JPS628542A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPS628542A
JPS628542A JP14702485A JP14702485A JPS628542A JP S628542 A JPS628542 A JP S628542A JP 14702485 A JP14702485 A JP 14702485A JP 14702485 A JP14702485 A JP 14702485A JP S628542 A JPS628542 A JP S628542A
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JP
Japan
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layer
film
forming
wiring layer
substrate
Prior art date
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JP14702485A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigechika Mori
森 重哉
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To alleviate a steep step part at the side wall of a contact hole, by forming a fist conducting layer in a vapor phase in a region, where a wiring layer is formed on the surface of a substrate, etching an insulating layer on the surface, and forming a second conducting layer. CONSTITUTION:In a P-type silicon substrate 1, arsenic ions are implanted, and an N<+> silicon diffused layer 2 is formed. Thereafter, a silicon dioxide film 3 is deposited. A contact hole 4 is provided in the film 3. Then, a tungsten film 5 grown on the surface of the layer 2, which is exposed in the contact hole 4, by a pressure reduced CVD method. Then, with the film 3 being etched, an aluminum thin film 6 is formed by a bias sputtering method. Then an aluminum thin film 7 is formed by a sputtering method. Thereafter, the film 6 and 7 are simultaneously patterned, and the aluminum wiring layer 7 is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に配線層の
形成方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and particularly to a method of forming a wiring layer.

[技術的背景とその問題点] 半導体装置の高集積化が進むにつれ、1つの半導体チッ
プ上に極めて°多くの素子が形成されるようになり、配
線回路も複雑化し、必要配線数が多くなるため、微細化
への要求から、多層配線技術がますます重要なものとな
ってきている。
[Technical background and problems] As semiconductor devices become more highly integrated, an extremely large number of elements are formed on a single semiconductor chip, wiring circuits become more complex, and the number of required wires increases. Therefore, due to the demand for miniaturization, multilayer wiring technology is becoming increasingly important.

多層配線法では、例えば、第1層目の配線層を形成した
侵、層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜の所定の部位
にコンタクトホールを穿孔し、前記第1層目の配線層の
1部を露呈せしめた後、この上層に第2層目の配線層を
形成するという方法がとられているが、このような方法
では、コンタクトホールの側壁が急峻であると、このエ
ツジで第2層目の配線層に断線を生じ易い。そこで例え
ば第2層目の配線層の幅を第1層目のそれより幅広くす
る、あるいは段差部にテーパーをつける等の工夫がなさ
れている。しかしながら、コンタクトホールのアスペク
ト比が1以上であったりすると、これだけでは対処しき
れなくなってきている。
In the multilayer wiring method, for example, a first wiring layer is formed, an interlayer insulating film is formed, a contact hole is drilled at a predetermined part of the interlayer insulating film, and a contact hole is formed in a predetermined position of the first wiring layer. A method is used in which a second wiring layer is formed on the upper layer after exposing one part of the contact hole, but in this method, if the sidewall of the contact hole is steep, the edge Disconnection is likely to occur in the second wiring layer. Therefore, for example, measures have been taken to make the width of the second wiring layer wider than that of the first layer, or to taper the stepped portion. However, if the aspect ratio of the contact hole is 1 or more, this method alone is no longer sufficient to cope with the problem.

そこで、このような問題点を解決するために、第1層目
の配線層(例えばアルミニウム層)と、基板(例えばシ
リコン)との間のコンタクトボールあるいは、上層配線
と下層配線(例えば第1層目の配線層と第2層目の配線
層)との間のスルーホール内に化学的気相成長法(CV
D法)によって選択的にタングステン等の高融点金属薄
膜を埋め込み、段差を緩和する方法、あるいはこのよう
なコンタクトホール、スルーホールへの配線層の形成を
バイアススパッタ法により、段差部をエツチングしなが
ら行なう方法等が提案されている。
Therefore, in order to solve these problems, contact balls between the first wiring layer (for example, aluminum layer) and the substrate (for example, silicon), or upper layer wiring and lower layer wiring (for example, first layer wiring) are used. Chemical vapor deposition (CV) is applied to the through hole between the first wiring layer and the second wiring layer.
Method D) can be used to selectively embed a thin film of a high melting point metal such as tungsten to alleviate the level difference, or a bias sputtering method can be used to form a wiring layer in such contact holes and through holes while etching the level difference. Several methods have been proposed.

前者のコンタクトホールあるいはスルーホールに高融産
金i薄膜を成長させる選択的気相成長法では反応は、例
えば次のようにして進む。
In the former selective vapor deposition method in which a thin film of high-yield gold i is grown in contact holes or through holes, the reaction proceeds, for example, as follows.

WF  (Q) +82  (Q) +s i (S 
(基板))→W (S)+s i F4  (’J)+
28F (g)この反応は酸化還元反応であり、まず、
基板のシリコン(S + ’)と六弗化タングステン(
WF6)が反応して基板表面にタングステン(W)が成
長し、さらにそれが核となって、水素で還元されたタン
グステン(W)がそこに成長していく・・・というふう
に進行していく。従って、二酸化シリコン膜(Sin2
)等の絶縁膜に形成されたスルーホールあるいはコンタ
クトホール内に露呈するシリコン基板の表面あるいは金
属表面にはタングステン膜が成長し、絶縁膜上には成長
しない。
WF (Q) +82 (Q) +s i (S
(Substrate))→W (S)+s i F4 ('J)+
28F (g) This reaction is a redox reaction, and first,
Silicon (S+') and tungsten hexafluoride (
WF6) reacts and tungsten (W) grows on the substrate surface, which then becomes a nucleus and tungsten (W) reduced by hydrogen grows there... and so on. go. Therefore, silicon dioxide film (Sin2
Tungsten film grows on the surface of the silicon substrate or the metal surface exposed in the through hole or contact hole formed in the insulating film, such as ), and does not grow on the insulating film.

しかし、この方法も選択性が良いのはせいぜい膜厚20
0OAまでであって、それ以上埋め込もうとすると、絶
縁膜上にもタングステンが成長し選択性が悪くなる上、
更に膜堆積速度が非常に遅く、1μmの膜を成膜するの
に数時間を要する等の問題もあった。
However, this method also has good selectivity only when the film thickness is at most 20 mm.
If you try to embed more than 0OA, tungsten will grow on the insulating film as well, and the selectivity will deteriorate.
Furthermore, the film deposition rate was very slow, and it took several hours to form a 1 μm film.

また、後者のバイアススパッタ法とは、ターゲット側だ
けでなく基板側にもプラズマ電位に対して負の電圧を印
加し、ターゲットと同時に基板をもガスイオンでスパッ
タし、基板上では膜の堆積とエツチングとを同時に行な
うもので、条件を選ぶことにより、第2図(a)に示す
如くスルーホールあるいはコンタクトホールの側壁の急
峻な段差を緩和することができ、更にこの後、通常のス
パッタ法に切り換え、第2図(b)に示す如く配線層を
形成することができる。
In addition, the latter bias sputtering method applies a negative voltage with respect to the plasma potential not only to the target side but also to the substrate side, and sputters the substrate with gas ions at the same time as the target. By selecting the conditions, it is possible to reduce the steep step on the side wall of the through hole or contact hole, as shown in Figure 2 (a). By switching, a wiring layer can be formed as shown in FIG. 2(b).

しかしながら、コンタクトホールでは基板シリコンもエ
ツチングされ第2図(C)に示す如く接合破壊が生じる
等の問題があった。
However, there was a problem in that the substrate silicon was also etched in the contact hole, resulting in junction breakdown as shown in FIG. 2(C).

[発明の目的] 本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、信頼性の
高い配線層を形成することを目的とする。
[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to form a highly reliable wiring layer.

[発明の概要] そこで本発明では、基板表面の配線層を形成すべき領域
に選択的に第1の導電体層を気相成長させ、その後バイ
アススパッタ法により表面の絶縁層をエツチングしつつ
第2の導電体層を形成することにより、コンタクトホー
ルあるいはスルーホールの側壁のエツジを除去して段差
を緩和させながら第2の導電体層を形成するようにして
いる。
[Summary of the Invention] Therefore, in the present invention, a first conductive layer is selectively grown in a vapor phase in a region on the surface of a substrate where a wiring layer is to be formed, and then the insulating layer on the surface is etched by a bias sputtering method. By forming the second conductor layer, the edge of the side wall of the contact hole or through hole is removed and the step difference is reduced while the second conductor layer is formed.

この後、第3の導電体層を形成し所望の形状の配線パタ
ーンを形成する。
After this, a third conductor layer is formed to form a wiring pattern of a desired shape.

第3の導電体層の形成は、第2の導電体層の形成後、バ
イアスを印加するのを止め、通常のスパッタ法により、
第2の導電体層と同一の物質を堆積することにより行な
うのが、簡便で望ましい。
The third conductor layer was formed by stopping the application of bias after forming the second conductor layer, and using a normal sputtering method.
It is convenient and desirable to perform this by depositing the same material as the second conductor layer.

ここでは、第1の導電体層が障壁となるためバイアスス
パッタ法によるエツチング時に基板がエツチングされる
のを防ぎ、接合破壊を生じたりすることなく、スルーホ
ールあるいはコンタクトホールによる段差が緩和される
Here, since the first conductive layer acts as a barrier, the substrate is prevented from being etched during etching by bias sputtering, and steps caused by through holes or contact holes are alleviated without causing junction breakdown.

[発明の効果] 本発明の方法によれば、アスペクト比が1以上のコンタ
クトホールあるいはスルーホールにおいて断線不良等が
発生することもなく信頼性の高い配a層を形成すること
が可能となる。
[Effects of the Invention] According to the method of the present invention, it is possible to form a highly reliable a-contact layer without causing disconnection defects or the like in contact holes or through holes having an aspect ratio of 1 or more.

[発明の実施例コ 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。
[Embodiments of the Invention] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図(a)乃至(d)は、本発明の1実施例である配
線層の形成工程を示す図である。
FIGS. 1(a) to 1(d) are diagrams showing a process for forming a wiring layer according to an embodiment of the present invention.

まず、第1図(a)に示す如く、P型のシリコン基板1
内に砒素イオンをイオン注入してN+型シリコン拡散層
2を形成した後、絶縁層として二酸化シリコン膜3を堆
積し、この二酸化シリコン!I3に対しコンタクトボー
ル4を穿孔する。
First, as shown in FIG. 1(a), a P-type silicon substrate 1
After forming an N+ type silicon diffusion layer 2 by ion-implanting arsenic ions into the silicon dioxide film, a silicon dioxide film 3 is deposited as an insulating layer. A contact ball 4 is drilled for I3.

次いで第1図(b)に示す如く、六弗化タングステンと
水素を原料ガスとして用いた減圧CVD法(Lr’CV
D法)により、該コンタクトホール4内に露呈する前記
N+型シリコン拡散層2表面にのみ、第1の金属層とし
てのタングステン膜5を選択的に成長させる。成膜条件
は、六弗化タングステン、水素ガス1ffiが夫々1〜
20Cm3/n+in、、10〜1000cm3 /m
in、F、基板温度は200〜700℃とした。
Next, as shown in FIG. 1(b), a low pressure CVD method (Lr'CVD method) using tungsten hexafluoride and hydrogen as raw material gases was performed.
By method D), a tungsten film 5 as a first metal layer is selectively grown only on the surface of the N+ type silicon diffusion layer 2 exposed in the contact hole 4. The film-forming conditions were as follows: 1ffi of tungsten hexafluoride and 1ffi of hydrogen gas, respectively.
20cm3/n+in, 10~1000cm3/m
in, F, and the substrate temperature was 200 to 700°C.

この後、第1図(C)に示す如く、バイアススパッタ法
により二酸化シリコン膜3をエツチングしつつ、第2の
金属層としてアルミニウム薄膜6を形成する。このとき
の成膜条件はアルゴンガスの流1140 c 〜3 /
n+in、、アルゴン圧力3.0×1O−1Pa、ター
ゲット電力500〜1KW、基板RF主電力0〜100
Wとした。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, while etching the silicon dioxide film 3 by bias sputtering, an aluminum thin film 6 is formed as a second metal layer. The film forming conditions at this time were an argon gas flow of 1140 c ~ 3 /
n+in, argon pressure 3.0×1O-1Pa, target power 500-1KW, substrate RF main power 0-100
It was set as W.

そして更に、基板RF主電力Oとし、他は前記バイアス
スパッタ法と同一条件でスパッタ法により、第3の金l
ri層としてのアルミニウム薄II!J7を形成した後
、フォトリソ法により、下層のアルミニウム簿膜6およ
び上層のアルミニウム薄膜7を同時にパターニングし、
第1図(d)に示す如くアルミニウム配$1Ji7を形
成する。
Further, a third gold layer is deposited by sputtering with the substrate RF main power O and the other conditions being the same as the bias sputtering method.
Aluminum thin II as ri layer! After forming J7, the lower aluminum film 6 and the upper aluminum thin film 7 are simultaneously patterned by photolithography.
As shown in FIG. 1(d), an aluminum wire 1Ji7 is formed.

この方法では、コンタクトホール内に露呈するN十型シ
リコン拡散層表面をタングステン薄膜で覆うようにして
いるため、バイアススパッタ法によるアルミニウム薄膜
の形成時に基板(N生型シリコン拡散層)がエツチング
されるのを防ぐことができ、接合破壊を起したりするこ
とがない。
In this method, the surface of the N0-type silicon diffusion layer exposed in the contact hole is covered with a tungsten thin film, so the substrate (N-type silicon diffusion layer) is etched when forming the aluminum thin film by bias sputtering. This prevents joint failure from occurring.

また、アルミニウム配線層の形成が、バイアススパッタ
法と後のスパッタ法との2段階で行なわれているため、
平坦化が実現され、断線不良が低減される。
In addition, since the formation of the aluminum wiring layer is carried out in two steps: a bias sputtering method and a subsequent sputtering method,
Flattening is achieved and disconnection defects are reduced.

更には、アルミニウム配線層とN÷型シリコン拡散層と
の間にタングステン膜を形成することによりコンタクト
抵抗が低下し、また、アルミニウムとシリコンとの反応
が生じることもない。
Furthermore, by forming a tungsten film between the aluminum wiring layer and the N÷ type silicon diffusion layer, the contact resistance is reduced, and there is no reaction between aluminum and silicon.

なお、実施例においては、第1の導電体層としてタング
ステンを用いたが、必ずしもこれに限定されるものでは
なく、モリブデン、チタン、タンタル等の高融点金属等
から適宜選択可能である。
Although tungsten is used as the first conductor layer in the embodiment, it is not necessarily limited to this, and can be appropriately selected from high-melting point metals such as molybdenum, titanium, and tantalum.

また、第2および第3の導電体層としてはいずれもアル
ミニウム薄膜を用いたが、他の金属でも良いことは言う
までもなく、夫々異なる種類の金属を用いるようにして
もよい。
Moreover, although aluminum thin films were used for both the second and third conductor layers, it goes without saying that other metals may be used, and different types of metals may be used.

更に、実施例においては拡散層に対するコンタクトホー
ルへの配線層の形成について述べたが、多層配線構造に
おけるスルーホールへの配線層の形成にも有効であるこ
とはいうまでもない。
Further, in the embodiment, the formation of a wiring layer in a contact hole for a diffusion layer has been described, but it goes without saying that the present invention is also effective in forming a wiring layer in a through hole in a multilayer wiring structure.

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

第1図(a)乃至(d)は、本発明実施例の配線層の形
成工程を示す図、第2図(a)乃至(C)は、従来のバ
イアススパッタ法を用いた配線層の形成工程を示す図で
ある。 1・・・P型シリコン基板、2・・・N+型シリコン拡
散層、3・・・二酸化シリコン膜、 4・・・コンタクトホール、5・・・タングステン薄膜
、6・・・アルミニウム簿膜(配線層)、7・・・アル
ミニウム薄膜(配線層)。 代理人弁理士  木 村 高 久 第1図(Q) 第1図(b) 第1図(c) 第1図(d)
FIGS. 1(a) to (d) are diagrams showing the process of forming a wiring layer according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) to (C) are diagrams showing the formation of a wiring layer using a conventional bias sputtering method. It is a figure showing a process. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...P type silicon substrate, 2...N+ type silicon diffusion layer, 3...Silicon dioxide film, 4...Contact hole, 5...Tungsten thin film, 6...Aluminum film (wiring) layer), 7...aluminum thin film (wiring layer). Representative Patent Attorney Takahisa Kimura Figure 1 (Q) Figure 1 (b) Figure 1 (c) Figure 1 (d)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所定の半導体素子領域の形成された基板上に配線
層を形成するにあたり、 基板表面に形成された絶縁膜に対し、コンタクト窓を形
成する穿孔工程と、 気相成長法により、前記コンタクト窓内に第1の導電体
層を選択的に形成する工程と、 バイアススパッタ法により、前記絶縁膜を食刻しながら
第2の導電体層を形成する工程と、配線層としての第3
の導電体層パターンを形成する工程と を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(1) When forming a wiring layer on a substrate on which a predetermined semiconductor element region is formed, a drilling process is performed to form a contact window in an insulating film formed on the surface of the substrate, and the contact is formed by a vapor phase growth method. selectively forming a first conductive layer within the window; forming a second conductive layer while etching the insulating film by bias sputtering; and forming a third conductive layer as a wiring layer.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a conductor layer pattern.
(2)前記第1の導電体層は、高融点金属膜からなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の半導体
装置の製造方法。
(2) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim (1), wherein the first conductor layer is made of a high melting point metal film.
(3)前記第2の導電体層および第3の導電体層は同一
の金属からなることを特徴とする特許請求の範囲第(1
)項記載の半導体装置の製造方法。
(3) The second conductive layer and the third conductive layer are made of the same metal.
) The method for manufacturing a semiconductor device according to item 2.
(4)前記第2および第3の導電体層はアルミニウム膜
からなることを特徴とする特許請求の範囲第(3)項記
載の半導体装置の製造方法。
(4) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim (3), wherein the second and third conductive layers are made of aluminum films.
(5)前記コンタクト窓はすでに形成された配線層に対
してコンタクトをとるように構成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第(1)項記載の半導体装置の製
造方法。
(5) The method of manufacturing a semiconductor device according to claim (1), wherein the contact window is configured to make contact with an already formed wiring layer.
JP14702485A 1985-07-04 1985-07-04 Manufacture of semiconductor device Pending JPS628542A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6476736A (en) * 1987-09-17 1989-03-22 Tokyo Electron Ltd Manufacture of semiconductor device
JPH02133923A (en) * 1988-11-14 1990-05-23 Tokyo Electron Ltd Manufacture of semiconductor device

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JPS6476736A (en) * 1987-09-17 1989-03-22 Tokyo Electron Ltd Manufacture of semiconductor device
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