with a narrow opening, making it difficult to obtain a good connection.

かかる不都合を避ける方法として、コンタクトホールヤ
スルーホールを導電体材料で充填しておき、その」−に
AI等の配線層を被着することによって、基板領域への
コンタクトや層間接続を形成することが行われている。
As a method to avoid such inconvenience, it is possible to fill the contact hole or through hole with a conductive material and then deposit a wiring layer such as AI on the contact hole or through hole to form a contact to the substrate area or an interlayer connection. is being carried out.

この方法によれば」二層配線表面の起伏は僅かなものに
なり、配線を多層化するのに有利である。
According to this method, the undulations on the surface of the two-layer wiring become slight, which is advantageous for multilayer wiring.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

孔部に異種材料を充填する技術としては、孔部形成のた
めのエツチングマスク (例えばフォトレジスト)を利
用してリフトオフ処理を行う方法があるが、これはパタ
ーンが微細化した場合にも常に利用し得るというもので
はない。
As a technique for filling holes with a different material, there is a method of performing a lift-off process using an etching mask (for example, photoresist) for hole formation, but this method is always used even when the pattern becomes finer. It's not something that can be done.

リフトオフによらない方法では、導電体材料、たとえば
ポリSiの堆積速度が下地材料の違いにより異なる点を
利用して、孔内に優先的に堆積させる方法が知られてい
る。
As a method that does not rely on lift-off, a method is known in which a conductive material such as poly-Si is preferentially deposited in a hole by utilizing the fact that the deposition rate differs depending on the underlying material.

本発明に関連の深い技術として、タングステンの選択的
堆積法も公知である。これは単結晶Si或いはポリSi
の表面を5i02層で被覆し、部分的に3i面を露出さ
せた状態で、CVD法によってタングステンを堆積する
と、Si表面に優先的にタングステンが堆積し、SiO
□層表面には殆ど堆積しないというものである。
A selective tungsten deposition method is also known as a technique closely related to the present invention. This is single-crystal Si or poly-Si.
When tungsten is deposited by the CVD method with the surface of the 5i02 layer covered with a 5i02 layer and the 3i plane partially exposed, tungsten is preferentially deposited on the Si surface, and the SiO
□There is almost no deposition on the surface of the layer.

このように下地によって堆積速度に大幅の差異を生ずる
理由は次のように考えられている。
The reason why the deposition rate varies greatly depending on the substrate is thought to be as follows.

このCVD処理の原料は6弗化タングステンと水素であ
るが、被堆積面が31の場合、最初に6弗化タングステ
ンがSiと反応して、気相の4弗化Siが発生すると共
にSiの表面にタングステン層が形成される。処理温度
を低くしてタングステンの還元速度を小に抑えると、こ
のタングステン層表面でのみ反応が進行し、S i O
x層表面にはタングステンの堆積がないという状態が実
現する。
The raw materials for this CVD process are tungsten hexafluoride and hydrogen, but when the surface to be deposited is 31, tungsten hexafluoride first reacts with Si, generating Si tetrafluoride in the gas phase and A tungsten layer is formed on the surface. When the processing temperature is lowered to suppress the reduction rate of tungsten, the reaction proceeds only on the surface of this tungsten layer, resulting in S i O
A state is realized in which no tungsten is deposited on the surface of the x layer.

この技術によって、低結晶SiあるいはポリSi上のS
i02層に開口を設け、タングステンの選択的堆積によ
ってこれを充填しようとする場合、上記の事由により、
底面への堆積だけによって孔がllpめられていくので
、その進行は低速である。
With this technology, S on low-crystal Si or poly-Si
If an opening is created in the i02 layer and attempted to be filled by selective deposition of tungsten, due to the above reasons,
Since the pores are filled only by deposition on the bottom surface, the progress is slow.

その他、本発明に用いられるRIEが異方性であること
、それを利用して段差部のはソ垂直な側面に被エツチン
グ体を残留せしめる技術は、当業者には周知である。更
に、この種のエツチングが過度に進行するのを防止する
ため、被エツチング体とは異なる材質のエツチングスト
ッパを下敷きにしておくことも公知である。
In addition, it is well known to those skilled in the art that the RIE used in the present invention is anisotropic, and that the technique of utilizing this to leave the object to be etched on the vertical side surfaces of the stepped portion is well known to those skilled in the art. Furthermore, in order to prevent this type of etching from proceeding excessively, it is also known to place an etching stopper made of a different material from that of the object to be etched.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

既述したように、タングステンの選択成長によって開口
部を充填する方法は、処理速度が低い。
As mentioned above, the method of filling the openings by selective growth of tungsten has a low processing speed.

選択的な堆積のためには反応速度が低いことが必要なの
で、これを高速化することは出来ない、また、深い孔を
充填しようとする場合、孔底への優先的堆積のみに依存
するのでは長時間の処理が必要になるが、処理時間が長
くなると5iOz層」二にもタングステンが堆積する。
Selective deposition requires a low reaction rate, which cannot be increased, and when trying to fill deep pores, it is difficult to rely solely on preferential deposition at the bottom of the pore. This requires a long processing time, but the longer the processing time, the more tungsten will be deposited on the 5iOz layer.

本発明の目的は、深さに比して口径が小である孔の内部
にタングステン等の導電体材料を高速に充填する方法を
提供することである。
An object of the present invention is to provide a method for rapidly filling a conductive material such as tungsten into a hole whose diameter is small compared to its depth.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

孔内部の導電体材料の堆積速度を向上することは、特許
請求の範囲の項に記載された本発明の方法によって可能
となるが、実施例に従ってこれを要約すると、RYEの
ような異方性のエツチングを利用してコンタクトホール
等の側面にポリSi層を選択的に被着させ、タングステ
ンの堆積を孔の側面からも進行させることにより、孔を
高速に充填する。
Increasing the deposition rate of conductor material inside the holes is possible by the method of the invention as described in the claims, but to summarize this according to the examples: By using etching, a poly-Si layer is selectively deposited on the side surfaces of a contact hole, etc., and the tungsten is deposited from the side surfaces of the hole, thereby filling the hole at high speed.

〔作 用〕[For production]

孔壁のポリSi層は、底面の単結晶Stと同様に6弗化
タングステンと反応して、表面にタングステン層が形成
され、以後のタングステン堆積は水平面と同様に進行す
るので、底面からのみの堆積に比較して大幅に充填速度
が向上する。
The poly-Si layer on the hole wall reacts with tungsten hexafluoride in the same way as the single-crystal St on the bottom surface, forming a tungsten layer on the surface, and subsequent tungsten deposition proceeds in the same way as on the horizontal surface. The filling rate is significantly increased compared to deposition.

〔実施例〕〔Example〕

第1図(al〜(d+は本発明の実施例の工程を示す模
式的断面図であり、以下、同図を参照しながら本発明を
説明する。
FIG. 1 (al to (d+) are schematic cross-sectional views showing steps in an embodiment of the present invention, and the present invention will be described below with reference to the same figures.

同図fatはSi層lの上にS i Oz層2を被着し
、孔4を設けた状態を示す。孔4の底には薄いS i 
Oを層3が形成されているが、これは後のRIE工程で
ストッパとして働く皮膜であり、孔4を開けた後、軽く
酸化することによって形成される。
The figure fat shows a state in which a SiOz layer 2 is deposited on a Si layer 1 and holes 4 are provided. At the bottom of hole 4 is a thin Si
An O layer 3 is formed, which is a film that acts as a stopper in the subsequent RIE process, and is formed by lightly oxidizing after opening the holes 4.

該皮膜3は本発明をより好適に実施するための補助的手
段であって実施要件ではない。5iCh層2は層間絶縁
層の場合約1μmの厚さであり、開孔の口径もは\゛同
じ程度或いはそれ以下の場合が本発明の適用対象となる
The film 3 is an auxiliary means for carrying out the present invention more preferably, and is not a requirement for carrying out the invention. The 5iCh layer 2 has a thickness of about 1 μm in the case of an interlayer insulating layer, and the present invention is applicable to cases where the diameter of the opening is about the same or smaller.

次いで、同図(blに示す如くポリSi層5を堆積し、
rllHによってこれをエツチングする。RIEはは\
垂直方向にのみ進行するので、垂直方向の厚さが大であ
る段差部にポリSi5’が残留する。この状態が+01
図に示されている。
Next, as shown in the same figure (bl), a poly-Si layer 5 is deposited,
Etch this by rllH. RIE haha\
Since it progresses only in the vertical direction, the poly-Si 5' remains in the stepped portion where the thickness in the vertical direction is large. This state is +01
As shown in the figure.

この処理は開花の側面にポリSi層を形成することが目
的なので、始めに堆積するポリSi層の厚さは、傾斜面
の作成を目的とする場合とは異なり、厚くする必要はな
い。むしろ残留するポリSi壁が厚くなり過ぎないよう
、薄く形成することが望ましい。
Since the purpose of this treatment is to form a poly-Si layer on the side surface of the flower, the thickness of the initially deposited poly-Si layer does not need to be thick, unlike when the purpose is to create a sloped surface. Rather, it is desirable to form the remaining poly-Si wall thin so that it does not become too thick.

RIEは孔の底部のSiO□薄層が露出するまで行われ
るが、本発明をより好適に実施するためには、+01図
に示されるようにや一オーバーにエツチングを行い、ポ
リSi壁の上端が孔の上端よりも下がった状態とするの
が良い。
RIE is performed until the thin layer of SiO□ at the bottom of the hole is exposed, but in order to better implement the present invention, etching is performed a little over one inch as shown in Figure +01 to remove the top edge of the poly-Si wall. It is preferable that the hole is lower than the top of the hole.

ポリSi壁の上端が孔の上端とはソ一致する状態でタン
グステンを堆積すると、第2図に示すように、ポリSi
上端から上方への堆積が進行し、不必要に盛り上がった
形状となることがあるので、それを回避するための処理
である。孔の底部にはエツチングストッパとしてS i
 OZ薄層3が設けられているので、エツチングかや一
オーバーになっても差し支えない。
When tungsten is deposited with the top of the poly-Si wall aligned with the top of the hole, the poly-Si
This process is to avoid the fact that the deposition progresses upward from the upper end, resulting in an unnecessarily raised shape. At the bottom of the hole, there is Si as an etching stopper.
Since the OZ thin layer 3 is provided, there is no problem even if the etching is slightly over-etched.

第1図に戻って、全面を軽くエツチングすることにより
孔底部のSiO□薄層を除去した後、fd1図の如く、
6弗化タングステンと水素を原料とし、処理温度は30
0℃であるCVDによってタングステン6を11を積す
る。この場合、孔の底面と側面の両方でタングステンの
堆積が進行するので、孔部は速やかに充填されるが、S
iO□層2の上には堆積しない。
Returning to Fig. 1, after removing the thin layer of SiO□ at the bottom of the hole by lightly etching the entire surface, as shown in Fig. fd1,
Tungsten hexafluoride and hydrogen are used as raw materials, and the processing temperature is 30
Tungsten 6 and 11 are deposited by CVD at 0°C. In this case, tungsten deposition progresses on both the bottom and side surfaces of the hole, so the hole is quickly filled, but S
It is not deposited on top of the iO□ layer 2.

この−ヒにAt配線を形成すれば、断線がなく良好な層
間接続を持つ配線が形成される。
If an At wiring is formed on this -H, a wiring with no disconnection and good interlayer connection will be formed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば口径に比して深さ
が大である孔部に、速やかにタングステンを充填するこ
とができる。
As explained above, according to the present invention, a hole whose depth is large compared to its diameter can be quickly filled with tungsten.

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

第1図は本発明の実施例の工程を模式的に示す断面図、 第2図は実施例の工程中の問題点を示す模式的断面図で
ある。 図において、 lは単結晶3iまたはポリS1. 2はS i O2層、 3は薄いSi02層、 4はスルーホールまたはコンタク1ホール、5.5′は
ポリSi、 6はタングステン である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing the process of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view showing problems in the process of the embodiment. In the figure, l is single crystal 3i or poly S1. 2 is a SiO2 layer, 3 is a thin Si02 layer, 4 is a through hole or contact hole, 5.5' is poly-Si, and 6 is tungsten.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板上に形成された絶縁体層(2)に、該
層を貫通する孔(4)を開け、 多結晶シリコン層(5)を堆積し、 異方性ドライエッチングを施して前記多結晶シリコン層
をエッチング除去すると共に、前記開孔の側壁に多結晶
シリコン層を残留せしめ、 しかる後、化学気相成長法によって、少なくも前記残留
多結晶シリコン層表面に、導電体材料(6)を堆積する
ことを特徴とする導電体材料の選択的堆積法。
(1) A hole (4) passing through the insulator layer (2) formed on the semiconductor substrate is formed, a polycrystalline silicon layer (5) is deposited, and anisotropic dry etching is performed to form the above-mentioned While removing the polycrystalline silicon layer by etching, the polycrystalline silicon layer is left on the side wall of the opening, and then a conductive material (6) is deposited on at least the surface of the remaining polycrystalline silicon layer by chemical vapor deposition. ) is a selective deposition method for a conductive material.
(2)前記残留多結晶シリコン層表面に堆積される導電
体材料はタングステンであることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の導電体材料の選択的堆積法。
(2) The method for selectively depositing a conductive material according to claim 1, wherein the conductive material deposited on the surface of the residual polycrystalline silicon layer is tungsten.
(3)前記異方性ドライエッチングは、前記残留多結晶
シリコン層の上端が、前記開孔の上端よりも低くなるま
で実施することを特徴とする特許請求の範囲第1項また
は第2項記載の導電体材料の選択的堆積法。
(3) The anisotropic dry etching is performed until the upper end of the residual polycrystalline silicon layer becomes lower than the upper end of the opening. selective deposition of conductive materials.
(4)前記貫通孔が形成される絶縁体層の直下に、前記
ドライエッチングに対してストッパとなる皮膜を形成し
ておくことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
項記載の導電体材料の選択的堆積法。
(4) A film serving as a stopper for the dry etching is formed directly under the insulating layer in which the through hole is formed.
Method for selectively depositing conductive materials as described in Section 1.
JP4902686A 1986-03-06 1986-03-06 Method of selectively depositing conductor material Pending JPS62205647A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4898841A (en) * 1988-06-16 1990-02-06 Northern Telecom Limited Method of filling contact holes for semiconductor devices and contact structures made by that method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4898841A (en) * 1988-06-16 1990-02-06 Northern Telecom Limited Method of filling contact holes for semiconductor devices and contact structures made by that method

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