JP2002016066A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor device and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 接続孔5内のプラグを介して上下配線層3、
9を接続する多層配線構造の半導体装置において、接続
孔5の形状に起因してプラグ用タングステン膜12に発
生した空洞13が残存しても、上層配線層9パターニン
グ後の有機アルカリ性溶液によるエッチング残渣除去工
程においてタングステン膜12の溶解を防止して電気的
接続の信頼性を向上する。
【解決手段】 タングステン膜12を成膜後、全面エッ
チバックして接続孔5内のみに残存させ、SiH4ガス
を用いたCVD法あるいはイオン注入法により、タング
ステン膜12の露出した表面層にシリコンを含有させた
シリコンリッチ層12aを形成し、有機アルカリ性溶液
に対するエッチングストッパとする。
(57) [Summary] [Problem] To provide upper and lower wiring layers (3) via plugs in connection holes (5).
In the semiconductor device having a multi-layer wiring structure for connecting the upper and lower wiring layers 9, even if the cavity 13 generated in the plug tungsten film 12 due to the shape of the connection hole 5 remains, the etching residue due to the organic alkaline solution after patterning the upper wiring layer 9. In the removing step, the tungsten film 12 is prevented from being dissolved, thereby improving the reliability of the electrical connection. SOLUTION: After a tungsten film 12 is formed, the entire surface is etched back and left only in a connection hole 5, and silicon is formed on an exposed surface layer of the tungsten film 12 by a CVD method or an ion implantation method using SiH 4 gas. Is formed to serve as an etching stopper for an organic alkaline solution.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
し、特に多層配線の電極構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and, more particularly, to an electrode structure of a multilayer wiring.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路装置は、高集積
化、高密度化の要求から多層配線構造がとられている。
図8は従来の半導体装置の多層配線構造を示す断面図で
ある。図において、1は素子構成された半導体基板(以
下、基板1と称す)、2は基板1上に形成された、例え
ばTiN膜等のチタン化合物から成るバリアメタル膜、
3は例えばタングステン膜から成る下層配線層、4は下
層配線層3上の全面に形成された、例えばシリコン酸化
膜から成る層間絶縁膜、5は層間絶縁膜4に設けられた
接続孔、6は例えばTi膜から成り、下層配線層3と後
述するプラグ用導電膜8とが接続孔部でオーミックコン
タクトを形成するためのオーミックコンタクト形成膜、
7は例えばTiN膜等のチタン化合物から成るバリアメ
タル膜、8は例えばタングステン膜から成り、接続孔5
内に充填されたプラグ用導電膜、9は例えばAl合金膜
から成る上層配線膜、10は上層配線膜9上に形成され
た反射防止膜、である。2. Description of the Related Art In recent years, a semiconductor integrated circuit device has adopted a multilayer wiring structure due to a demand for higher integration and higher density.
FIG. 8 is a sectional view showing a multilayer wiring structure of a conventional semiconductor device. In the figure, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a substrate 1) having an element structure, 2 denotes a barrier metal film formed on the substrate 1 and made of a titanium compound such as a TiN film,
Reference numeral 3 denotes a lower wiring layer made of, for example, a tungsten film; 4, an interlayer insulating film made of, for example, a silicon oxide film formed on the entire surface of the lower wiring layer 3; 5, a connection hole provided in the interlayer insulating film 4; An ohmic contact formation film for forming an ohmic contact in the connection hole portion, for example, made of a Ti film, and the lower wiring layer 3 and a later-described plug conductive film 8;
Reference numeral 7 denotes a barrier metal film made of a titanium compound such as a TiN film, and 8 denotes a tungsten film, for example.
The plug conductive film 9 filled therein is an upper wiring film made of, for example, an Al alloy film, and 10 is an antireflection film formed on the upper wiring film 9.
【0003】このように構成される従来の多層配線構造
の形成方法を、図9および図10を参照して以下に説明
する。まず、素子構成された基板1上の全面に、バリア
メタル膜2、下層配線層3を順次成膜し、パターニング
する。次に、層間絶縁膜4を、例えばCVD法により下
層配線層2を覆って全面に成膜した後、この層間絶縁膜
4に下層配線層2に達する接続孔5を形成する(図9
(a))。次に、層間絶縁膜4に対して所定の脱ガス処
理、および短時間のプラズマエッチング処理を施す。こ
のプラズマエッチング処理は接続孔5開口面の角取り、
および接続孔5底部の自然酸化膜除去のために行うもの
である。続いて、接続孔5を埋め込むように層間絶縁膜
3上の全面に、オーミックコンタクト形成膜6およびバ
リアメタル膜7を、例えば、スパッタリング法により順
次成膜し、その上の全面にプラグ用導電膜8を、CVD
法により成膜する(図9(b))。次に、導電膜8を全
面エッチバックして、接続孔5内のみに残存させてプラ
グ(導電膜8)を形成する(図9(c)) 次に、全面に上層配線層9となるAl合金膜および反射
防止膜10を、例えばスパッタリング法により順次成膜
した後、レジストマスクを用いたエッチングによりパタ
ーニングし(図10(a))、その後、上層配線層9と
反射防止膜10とのエッチング時におけるレジスト残渣
を含むエッチング残渣を有機アルカリ性溶液を用いたウ
ェット処理により除去する(図10(b))。[0003] A conventional method of forming a multi-layer wiring structure having the above configuration will be described below with reference to FIGS. 9 and 10. First, a barrier metal film 2 and a lower wiring layer 3 are sequentially formed and patterned on the entire surface of a substrate 1 on which elements are configured. Next, after an interlayer insulating film 4 is formed on the entire surface so as to cover the lower wiring layer 2 by, for example, a CVD method, a connection hole 5 reaching the lower wiring layer 2 is formed in the interlayer insulating film 4 (FIG. 9).
(A)). Next, a predetermined degassing process and a short-time plasma etching process are performed on the interlayer insulating film 4. In this plasma etching process, the opening surface of the connection hole 5 is chamfered,
And to remove the natural oxide film at the bottom of the connection hole 5. Subsequently, an ohmic contact formation film 6 and a barrier metal film 7 are sequentially formed on the entire surface of the interlayer insulating film 3 so as to fill the connection holes 5 by, for example, a sputtering method. 8 for CVD
A film is formed by a method (FIG. 9B). Next, the entire surface of the conductive film 8 is etched back to leave a plug (conductive film 8) only in the connection hole 5 (FIG. 9C). After the alloy film and the anti-reflection film 10 are sequentially formed by, for example, a sputtering method, they are patterned by etching using a resist mask (FIG. 10A), and thereafter, the upper wiring layer 9 and the anti-reflection film 10 are etched. The etching residue including the resist residue at this time is removed by a wet treatment using an organic alkaline solution (FIG. 10B).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置の多
層配線構造は以上のように形成されているが、接続孔5
のアスペクト比が高くなってくると、図9(a)に示す
ように接続孔5の形状が、開口寸法よりも接続孔中程の
径寸法が大きい逆テーパ形状となることがある。このよ
うに接続孔5が逆テーパ形状に形成されると、図9
(b)に示すように、CVD法により接続孔5内に埋め
込み形成される導電膜8に空洞(ボイド)11が発生し
て、その後の図9(c)で示す全面エッチバックによ
り、空洞11の上部が導電膜5表面に達し、図10
(a)に示すように上層配線層9および反射防止膜10
の形成後も、上部を塞ぐことなく空洞11を残存させて
しまうことがあった。このような空洞11が導電膜8に
残存すると、上層配線層9のパターニング後の有機アル
カリ性溶液によるエッチング残渣除去工程において、図
10(b)に示すように、溶液が上方から空洞11内に
侵入して空洞11の周囲の導電膜8、バリアメタル膜7
およびオーミックコンタクト形成膜6を溶解し、プラグ
(導電膜8)を介した上下配線層の電気的接続が良好に
行えない。このように、高集積化、高密度化および高ア
スペクト比化により、接続孔5の形状に起因してプラグ
(導電膜8)を介した上下配線層の電気的接続の信頼性
が低下するという問題点があった。The conventional multilayer wiring structure of a semiconductor device is formed as described above.
When the aspect ratio of the connection hole becomes higher, the shape of the connection hole 5 may have an inverse tapered shape in which the diameter in the middle of the connection hole is larger than the opening size as shown in FIG. When the connection hole 5 is formed in an inversely tapered shape as described above, FIG.
As shown in FIG. 9B, a void (void) 11 is generated in the conductive film 8 buried in the connection hole 5 by the CVD method, and the entire surface is etched back as shown in FIG. 10 reaches the surface of the conductive film 5, and FIG.
As shown in (a), the upper wiring layer 9 and the antireflection film 10
In some cases, the cavity 11 may be left without closing the upper portion even after the formation of the cavity. When such cavities 11 remain in the conductive film 8, in the etching residue removal step using an organic alkaline solution after patterning of the upper wiring layer 9, the solution enters the cavities 11 from above as shown in FIG. And the conductive film 8 and the barrier metal film 7 around the cavity 11
In addition, the ohmic contact formation film 6 is dissolved, and the electrical connection between the upper and lower wiring layers via the plug (conductive film 8) cannot be made well. As described above, due to the high integration, the high density, and the high aspect ratio, the reliability of the electrical connection between the upper and lower wiring layers via the plug (conductive film 8) is reduced due to the shape of the connection hole 5. There was a problem.
【0005】この発明は、上記のような問題点を解消す
るために成されたものであって、高アスペクト比化によ
って接続孔の形状が開口寸法よりも接続孔中程の径寸法
が大きい逆テーパ形状に形成されても、上層配線層パタ
ーニング後の有機アルカリ性溶液によるウェット処理で
の、接続孔内の導電膜の溶解を防止し、導電膜を介した
上下配線層の良好な電気的接続を可能にすることを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a reverse tapered shape in which the shape of the connection hole is larger in the middle of the connection hole than in the opening size by increasing the aspect ratio. Even when formed, the wet process using an organic alkaline solution after the upper wiring layer patterning prevents the conductive film from dissolving in the connection hole, and enables good electrical connection between the upper and lower wiring layers via the conductive film. The purpose is to do.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
記載の半導体装置は、半導体基板上に、絶縁層を介して
積層され、該絶縁層に設けられた接続孔内に充填された
導電膜により互いに接続された上下配線層を有する装置
構成であって、上記導電膜の表層部がシリコンを含有す
る層である。Means for Solving the Problems Claim 1 according to the present invention.
The semiconductor device described above has a device configuration including upper and lower wiring layers stacked on a semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween and connected to each other by a conductive film filled in a connection hole provided in the insulating layer. The surface layer of the conductive film is a layer containing silicon.
【0007】この発明に係る請求項2記載の半導体装置
は、半導体基板上に、絶縁層を介して積層され、該絶縁
層に設けられた接続孔内に充填された導電膜により互い
に接続された上下配線層を有する装置構成であって、上
記導電膜がシリコンを含有するものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device which is stacked on a semiconductor substrate via an insulating layer, and is connected to each other by a conductive film filled in a connection hole provided in the insulating layer. A device configuration having upper and lower wiring layers, wherein the conductive film contains silicon.
【0008】この発明に係る請求項3記載の半導体装置
は、請求項2において、導電膜が膜中にシリコンを含有
する層を所定の厚み間隔で含んだ多層構造である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the second aspect, wherein the conductive film has a multilayer structure including a layer containing silicon at a predetermined thickness interval.
【0009】この発明に係る請求項4記載の半導体装置
は、請求項1〜3のいずれかにおいて、導電膜がタング
ステンで構成されるものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, the conductive film is made of tungsten.
【0010】この発明に係る請求項5記載の半導体装置
の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線層を
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜を形
成し、上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔
内にのみ残存させる第3の工程と、シリコンを含むガス
を用いたCVD法により、上記導電膜の表層部にシリコ
ンを含有した層を形成する第4の工程と、上記絶縁層上
に上記導電膜と異なる導電材料から成る上層配線層を該
導電膜と接触するように形成する第5の工程とを有する
ものである。According to a fifth aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and forming the lower wiring layer on the insulating layer. A second step of opening a connection hole that reaches
A third step of filling the connection hole to form a conductive film on the entire surface of the insulating layer, removing the conductive film on the insulating layer and leaving the conductive film only in the connection hole; A fourth step of forming a layer containing silicon on the surface layer of the conductive film by the used CVD method, and contacting an upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer with the conductive film. And a fifth step of forming the same.
【0011】この発明に係る請求項6記載の半導体装置
の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線層を
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜を形
成し、上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔
内にのみ残存させる第3の工程と、上記導電膜の表層部
にイオン注入法によりシリコンイオンを導入してシリコ
ンを含有した層を形成する第4の工程と、上記絶縁層上
に上記導電膜と異なる導電材料から成る上層配線層を該
導電膜と接触するように形成する第5の工程とを有する
ものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and forming the lower wiring layer on the insulating layer. A second step of opening a connection hole that reaches
A third step of filling the connection hole to form a conductive film on the entire surface of the insulating layer, removing the conductive film on the insulating layer and leaving the conductive film only in the connection hole; A fourth step of forming a layer containing silicon by introducing silicon ions into the portion by ion implantation, and contacting the upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer with the conductive film. And a fifth step of forming as described above.
【0012】この発明に係る請求項7記載の半導体装置
の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線層を
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜を、
シリコンを含むガスを添加して用いたCVD法によりシ
リコンを含有させた状態で形成する第3の工程と、上記
絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔内にのみ残
存させる第4の工程と、上記絶縁層上に上記導電膜と異
なる導電材料から成る上層配線層を該導電膜と接触する
ように形成する第5の工程とを有するものである。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and forming the lower wiring layer on the insulating layer. A second step of opening a connection hole that reaches
By filling the connection holes, a conductive film is formed on the entire surface of the insulating layer,
A third step in which silicon is contained by a CVD method using a gas containing silicon, and a fourth step in which the conductive film on the insulating layer is removed and left only in the connection hole. And a fifth step of forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer so as to be in contact with the conductive film.
【0013】この発明に係る請求項8記載の半導体装置
の製造方法は、請求項7において、第3の工程における
導電膜の形成時に、シリコンを含むガスの添加量を0か
ら所定の流量の間で、所定の時間間隔で変化させ、上記
導電膜を膜中にシリコンを含有する層を所定の厚み間隔
で含んだ多層構造に形成するものである。According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, when the conductive film is formed in the third step, the amount of addition of the gas containing silicon is from 0 to a predetermined flow rate. Then, the conductive film is formed at a predetermined time interval, and the conductive film is formed into a multilayer structure including silicon-containing layers at a predetermined thickness interval.
【0014】この発明に係る請求項9記載の半導体装置
の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線層を
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜を形
成し、上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔
内にのみ残存させる第3の工程と、該接続孔内の上記導
電膜上にのみ選択CVD法により上記導電膜と同じ導電
材料による第2の導電膜を形成する第4の工程と、上記
絶縁層上に上記導電膜と異なる導電材料から成る上層配
線層を上記第2の導電膜と接触するように形成する第5
の工程とを有するものである。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and forming the lower wiring layer on the insulating layer. A second step of opening a connection hole that reaches
A third step of filling the connection hole to form a conductive film on the entire surface of the insulating layer, removing the conductive film on the insulating layer and leaving the conductive film only in the connection hole, A fourth step of forming a second conductive film of the same conductive material as the conductive film only on the conductive film by a selective CVD method, and forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer; A fifth conductive film formed to be in contact with the second conductive film;
And the step of
【0015】この発明に係る請求項10記載の半導体装
置の製造方法は、請求項5、7または8のいずれかにお
いて、導電膜がタングステンで構成され、該導電膜形成
時に用いるシリコンを含むガスがSiH4である。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the fifth, seventh and eighth aspects, wherein the conductive film is made of tungsten, and the gas containing silicon used for forming the conductive film is used. SiH 4 .
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1を図によって説明する。図1は、この発明
の実施の形態1による半導体装置における多層配線構造
を示す断面図である。図において、1は素子構成された
基板、2は基板1上に形成された、例えばTiN膜等の
チタン化合物から成るバリアメタル膜、3は例えばタン
グステン膜から成る下層配線層、4は下層配線層3上の
全面に形成された、例えばシリコン酸化膜から成る絶縁
層としての層間絶縁膜、5は層間絶縁膜4に設けられた
接続孔、6は例えばTi膜から成るオーミックコンタク
ト形成膜、7は例えばTiN膜等のチタン化合物から成
るバリアメタル膜、9は例えばAl合金膜から成る上層
配線膜、10は上層配線膜9上に形成された反射防止
膜、12は接続孔5内にオーミックコンタクト形成膜6
およびバリアメタル膜7を介して形成された導電膜とし
てのタングステン膜、12aはタングステン膜12表面
のシリコンが含有したシリコンリッチ層、13は接続孔
5内のタングステン膜12に形成された空洞(ボイド)
である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a multilayer wiring structure in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes a substrate on which an element is formed, 2 denotes a barrier metal film formed on the substrate 1 and made of, for example, a titanium compound such as a TiN film, 3 denotes a lower wiring layer made of, for example, a tungsten film, and 4 denotes a lower wiring layer. 3, an interlayer insulating film as an insulating layer made of, for example, a silicon oxide film, 5 is a connection hole provided in the interlayer insulating film 4, 6 is an ohmic contact forming film made of, for example, a Ti film, and 7 is For example, a barrier metal film made of a titanium compound such as a TiN film, 9 is an upper wiring film made of, for example, an Al alloy film, 10 is an antireflection film formed on the upper wiring film 9, and 12 is an ohmic contact formed in the connection hole 5. Membrane 6
And a tungsten film 12a as a conductive film formed via the barrier metal film 7, 12a is a silicon-rich layer containing silicon on the surface of the tungsten film 12, and 13 is a cavity (void) formed in the tungsten film 12 in the connection hole 5. )
It is.
【0017】図に示すように、接続孔5内に充填された
タングステン膜12を介して下層配線層3と上層配線層
9とが電気的に接続されるものであるが、この場合、接
続孔5が、開口寸法よりも接続孔中程の径寸法が大きい
逆テーパ形状に形成され、接続孔5内のタングステン膜
12には上部が表面に達する空洞13が形成されてい
る。上層配線層9および反射防止膜10は、この場合、
空洞13の上部を塞ぐことなく形成されているが、タン
グステン膜12表面には、空洞13の部分も含んだ全面
にシリコンリッチ層12aが形成され、シリコンを含ま
ないタングステン膜12は露出されない。As shown in the figure, the lower wiring layer 3 and the upper wiring layer 9 are electrically connected via the tungsten film 12 filled in the connection hole 5, but in this case, the connection hole 5 is formed in a reverse tapered shape having a diameter in the middle of the connection hole larger than the opening size, and a cavity 13 whose upper part reaches the surface is formed in the tungsten film 12 in the connection hole 5. In this case, the upper wiring layer 9 and the antireflection film 10
Although formed without closing the upper part of the cavity 13, a silicon-rich layer 12 a is formed on the entire surface including the cavity 13 on the surface of the tungsten film 12, and the tungsten film 12 containing no silicon is not exposed.
【0018】このように構成されるの多層配線構造の形
成方法を、図2に基づいて以下に説明する。まず、素子
構成された基板1上の全面に、バリアメタル膜2、下層
配線層3を順次成膜し、パターニングする。次に、層間
絶縁膜4を、例えばCVD法により下層配線層2を覆っ
て全面に成膜した後、この層間絶縁膜4に下層配線層2
に達する接続孔5を形成する。このとき、接続孔5の形
状は、開口寸法よりも接続孔中程の径寸法が大きい逆テ
ーパ形状であるとする。(図9(a)参照)。次に、層
間絶縁膜4に対して所定の脱ガス処理、および短時間の
プラズマエッチング処理を施す。このプラズマエッチン
グ処理は接続孔5開口面の角取り、および接続孔5底部
の自然酸化膜除去のために行うものである。続いて、接
続孔5を埋め込むように層間絶縁膜3上の全面に、例え
ばスパッタリング法により、オーミックコンタクト形成
膜6を10〜50nmの膜厚で、バリアメタル膜7を3
0〜100nmの膜厚で、順次成膜し、その上の全面に
プラグ用のタングステン膜12をCVD法により成膜す
る。このとき、タングステン膜12は接続孔5内に良好
に埋め込まれず、接続孔5内の部分に空洞13が発生し
たとする(図9(b)参照)。A method for forming a multilayer wiring structure having such a configuration will be described below with reference to FIG. First, a barrier metal film 2 and a lower wiring layer 3 are sequentially formed and patterned on the entire surface of a substrate 1 on which elements are configured. Next, an interlayer insulating film 4 is formed on the entire surface so as to cover the lower wiring layer 2 by, for example, a CVD method.
Is formed. At this time, it is assumed that the shape of the connection hole 5 is an inverted tapered shape in which the diameter in the middle of the connection hole is larger than the opening size. (See FIG. 9A). Next, a predetermined degassing process and a short-time plasma etching process are performed on the interlayer insulating film 4. This plasma etching process is performed for chamfering the opening surface of the connection hole 5 and removing the natural oxide film at the bottom of the connection hole 5. Subsequently, the ohmic contact formation film 6 is formed to a thickness of 10 to 50 nm and the barrier metal film 7 is formed on the entire surface of the interlayer insulating film 3 so as to fill the connection holes 5 by, for example, a sputtering method.
A film is sequentially formed to a thickness of 0 to 100 nm, and a tungsten film 12 for a plug is formed on the entire surface by a CVD method. At this time, it is assumed that the tungsten film 12 is not satisfactorily buried in the connection hole 5 and a cavity 13 is generated in a portion in the connection hole 5 (see FIG. 9B).
【0019】次に、タングステン膜12を、例えばドラ
イエッチングにより全面エッチバックして接続孔5内の
みに残存させてプラグを形成する。このとき、成膜時に
生じた空洞13が、その上部が接続孔5内のタングステ
ン膜12表面に達する状態で残存したとする(図2
(a))。次に、SiH4ガスを用いたCVD法によ
り、露出したタングステン膜12の表層部にシリコンを
含有させシリコンリッチ層12aを形成する(図2
(b))。この後、全面に上層配線層9となるAl合金
膜および反射防止膜10を、例えばスパッタリング法に
より順次成膜した後、レジストマスクを用いたエッチン
グによりパターニングし、上層配線層9と反射防止膜1
0とのエッチング時におけるレジスト残渣を含むエッチ
ング残渣を有機アルカリ性溶液を用いたウェット処理に
より除去して、多層配線構造を完成する(図1参照)。Next, a plug is formed by etching back the entire surface of the tungsten film 12 by, for example, dry etching and leaving it only in the connection hole 5. At this time, it is assumed that the cavity 13 generated at the time of film formation remains with its upper part reaching the surface of the tungsten film 12 in the connection hole 5 (FIG. 2).
(A)). Next, silicon is contained in the surface layer of the exposed tungsten film 12 by a CVD method using SiH 4 gas to form a silicon-rich layer 12a (FIG. 2).
(B)). After that, an Al alloy film and an anti-reflection film 10 to be the upper wiring layer 9 are sequentially formed on the entire surface by, for example, a sputtering method, and then patterned by etching using a resist mask to form the upper wiring layer 9 and the anti-reflection film 1.
An etching residue including a resist residue at the time of etching with 0 is removed by a wet process using an organic alkaline solution to complete a multilayer wiring structure (see FIG. 1).
【0020】以上のように形成された多層配線構造で
は、接続孔5はアスペクト比が高く、開口寸法よりも接
続孔中程の径寸法が大きい逆テーパ形状に形成され、タ
ングステン膜12の成膜時に生じた空洞13が、その後
のエッチバックにより接続孔5内のタングステン膜12
表面に達する状態で残存し、さらにその後の上層配線層
9および反射防止膜10の形成後も、上部を塞ぐことな
く空洞13が残存する。このような空洞13が残存して
も、露出したタングステン膜12の表層部、即ち空洞1
3の周囲に、SiH4ガスを用いたCVD法でシリコン
を含有させ、有機アルカリ性溶液に対する耐エッチング
性を有するシリコンリッチ層12aを形成するため、上
層配線層9および反射防止膜10のパターニング後の有
機アルカリ性溶液によるエッチング残渣除去工程におい
て、溶液が上方から空洞13内に侵入しても、タングス
テン膜12、バリアメタル膜7およびオーミックコンタ
クト形成膜6は溶解されない。In the multilayer wiring structure formed as described above, the connection hole 5 is formed in a reverse tapered shape having a high aspect ratio and a diameter in the middle of the connection hole larger than the opening size. The cavity 13 formed by the subsequent etching back forms the tungsten film 12 in the connection hole 5.
The cavity 13 remains without reaching the surface. Even after the subsequent formation of the upper wiring layer 9 and the antireflection film 10, the cavity 13 remains without blocking the upper portion. Even if such a cavity 13 remains, the exposed surface layer of the tungsten film 12, that is, the cavity 1
In order to form a silicon-rich layer 12a containing silicon around the substrate 3 by a CVD method using SiH 4 gas and having etching resistance to an organic alkaline solution, the upper wiring layer 9 and the anti-reflection film 10 are patterned. In the etching residue removal step using the organic alkaline solution, even if the solution enters the cavity 13 from above, the tungsten film 12, the barrier metal film 7, and the ohmic contact formation film 6 are not dissolved.
【0021】このように、接続孔5内に充填されたタン
グステン膜12表層部に、SiH4ガスを用いたCVD
法でシリコンを含有させシリコンリッチ層12aを形成
することにより、有機アルカリ性溶液によるタングステ
ン膜12の溶解が防止でき、タングステン膜12を介し
た上下配線層3、9の電気的接続が良好に行える。As described above, the surface layer of the tungsten film 12 filled in the connection hole 5 is formed by CVD using SiH 4 gas.
By forming the silicon-rich layer 12a by adding silicon by the method, the dissolution of the tungsten film 12 by the organic alkaline solution can be prevented, and the electrical connection between the upper and lower wiring layers 3 and 9 via the tungsten film 12 can be made well.
【0022】なお、この実施の形態では、上部が塞がら
ない状態で空洞13が残存した場合に効果を有するもの
であるが、空洞13が発生しない場合、あるいは発生し
た空洞13がその後の工程で上部が塞がった場合、のい
ずれの場合も、タングステン膜12表層部にシリコンリ
ッチ層12aを形成しても全く問題はない。これらの場
合、上層配線層9がボーダレス構造となっても、タング
ステン膜12表面がシリコンリッチ層12aに覆われて
露出しないため、エッチング残渣除去工程における有機
アルカリ性溶液によるタングステン膜12の溶解が防止
できる。In this embodiment, the effect is obtained when the cavity 13 remains without closing the upper portion. However, when the cavity 13 does not occur, or when the generated cavity 13 is In any case, there is no problem even if the silicon-rich layer 12a is formed on the surface layer of the tungsten film 12. In these cases, even if the upper wiring layer 9 has a borderless structure, the surface of the tungsten film 12 is covered with the silicon-rich layer 12a and is not exposed, so that the tungsten film 12 can be prevented from being dissolved by the organic alkaline solution in the etching residue removing step. .
【0023】実施の形態2.上記実施の形態1では、接
続孔5内に充填されたタングステン膜12表層部に、C
VD法によりシリコンリッチ層12aを形成したが、イ
オン注入法により同様のシリコンリッチ層12aを形成
してもよい。形成方法を以下に示す。上記実施の形態1
と同様に、成膜したタングステン膜12を全面エッチバ
ックして接続孔5内のみに残存させてプラグを形成し
(図2(a)参照)、次に、基板1上からイオン注入法
によりSiイオンを、露出したタングステン膜12の表
層部に注入して、シリコンが含有するシリコンリッチ層
12aを形成する(図2(b)参照)。この後、上記実
施の形態1と同様の処理を施して多層配線構造を完成す
る。Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, the surface portion of the tungsten film 12 filled in the connection hole 5 has C
Although the silicon rich layer 12a is formed by the VD method, a similar silicon rich layer 12a may be formed by an ion implantation method. The formation method is described below. Embodiment 1
In the same manner as described above, the formed tungsten film 12 is etched back over the entire surface and left only in the connection hole 5 to form a plug (see FIG. 2A). Ions are implanted into the exposed surface layer of the tungsten film 12 to form a silicon-rich layer 12a containing silicon (see FIG. 2B). Thereafter, the same processing as in the first embodiment is performed to complete the multilayer wiring structure.
【0024】この実施の形態においても、接続孔5内の
タングステン膜12に上部が塞がらない状態で空洞13
が残存した場合、露出したタングステン膜12の表層
部、即ち空洞13の周囲に、イオン注入法によりシリコ
ンを含有させ、有機アルカリ性溶液に対する耐エッチン
グ性を有するシリコンリッチ層12aを形成するため、
上層配線層9および反射防止膜10のパターニング後の
有機アルカリ性溶液によるエッチング残渣除去工程にお
いて、溶液が上方から空洞13内に侵入しても、タング
ステン膜12、バリアメタル膜7およびオーミックコン
タクト形成膜6は溶解されない。このように上記実施の
形態1と同様に、有機アルカリ性溶液によるタングステ
ン膜12の溶解が防止でき、タングステン膜12を介し
た上下配線層3、9の電気的接続が良好に行える。Also in this embodiment, the cavity 13 is formed in a state where the upper portion is not blocked by the tungsten film 12 in the connection hole 5.
Is left, in order to form a silicon-rich layer 12a having an etching resistance to an organic alkaline solution by containing silicon by an ion implantation method around the exposed surface layer of the tungsten film 12, that is, around the cavity 13.
In the etching residue removal step using an organic alkaline solution after patterning the upper wiring layer 9 and the antireflection film 10, even if the solution enters the cavity 13 from above, the tungsten film 12, the barrier metal film 7, and the ohmic contact formation film 6 Is not dissolved. Thus, similarly to the first embodiment, the dissolution of the tungsten film 12 by the organic alkaline solution can be prevented, and the electrical connection between the upper and lower wiring layers 3 and 9 via the tungsten film 12 can be performed well.
【0025】実施の形態3.上記実施の形態1、2で
は、接続孔5内に充填されたタングステン膜12表層部
に、シリコンリッチ層12aを形成したが、タングステ
ン膜の成膜段階で膜中にシリコンを導入してもよい。図
3は、この発明の実施の形態3による半導体装置におけ
る多層配線構造を示す断面図である。図において、1〜
7、9、10および13は上記実施の形態1と同じも
の、14は接続孔5内にオーミックコンタクト形成膜6
およびバリアメタル膜7を介して形成された導電膜とし
てのシリコンが含有したタングステン膜(以下、シリコ
ン含有タングステン膜と称す)である。Embodiment 3 In the first and second embodiments, the silicon-rich layer 12a is formed in the surface layer of the tungsten film 12 filled in the connection hole 5, but silicon may be introduced into the film at the stage of forming the tungsten film. . FIG. 3 is a sectional view showing a multilayer wiring structure in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. In the figure,
7, 9, 10 and 13 are the same as those in the first embodiment, and 14 is an ohmic contact formation film 6 in the connection hole 5.
And a tungsten film containing silicon as a conductive film formed through the barrier metal film 7 (hereinafter, referred to as a silicon-containing tungsten film).
【0026】このように構成される多層配線構造の形成
方法を、以下に説明する。上記実施の形態1と同様に、
層間絶縁膜4に接続孔5を開口し、接続孔5を埋め込む
ように層間絶縁膜3上の全面に、オーミックコンタクト
形成膜6およびバリアメタル膜7を順次成膜する。この
後、全面にプラグ用のシリコン含有タングステン膜14
を、SiH4、WF6、H2ガスを用いたCVD法によ
り、接続孔5を埋め込んで成膜する。次に、成膜したシ
リコン含有タングステン膜14を全面エッチバックして
接続孔5内のみに残存させてプラグを形成し、続いて上
記実施の形態1と同様に、全面に上層配線層9および反
射防止膜10を順次成膜した後、レジストマスクを用い
たエッチングによりパターニングし、上層配線層9と反
射防止膜10とエッチング残渣を有機アルカリ性溶液を
用いたウェット処理により除去して、多層配線構造を完
成する(図3参照)。A method for forming the multilayer wiring structure thus configured will be described below. As in the first embodiment,
A connection hole 5 is opened in the interlayer insulating film 4, and an ohmic contact formation film 6 and a barrier metal film 7 are sequentially formed on the entire surface of the interlayer insulating film 3 so as to fill the connection hole 5. Thereafter, a silicon-containing tungsten film 14 for a plug is formed on the entire surface.
Is formed by filling the connection holes 5 by a CVD method using SiH 4 , WF 6 , and H 2 gas. Next, the formed silicon-containing tungsten film 14 is etched back to leave a plug only in the connection hole 5 to form a plug. Then, as in the first embodiment, the upper wiring layer 9 and the reflective After sequentially forming the anti-reflection film 10, patterning is performed by etching using a resist mask, and the upper wiring layer 9, the anti-reflection film 10 and the etching residue are removed by a wet process using an organic alkaline solution to form a multilayer wiring structure. It is completed (see FIG. 3).
【0027】この実施の形態では、接続孔5内に充填さ
れるプラグ用導電膜の全体がシリコンを含有したシリコ
ン含有タングステン膜14で構成されるため、膜14全
体が有機アルカリ性溶液に対する耐エッチング性を有す
る。このため、上記実施の形態1で示したような空洞1
3が残存しても、上層配線層9および反射防止膜10の
パターニング後の有機アルカリ性溶液によるエッチング
残渣除去工程において、シリコン含有タングステン膜1
4、バリアメタル膜7およびオーミックコンタクト形成
膜6は溶解されない。このように、有機アルカリ性溶液
によるシリコン含有タングステン膜14の溶解が確実に
防止でき、シリコン含有タングステン膜14を介した上
下配線層3、9の電気的接続が良好に行える。さらに、
タングステン膜14の成膜時にシリコンが容易に導入で
きるため、工程数が増えることがなく、容易に製造でき
る。In this embodiment, since the whole of the plug conductive film filled in the connection hole 5 is made of the silicon-containing tungsten film 14 containing silicon, the entire film 14 has etching resistance to an organic alkaline solution. Having. For this reason, the cavity 1 as described in the first embodiment is used.
3 remains in the silicon-containing tungsten film 1 in the etching residue removal step using an organic alkaline solution after patterning the upper wiring layer 9 and the antireflection film 10.
4. The barrier metal film 7 and the ohmic contact formation film 6 are not dissolved. As described above, the dissolution of the silicon-containing tungsten film 14 by the organic alkaline solution can be reliably prevented, and the electrical connection between the upper and lower wiring layers 3 and 9 via the silicon-containing tungsten film 14 can be favorably performed. further,
Since silicon can be easily introduced when the tungsten film 14 is formed, it can be easily manufactured without increasing the number of steps.
【0028】実施の形態4.上記実施の形態3では、接
続孔5内に充填されるプラグ用導電膜の全体をシリコン
を含有したシリコン含有タングステン膜14で構成した
が、図4で示すように、膜中にシリコンを含有するシリ
コンリッチ層15bを所定の厚み間隔で含んだ多層構造
から成るタングステン膜15で構成してもよい。形成方
法を以下に示す。この場合、図5に示すように、タング
ステン膜15を、SiH4、WF6、H2ガスを用いたC
VD法により接続孔5を埋め込んで成膜する際、シリコ
ンを含むSiH4ガスの添加量を0と所定の流量との間
で、所定の時間間隔で交互に変化させて、シリコンを含
有しない層15aとシリコンが含有したシリコンリッチ
層15bとを交互に積層してタングステン膜15を形成
する。この後、上記実施の形態3と同様に全面エッチバ
ックして接続孔5内のみにタングステン膜15を残存さ
せてプラグを形成し、上層配線層9および反射防止膜1
0を形成する(図4参照)。Embodiment 4 In the third embodiment, the entirety of the plug conductive film filled in the connection hole 5 is formed of the silicon-containing tungsten film 14 containing silicon. However, as shown in FIG. 4, the film contains silicon. A tungsten film 15 having a multilayer structure including the silicon-rich layer 15b at a predetermined thickness interval may be used. The formation method is described below. In this case, as shown in FIG. 5, the tungsten film 15 is formed by using a C gas using SiH 4 , WF 6 , and H 2 gas.
When the connection hole 5 is buried by the VD method to form a film, the amount of addition of the SiH 4 gas containing silicon is alternately changed at a predetermined time interval between 0 and a predetermined flow rate to form a layer containing no silicon. The tungsten film 15 is formed by alternately laminating 15a and silicon-rich layers 15b containing silicon. Thereafter, as in the third embodiment, the entire surface is etched back to form a plug with the tungsten film 15 remaining only in the connection hole 5, and the upper wiring layer 9 and the antireflection film 1 are formed.
0 is formed (see FIG. 4).
【0029】この実施の形態では、接続孔5内に充填さ
れるタングステン膜15の成膜段階で、シリコンリッチ
層15bを所定の厚み間隔で含むように成膜した。この
ため、発生した空洞13の上部が塞がれるまでに、必ず
シリコンリッチ層15bが形成できる。このように接続
孔5の形状に沿った、即ち空洞13の周囲部分にシリコ
ンリッチ層15bを確実に含むタングステン膜15を形
成できる。従って、上層配線層9および反射防止膜10
のパターニング後の有機アルカリ性溶液によるエッチン
グ残渣除去工程において、上記実施の形態1で示したよ
うな空洞13が残存した場合、空洞13周囲のタングス
テン膜15のうち、シリコンを含有しない層15aで溶
解が進行してもシリコンリッチ層15bに到達した段階
で溶解が停止する。また、バリアメタル膜7およびオー
ミックコンタクト形成膜6は溶解されない。このよう
に、有機アルカリ性溶液によるタングステン膜15の溶
解が確実に抑止でき、タングステン膜15を介した上下
配線層3、9の電気的接続が良好に行える。In this embodiment, in the step of forming the tungsten film 15 filling the connection hole 5, the silicon rich layer 15b is formed so as to include the silicon rich layer 15b at a predetermined thickness interval. Therefore, the silicon rich layer 15b can be formed without fail until the upper portion of the generated cavity 13 is closed. As described above, the tungsten film 15 including the silicon-rich layer 15b can be reliably formed along the shape of the connection hole 5, that is, in the periphery of the cavity 13. Therefore, the upper wiring layer 9 and the antireflection film 10
In the etching residue removing step using an organic alkaline solution after the patterning, if the cavity 13 as shown in the first embodiment remains, the dissolution occurs in the silicon-free layer 15 a of the tungsten film 15 around the cavity 13. Even if it progresses, the dissolution stops at the stage when it reaches the silicon-rich layer 15b. Further, the barrier metal film 7 and the ohmic contact formation film 6 are not dissolved. In this way, the dissolution of the tungsten film 15 by the organic alkaline solution can be reliably suppressed, and the electrical connection between the upper and lower wiring layers 3 and 9 via the tungsten film 15 can be made well.
【0030】なお、上記実施の形態4では、SiH4ガ
スの添加量を0と所定の流量との間で、所定の時間間隔
で交互に変化させて、シリコンを含有しない層15aと
シリコンが含有したシリコンリッチ層15bとを交互に
積層したが、SiH4ガスの添加量を0から所定の流量
の間で、所定の変化をさせて、シリコンリッチ層15b
を所定の厚み間隔で含む多層構造のタングステン膜15
を成膜すれば同様の効果を奏する。In the fourth embodiment, the addition amount of the SiH 4 gas is alternately changed at a predetermined time interval between 0 and a predetermined flow rate, so that the silicon-free layer 15a and the silicon-free layer 15a are added. Although by laminating a silicon rich layer 15b of alternating, the amount of SiH 4 gas between 0 and a predetermined flow rate, by a predetermined change, the silicon-rich layer 15b
Film 15 having a multi-layered structure including a predetermined thickness interval
The same effect can be obtained by forming a film.
【0031】実施の形態5.次に、図6は、この発明の
実施の形態5による半導体装置における多層配線構造を
示す断面図である。図において、1〜7、9、10、1
2および13は上記実施の形態1と同じもの、16は接
続孔5内に充填されたタングステン膜12上にのみ形成
された第2の導電膜としての第2のタングステン膜であ
る。形成方法を図7に基づいて以下に示す。上記実施の
形態1と同様に成膜したタングステン膜12を全面エッ
チバックして接続孔5内のみに残存させるが、その際、
接続孔5開口面より後退させてリセスを形成する(図7
(a))。次に、選択CVD法を用いて、タングステン
膜12上にのみ同じ導電材料である第2のタングステン
膜16を形成する。これにより、タングステン膜12に
空洞13が上部を塞ぐことなく残存していても、その上
に選択CVD法により第2のタングステン膜16を形成
することで、空洞13を塞ぐことができる(図7
(b))。この後、上層配線層9および反射防止膜10
を形成する(図6参照)。Embodiment 5 Next, FIG. 6 is a sectional view showing a multilayer wiring structure in a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. In the figure, 1 to 7, 9, 10, 1
2 and 13 are the same as those in the first embodiment, and 16 is a second tungsten film as a second conductive film formed only on the tungsten film 12 filled in the connection hole 5. The forming method is described below with reference to FIG. The whole surface of the tungsten film 12 formed in the same manner as in the first embodiment is etched back and left only in the connection hole 5.
A recess is formed by retracting from the opening surface of the connection hole 5 (FIG. 7).
(A)). Next, a second tungsten film 16 of the same conductive material is formed only on the tungsten film 12 by using a selective CVD method. Thus, even if the cavity 13 remains in the tungsten film 12 without closing the upper portion, the cavity 13 can be closed by forming the second tungsten film 16 thereon by the selective CVD method (FIG. 7).
(B)). Thereafter, the upper wiring layer 9 and the antireflection film 10 are formed.
Is formed (see FIG. 6).
【0032】この実施の形態では、接続孔5内のみに残
存させたタングステン膜12上に選択CVD法により第
2のタングステン膜16を形成することで、空洞13を
塞ぐため、上層配線層9および反射防止膜10のパター
ニング後の有機アルカリ性溶液によるエッチング残渣除
去工程において、有機アルカリ性溶液によるタングステ
ン膜12、16、バリアメタル膜7およびオーミックコ
ンタクト形成膜6の溶解が確実に防止でき、タングステ
ン膜12、16を介した上下配線層3、9の電気的接続
が良好に行える。In this embodiment, since the second tungsten film 16 is formed by selective CVD on the tungsten film 12 left only in the connection hole 5, the cavity 13 is closed. In the etching residue removal step using an organic alkaline solution after the patterning of the antireflection film 10, the dissolution of the tungsten films 12, 16 and the barrier metal film 7 and the ohmic contact formation film 6 by the organic alkaline solution can be reliably prevented. The electrical connection between the upper and lower wiring layers 3 and 9 via the connection 16 can be made well.
【0033】なお、上記実施の形態1〜5において、接
続孔5内に充填する導電膜はタングステン膜としたが、
その他の導電膜であってもよい。また、その場合、上記
実施の形態1、3、4におけるCVD法で添加するガス
は、SiH4ガス以外のシリコンを含有するガスであっ
てもよい。In the first to fifth embodiments, the conductive film filling the connection hole 5 is a tungsten film.
Other conductive films may be used. In this case, the gas added by the CVD method in the first, third, and fourth embodiments may be a gas containing silicon other than the SiH 4 gas.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る請求項1記
載の半導体装置は、半導体基板上に、絶縁層を介して積
層され、該絶縁層に設けられた接続孔内に充填された導
電膜により互いに接続された上下配線層を有する装置構
成であって、上記導電膜の表層部がシリコンを含有する
層であるため、導電膜に空洞が発生しても、上層配線層
パターニングの際の有機アルカリ性溶液によるエッチン
グ残渣除去工程において導電膜の溶解が防止でき、導電
膜を介した上下配線層の電気的接続の信頼性が向上す
る。As described above, the semiconductor device according to the first aspect of the present invention is a semiconductor device which is laminated on a semiconductor substrate via an insulating layer, and is filled in a connection hole provided in the insulating layer. In the device configuration having upper and lower wiring layers connected to each other by a film, and since the surface layer of the conductive film is a layer containing silicon, even when a void is generated in the conductive film, the upper conductive layer can be used for patterning the upper wiring layer. Dissolution of the conductive film can be prevented in the etching residue removal step using an organic alkaline solution, and the reliability of electrical connection between the upper and lower wiring layers via the conductive film is improved.
【0035】またこの発明に係る請求項2記載の半導体
装置は、半導体基板上に、絶縁層を介して積層され、該
絶縁層に設けられた接続孔内に充填された導電膜により
互いに接続された上下配線層を有する装置構成であっ
て、上記導電膜がシリコンを含有するため、導電膜に空
洞が発生しても、上層配線層パターニングの際の有機ア
ルカリ性溶液によるエッチング残渣除去工程において導
電膜の溶解が確実に防止でき、導電膜を介した上下配線
層の電気的接続の信頼性が向上する。According to a second aspect of the present invention, a semiconductor device is stacked on a semiconductor substrate via an insulating layer, and is connected to each other by a conductive film filled in a connection hole provided in the insulating layer. In the device configuration having upper and lower wiring layers, the conductive film contains silicon, so that even if cavities are generated in the conductive film, the conductive film is removed in an etching residue removing step using an organic alkaline solution during patterning of the upper wiring layer. Can be reliably prevented, and the reliability of electrical connection between the upper and lower wiring layers via the conductive film is improved.
【0036】またこの発明に係る請求項3記載の半導体
装置は、請求項2において、導電膜が膜中にシリコンを
含有する層を所定の厚み間隔で含んだ多層構造であるた
め、導電膜の膜質を保持し、導電膜の溶解が確実に防止
でき、導電膜を介した上下配線層の電気的接続の信頼性
が一層向上する。According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the conductive film has a multi-layered structure including a layer containing silicon at a predetermined thickness interval. The film quality is maintained, the dissolution of the conductive film can be reliably prevented, and the reliability of electrical connection between the upper and lower wiring layers via the conductive film is further improved.
【0037】またこの発明に係る請求項4記載の半導体
装置は、請求項1〜3のいずれかにおいて、導電膜がタ
ングステンで構成されるため、導電膜を介した上下配線
層の電気的接続の信頼性が確実に向上する。According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, since the conductive film is made of tungsten, electrical connection between the upper and lower wiring layers via the conductive film is established. Reliability is surely improved.
【0038】またこの発明に係る請求項5記載の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線
層を覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に
上記下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程
と、該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜
を形成し、上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接
続孔内にのみ残存させる第3の工程と、シリコンを含む
ガスを用いたCVD法により、上記導電膜の表層部にシ
リコンを含有した層を形成する第4の工程と、上記絶縁
層上に上記導電膜と異なる導電材料から成る上層配線層
を該導電膜と接触するように形成する第5の工程とを有
するため、導電膜に空洞が発生しても、上層配線層パタ
ーニングの際の有機アルカリ性溶液によるエッチング残
渣除去工程において導電膜の溶解が容易に防止でき、導
電膜を介した上下配線層の電気的接続の信頼性が向上す
る。According to a fifth aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and forming the lower wiring on the insulating layer. A second step of opening a connection hole reaching the layer, forming a conductive film on the entire surface of the insulating layer by filling the connection hole, removing the conductive film on the insulating layer, and removing the conductive film on the insulating layer. A fourth step of forming a layer containing silicon on the surface layer of the conductive film by a CVD method using a gas containing silicon, and a step of forming a layer containing silicon on the insulating layer. And a fifth step of forming an upper wiring layer made of a conductive material different from that of the conductive film so that the upper wiring layer is in contact with the conductive film. In etching residue removal process Dissolution of the conductive film can be easily prevented, reliability of the electrical connection of the upper and lower wiring layers through the conductive film is improved.
【0039】またこの発明に係る請求項6記載の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線
層を覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に
上記下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程
と、該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜
を形成し、上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接
続孔内にのみ残存させる第3の工程と、上記導電膜の表
層部にイオン注入法によりシリコンイオンを導入してシ
リコンを含有した層を形成する第4の工程と、上記絶縁
層上に上記導電膜と異なる導電材料から成る上層配線層
を該導電膜と接触するように形成する第5の工程とを有
するため、導電膜に空洞が発生しても、上層配線層パタ
ーニングの際の有機アルカリ性溶液によるエッチング残
渣除去工程において導電膜の溶解が容易に防止でき、導
電膜を介した上下配線層の電気的接続の信頼性が向上す
る。According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, a first step of forming an insulating layer covering the lower wiring layer formed on the semiconductor substrate is provided, and the lower wiring is formed on the insulating layer. A second step of opening a connection hole reaching the layer, forming a conductive film on the entire surface of the insulating layer by filling the connection hole, removing the conductive film on the insulating layer, and removing the conductive film on the insulating layer. A fourth step of forming silicon-containing layers by introducing silicon ions into a surface layer portion of the conductive film by an ion implantation method; and forming a silicon-containing layer on the insulating layer. A fifth step of forming an upper wiring layer made of a different conductive material so as to be in contact with the conductive film, so that even if a void is formed in the conductive film, etching with an organic alkaline solution during patterning of the upper wiring layer is performed. Residue removal process Dissolution of the conductive film can be easily prevented, reliability of the electrical connection of the upper and lower wiring layers through the conductive film is improved.
【0040】またこの発明に係る請求項7記載の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線
層を覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に
上記下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程
と、該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜
を、シリコンを含むガスを添加して用いたCVD法によ
りシリコンを含有させた状態で形成する第3の工程と、
上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔内にの
み残存させる第4の工程と、上記絶縁層上に上記導電膜
と異なる導電材料から成る上層配線層を該導電膜と接触
するように形成する第5の工程とを有するため、導電膜
に空洞が発生しても、上層配線層パターニングの際の有
機アルカリ性溶液によるエッチング残渣除去工程におい
て導電膜の溶解が容易で確実に防止でき、導電膜を介し
た上下配線層の電気的接続の信頼性が向上する。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and forming the lower wiring on the insulating layer. A second step of opening a connection hole reaching the layer; and filling the connection hole with a conductive film over the entire surface of the insulating layer, containing silicon by a CVD method using a gas containing silicon. A third step of forming in a state;
A fourth step of removing the conductive film on the insulating layer and leaving the conductive film only in the connection hole, and contacting an upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer with the conductive film Therefore, even if voids are generated in the conductive film, the conductive film can be easily and reliably prevented from being removed in the etching residue removing step using an organic alkaline solution during patterning of the upper wiring layer. In addition, the reliability of electrical connection between the upper and lower wiring layers via the conductive film is improved.
【0041】またこの発明に係る請求項8記載の半導体
装置の製造方法は、請求項7において、第3の工程にお
ける導電膜の形成時に、シリコンを含むガスの添加量を
0から所定の流量の間で、所定の時間間隔で変化させ、
上記導電膜を膜中にシリコンを含有する層を所定の厚み
間隔で含んだ多層構造に形成するため、導電膜に空洞が
発生しても、上層配線層パターニングの際の有機アルカ
リ性溶液によるエッチング残渣除去工程において導電膜
の溶解が確実に防止でき、導電膜を介した上下配線層の
電気的接続の信頼性が向上する。According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh aspect, when the conductive film is formed in the third step, the amount of the gas containing silicon is reduced from 0 to a predetermined flow rate. Between at predetermined time intervals,
Since the conductive film is formed in a multilayer structure including silicon-containing layers at a predetermined thickness interval in the film, even if voids are generated in the conductive film, etching residues due to an organic alkaline solution during patterning of the upper wiring layer. Dissolution of the conductive film can be reliably prevented in the removing step, and the reliability of electrical connection between the upper and lower wiring layers via the conductive film is improved.
【0042】この発明に係る請求項9記載の半導体装置
の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線層を
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜を形
成し、上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔
内にのみ残存させる第3の工程と、該接続孔内の上記導
電膜上にのみ選択CVD法により上記導電膜と同じ導電
材料による第2の導電膜を形成する第4の工程と、上記
絶縁層上に上記導電膜と異なる導電材料から成る上層配
線層を上記第2の導電膜と接触するように形成する第5
の工程とを有するため、導電膜に空洞が発生しても、第
2の導電膜により確実に塞ぐことができ、上層配線層パ
ターニングの際の有機アルカリ性溶液によるエッチング
残渣除去工程において導電膜(および第2の導電膜)の
溶解が確実に防止でき、導電膜を介した上下配線層の電
気的接続の信頼性が向上する。According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, a first step of forming an insulating layer covering the lower wiring layer formed on the semiconductor substrate is provided, and the lower wiring layer is formed on the insulating layer. A second step of opening a connection hole that reaches
A third step of filling the connection hole to form a conductive film on the entire surface of the insulating layer, removing the conductive film on the insulating layer and leaving the conductive film only in the connection hole, A fourth step of forming a second conductive film of the same conductive material as the conductive film only on the conductive film by a selective CVD method, and forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer; A fifth conductive film formed to be in contact with the second conductive film;
Therefore, even if cavities are generated in the conductive film, the conductive film can be reliably closed by the second conductive film. Dissolution of the (second conductive film) can be reliably prevented, and the reliability of electrical connection between the upper and lower wiring layers via the conductive film is improved.
【0043】またこの発明に係る請求項10記載の半導
体装置の製造方法は、請求項5、7または8のいずれか
において、導電膜がタングステンで構成され、該導電膜
形成時に用いるシリコンを含むガスがSiH4であるた
め、導電膜を介した上下配線層の電気的接続の信頼性が
確実に向上する。According to a tenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the fifth, seventh and eighth aspects, the conductive film is made of tungsten, and the gas containing silicon used for forming the conductive film is used. Is SiH 4 , reliability of electrical connection between the upper and lower wiring layers via the conductive film is reliably improved.
【図1】 この発明の実施の形態1による多層配線構造
を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a multilayer wiring structure according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 この発明の実施の形態1による多層配線構造
の形成方法を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a method for forming a multilayer wiring structure according to the first embodiment of the present invention;
【図3】 この発明の実施の形態3による多層配線構造
を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a multilayer wiring structure according to a third embodiment of the present invention;
【図4】 この発明の実施の形態4による多層配線構造
を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a multilayer wiring structure according to a fourth embodiment of the present invention;
【図5】 この発明の実施の形態4による多層配線構造
の形成方法を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a method for forming a multilayer wiring structure according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】 この発明の実施の形態5による多層配線構造
を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a multilayer wiring structure according to a fifth embodiment of the present invention.
【図7】 この発明の実施の形態5による多層配線構造
の形成方法を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a method for forming a multilayer wiring structure according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】 従来の多層配線構造を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional multilayer wiring structure.
【図9】 従来の多層配線構造におけるプラグ形成工程
を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a plug forming step in a conventional multilayer wiring structure.
【図10】 従来の多層配線構造における上層配線層形
成工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing an upper wiring layer forming step in a conventional multilayer wiring structure.
1 半導体基板、3 下層配線層、4 絶縁層としての
層間絶縁膜、5 接続孔、9 上層配線層、12 導電
膜としてのタングステン膜、12a シリコンを含有す
る層としてのシリコンリッチ層、14 導電膜としての
シリコン含有タングステン膜、15 導電膜としてのタ
ングステン膜、15b シリコンを含有する層としての
シリコンリッチ層、16 第2の導電膜としての第2の
タングステン膜。Reference Signs List 1 semiconductor substrate, 3 lower wiring layer, 4 interlayer insulating film as insulating layer, 5 connection hole, 9 upper wiring layer, 12 tungsten film as conductive film, 12a silicon-rich layer as silicon-containing layer, 14 conductive film A silicon-containing tungsten film as a conductive film, a tungsten film as a conductive film, a silicon-rich layer as a silicon-containing layer, and a second tungsten film as a second conductive film.
Claims (10)
れ、該絶縁層に設けられた接続孔内に充填された導電膜
により互いに接続された上下配線層を有する半導体装置
において、上記導電膜の表層部がシリコンを含有する層
であることを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device having upper and lower wiring layers stacked on a semiconductor substrate via an insulating layer and connected to each other by a conductive film filled in a connection hole provided in the insulating layer. A semiconductor device, wherein a surface layer of a film is a layer containing silicon.
れ、該絶縁層に設けられた接続孔内に充填された導電膜
により互いに接続された上下配線層を有する半導体装置
において、上記導電膜がシリコンを含有することを特徴
とする半導体装置。2. A semiconductor device having upper and lower wiring layers stacked on a semiconductor substrate via an insulating layer and connected to each other by a conductive film filled in a connection hole provided in the insulating layer. A semiconductor device, wherein the film contains silicon.
を所定の厚み間隔で含んだ多層構造であることを特徴と
する請求項2記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the conductive film has a multilayer structure including a layer containing silicon in the film at a predetermined thickness interval.
を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装
置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive film is made of tungsten.
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜を形
成し、上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔
内にのみ残存させる第3の工程と、シリコンを含むガス
を用いたCVD法により、上記導電膜の表層部にシリコ
ンを含有した層を形成する第4の工程と、上記絶縁層上
に上記導電膜と異なる導電材料から成る上層配線層を該
導電膜と接触するように形成する第5の工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。5. A first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate, and a second step of opening a connection hole reaching the lower wiring layer in the insulating layer.
A third step of filling the connection hole to form a conductive film on the entire surface of the insulating layer, removing the conductive film on the insulating layer and leaving the conductive film only in the connection hole; A fourth step of forming a layer containing silicon on the surface layer of the conductive film by the used CVD method, and contacting an upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer with the conductive film. And a fifth step of forming the semiconductor device.
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜を形
成し、上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔
内にのみ残存させる第3の工程と、上記導電膜の表層部
にイオン注入法によりシリコンイオンを導入してシリコ
ンを含有した層を形成する第4の工程と、上記絶縁層上
に上記導電膜と異なる導電材料から成る上層配線層を該
導電膜と接触するように形成する第5の工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。6. A first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate, and a second step of opening a connection hole reaching the lower wiring layer in the insulating layer.
A third step of filling the connection hole to form a conductive film on the entire surface of the insulating layer, removing the conductive film on the insulating layer and leaving the conductive film only in the connection hole; A fourth step of forming a layer containing silicon by introducing silicon ions into the portion by ion implantation, and contacting the upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer with the conductive film. And a fifth step of forming the semiconductor device as described above.
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜を、
シリコンを含むガスを添加して用いたCVD法によりシ
リコンを含有させた状態で形成する第3の工程と、上記
絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔内にのみ残
存させる第4の工程と、上記絶縁層上に上記導電膜と異
なる導電材料から成る上層配線層を該導電膜と接触する
ように形成する第5の工程とを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。7. A first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate, and a second step of opening a connection hole reaching the lower wiring layer in the insulating layer.
By filling the connection holes, a conductive film is formed on the entire surface of the insulating layer,
A third step in which silicon is contained by a CVD method using a gas containing silicon, and a fourth step in which the conductive film on the insulating layer is removed and left only in the connection hole. And a fifth step of forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer so as to be in contact with the conductive film.
シリコンを含むガスの添加量を0から所定の流量の間
で、所定の時間間隔で変化させ、上記導電膜を膜中にシ
リコンを含有する層を所定の厚み間隔で含んだ多層構造
に形成することを特徴とする請求項7記載の半導体装置
の製造方法。8. A method for forming a conductive film in a third step, comprising:
The addition amount of the gas containing silicon is changed at a predetermined time interval between 0 and a predetermined flow rate, and the conductive film is formed into a multilayer structure including silicon-containing layers in the film at a predetermined thickness interval. 8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein:
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面に導電膜を形
成し、上記絶縁層上の上記導電膜を除去して上記接続孔
内にのみ残存させる第3の工程と、該接続孔内の上記導
電膜上にのみ選択CVD法により上記導電膜と同じ導電
材料による第2の導電膜を形成する第4の工程と、上記
絶縁層上に上記導電膜と異なる導電材料から成る上層配
線層を上記第2の導電膜と接触するように形成する第5
の工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。9. A first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate, and a second step of opening a connection hole reaching the lower wiring layer in the insulating layer.
A third step of filling the connection hole to form a conductive film on the entire surface of the insulating layer, removing the conductive film on the insulating layer and leaving the conductive film only in the connection hole, A fourth step of forming a second conductive film of the same conductive material as the conductive film only on the conductive film by a selective CVD method, and forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the conductive film on the insulating layer; A fifth conductive film formed to be in contact with the second conductive film;
And a method of manufacturing a semiconductor device.
導電膜形成時に用いるシリコンを含むガスがSiH4で
あることを特徴とする請求項5、7または8のいずれか
に記載の半導体装置の製造方法。10. The semiconductor device according to claim 5, wherein the conductive film is made of tungsten, and the gas containing silicon used for forming the conductive film is SiH 4. Method.
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