JPH09213801A - Method of manufacturing semiconductor device having step of forming connection hole - Google Patents
Method of manufacturing semiconductor device having step of forming connection holeInfo
- Publication number
- JPH09213801A JPH09213801A JP8034296A JP3429696A JPH09213801A JP H09213801 A JPH09213801 A JP H09213801A JP 8034296 A JP8034296 A JP 8034296A JP 3429696 A JP3429696 A JP 3429696A JP H09213801 A JPH09213801 A JP H09213801A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- connection hole
- etching
- conductor wiring
- conductor
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板と導体配線、もしくは導体配線間の接続
孔形成に関して、ボーダーレスコンタクトである場合を
含め、コンタクト抵抗を低減でき、高集積で、微細な半
導体装置が得られる製造方法を提供する。
【解決手段】 接続孔6の底部の半導体基板露出部を
エッチング条件を変更することにより荒れさせる(2
0)表面処理を行う工程を備える。下部絶縁膜上に、
下部導体配線を、該下部導体配線の少なくとも上表面が
化学量論組成からずれた化学組成を有するメタル材とす
る構成で形成する。埋め込み導体をエッチングすると
ともに、このエッチングによりエッチング後の該導体の
表面を荒らさせる。
(57) Abstract: Regarding formation of a connection hole between a substrate and a conductor wiring, or a connection hole between the conductor wiring, a contact resistance can be reduced including a case of a borderless contact, and a highly integrated and fine semiconductor device can be obtained. A manufacturing method is provided. SOLUTION: A semiconductor substrate exposed portion at the bottom of a connection hole 6 is roughened by changing etching conditions (2
0) A step of performing a surface treatment is provided. On the lower insulating film,
The lower conductor wiring is formed by a structure in which at least the upper surface of the lower conductor wiring is a metal material having a chemical composition deviated from the stoichiometric composition. The embedded conductor is etched, and this etching roughens the surface of the conductor after etching.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、接続孔の形成工程
を有する半導体装置の製造方法に関する。本発明は、接
続孔を形成する工程を有する各種半導体装置製造の分野
で利用することができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a connection hole. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the field of manufacturing various semiconductor devices having a step of forming connection holes.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置はその微細化が進んでいる。
半導体装置の微細化、集積化に伴い、半導体装置におけ
る各部分のコンタクト抵抗上昇が問題となってくる。例
えば代表的には、基板と導体配線との接続孔(半導体基
板の拡散領域と上部配線との接続孔等)におけるコンタ
クト抵抗上昇、もしくは導体配線相互間の接続孔(半導
体基板上の下部導体配線と、更にその上の上部導体配線
との接続孔等)におけるコンタクト抵抗上昇の問題が、
重要になってきている。2. Description of the Related Art Semiconductor devices are being miniaturized.
With the miniaturization and integration of semiconductor devices, an increase in contact resistance of each part of the semiconductor device becomes a problem. For example, typically, the contact resistance increases in the connection hole between the substrate and the conductor wiring (the connection hole between the diffusion region of the semiconductor substrate and the upper wiring, etc.), or the connection hole between the conductor wirings (the lower conductor wiring on the semiconductor substrate). And the problem of increased contact resistance in the connection hole with the upper conductor wiring, etc.
Getting important.
【0003】従来技術の問題点を、図面を参照して説明
すると、次のとおりである。図9(a),(b)、及び
図10(a),(b)に示すのは、第1の従来技術であ
る。この従来技術は、半導体基板上に設けられた絶縁膜
にエッチングにより接続孔を形成して、この接続孔に導
体を埋め込むことにより、半導体基板の拡散領域と上部
配線との接続をとる場合の従来の代表的な手法である。The problems of the prior art will be described below with reference to the drawings. FIGS. 9A and 9B and FIGS. 10A and 10B show the first conventional technique. In this conventional technique, a connection hole is formed in an insulating film provided on a semiconductor substrate by etching, and a conductor is embedded in the connection hole to connect the diffusion region of the semiconductor substrate to the upper wiring. Is a typical method of.
【0004】この従来技術にあっては、まず半導体基板
1(ここではN型シリコン半導体基板)に、素子分離領
域2(ここでは、いわゆるLOCOS)を形成し、拡散
領域3を形成する。二酸化シリコン等の層間絶縁膜4
を、常圧CVD成膜等の手段により形成し熱処理して、
その上にフォトリソグラフィ技術によりレジストパター
ン5を形成する(図9(a))。In this conventional technique, first, an element isolation region 2 (here, so-called LOCOS) is formed in a semiconductor substrate 1 (here, an N-type silicon semiconductor substrate), and a diffusion region 3 is formed. Interlayer insulating film 4 such as silicon dioxide
Is formed by a method such as atmospheric pressure CVD film formation and heat treated,
A resist pattern 5 is formed thereon by a photolithography technique (FIG. 9A).
【0005】上記工程における拡散領域3の形成、二酸
化シリコン層間絶縁膜4の成膜、及び熱処理の条件を、
以下に示す。 拡散領域3形成 BF2 + イオン注入(注入条件:35keV,3E15
ions/cm2 ) 熱処理(熱処理条件:縦型拡散炉使用のアニール、90
0℃、N2 下、10分) 絶縁膜4形成 常圧CVD法 原料ガス:TEOS 60sccm,TMPO 15s
ccm,TEB 15sccm 温度:520℃ 成膜組成:ボロン(B)2wt%、リン(P)5wt% 成膜膜厚:1200nm 絶縁膜4の熱処理 縦型拡散炉使用のアニール、N2 下、750℃、10分The conditions of the formation of the diffusion region 3, the formation of the silicon dioxide interlayer insulating film 4, and the heat treatment in the above steps are as follows.
It is shown below. Diffusion region 3 formation BF 2 + ion implantation (implantation conditions: 35 keV, 3E15
ions / cm 2 ) Heat treatment (heat treatment condition: annealing using vertical diffusion furnace, 90
0 ° C., N 2 under 10 minutes) insulating film 4 formed atmospheric pressure CVD raw material gas: TEOS 60 sccm, TMPO 15s
ccm, TEB 15 sccm Temperature: 520 ° C. Film composition: Boron (B) 2 wt%, Phosphorus (P) 5 wt% Film thickness: 1200 nm Heat treatment of insulating film 4 Annealing using vertical diffusion furnace, N 2 under 750 ° C. 10 minutes
【0006】次に、上記形成したレジストパターン5を
マスクとして、エッチング(ここでは反応性イオンエッ
チングを行う)により接続孔6を形成する(図9
(b))。この場合の接続孔6の加工形成条件を、以下
に示す。 接続孔6加工形成 反応性イオンエッチング 温度:−30℃ 圧力:5.3Pa パワー:1200W 反応ガス:CO 100sccm,C4 F8 7scc
m,Ar 200sccm ジャストエッチングに、30%のオーバーエッチングを
加える。Next, using the resist pattern 5 thus formed as a mask, a connection hole 6 is formed by etching (here, reactive ion etching is performed) (FIG. 9).
(B)). The processing and forming conditions of the connection hole 6 in this case are shown below. Connection hole 6 processability forming reactive ion etching temperature: -30 ° C. Pressure: 5.3 Pa Power: 1200 W Reaction Gas: CO 100sccm, C 4 F 8 7scc
m, Ar 200 sccm Just etching with 30% over etching.
【0007】次いでレジスト除去を行った後、コンタク
トイオン注入、及び熱処理を行って、形成した接続孔6
の接続底部を活性化し、更に酸化膜除去の前処理を行っ
てから、密着層7として例えばメタルを、例えばマグネ
トロンスパッター法により全面成膜し、ランプアニール
を施した後、導体8例えば代表的にはタングステン膜を
熱CVD法により全面成膜する(図10(a))。上記
成膜等の条件を、以下に示す。Next, after removing the resist, contact ion implantation and heat treatment are performed to form the connection hole 6 formed.
After activating the connection bottom portion and further performing a pretreatment for removing an oxide film, a metal, for example, is formed as the adhesion layer 7 on the entire surface by, for example, a magnetron sputtering method, and after performing lamp annealing, the conductor 8 is typically formed. A tungsten film is formed on the entire surface by a thermal CVD method (FIG. 10A). The conditions for the above film formation and the like are shown below.
【0008】不純物のコンタクトイオン注入による活性
化 下記条件のイオン注入による。 BF2 + イオン注入(注入条件:20keV,3E15
ions/cm2 ) 酸化膜除去の前処理 下記薬液によるウェットエッチング(60秒) H2 O:バファードフッ酸=400:1 密着層7メタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のコリメートス
パッター Ti 30nm 圧力:0.52Pa パワー:8kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 70nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm,Ar 21sccm 温度:300℃ 密着層7ランプアニール 下記条件で、30秒アニール 温度:650℃ 圧力:1atm 雰囲気ガス:N2 100% 導体8成膜(ブランケットタングステン膜の熱CVD成
膜) 下記条件で、600nm厚に形成 圧力:10.7kPa 原料ガス: WF6 :H2 :Ar=40:400:22
50sccm 温度:450℃Activation of Impurities by Contact Ion Implantation Ion implantation under the following conditions. BF 2 + ion implantation (implantation conditions: 20 keV, 3E15
ion / cm 2 ) Pretreatment for removal of oxide film Wet etching with the following chemical solution (60 seconds) H 2 O: Buffered hydrofluoric acid = 400: 1 Adhesion layer 7 Metal sputter Collimated sputter of the following film by magnetron sputtering Ti 30 nm Pressure: 0. 52 Pa Power: 8 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 70 nm Pressure: 0.78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Adhesion layer 7 lamp annealing Annealing for 30 seconds Temperature: 650 ° C. Pressure: 1 atm Atmosphere gas: N 2 100% Conductor 8 film formation (blanket tungsten film thermal CVD film formation) 600 nm thick under the following conditions Pressure: 10.7 kPa Raw material gas: WF 6 : H 2 : Ar = 40: 400: 22
50 sccm temperature: 450 ° C
【0009】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔6内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ8aを形成する。更に上部導体配線
材料を、例えばマグネトロンスパッター法により全面成
膜し、フォトレジストパターニングと異方性エッチング
により、上部導体配線9を形成する(図10(b))。
この上部導体配線9は、バリアメタル9a、導体部9
b、及びキャップメタル9cからなる。埋め込みプラグ
8a、上部導体配線9(バリアメタル9a,導体部9
b,キャップメタル9c)の形成のそれぞれのプロセス
条件例を以下に示す。Next, the entire surface is anisotropically etched to leave the tungsten only in the contact hole 6 to achieve the burying, thereby forming the burying plug 8a. Further, an upper conductor wiring material is formed on the entire surface by, for example, a magnetron sputtering method, and the upper conductor wiring 9 is formed by photoresist patterning and anisotropic etching (FIG. 10B).
The upper conductor wiring 9 includes a barrier metal 9a and a conductor portion 9
b and cap metal 9c. Buried plug 8a, upper conductor wiring 9 (barrier metal 9a, conductor portion 9
Examples of process conditions for forming the b and cap metal 9c) are shown below.
【0010】埋め込みプラグ形成 第1ステップ(Wエッチング) 圧力:45.5Pa パワー:275W 反応ガス: SF6 :Ar:He=110:90:5s
ccm 第2ステップ(TiNエッチング) 圧力:6.5Pa パワー:250W 反応ガス:Ar:Cl2 =75:5sccmsccm 第3ステップ(Wオーバーエッチング) 圧力:32.5Pa パワー:70W 反応ガス: SF6 :Ar:He=20:10:10s
ccm 上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ti 20nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 20nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 導体材料形成 Al系合金としてAl−0.5wt%Cuを、500n
m厚で下記条件で形成 圧力:0.52Pa パワー:15kW ガス:Ar 65sccm 温度:300℃ キャップメタル形成 Ti 10nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 100nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 導体材料形成 Al系合金としてAl−0.5wtCu%を、500n
m厚で下記条件で形成 圧力:0.52Pa パワー:15kW ガス:Ar 65sccm 温度:300℃ キャップメタル形成 Ti 10nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 100nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のRIEを行った。 反応ガス: BCl3 /Cl2 =100/150scc
m 圧力:1Pa マイクロ波: 400mA RFパワー:110W ジャストエッチングに、40%のオーバーエッチングを
加える。First step of forming buried plug (W etching) Pressure: 45.5 Pa Power: 275 W Reaction gas: SF 6 : Ar: He = 110: 90: 5 s
ccm Second step (TiN etching) Pressure: 6.5 Pa Power: 250 W Reactive gas: Ar: Cl 2 = 75: 5 sccm sccm Third step (W overetching) Pressure: 32.5 Pa Power: 70 W Reaction gas: SF 6 : Ar : He = 20: 10: 10s
ccm upper conductor wiring material formation barrier metal formation Ti 20nm pressure: 0.52Pa power: 2kW gas: Ar 35sccm temperature: 300 ° C TiN 20nm pressure: 0.78Pa power: 6kW gas: N 2 42sccm, Ar 21sccm temperature: 300 ° C conductor Material formation Al-0.5 wt% Cu as Al-based alloy, 500n
m thickness and formed under the following conditions Pressure: 0.52 Pa Power: 15 kW Gas: Ar 65 sccm Temperature: 300 ° C. Cap metal formation Ti 10 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 100 nm Pressure: 0. 78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Conductor material formation Al-0.5 wt Cu% as Al-based alloy, 500 n
m thickness and formed under the following conditions Pressure: 0.52 Pa Power: 15 kW Gas: Ar 65 sccm Temperature: 300 ° C. Cap metal formation Ti 10 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 100 nm Pressure: 0. 78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Processing formation of upper conductor wiring RIE was performed under the following conditions. Reaction gas: BCl 3 / Cl 2 = 100 / 150scc
m Pressure: 1 Pa Microwave: 400 mA RF power: 110 W Just etching is applied with 40% overetching.
【0011】上記従来工程により形成した接続孔の、P
+ Si基板でのコンタクト抵抗(拡散領域とのコンタク
トを取る場合のコンタクト抵抗)は、直径0.4μmの
接続孔で、20Ωのオーミック抵抗を示し、直径0.2
μmの接続孔で、220Ωの非オーミック特性を示し
た。接触面積と、プラグ比抵抗から算出される理論上昇
値は、直径0.2μmになると、6倍程度の130Ωと
なる。しかし、実際には理論上昇値以上のコンタクト抵
抗にシフトしている。接触面積縮小、アスペクト比増大
による二次的なコンタクト抵抗上昇要因が発生している
と考えられる。コンタクト抵抗が上昇し、非オーミック
特性になると、トランジスタの動作遅延や性能バラツ
キ、分留り低下等の特性劣化が懸念される。また、導体
配線間の接続孔においても、程度の差はあっても、接触
面積縮小によるコンタクト抵抗増加は避けられなくな
る。P of the connection hole formed by the above conventional process
+ The contact resistance on the Si substrate (contact resistance when making contact with the diffusion region) is a connection hole having a diameter of 0.4 μm and exhibits an ohmic resistance of 20Ω and a diameter of 0.2.
A 220 μΩ non-ohmic characteristic was exhibited with a connection hole of μm. The theoretical increase value calculated from the contact area and the plug resistivity becomes about 6 times 130 Ω when the diameter becomes 0.2 μm. However, in reality, the contact resistance has shifted to a value higher than the theoretical increase value. It is considered that secondary factors of increase in contact resistance are occurring due to reduction of contact area and increase of aspect ratio. If the contact resistance increases and the non-ohmic characteristic is obtained, there is a concern that the characteristics of the transistor may be deteriorated such as operation delay, performance variation, and reduced yield. Further, even in the connection holes between the conductor wirings, the contact resistance is inevitably increased due to the reduction of the contact area, although there is a difference in degree.
【0012】一方、回路面積縮小のために、導体配線と
導体プラグとがオーバーラップしない、いわゆるボーダ
ーレス(オーバーラップレス)コンタクトが注目されて
いる(これについては、H.W.Chung,et.a
l.,“EVALUATIOIN OF BORDER
LESS VIAS FOR SUB−HALF MI
CRON TECHNOLOGIES”,June27
−29,1995 VMIC Conference,
1995 ISMIC,pp667〜669参照)。On the other hand, in order to reduce the circuit area, a so-called borderless (overlapless) contact in which the conductor wiring and the conductor plug do not overlap has attracted attention (for this, see HW Chung, et. a
l. , "EVALUATIOIN OF BORDER
LESS VIAS FOR SUB-HALF MI
CRON TECHNOLOGIES ”, June 27
-29, 1995 VMIC Conference,
1995 ISMIC, pp 667-669).
【0013】通常の導体配線は、接続孔の上部では、最
小デザインルールで形成されることはなく、接続孔のオ
ーバーラップや、接続孔への導体配線の合わせずれを考
慮した緩いデザインルールで形成されている。従って、
微細化が進むと、集積度はこのオーバーラップ部分によ
って規定されてしまうため、ボーダーレスの接続孔と導
体配線を実現することが、高集積化への一つの突破口と
なる。The normal conductor wiring is not formed on the upper part of the connection hole by the minimum design rule, but is formed by a loose design rule in consideration of the overlap of the connection hole and the misalignment of the conductor wiring to the connection hole. Has been done. Therefore,
As miniaturization progresses, the degree of integration will be defined by this overlap portion, so realizing borderless connection holes and conductor wiring is one breakthrough for higher integration.
【0014】以下に、従来のボーダーレス(オーバーラ
ップレス)コンタクト技術の問題点を、従来技術(I
I)として、図11(a),(b)、及び図12
(a),(b)、及び図13を参照して説明する。The problems of the conventional borderless (overlapless) contact technique will be described below.
11), (a), (b), and FIG.
A description will be given with reference to (a), (b), and FIG.
【0015】この従来技術にあっては、基板1上の絶縁
膜10上に、下部導体配線11を、マグネトロンスパッ
ター法、フォトレジストパターニング、異方性エッチン
グなどの手段を用いて、形成する(図11(a))。下
部導体配線11は、バリアメタル11a、導体部11
b、及びキャップメタル11cからなる。この導線構造
の形成・成膜条件、配線加工条件を、以下に示す。In this conventional technique, the lower conductor wiring 11 is formed on the insulating film 10 on the substrate 1 by means of magnetron sputtering, photoresist patterning, anisotropic etching or the like (see FIG. 11 (a)). The lower conductor wiring 11 includes a barrier metal 11a and a conductor portion 11
b and a cap metal 11c. The conditions for forming / depositing the conductor structure and the wiring processing conditions are shown below.
【0016】下部導体配線11形成 バリアメタル形成 Ti 20nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 20nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 導体材料形成 Al系合金としてAl−0.5wt%Cuを、500n
m厚で下記条件で形成 圧力:0.52Pa パワー:15kW ガス:Ar 65sccm 温度:300℃ キャップメタル形成 Ti 10nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 100nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 下部導体配線の加工形成 下記条件のRIEを行った。 反応ガス: BCl3 /Cl2 =100/150scc
m 圧力:1Pa マイクロ波: 400mA RFパワー:110W ジャストエッチングに、40%のオーバーエッチングを
加える。Lower conductor wiring 11 formation Barrier metal formation Ti 20nm Pressure: 0.52Pa Power: 2kW Gas: Ar 35sccm Temperature: 300 ° C TiN 20nm Pressure: 0.78Pa Power: 6kW Gas: N 2 42sccm, Ar 21sccm Temperature: 300 ℃ Conductor material formation Al-0.5wt% Cu as Al system alloy, 500n
m thickness and formed under the following conditions Pressure: 0.52 Pa Power: 15 kW Gas: Ar 65 sccm Temperature: 300 ° C. Cap metal formation Ti 10 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 100 nm Pressure: 0. 78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Lower conductor wiring processed and formed RIE was performed under the following conditions. Reaction gas: BCl 3 / Cl 2 = 100 / 150scc
m Pressure: 1 Pa Microwave: 400 mA RF power: 110 W Just etching is applied with 40% overetching.
【0017】次に、CVD絶縁膜や、塗布型シリコン樹
脂(SOGと称されているものなど)等を用いることな
どによって、層間平坦化膜12を形成し、接続孔13を
フォトリソグラフィーパターニング技術、異方性エッチ
ング技術等を用いて形成する(図11(b))。このと
き、ボーダーレスコンタクトの形成技術では、図11
(b)に符号14で示す、下部導体配線11を外れて下
部導体配線11の側面がわに落ちた加工形状が発生す
る。Next, an interlayer flattening film 12 is formed by using a CVD insulating film, a coating type silicon resin (such as SOG), or the like, and the connection hole 13 is formed by photolithography patterning technique. It is formed using an anisotropic etching technique or the like (FIG. 11B). At this time, in the borderless contact forming technique, as shown in FIG.
In FIG. 14B, a processed shape shown by reference numeral 14 in which the side surface of the lower conductor wiring 11 falls off from the lower conductor wiring 11 and falls off.
【0018】このあと、密着層15をマグネトロンスパ
ッター法により全面成膜し、次いで、埋め込み導体16
としてタングステン膜を熱CVDにより全面成膜する
(図12(a))。それぞれの成膜条件を以下に示す。After that, the adhesion layer 15 is formed on the entire surface by the magnetron sputtering method, and then the embedded conductor 16 is formed.
As a film, a tungsten film is formed on the entire surface by thermal CVD (FIG. 12A). The respective film forming conditions are shown below.
【0019】酸化膜除去の前処理 酸化膜の下記条件によるスパッタエッチング(20n
m) スパッタエッチング条件 圧力:0.52Pa ガス:Ar 20sccm パワー:600W 温度:300℃ 密着層15のメタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のスパッター Ti 30nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ ブランケットタングステン膜の熱CVD成膜 下記条件で、600nm厚に形成 圧力:10.7kPa 原料ガス: WF6 :H2 :Ar=40:400:22
50sccm 温度:450℃Pretreatment for removing oxide film Sputter etching (20 n
m) Sputter etching conditions Pressure: 0.52 Pa Gas: Ar 20 sccm Power: 600 W Temperature: 300 ° C. Adhesion layer 15 metal sputter Sputtering of the following film by magnetron sputtering method Ti 30 nm Pressure: 0.78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm , Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Thermal CVD deposition of blanket tungsten film Formed to a thickness of 600 nm under the following conditions Pressure: 10.7 kPa Raw material gas: WF 6 : H 2 : Ar = 40: 400: 22
50 sccm temperature: 450 ° C
【0020】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔13内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ17を形成する(図12(b))。
埋め込みプラグ加工形成条件を以下に示す。Next, by anisotropic etching on the entire surface, burying is achieved by leaving tungsten only in the connection hole 13 to form a burying plug 17 (FIG. 12B).
The embedded plug processing forming conditions are shown below.
【0021】埋め込みプラグ加工形成 第1ステップ(Wエッチング) 圧力:45.5Pa パワー:275W 反応ガス: SF6 :Ar:He=110:90:5s
ccm 第2ステップ(TiNエッチング) 圧力:6.5Pa パワー:250W 反応ガス:Ar:Cl2 =75:5sccmsccm 第3ステップ(Wオーバーエッチング) 圧力:32.5Pa パワー:70W 反応ガス: SF6 :Ar:He=20:10:10s
ccmFirst step of embedded plug processing (W etching) Pressure: 45.5 Pa Power: 275 W Reaction gas: SF 6 : Ar: He = 110: 90: 5 s
ccm Second step (TiN etching) Pressure: 6.5 Pa Power: 250 W Reactive gas: Ar: Cl 2 = 75: 5 sccm sccm Third step (W overetching) Pressure: 32.5 Pa Power: 70 W Reaction gas: SF 6 : Ar : He = 20: 10: 10s
ccm
【0022】このあと、上部導体配線材料を、マグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニング技術、異方性エッチング技術を用いて、上部
導体配線18を形成する。この上部導体配線18は、バ
リアメタル18a、導体部18b、及びキャップメタル
18cからなる(図13)。それぞれの形成プロセス条
件の例を以下に示す。After that, an upper conductor wiring material is formed on the entire surface by a magnetron sputtering method, and an upper conductor wiring 18 is formed by using a photoresist patterning technique and an anisotropic etching technique. The upper conductor wiring 18 is composed of a barrier metal 18a, a conductor portion 18b, and a cap metal 18c (FIG. 13). An example of each forming process condition is shown below.
【0023】上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ti 20nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 20nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 導体材料形成 Al系合金としてAl−0.5wt%Cuを、500n
m厚で下記条件で形成 圧力:0.52Pa パワー:15kW ガス:Ar 65sccm 温度:300℃ キャップメタル形成 Ti 10nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 100nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のRIEを行った。 反応ガス: BCl3 /Cl2 =100/150scc
m 圧力:1Pa マイクロ波: 400mA RFパワー:110W ジャストエッチングに、40%のオーバーエッチングを
加える。Formation of upper conductor wiring material Formation of barrier metal Ti 20 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 20 nm Pressure: 0.78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ℃ Conductor material formation Al-0.5wt% Cu as Al system alloy, 500n
m thickness and formed under the following conditions Pressure: 0.52 Pa Power: 15 kW Gas: Ar 65 sccm Temperature: 300 ° C. Cap metal formation Ti 10 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 100 nm Pressure: 0. 78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Processing formation of upper conductor wiring RIE was performed under the following conditions. Reaction gas: BCl 3 / Cl 2 = 100 / 150scc
m Pressure: 1 Pa Microwave: 400 mA RF power: 110 W Just etching is applied with 40% overetching.
【0024】このとき、この従来技術に係るボーダーレ
スコンタクトでは、タングステンプラグ17について、
図13に示すようにその上面が一部露出した領域19が
発生する。この工程により試作された微細接続孔を有す
る多層配線では、導体配線間の100万個コンタクトチ
ェーン歩留まりは、0.3μm直径で、下部導体配線に
対するずれは、0.05μm以上となると、顕著な歩留
まり低下が確認された。この結果は、第1に、接続孔上
下の接触抵抗の差で説明できる。つまり、下部導体配線
に対するずれでは、配線側壁部も接触しているため、コ
ンタクト抵抗上昇は少ないが、上部導体配線に対するず
れでは、ずれた分だけ、プラグと上部導体配線間の接触
抵抗が上昇することになる。従って、回路設計縮小を図
っても、上部導体配線とのずれ許容量で規定される程度
しか、期待できないことになる。At this time, in the borderless contact according to this conventional technique, the tungsten plug 17 is
As shown in FIG. 13, a region 19 whose upper surface is partially exposed is generated. In the multi-layered wiring having fine connection holes manufactured by this process, the yield of 1 million contact chains between conductor wirings is 0.3 μm diameter, and the deviation from the lower conductor wiring is 0.05 μm or more, the yield becomes remarkable. A drop was confirmed. This result can be explained, firstly, by the difference in contact resistance above and below the connection hole. That is, since the wiring side wall portion is also in contact with the displacement with respect to the lower conductor wiring, the contact resistance does not increase so much, but with the displacement with respect to the upper conductor wiring, the contact resistance between the plug and the upper conductor wiring increases. It will be. Therefore, even if the circuit design is reduced, it can be expected only to the extent specified by the allowable deviation amount from the upper conductor wiring.
【0025】[0025]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決して、基板と導体配線、もしくは導体
配線間の接続孔形成に関して、ボーダーレスコンタクト
である場合を含め、コンタクト抵抗を低減させることが
でき、よって高集積で、微細な半導体装置を得ることが
できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and regarding the formation of a connection hole between a substrate and a conductor wiring, or a connection hole between the conductor wiring, including a contactless contact resistance, Therefore, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which can reduce the semiconductor device, and can obtain a highly integrated and fine semiconductor device.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】本発明の接続孔の形成工
程を有する半導体装置の製造方法は、第1に、半導体基
板上に設けられた絶縁膜にエッチングにより接続孔を形
成する工程と、接続孔の底部の半導体基板露出部をエッ
チング条件を変更することにより荒れさせる表面処理を
行う工程と、接続孔に導体を埋め込む工程を有するもの
である。According to a method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a connection hole of the present invention, firstly, a step of forming a connection hole by etching an insulating film provided on a semiconductor substrate, The method includes a step of performing a surface treatment for roughening the exposed portion of the semiconductor substrate at the bottom of the connection hole by changing the etching conditions, and a step of embedding a conductor in the connection hole.
【0027】本発明の接続孔の形成工程を有する半導体
装置の製造方法は、第2に、半導体基板上に設けられた
下部絶縁膜上に、下部導体配線を、該下部導体配線の少
なくとも上表面が化学量論組成からずれた化学組成を有
するメタル材とする構成で形成する工程と、該下部導体
配線上に上部絶縁膜を形成する工程と、該上部絶縁膜に
前記下部導体配線と接続をとる接続孔を反応性イオンエ
ッチングにより形成する工程と、接続孔に導体を埋め込
む工程を有するものである。Secondly, in the method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a connection hole of the present invention, secondly, a lower conductor wiring is provided on a lower insulating film provided on a semiconductor substrate, and at least an upper surface of the lower conductor wiring. Forming a metal material having a chemical composition deviated from the stoichiometric composition, forming an upper insulating film on the lower conductor wiring, and connecting the lower conductor wiring to the upper insulating film. The method includes a step of forming the connection hole to be formed by reactive ion etching and a step of embedding a conductor in the connection hole.
【0028】本発明の接続孔の形成工程を有する半導体
装置の製造方法は、第3に、半導体基板上に設けられた
絶縁膜に接続孔を形成する工程と、該接続孔に導体を埋
め込む工程と、該導体をエッチングするとともに、この
エッチングによりエッチング後の該導体の表面を荒らさ
せる工程を有するものである。Thirdly, in the method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a connection hole of the present invention, thirdly, a step of forming a connection hole in an insulating film provided on a semiconductor substrate and a step of embedding a conductor in the connection hole. And a step of etching the conductor and roughening the surface of the conductor after the etching by this etching.
【0029】この場合、接続孔が、半導体基板上に設け
られた下部絶縁膜上の下部導体配線と、上部導体配線と
の接続をとるためのものであり、かつ、上部導体配線が
必ずしも接続孔に埋め込まれた導体の上面全体を覆うも
のではない構造をとることができ、いわゆるボーダーレ
スコンタクト構造に適用することができる。In this case, the connection hole is for connecting the lower conductor wiring on the lower insulating film provided on the semiconductor substrate to the upper conductor wiring, and the upper conductor wiring is not always the connection hole. It is possible to adopt a structure that does not cover the entire upper surface of the conductor embedded in, and can be applied to a so-called borderless contact structure.
【0030】第1の発明によれば、接続孔の底部の半導
体基板露出部をエッチング条件を変更することにより荒
れさせる表面処理を行うので、この接続孔に導体を埋め
込むことで、この荒れた表面において十分な接触面積を
確保することができる。したがって、コンタクト抵抗を
低減した接続を達成でき、信頼性の高い接続構造をもっ
た信頼性の高い半導体装置を製造することができる。According to the first aspect of the present invention, the surface treatment for making the exposed portion of the semiconductor substrate at the bottom of the connection hole rough by changing the etching conditions is performed. Therefore, by embedding a conductor in the connection hole, the rough surface is formed. It is possible to secure a sufficient contact area. Therefore, a connection with reduced contact resistance can be achieved, and a highly reliable semiconductor device having a highly reliable connection structure can be manufactured.
【0031】第2の発明によれば、下部導体配線を、該
下部導体配線の少なくとも上表面が化学量論組成からず
れた化学組成を有するメタル材とする構成で形成するの
で、この上に接続孔をエッチング等で形成する際、接続
孔底部に該当するこの上表面は、接続孔形成のエッチン
グ等により表面荒れが生じる。よって形成された接続孔
に導体を埋め込むことで、この荒れた表面において十分
な接触面積を確保することができる。したがって、コン
タクト抵抗を低減した接続を達成でき、信頼性の高い接
続構造をもった信頼性の高い半導体装置を製造すること
ができる。According to the second invention, since the lower conductor wiring is formed of a metal material having a chemical composition deviating from the stoichiometric composition at least on the upper surface of the lower conductor wiring, the lower conductor wiring is formed on the lower conductor wiring. When the holes are formed by etching or the like, the upper surface corresponding to the bottom of the connection holes is roughened by the etching or the like for forming the connection holes. Therefore, by embedding the conductor in the formed connection hole, a sufficient contact area can be secured on this rough surface. Therefore, a connection with reduced contact resistance can be achieved, and a highly reliable semiconductor device having a highly reliable connection structure can be manufactured.
【0032】第3の発明によれば、該接続孔に導体を埋
め込んだのち、該導体をエッチングし、このエッチング
によりエッチング後の該導体の表面を荒らさせので、こ
の接続孔上面に上層配線を形成すると、上層配線との接
続部は、この荒れた表面において十分な接触面積を確保
することができることになる。したがって、コンタクト
抵抗を低減した接続を達成でき、信頼性の高い接続構造
をもった信頼性の高い半導体装置を製造することができ
る。この発明は、ボーダーレスコンタクト構造の形成に
有効に適用することができる。According to the third invention, after the conductor is embedded in the connection hole, the conductor is etched, and the surface of the conductor after etching is roughened by this etching. Therefore, the upper layer wiring is formed on the upper surface of the connection hole. When formed, the connection portion with the upper layer wiring can secure a sufficient contact area on this rough surface. Therefore, a connection with reduced contact resistance can be achieved, and a highly reliable semiconductor device having a highly reliable connection structure can be manufactured. The present invention can be effectively applied to the formation of a borderless contact structure.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照して説明する。但し当然のこと
ではあるが、本発明は以下に具体的に説明する実施の形
態により、限定をうけるものではない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, as a matter of course, the present invention is not limited to the embodiments specifically described below.
【0034】実施の形態1 本発明の第1の実施の形態を、図1及び図2を参照して
説明する。本例は、半導体基板上に設けられた絶縁膜に
エッチングにより接続孔を形成して、この接続孔に導体
を埋め込むことにより、半導体基板の拡散領域と上部配
線との接続をとる場合に、第1の発明を適用したもので
ある。First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In this example, a connection hole is formed by etching in an insulating film provided on a semiconductor substrate, and a conductor is embedded in the connection hole to connect the diffusion region of the semiconductor substrate to the upper wiring. The invention of No. 1 is applied.
【0035】本例では、半導体基板1(ここではN型シ
リコン半導体基板)に、素子分離領域2(いわゆるLO
COS)を形成し、拡散領域3を形成する。二酸化シリ
コン等の層間絶縁膜4を、常圧CVD成膜等の手段によ
り形成し熱処理して、その上にフォトリソグラフィ技術
によりレジストパターン5を形成する(図1(a))。In this example, an element isolation region 2 (so-called LO) is formed on a semiconductor substrate 1 (here, an N-type silicon semiconductor substrate).
COS), and the diffusion region 3 is formed. An interlayer insulating film 4 made of silicon dioxide or the like is formed by means of atmospheric pressure CVD film forming or the like and heat-treated, and a resist pattern 5 is formed thereon by a photolithography technique (FIG. 1A).
【0036】上記工程における拡散領域3の形成、二酸
化シリコン層間絶縁膜4の成膜、及び熱処理の条件を、
以下に示す。 拡散領域3形成 BF2 + イオン注入(注入条件:35keV,3E15
ions/cm2 ) 熱処理(熱処理条件:縦型拡散炉使用のアニール、90
0℃、N2 下、10分) 絶縁膜4形成 常圧CVD法 原料ガス:TEOS 60sccm,TMPO 15s
ccm,TEB 15sccm 温度:520℃ 成膜組成:ボロン(B)2wt%、リン(P)5wt% 成膜膜厚:1200nm 絶縁膜4の熱処理 縦型拡散炉使用のアニール、N2 下、750℃、10分The conditions of the formation of the diffusion region 3, the formation of the silicon dioxide interlayer insulating film 4, and the heat treatment in the above steps are as follows.
It is shown below. Diffusion region 3 formation BF 2 + ion implantation (implantation conditions: 35 keV, 3E15
ions / cm 2 ) Heat treatment (heat treatment condition: annealing using vertical diffusion furnace, 90
0 ° C., N 2 under 10 minutes) insulating film 4 formed atmospheric pressure CVD raw material gas: TEOS 60 sccm, TMPO 15s
ccm, TEB 15 sccm Temperature: 520 ° C. Film composition: Boron (B) 2 wt%, Phosphorus (P) 5 wt% Film thickness: 1200 nm Heat treatment of insulating film 4 Annealing using vertical diffusion furnace, N 2 under 750 ° C. 10 minutes
【0037】次に、上記形成したレジストパターン5を
マスクとして、エッチング(ここでは反応性イオンエッ
チングを行う)により接続孔6を形成する(図1
(b))。本例では、接続孔6の加工形成を下記条件で
行うとともに、オーバーエッングを下記の条件で行うこ
とにより、接続孔6の底部(コンタクト部)の表面を荒
らす処理を行う。接続孔6の底部表面を荒れを、図1
(b)中、模式的に、符号20で示す。 接続孔6加工形成 反応性イオンエッチング 温度:−30℃ 圧力:5.3Pa パワー:1200W 反応ガス:CO 100sccm,C4 F8 7scc
m,Ar 200sccm 基板オーバーエッチング 反応性イオンエッチング 温度:−30℃ 圧力:5.3Pa パワー:1200W 反応ガス:CO 100sccm,C4 F8 7scc
m,Ar 200sccm,Cl2 10sccm 酸化膜400nmエッチング相当時間処理Next, using the resist pattern 5 formed above as a mask, a connection hole 6 is formed by etching (here, reactive ion etching is performed) (FIG. 1).
(B)). In this example, the processing and forming of the connection hole 6 are performed under the following conditions, and the over-etching is performed under the following conditions, so that the surface of the bottom portion (contact portion) of the connection hole 6 is roughened. The bottom surface of the connection hole 6 is roughened as shown in FIG.
Reference numeral 20 is schematically shown in (b). Connection hole 6 processability forming reactive ion etching temperature: -30 ° C. Pressure: 5.3 Pa Power: 1200 W Reaction Gas: CO 100sccm, C 4 F 8 7scc
m, Ar 200sccm Substrate over-etching Reactive ion etching Temperature: -30 ° C Pressure: 5.3Pa Power: 1200W Reaction gas: CO 100sccm, C 4 F 8 7scc
m, Ar 200 sccm, Cl 2 10 sccm Oxide film 400 nm Etching time treatment
【0038】このオーバーエッチングは、塩素ガスを添
加することによりガスの組成条件を変更して、連続して
行うことができる。This over-etching can be continuously carried out by changing the composition condition of the gas by adding chlorine gas.
【0039】次いでレジスト除去を行った後、コンタク
トイオン注入、及び熱処理を行って形成した接続孔6の
接続底部を活性化し、更に酸化膜除去の前処理を行って
から、密着層7として例えばメタルを、例えばマグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、ランプアニールを
施した後、導体8例えば代表的にはタングステン膜を熱
CVD法により全面成膜する(図2(a))。上記成膜
等の条件を、以下に示す。After removing the resist, the contact bottom portion of the contact hole 6 formed by contact ion implantation and heat treatment is activated, and further pretreatment for removing the oxide film is performed, and then, as the adhesion layer 7, for example, a metal is formed. Is formed on the entire surface by, for example, a magnetron sputtering method, lamp annealing is performed, and then a conductor 8, for example, a tungsten film is formed on the entire surface by a thermal CVD method (FIG. 2A). The conditions for the above film formation and the like are shown below.
【0040】不純物のコンタクトイオン注入による活性
化 下記条件のイオン注入による。 BF2 + イオン注入(注入条件:20keV,3E15
ions/cm2 ) 酸化膜除去の前処理 下記薬液によるウェットエッチング(60秒) H2 O:バファードフッ酸=400:1 密着層7メタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のコリメートス
パッター Ti 30nm 圧力:0.52Pa パワー:8kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 70nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm,Ar 21sccm 温度:300℃ 密着層7ランプアニール 下記条件で、30秒アニール 温度:650℃ 圧力:1atm 雰囲気ガス:N2 100% 導体8成膜(ブランケットタングステン膜の熱CVD成
膜) 下記条件で、600nm厚に形成 圧力:10.7kPa 原料ガス: WF6 :H2 :Ar=40:400:22
50sccm 温度:450℃Activation of Impurities by Contact Ion Implantation Ion implantation under the following conditions. BF 2 + ion implantation (implantation conditions: 20 keV, 3E15
ion / cm 2 ) Pretreatment for removal of oxide film Wet etching with the following chemical solution (60 seconds) H 2 O: Buffered hydrofluoric acid = 400: 1 Adhesion layer 7 Metal sputter Collimated sputter of the following film by magnetron sputtering Ti 30 nm Pressure: 0. 52 Pa Power: 8 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 70 nm Pressure: 0.78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Adhesion layer 7 lamp annealing Annealing for 30 seconds Temperature: 650 ° C. Pressure: 1 atm Atmosphere gas: N 2 100% Conductor 8 film formation (blanket tungsten film thermal CVD film formation) 600 nm thick under the following conditions Pressure: 10.7 kPa Raw material gas: WF 6 : H 2 : Ar = 40: 400: 22
50 sccm temperature: 450 ° C
【0041】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔6内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ8aを形成する。更に上部導体配線
材料を、例えばマグネトロンスパッター法により全面成
膜し、フォトレジストパターニングと異方性エッチング
により、上部導体配線9を形成する(図2(b))。こ
の上部導体配線9は、バリアメタル9a、導体部9b、
及びキャップメタル9cからなる。埋め込みプラグ8
a、上部導体配線9(バリアメタル9a,導体部9b,
キャップメタル9c)の形成のそれぞれのプロセス条件
例を以下に示す。Next, the entire surface is anisotropically etched to leave the tungsten only in the contact hole 6 to achieve the burying, thereby forming the burying plug 8a. Further, an upper conductor wiring material is formed on the entire surface by, for example, a magnetron sputtering method, and the upper conductor wiring 9 is formed by photoresist patterning and anisotropic etching (FIG. 2B). The upper conductor wiring 9 includes a barrier metal 9a, a conductor portion 9b,
And a cap metal 9c. Embedded plug 8
a, upper conductor wiring 9 (barrier metal 9a, conductor portion 9b,
Examples of respective process conditions for forming the cap metal 9c) are shown below.
【0042】埋め込みプラグ形成 第1ステップ(Wエッチング) 圧力:45.5Pa パワー:275W 反応ガス: SF6 :Ar:He=110:90:5s
ccm 第2ステップ(TiNエッチング) 圧力:6.5Pa パワー:250W 反応ガス:Ar:Cl2 =75:5sccm 第3ステップ(Wオーバーエッチング) 圧力:32.5Pa パワー:70W 反応ガス: SF6 :Ar:He=20:10:10s
ccm 上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ti 20nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 20nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 導体材料形成 Al系合金としてAl−0.5wt%Cuを、500n
m厚で下記条件で形成 圧力:0.52Pa パワー:15kW ガス:Ar 65sccm 温度:300℃ キャップメタル形成 Ti 10nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 100nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のRIEを行った。 反応ガス: BCl3 /Cl2 =100/150scc
m 圧力:1Pa マイクロ波: 400mA RFパワー: 110W ジャストエッチングに、40%のオーバーエッチングを
加える。First step of forming buried plug (W etching) Pressure: 45.5 Pa Power: 275 W Reaction gas: SF 6 : Ar: He = 110: 90: 5 s
ccm Second step (TiN etching) Pressure: 6.5 Pa Power: 250 W Reactive gas: Ar: Cl 2 = 75: 5 sccm Third step (W over etching) Pressure: 32.5 Pa Power: 70 W Reactive gas: SF 6 : Ar : He = 20: 10: 10s
ccm upper conductor wiring material formation barrier metal formation Ti 20nm pressure: 0.52Pa power: 2kW gas: Ar 35sccm temperature: 300 ° C TiN 20nm pressure: 0.78Pa power: 6kW gas: N 2 42sccm, Ar 21sccm temperature: 300 ° C conductor Material formation Al-0.5 wt% Cu as Al-based alloy, 500n
m thickness and formed under the following conditions Pressure: 0.52 Pa Power: 15 kW Gas: Ar 65 sccm Temperature: 300 ° C. Cap metal formation Ti 10 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 100 nm Pressure: 0. 78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Processing formation of upper conductor wiring RIE was performed under the following conditions. Reaction gas: BCl 3 / Cl 2 = 100 / 150scc
m Pressure: 1 Pa Microwave: 400 mA RF power: 110 W Just etching is applied with 40% overetching.
【0043】本例の工程により形成した接続孔の、P+
Si基板でのコンタクト抵抗(拡散領域とのコンタクト
を取る場合のコンタクト抵抗)は、従来技術では直径
0.2μmの接続孔で、220Ωの非オーミック特性を
示したのに対し、これをはるかに改善することができ
て、120Ω程度のオーミック特性まで改善できた。こ
れは、上記工程で、接続孔6の加工形成において、オー
バーエッングを、接続孔6の底部(コンタクト部)の表
面を荒らす条件で(具体的にここではガス組成を変える
ことで)行ったことによるものである。この荒らし処理
により、コンタクト接触面積が約2倍程度になったため
と考えられる。In the connection hole formed by the process of this example, P +
The contact resistance in the Si substrate (contact resistance when making contact with the diffusion region) is 220 Ω in the connection hole of 0.2 μm in diameter in the prior art, but it is much better than the non-ohmic characteristic. It was possible to improve the ohmic characteristics up to about 120Ω. This is performed in the above-mentioned process by over-etching in the process of forming the connection hole 6 under the condition that the surface of the bottom portion (contact portion) of the connection hole 6 is roughened (specifically, by changing the gas composition here). This is due to the fact. It is considered that the contact contact area was approximately doubled due to this roughening treatment.
【0044】上述のように、本例では、半導体基板1上
に設けられた絶縁膜4にエッチングにより接続孔6を形
成し、接続孔6の底部の半導体基板露出部をエッチング
条件を変更することにより荒れさせる表面処理を行う工
程(図1(a)(b))と、接続孔6に導体8を埋め込
む工程(図2(a)(b))を有する構成とした結果、
コンタクト抵抗の低い、良好な接続性を有する半導体装
置を製造することができた。As described above, in this example, the connection hole 6 is formed in the insulating film 4 provided on the semiconductor substrate 1 by etching, and the etching condition of the exposed portion of the semiconductor substrate at the bottom of the connection hole 6 is changed. As a result of the configuration including a step of performing a surface treatment for roughening (FIGS. 1A and 1B) and a step of embedding the conductor 8 in the connection hole 6 (FIGS. 2A and 2B),
A semiconductor device having a low contact resistance and good connectivity could be manufactured.
【0045】実施の形態2 本発明の第2の実施の形態を、図3ないし図5を参照し
て説明する。本例は、半導体基板上に設けられた下部絶
縁膜上に、下部導体配線を形成し、該下部導体配線上に
上部絶縁膜を形成し、該上部絶縁膜に下部導体配線と更
に形成する上部導体配線との接続をとる接続孔を形成す
る場合に、第2の発明を適用したものである。Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, a lower conductor wiring is formed on a lower insulating film provided on a semiconductor substrate, an upper insulating film is formed on the lower conductor wiring, and a lower conductor wiring is further formed on the upper insulating film. The second invention is applied to the case of forming a connection hole for connecting to a conductor wiring.
【0046】本例にあっては、基板1上の絶縁膜10
に、下部導体配線11を、マグネトロンスパッター法、
フォトレジストパターニング、異方性エッチングなどの
手段を用いて、形成する(図3(a))。下部導体配線
11は、バリアメタル11a、導体部11b、及びキャ
ップメタル21からなる。ここで、本例では、下部導体
配線11のキャップメタル21を、通常はガス比がN2
/(N2 +Ar)が75%程度であるのを、60%程度
になる条件で成膜させ、これにより、チタンと窒素との
組成を、化学量論組成1:1からずれた組成としたチタ
ンナイトライド膜を形成させて得る。約30at%程度
チタンリッチな組成になっていると考えられる。具体的
な各配線加工等の条件を、以下に示す。In this example, the insulating film 10 on the substrate 1
And the lower conductor wiring 11 by the magnetron sputtering method,
It is formed by means of photoresist patterning, anisotropic etching, etc. (FIG. 3A). The lower conductor wiring 11 includes a barrier metal 11a, a conductor portion 11b, and a cap metal 21. Here, in this example, the cap metal 21 of the lower conductor wiring 11 is usually made to have a gas ratio of N 2
/ (N 2 + Ar) was about 75%, and a film was formed under the condition of about 60%, whereby the composition of titanium and nitrogen was deviated from the stoichiometric composition 1: 1. Obtained by forming a titanium nitride film. It is considered that the titanium-rich composition is about 30 at%. The specific conditions for processing each wiring are shown below.
【0047】下部導体配線11形成 バリアメタル形成 Ti 20nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 20nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 導体材料形成 Al系合金としてAl−0.5wt%Cuを、500n
m厚で下記条件で形成 圧力:0.52Pa パワー:15kW ガス:Ar 65sccm 温度:300℃ キャップメタル形成 Ti 10nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 100nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 40sccm、Ar 25sccm 温度:300℃ (このTiN形成の条件が、化学量論的に通常の1:1
のものを形成するときには、ガス組成が、N2 42s
ccm、Ar 21sccm程度であったのを、上記組
成としたのである。) 下部導体配線の加工形成 下記条件のRIEを行った。 反応ガス: BCl3 /Cl2 =100/150scc
m 圧力:1Pa マイクロ波: 400mA RFパワー:110W ジャストエッチングに、40%のオーバーエッチングを
加える。Formation of Lower Conductor Wiring 11 Formation of Barrier Metal Ti 20 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 20 nm Pressure: 0.78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ℃ Conductor material formation Al-0.5wt% Cu as Al system alloy, 500n
m thickness and formed under the following conditions Pressure: 0.52 Pa Power: 15 kW Gas: Ar 65 sccm Temperature: 300 ° C. Cap metal formation Ti 10 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 100 nm Pressure: 0. 78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 40 sccm, Ar 25 sccm Temperature: 300 ° C. (This TiN formation condition is stoichiometrically normal 1: 1
The gas composition is N 2 42 s
It was the above composition that ccm and Ar were about 21 sccm. ) Process formation of lower conductor wiring RIE was performed under the following conditions. Reaction gas: BCl 3 / Cl 2 = 100 / 150scc
m Pressure: 1 Pa Microwave: 400 mA RF power: 110 W Just etching is applied with 40% overetching.
【0048】次に、CVD絶縁膜や、塗布型シリコン樹
脂(SOGと称されているものなど)等を用いることな
どによって、層間平坦化膜12を形成し、接続孔13を
フォトリソグラフィーパターニング技術、異方性エッチ
ング技術等を用いて形成する。このとき、本例では、キ
ャップメタル(TiN)が、化学量論組成からずれてお
り、おそらくポーラスな状態となったチタンナイトライ
ド膜である。よって接続孔形成のエッチングの際、結晶
粒界部分のエッチングレートが速くなることに基づくと
推定されるが、図3(b)に符号22で示すように、キ
ャップメタル表面(つまり接続孔底部)の表面モホロジ
ーが悪くなった、荒れた面が形成される。Next, the interlayer flattening film 12 is formed by using a CVD insulating film, a coating type silicon resin (such as SOG), etc., and the connection hole 13 is formed by photolithography patterning technique. It is formed using an anisotropic etching technique or the like. At this time, in this example, the cap metal (TiN) is deviated from the stoichiometric composition and is probably a titanium nitride film in a porous state. Therefore, it is presumed that the etching rate of the crystal grain boundary portion is increased during the etching for forming the contact hole, but as shown by reference numeral 22 in FIG. 3B, the cap metal surface (that is, the bottom portion of the contact hole). A rough surface is formed, which has a poor surface morphology.
【0049】接続孔加工条件を、下記に示す。 接続孔加工形成 下記条件の反応性イオンエッチングを行った。 温度:−30℃ 圧力:5.3Pa パワー:1200W 反応ガス: CO 100sccm、C4 F 8 7sc
cm、Ar 200sccm ジャストエッチングに、30%のオーバーエッチングを
加える。The processing conditions for connecting holes are shown below. Formation of connection hole processing Reactive ion etching was performed under the following conditions. Temperature: -30 ° C Pressure: 5.3Pa Power: 1200W Reaction gas: CO 100sccm, C 4 F 8 7sc
cm, Ar 200 sccm Just etching with 30% overetch.
【0050】このあと、密着層15をマグネトロンスパ
ッター法により全面成膜し、次いで、埋め込み用の導体
16をなすタングステン膜を、熱CVDにより全面成膜
する(図4(a))。それぞれの成膜条件を以下に示
す。After that, the adhesion layer 15 is formed on the entire surface by the magnetron sputtering method, and then the tungsten film forming the conductor 16 for embedding is formed on the entire surface by thermal CVD (FIG. 4A). The respective film forming conditions are shown below.
【0051】酸化膜除去の前処理 酸化膜の下記条件によるスパッタエッチング(20n
m) スパッタエッチング条件 圧力:0.52Pa ガス:Ar 20sccm パワー:600W 温度:300℃ 密着層15のメタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のスパッター TiN 30nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ ブランケットタングステン膜の熱CVD成膜 下記条件で、600nm厚に形成 圧力:10.7kPa 原料ガス: WF6 :H2 :Ar=40:400:22
50sccm 温度:450℃Pretreatment for Oxide Film Removal Sputter etching (20 n
m) Sputter etching conditions Pressure: 0.52 Pa Gas: Ar 20 sccm Power: 600 W Temperature: 300 ° C. Adhesion layer 15 metal sputter Sputtering of the following film by magnetron sputtering TiN 30 nm Pressure: 0.78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm , Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Thermal CVD deposition of blanket tungsten film Formed to a thickness of 600 nm under the following conditions Pressure: 10.7 kPa Raw material gas: WF 6 : H 2 : Ar = 40: 400: 22
50 sccm temperature: 450 ° C
【0052】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔13内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ17を形成する(図4(b))。埋
め込みプラグ加工形成条件を以下に示す。Next, the entire surface is anisotropically etched to achieve the filling by leaving the tungsten only in the connection hole 13 to form the embedded plug 17 (FIG. 4B). The embedded plug processing forming conditions are shown below.
【0053】埋め込みプラグ加工形成 第1ステップ(Wエッチング) 圧力:45.5Pa パワー:275W 反応ガス: SF6 :Ar:He=110:90:5s
ccm 第2ステップ(TiNエッチング) 圧力:6.5Pa パワー:250W 反応ガス:Ar:Cl2 =75:5sccmsccm 第3ステップ(Wオーバーエッチング) 圧力:32.5Pa パワー:70W 反応ガス: SF6 :Ar:He=20:10:10s
ccmFirst step of embedded plug processing (W etching) Pressure: 45.5 Pa Power: 275 W Reaction gas: SF 6 : Ar: He = 110: 90: 5 s
ccm Second step (TiN etching) Pressure: 6.5 Pa Power: 250 W Reactive gas: Ar: Cl 2 = 75: 5 sccm sccm Third step (W overetching) Pressure: 32.5 Pa Power: 70 W Reaction gas: SF 6 : Ar : He = 20: 10: 10s
ccm
【0054】このあと、上部導体配線材料を、マグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニング技術、異方性エッチング技術を用いて、上部
導体配線18を形成する(図5)。この上部導体配線1
8は、バリアメタル18a、導体部18b、及びキャッ
プメタル18cからなる。それぞれの形成プロセス条件
の例を以下に示す。After that, the upper conductor wiring material is formed on the entire surface by magnetron sputtering, and the upper conductor wiring 18 is formed by using the photoresist patterning technique and the anisotropic etching technique (FIG. 5). This upper conductor wiring 1
Reference numeral 8 is composed of a barrier metal 18a, a conductor portion 18b, and a cap metal 18c. An example of each forming process condition is shown below.
【0055】上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ti 20nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 20nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 導体配線18形成 Al系合金としてAl−0.5wt%Cuを、500n
m厚で下記条件で形成 圧力:0.52Pa パワー:15kW ガス:Ar 65sccm 温度:300℃ キャップメタル形成 Ti 10nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 100nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のRIEを行った。 反応ガス: BCl3 /Cl2 =100/150scc
m 圧力:1Pa マイクロ波: 400mA RFパワー:110W ジャストエッチングに、40%のオーバーエッチングを
加える。Formation of Upper Conductor Wiring Material Formation of Barrier Metal Ti 20 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 20 nm Pressure: 0.78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ℃ Conductor wiring 18 formation Al-0.5wt% Cu as an Al type alloy, 500n
m thickness and formed under the following conditions Pressure: 0.52 Pa Power: 15 kW Gas: Ar 65 sccm Temperature: 300 ° C. Cap metal formation Ti 10 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 100 nm Pressure: 0. 78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Processing formation of upper conductor wiring RIE was performed under the following conditions. Reaction gas: BCl 3 / Cl 2 = 100 / 150scc
m Pressure: 1 Pa Microwave: 400 mA RF power: 110 W Just etching is applied with 40% overetching.
【0056】本例の工程により形成した微細接続孔を有
する多層配線では、コンタクト抵抗を十分に低減でき、
接続コンタクト改善を行うことができた。コンタクト抵
抗を約1/2まで下げることが可能になった。これは、
上記工程で、接続孔6の底部表面をなすキャップメタル
21の組成を化学量論からずらして、接続孔6の底部
(コンタクト部)の表面を荒らして荒らし面22を形成
するようにした結果、コンタクト接触面積が約2倍程度
になったためと考えられる。In the multi-layer wiring having the fine connection holes formed by the process of this example, the contact resistance can be sufficiently reduced,
We were able to improve the connection contact. It has become possible to reduce the contact resistance to about 1/2. this is,
In the above process, the composition of the cap metal 21 forming the bottom surface of the connection hole 6 is deviated from the stoichiometry, and the surface of the bottom portion (contact portion) of the connection hole 6 is roughened to form the roughened surface 22. It is thought that this is because the contact area of the contacts has doubled.
【0057】上述のように、本例では、半導体基板1上
に設けられた下部絶縁膜10上に、下部導体配線11
を、該下部導体配線11の少なくとも上表面が化学量論
組成からずれた化学組成を有するメタル材(キャップメ
タル21)とする構成で形成する工程と(図3
(a))、該下部導体配線11上に上部絶縁膜12を形
成する工程と、該上部絶縁膜12に前記下部導体配線1
1と接続をとる接続孔13を反応性イオンエッチングに
より形成する工程と、接続孔13に導体を埋め込む工程
(図4(a))を有する構成とした結果、コンタクト抵
抗の低い、良好な接続性を有する半導体装置を製造する
ことができた。As described above, in this example, the lower conductor wiring 11 is formed on the lower insulating film 10 provided on the semiconductor substrate 1.
A metal material (cap metal 21) having a chemical composition deviating from the stoichiometric composition at least on the upper surface of the lower conductor wiring 11 (FIG. 3).
(A)), a step of forming an upper insulating film 12 on the lower conductor wiring 11, and the lower conductor wiring 1 on the upper insulating film 12.
As a result of the configuration including the step of forming the connection hole 13 to be connected to 1 by reactive ion etching and the step of embedding the conductor in the connection hole 13 (FIG. 4A), the contact resistance is low and the good connectivity is achieved. It was possible to manufacture a semiconductor device having
【0058】実施の形態3 本発明の第3の実施の形態を、図6ないし図8を参照し
て説明する。本例は、ボーダーレスコンタクトを形成す
る場合に第3の発明を適用したものである。Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 8. In this example, the third invention is applied to the case where a borderless contact is formed.
【0059】この例にあっては、基板1上の絶縁膜10
上に、下部導体配線11を、マグネトロンスパッター
法、フォトレジストパターニング、異方性エッチングな
どの手段を用いて、形成する(図6(a))。下部導体
配線11は、バリアメタル11a、導体部11b、及び
キャップメタル11cからなる。この導線構造の形成・
成膜条件、配線加工条件を、以下に示す。In this example, the insulating film 10 on the substrate 1
The lower conductor wiring 11 is formed thereon by means of magnetron sputtering, photoresist patterning, anisotropic etching, etc. (FIG. 6A). The lower conductor wiring 11 includes a barrier metal 11a, a conductor portion 11b, and a cap metal 11c. Formation of this conductor structure
Film forming conditions and wiring processing conditions are shown below.
【0060】下部導体配線11形成 バリアメタル形成 Ti 20nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 20nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 導体材料形成 Al系合金としてAl−0.5wt%Cuを、500n
m厚で下記条件で形成 圧力:0.52Pa パワー:15kW ガス:Ar 65sccm 温度:300℃ キャップメタル形成 Ti 10nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 100nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 下部導体配線の加工形成 下記条件のRIEを行った。 反応ガス: BCl3 /Cl2 =100/150scc
m 圧力:1Pa マイクロ波: 400mA RFパワー:110W ジャストエッチングに、40%のオーバーエッチングを
加える。Lower conductor wiring 11 formation Barrier metal formation Ti 20nm Pressure: 0.52Pa Power: 2kW Gas: Ar 35sccm Temperature: 300 ° C TiN 20nm Pressure: 0.78Pa Power: 6kW Gas: N 2 42sccm, Ar 21sccm Temperature: 300 ℃ Conductor material formation Al-0.5wt% Cu as Al system alloy, 500n
m thickness and formed under the following conditions Pressure: 0.52 Pa Power: 15 kW Gas: Ar 65 sccm Temperature: 300 ° C. Cap metal formation Ti 10 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 100 nm Pressure: 0. 78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Lower conductor wiring processed and formed RIE was performed under the following conditions. Reaction gas: BCl 3 / Cl 2 = 100 / 150scc
m Pressure: 1 Pa Microwave: 400 mA RF power: 110 W Just etching is applied with 40% overetching.
【0061】次に、CVD絶縁膜や、塗布型シリコン樹
脂(SOGと称されているものなど)等を用いることな
どによって、層間平坦化膜をなす絶縁膜12を形成し、
ここに接続孔13をフォトリソグラフィーパターニング
技術、異方性エッチング技術等を用いて形成する(図6
(b)。符号14は、前記図11(b)を参照して説明
したものと同様である)。Next, an insulating film 12 forming an interlayer flattening film is formed by using a CVD insulating film, a coating type silicon resin (such as SOG), or the like.
The connection hole 13 is formed here using a photolithography patterning technique, an anisotropic etching technique, or the like (FIG. 6).
(B). Reference numeral 14 is the same as that described with reference to FIG.
【0062】このあと、密着層15をマグネトロンスパ
ッター法により全面成膜し、次いで、埋め込み導体16
であるタングステン膜を熱CVDにより全面成膜する
(図7(a))。それぞれの成膜条件を以下に示す。After that, the adhesion layer 15 is formed on the entire surface by the magnetron sputtering method, and then the embedded conductor 16 is formed.
Then, a tungsten film is formed over the entire surface by thermal CVD (FIG. 7A). The respective film forming conditions are shown below.
【0063】酸化膜除去の前処理 酸化膜の下記条件によるスパッタエッチング(20n
m) スパッタエッチング条件 圧力:0.52Pa ガス:Ar 20sccm パワー:600W 温度:300℃ 密着層15のメタルスパッター マグネトロンスパッター法による下記膜のスパッター Ti 30nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ ブランケットタングステン膜の熱CVD成膜 下記条件で、600nm厚に形成 圧力:10.7kPa 原料ガス: WF6 :H2 :Ar=40:400:22
50sccm 温度:450℃Pretreatment for removing oxide film Sputter etching (20 n
m) Sputter etching conditions Pressure: 0.52 Pa Gas: Ar 20 sccm Power: 600 W Temperature: 300 ° C. Adhesion layer 15 metal sputter Sputtering of the following film by magnetron sputtering method Ti 30 nm Pressure: 0.78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm , Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Thermal CVD deposition of blanket tungsten film Formed to a thickness of 600 nm under the following conditions Pressure: 10.7 kPa Raw material gas: WF 6 : H 2 : Ar = 40: 400: 22
50 sccm temperature: 450 ° C
【0064】次に、全面異方性エッチングにより、接続
孔6内にのみタングステンを残して埋め込みを達成し
て、埋め込みプラグ17を形成する。このとき、本例に
おいては、プラグ加工工程の最終ステップで、プラグの
コンタクト面を荒れさせる処理を行う。具体的には、エ
ッチングを下記の条件で行うことにより、コンタクト部
表面を荒らす処理を行う(図7(b))。コンタクト部
表面を荒らす処理を施された部分を、図7(b)中、符
号20aで模式的に示す。埋め込みプラグ加工形成条件
を以下に示す。Then, the entire surface is anisotropically etched to leave the tungsten only in the connection hole 6 and the filling is achieved to form the embedded plug 17. At this time, in this example, the process of roughening the contact surface of the plug is performed in the final step of the plug processing step. Specifically, etching is performed under the following conditions to roughen the surface of the contact portion (FIG. 7B). The portion subjected to the treatment for roughening the surface of the contact portion is schematically shown by reference numeral 20a in FIG. 7 (b). The embedded plug processing forming conditions are shown below.
【0065】埋め込みプラグ加工形成 第1ステップ(Wエッチング) 圧力:45.5Pa パワー:275W 反応ガス: SF6 :Ar:He=110:90:5s
ccm 第2ステップ(TiNエッチング) 圧力:6.5Pa パワー:250W 反応ガス:Ar:Cl2 =75:5sccmsccm 第3ステップ(Wオーバーエッチング) 圧力:32.5Pa パワー:70W 反応ガス: SF6 :Ar:He=20:10:10s
ccm 第4ステップ(W表面荒らし処理のためのエッチング) 圧力:6.5Pa パワー:250W 反応ガス:Ar:Cl2 :F=30:30:10scc
mFirst step (W etching) of embedded plug processing Pressure: 45.5 Pa Power: 275 W Reaction gas: SF 6 : Ar: He = 110: 90: 5 s
ccm Second step (TiN etching) Pressure: 6.5 Pa Power: 250 W Reactive gas: Ar: Cl 2 = 75: 5 sccm sccm Third step (W overetching) Pressure: 32.5 Pa Power: 70 W Reaction gas: SF 6 : Ar : He = 20: 10: 10s
ccm 4th step (etching for W surface roughening treatment) Pressure: 6.5 Pa Power: 250 W Reaction gas: Ar: Cl 2 : F = 30: 30: 10 scc
m
【0066】このあと、上部導体配線材料を、マグネト
ロンスパッター法により全面成膜し、フォトレジストパ
ターニング技術、異方性エッチング技術を用いて、上部
導体配線18を形成する(図8)。この上部導体配線1
8は、バリアメタル18a、導体部18b、及びキャッ
プメタル18cからなる。それぞれの形成プロセス条件
の例を以下に示す。After that, an upper conductor wiring material is blanket deposited by a magnetron sputtering method, and an upper conductor wiring 18 is formed by using a photoresist patterning technique and an anisotropic etching technique (FIG. 8). This upper conductor wiring 1
Reference numeral 8 is composed of a barrier metal 18a, a conductor portion 18b, and a cap metal 18c. An example of each forming process condition is shown below.
【0067】上部導体配線材料形成 バリアメタル形成 Ti 20nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 20nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 導体材料形成 Al系合金としてAl−0.5wt%Cuを、500n
m厚で下記条件で形成 圧力:0.52Pa パワー:15kW ガス:Ar 65sccm 温度:300℃ キャップメタル形成 Ti 10nm 圧力:0.52Pa パワー:2kW ガス:Ar 35sccm 温度:300℃ TiN 100nm 圧力:0.78Pa パワー:6kW ガス:N2 42sccm、Ar 21sccm 温度:300℃ 上部導体配線の加工形成 下記条件のRIEを行った。 反応ガス: BCl3 /Cl2 =100/150scc
m 圧力:1Pa マイクロ波: 400mA RFパワー:110W ジャストエッチングに、40%のオーバーエッチングを
加える。Upper conductor wiring material formation Barrier metal formation Ti 20nm Pressure: 0.52Pa Power: 2kW Gas: Ar 35sccm Temperature: 300 ° C TiN 20nm Pressure: 0.78Pa Power: 6kW Gas: N 2 42sccm, Ar 21sccm Temperature: 300 ℃ Conductor material formation Al-0.5wt% Cu as Al system alloy, 500n
m thickness and formed under the following conditions Pressure: 0.52 Pa Power: 15 kW Gas: Ar 65 sccm Temperature: 300 ° C. Cap metal formation Ti 10 nm Pressure: 0.52 Pa Power: 2 kW Gas: Ar 35 sccm Temperature: 300 ° C. TiN 100 nm Pressure: 0. 78 Pa Power: 6 kW Gas: N 2 42 sccm, Ar 21 sccm Temperature: 300 ° C. Processing formation of upper conductor wiring RIE was performed under the following conditions. Reaction gas: BCl 3 / Cl 2 = 100 / 150scc
m Pressure: 1 Pa Microwave: 400 mA RF power: 110 W Just etching is applied with 40% overetching.
【0068】このとき、ボーダーレスコンタクトでは、
タングステンプラグ17について、その上面が一部露出
した領域19が発生する(図8)。本例により製作され
た微細接続孔を有する多層配線では、導体配線間の10
0万個コンタクトチェーン歩留まりは、上部導体配線に
対するずれが0.25μm程度でも、上記した荒らし処
理により、導体プラグ17と上部導体配線18との接触
面積が確保できているため、顕著な歩留まり低下は起こ
りえない。これにより、回路縮小は更に進行でき、微細
で高集積の半導体装置の製造が可能となる。At this time, in the borderless contact,
A region 19 of which the upper surface of the tungsten plug 17 is partially exposed occurs (FIG. 8). In the multi-layer wiring having fine connection holes manufactured by this example, 10
With respect to the yield of 0,000 contact chains, even if the displacement with respect to the upper conductor wiring is about 0.25 μm, the contact area between the conductor plug 17 and the upper conductor wiring 18 can be secured by the above-mentioned roughening treatment, so that the yield is not significantly reduced. It cannot happen. As a result, the circuit can be further reduced, and a fine and highly integrated semiconductor device can be manufactured.
【0069】[0069]
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、基板と導体配線、もしくは導体配線間の接続孔形成
に関して、ボーダーレスコンタクトである場合を含め、
効果的にコンタクト抵抗を低減させることができ、よっ
て高集積で、微細な半導体装置をの製造を図ることがで
きる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, regarding the formation of the connection hole between the substrate and the conductor wiring, or the connection hole between the conductor wiring, including the case of the borderless contact,
The contact resistance can be effectively reduced, and thus a highly integrated and fine semiconductor device can be manufactured.
【図1】 実施の形態1の工程を順に断面図で示すもの
である(1)。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the steps of the first embodiment in order (1).
【図2】 実施の形態1の工程を順に断面図で示すもの
である(2)。FIG. 2 is a sectional view showing the steps of the first embodiment in order (2).
【図3】 実施の形態2の工程を順に断面図で示すもの
である(1)。FIG. 3 is a sectional view showing the steps of the second embodiment in order (1).
【図4】 実施の形態2の工程を順に断面図で示すもの
である(2)。FIG. 4 is a sectional view sequentially showing the steps of the second embodiment (2).
【図5】 実施の形態2の工程を順に断面図で示すもの
である(3)。5A to 5C are sectional views showing the steps of the second embodiment in order (3).
【図6】 実施の形態3の工程を順に断面図で示すもの
である(1)。FIG. 6 is a sectional view showing the steps of the third embodiment in order (1).
【図7】 実施の形態3の工程を順に断面図で示すもの
である(2)。FIG. 7 is a sectional view sequentially showing the steps of the third embodiment (2).
【図8】 実施の形態3の工程を順に断面図で示すもの
である(3)。FIG. 8 is a sectional view showing the steps of the third embodiment in order (3).
【図9】 従来技術(I)の工程を示す図である
(1)。FIG. 9 is a diagram showing a process of the conventional technique (I) (1).
【図10】 従来技術(I)の工程を示す図である
(2)。FIG. 10 is a diagram showing a process of the conventional technique (I) (2).
【図11】 従来技術(II)の工程を示す図である
(1)。FIG. 11 is a diagram showing a process of the conventional technique (II) (1).
【図12】 従来技術(II)の工程を示す図である
(2)。FIG. 12 is a diagram showing a step of the related art (II) (2).
【図13】 従来技術(III)の工程を示す図である
(3)。FIG. 13 is a diagram showing a process of a conventional technique (III) (3).
1 半導体基板 2 素子分離領域 3 (半導体基板)の拡散領域 4 絶縁膜 5 レジストパターン 6 接続孔 8 導体 8a 埋め込みプラグ 9 上部導体配線 10 下部絶縁膜 11 下部配線 21 キャップメタル 22 荒れた面 12 上部絶縁膜 13 接続孔 17 埋め込みプラグ 18 上部配線 20a 荒れた面 1 Semiconductor Substrate 2 Element Isolation Region 3 Diffusion Region of 3 (Semiconductor Substrate) 4 Insulating Film 5 Resist Pattern 6 Connection Hole 8 Conductor 8a Embedded Plug 9 Upper Conductor Wiring 10 Lower Insulating Film 11 Lower Wiring 21 Cap Metal 22 Rough Surface 12 Upper Insulation Membrane 13 Connection hole 17 Embedded plug 18 Upper wiring 20a Rough surface
Claims (4)
ングにより接続孔を形成する工程と、 接続孔の底部の半導体基板露出部をエッチング条件を変
更することにより荒れさせる表面処理を行う工程と、 接続孔に導体を埋め込む工程を有することを特徴とする
接続孔の形成工程を有する半導体装置の製造方法。1. A step of forming a contact hole in an insulating film provided on a semiconductor substrate by etching, and a step of subjecting a semiconductor substrate exposed portion at the bottom of the contact hole to roughening by changing etching conditions. A method for manufacturing a semiconductor device having a step of forming a connection hole, which comprises a step of burying a conductor in the connection hole.
に、下部導体配線を、該下部導体配線の少なくとも上表
面が化学量論組成からずれた化学組成を有するメタル材
とする構成で形成する工程と、 該下部導体配線上に上部絶縁膜を形成する工程と、 該上部絶縁膜に前記下部導体配線と接続をとる接続孔を
反応性イオンエッチングにより形成する工程と、 接続孔に導体を埋め込む工程を有することを特徴とする
接続孔の形成工程を有する半導体装置の製造方法。2. A lower conductor wiring is formed on a lower insulating film provided on a semiconductor substrate by a metal material having a chemical composition in which at least the upper surface of the lower conductor wiring is deviated from the stoichiometric composition. A step of forming an upper insulating film on the lower conductor wiring, forming a connection hole in the upper insulating film for connecting to the lower conductor wiring by reactive ion etching, and forming a conductor in the connection hole. A method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a connection hole, which has a step of burying.
を形成する工程と、 該接続孔に導体を埋め込む工程と、 該導体をエッチングするとともに、このエッチングによ
りエッチング後の該導体の表面を荒らさせる工程を有す
ることを特徴とする接続孔の形成工程を有する半導体装
置の製造方法。3. A step of forming a connection hole in an insulating film provided on a semiconductor substrate, a step of embedding a conductor in the connection hole, etching the conductor, and the surface of the conductor after etching by this etching. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a connection hole, the method comprising:
絶縁膜上の下部導体配線と、上部導体配線との接続をと
るためのものであり、かつ、上部導体配線が必ずしも接
続孔に埋め込まれた導体の上面全体を覆うものではない
構造をとることを特徴とする請求項3に記載の接続孔の
形成工程を有する半導体装置の製造方法。4. The connection hole is for connecting the lower conductor wiring on the lower insulating film provided on the semiconductor substrate to the upper conductor wiring, and the upper conductor wiring is not necessarily formed in the connection hole. The method of manufacturing a semiconductor device having a step of forming a connection hole according to claim 3, wherein the structure does not cover the entire upper surface of the embedded conductor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8034296A JPH09213801A (en) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Method of manufacturing semiconductor device having step of forming connection hole |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8034296A JPH09213801A (en) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Method of manufacturing semiconductor device having step of forming connection hole |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09213801A true JPH09213801A (en) | 1997-08-15 |
Family
ID=12410204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8034296A Pending JPH09213801A (en) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Method of manufacturing semiconductor device having step of forming connection hole |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09213801A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001516153A (en) * | 1997-09-05 | 2001-09-25 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | Borderless via with CVD barrier layer |
| KR100504548B1 (en) * | 2000-12-14 | 2005-08-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming metal line of Semiconductor device |
| JP2006261705A (en) * | 2006-06-23 | 2006-09-28 | Sharp Corp | Thin film transistor and manufacturing method thereof |
| CN106129069A (en) * | 2016-07-26 | 2016-11-16 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of Fingerprint Identification Unit, its manufacture method and display device |
| CN106531805A (en) * | 2015-09-10 | 2017-03-22 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same |
| EP3163605A3 (en) * | 2015-10-26 | 2017-08-23 | Semiconductor Manufacturing International Corporation (Shanghai) | Contact via structure and fabricating method thereof |
| JP2023036057A (en) * | 2021-08-31 | 2023-03-13 | 發明與合作實驗室有限公司 | Standard cell structure |
-
1996
- 1996-01-29 JP JP8034296A patent/JPH09213801A/en active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001516153A (en) * | 1997-09-05 | 2001-09-25 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | Borderless via with CVD barrier layer |
| KR100504548B1 (en) * | 2000-12-14 | 2005-08-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming metal line of Semiconductor device |
| JP2006261705A (en) * | 2006-06-23 | 2006-09-28 | Sharp Corp | Thin film transistor and manufacturing method thereof |
| US10861791B2 (en) | 2015-09-10 | 2020-12-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same |
| CN106531805A (en) * | 2015-09-10 | 2017-03-22 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same |
| US10297548B2 (en) | 2015-09-10 | 2019-05-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same |
| US11749603B2 (en) | 2015-09-10 | 2023-09-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same |
| US11404376B2 (en) | 2015-09-10 | 2022-08-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Interconnection structure, fabricating method thereof, and semiconductor device using the same |
| CN106531805B (en) * | 2015-09-10 | 2020-04-10 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Interconnection structure, method of manufacturing the same, and semiconductor device using the same |
| EP3163605A3 (en) * | 2015-10-26 | 2017-08-23 | Semiconductor Manufacturing International Corporation (Shanghai) | Contact via structure and fabricating method thereof |
| US9978677B2 (en) | 2015-10-26 | 2018-05-22 | Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation | Contact via structure and fabricating method thereof |
| CN106129069A (en) * | 2016-07-26 | 2016-11-16 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of Fingerprint Identification Unit, its manufacture method and display device |
| US10489628B2 (en) | 2016-07-26 | 2019-11-26 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Fingerprint recognition device, method for fabricating the same and display device |
| CN106129069B (en) * | 2016-07-26 | 2019-11-05 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of Fingerprint Identification Unit, its production method and display device |
| JP2023036057A (en) * | 2021-08-31 | 2023-03-13 | 發明與合作實驗室有限公司 | Standard cell structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5833817A (en) | Method for improving conformity and contact bottom coverage of sputtered titanium nitride barrier layers | |
| KR100242865B1 (en) | Forming method for a metal plug | |
| KR20010071783A (en) | Method of forming metal interconnects | |
| JPH04293233A (en) | Forming method of metal plug | |
| JPH09326436A (en) | Wiring formation method | |
| JPH06318644A (en) | Forming method for plug for electrical connection | |
| KR100338941B1 (en) | Contact forming method for semiconductor device | |
| JPH09213801A (en) | Method of manufacturing semiconductor device having step of forming connection hole | |
| JPH10107140A (en) | Multilayer wiring semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3391933B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JPH09283624A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| US5750439A (en) | Method of making aluminum alloy wiring with less silicon nodule | |
| JP2736370B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| KR100221656B1 (en) | Wiring forming method | |
| JPH10209272A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JPH10209276A (en) | Wiring formation method | |
| JPH08139190A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH08181146A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH11233517A (en) | Copper wiring for semiconductor devices | |
| JP3407516B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| KR100774642B1 (en) | Copper wiring formation method of semiconductor device | |
| JPH05121564A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JPH11186237A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH09275136A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JPH1032247A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof |