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JP3289479B2 - Method for CVD of refractory metal layer and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for CVD of refractory metal layer and method for manufacturing semiconductor device

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JP3289479B2
JP3289479B2 JP06280594A JP6280594A JP3289479B2 JP 3289479 B2 JP3289479 B2 JP 3289479B2 JP 06280594 A JP06280594 A JP 06280594A JP 6280594 A JP6280594 A JP 6280594A JP 3289479 B2 JP3289479 B2 JP 3289479B2
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JP
Japan
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metal layer
substrate
refractory metal
processed
forming
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敏治 柳田
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Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高融点金属層のCVD
方法および例えば高融点金属層により電極・配線等を形
成する半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to CVD of a refractory metal layer.
Method and, for example, forming electrodes, wiring, etc. with a refractory metal layer
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device to be formed .

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI等の半導体装置の高集積度化、高
性能化が進展するに伴い、半導体チップ上では配線部分
が占有する面積の割合が増加する傾向にある。これによ
る半導体チップ面積の増大を避けるためには、多層配線
およびコンタクト電極による層間接続が必須のプロセス
となっている。従来、電極・配線形成方法としては、A
lやAl合金をスパッタリングにより形成することが広
く行われてきた。しかし、上述のように配線の多層化が
進展し、その結果として半導体基板の表面段差や接続孔
のアスペクト比の増大が顕著となりつつある状況下にお
いては、スパッタリングによる従来の方法ではステップ
カバリッジの不足による接続不良や断線が重大な問題と
なってきた。
2. Description of the Related Art As the degree of integration and performance of semiconductor devices such as LSIs increase, the proportion of the area occupied by wiring portions on a semiconductor chip tends to increase. In order to avoid an increase in the semiconductor chip area due to this, an interlayer connection using a multilayer wiring and a contact electrode is an essential process. Conventionally, as an electrode / wiring forming method, A
It has been widely practiced to form 1 and Al alloys by sputtering. However, as described above, in a situation where the wiring is multi-layered, and as a result, the surface step of the semiconductor substrate and the aspect ratio of the connection hole are becoming remarkable, the conventional method using sputtering has a step coverage. Insufficient connection or disconnection due to lack has become a serious problem.

【0003】そこで近年、W、Mo、Ta等の高融点金
属層やAl、Al合金、Cu等の金属を接続孔内に選択
的に成長させて埋め込む、各種の選択CVDが提案され
ている。この選択CVDは、金属ハロゲン化物や金属カ
ルボニル、有機金属化合物等のソースガスを、接続孔底
部に露出する下層配線材料により還元して、接続孔内に
構成金属を選択的に析出させるものである。しかし選択
CVDは、そのバッチ数を重ねると次第にその選択性が
劣化し、層間絶縁膜上等、不所望の部位にも析出する傾
向がある。また、ネイルヘッドと呼称される接続孔上の
過剰成長部分のエッチバック除去の制御性に乏しいこと
等の未解決の問題があり、未だ実用レベルに達していな
いのが現状である。
In recent years, various selective CVD methods have been proposed in which a high-melting point metal layer such as W, Mo, Ta, or the like, or a metal such as Al, an Al alloy, or Cu is selectively grown and embedded in a connection hole. In the selective CVD, a source gas such as a metal halide, a metal carbonyl, an organometallic compound, or the like is reduced by a lower wiring material exposed at the bottom of the connection hole to selectively deposit a constituent metal in the connection hole. . However, in the case of the selective CVD, the selectivity gradually deteriorates as the number of batches increases, and tends to deposit on an undesired portion such as on an interlayer insulating film. In addition, there is an unsolved problem such as poor controllability of etch-back removal of an overgrown portion on a connection hole called a nail head, and at present it has not yet reached a practical level.

【0004】かかる実情に鑑み、選択CVDに代わって
見直されつつあるのがブランケットCVDによる電極・
配線形成方法である。ブランケットCVDは、成長下地
面の化学的性質にさほど依存せず、下地上全面に選択性
無く析出するのでかかる名称が付けられる。一例とし
て、接続孔が開口された層間絶縁膜の全面を被覆して、
この接続孔を埋め込むようにW等の高融点金属層を平坦
に形成するプロセスが代表例である。なお、ブランケッ
トCVDによるWのコンタクトホール埋め込みに関して
一般的な解説記事が、例えば月間セミコンダクターワー
ルド誌(プレスジャーナル社刊)1990年11月号2
20ページに掲載されている。
[0004] In view of the above situation, an electrode / electrode by blanket CVD is being reviewed instead of selective CVD.
This is a wiring forming method. Blanket CVD is so named because it does not depend much on the chemical nature of the underlying growth surface and is deposited without selectivity over the entire surface of the underlying substrate. As an example, by covering the entire surface of the interlayer insulating film in which the connection hole is opened,
A typical example is a process in which a high-melting-point metal layer such as W is formed flat so as to fill this connection hole. A general commentary article on filling W contact holes by blanket CVD can be found in, for example, Monthly Semiconductor World Magazine (Press Journal), November 1990, 2
See page 20.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ブランケッ
トCVDによるW等の高融点金属層はSiO2 等からな
る層間絶縁膜との密着性に乏しいことから、TiやTi
N等Ti系材料層による密着層を下地として形成し、こ
の上に高融点金属層を形成することが行われる。これら
密着層はバリアメタル層を兼ねる場合もある。密着層
は、スパッタリングにより形成するが、スパッタリング
による成膜ではアスペクト比の大きな接続孔内部に密着
層をコンフォーマルに被着することは困難である。この
ため、接続孔側面下部へは被着されない部分が生じた
り、逆に接続孔側面上部にはオーバーハング状に被着さ
れる。
The refractory metal layer of W or the like formed by blanket CVD has poor adhesion to an interlayer insulating film made of SiO 2 or the like.
An adhesion layer made of a Ti-based material layer such as N is formed as a base, and a refractory metal layer is formed thereon. These adhesion layers may also serve as barrier metal layers. Although the adhesion layer is formed by sputtering, it is difficult to conformally adhere the adhesion layer inside the connection hole having a large aspect ratio by sputtering. For this reason, there is a portion that is not attached to the lower portion of the side surface of the connection hole, or conversely, it is attached in an overhang shape to the upper portion of the side surface of the connection hole.

【0006】この密着層のステップカバリッジの不足に
より、上層に形成するブランケットCVD高融点金属層
のコンタクトプラグ内にボイドが発生する場合がある。
この問題を図6(a)〜(c)を参照して説明する。
Due to the lack of step coverage of the adhesion layer, voids may be generated in the contact plug of the blanket CVD high melting point metal layer formed on the upper layer.
This problem will be described with reference to FIGS.

【0007】図6(a)〜(c)は従来のブランケット
CVDにより、接続孔をWで埋め込む際の問題点を示す
図である。まず図6(a)に示すように半導体基板1上
の層間絶縁膜2にアスペクト比の大きな接続孔3を開口
した被処理基板上に、TiN層5をスパッタリングによ
り被着すると、図6(b)に示すように層間絶縁膜5上
には均一な厚さで形成されるが、接続孔3側面下部へは
被着されない部分が生じたり、逆に接続孔3側面上部に
はオーバーハング状に被着される。この状態からブラン
ケットCVDによりW等の高融点金属層6を堆積する。
代表的なブランケットCVD条件としては、まず、 WF6 25 sccm SiH4 10 sccm ガス圧力 1.1×104 Pa 基板温度 475 ℃ のSiH4 還元の条件で20秒間、Wの成長核形成を行
う。この際SiH4 のみを単独でCVDチャンバ内に先
出しし、成長面にSiH4 を数アトミックレイヤ吸着さ
せておき、この後WF6 を混合することによりWの成長
核形成を良好に行う方法が採られる場合もある。この
後、 WF6 60 sccm H2 360 sccm ガス圧力 1.1×104 Pa 基板温度 475 ℃ のH2 還元条件に切り替えてW層を堆積する。このと
き、図6(c)に示すようにTiN層5のオーバーハン
グ形状にならって高融点金属層6が成長するのでボイド
7が発生する。接続孔3側面下部に層間絶縁膜2が一部
露出し、この露出面にはWの核成長が起こりにくく、従
って高融点金属層6が成長しにくいこともボイド7の発
生を助長する。
FIGS. 6 (a) to 6 (c) are views showing problems in filling connection holes with W by conventional blanket CVD. First, as shown in FIG. 6A, when a TiN layer 5 is deposited by sputtering on a substrate to be processed in which a connection hole 3 having a large aspect ratio is opened in an interlayer insulating film 2 on a semiconductor substrate 1, FIG. As shown in ()), the insulating film 5 is formed with a uniform thickness on the interlayer insulating film 5, but there is a portion that is not adhered to the lower portion of the side surface of the connection hole 3, or conversely, an overhang is formed on the upper portion of the side surface of the connection hole 3. Be deposited. From this state, a high melting point metal layer 6 such as W is deposited by blanket CVD.
As typical blanket CVD conditions, first, WF 6 25 sccm SiH 4 10 sccm gas pressure 1.1 × 10 4 Pa W nuclei are formed for 20 seconds under conditions of SiH 4 reduction at a substrate temperature of 475 ° C. At this time, a method is adopted in which only SiH 4 alone is first advanced into the CVD chamber, a few atomic layers of SiH 4 are adsorbed on the growth surface, and then WF 6 is mixed to favorably form W growth nuclei. In some cases. Thereafter, by switching the WF 6 60 sccm H 2 360 sccm gas pressure 1.1 × 10 4 Pa H 2 reducing conditions of the substrate temperature of 475 ° C. to deposit a W layer. At this time, as shown in FIG. 6C, the refractory metal layer 6 grows following the overhanging shape of the TiN layer 5, so that a void 7 is generated. The interlayer insulating film 2 is partially exposed at the lower part of the side surface of the connection hole 3, and the nucleus growth of W hardly occurs on this exposed surface, so that the high melting point metal layer 6 is hardly grown, which also promotes the generation of the void 7.

【0008】高融点金属層6はこの後コンタクトプラグ
形成のためにエッチバックされるが、このときボイド7
は露出されることとなり深い段差が発生する。これはボ
イド7上部に破線で示した高融点金属層6の成長面の継
ぎ目が、高融点金属層6の他の部分よりエッチングレー
トが大きいことも一因とされている。この後さらに上層
のAl配線層をスパッタリング等で形成する際に段切れ
が発生し、多層配線構造の半導体装置の信頼性を損な
う。
The refractory metal layer 6 is thereafter etched back to form a contact plug.
Is exposed and a deep step occurs. This is partly because the joint of the growth surface of the refractory metal layer 6 indicated by a broken line above the void 7 has a higher etching rate than the other parts of the refractory metal layer 6. Thereafter, when an upper Al wiring layer is further formed by sputtering or the like, a step break occurs, and the reliability of a semiconductor device having a multilayer wiring structure is impaired.

【0009】また、ブランケットCVDによる高融点金
属層6の表面モホロジは一般的に良好ではなく、図6
(c)に示すように凹凸を有する。これは高融点金属層
6は下地上の成長の核を起点として柱状結晶として成長
が進むためである。この表面モホロジはエッチバック後
もコンタクトプラグ表面や層間絶縁膜の表面に転写され
て残りがちであり、上層のAl配線の表面モホロジにも
影響を与えるので、Al配線上に形成するレジスト層の
露光時の乱反射等の問題があらたに発生する。これらの
問題はいずれも、サブハーフミクロン級等の微細なデザ
インルールによる半導体装置にあっては、重大な欠陥に
つながる虞れがある。
The surface morphology of the refractory metal layer 6 by blanket CVD is generally not good.
It has irregularities as shown in FIG. This is because the refractory metal layer 6 grows as a columnar crystal starting from the growth nucleus on the base. This surface morphology tends to be transferred to the surface of the contact plug or the surface of the interlayer insulating film even after the etch-back, and tends to remain on the surface. Therefore, the surface morphology of the upper Al wiring is affected. A problem such as irregular reflection at the time occurs. All of these problems may lead to serious defects in a semiconductor device based on fine design rules such as the sub-half micron class.

【0010】そこで本発明の課題は、高融点金属層のブ
ランケットCVD方法において、高アスペクト比の接続
孔へもボイドの発生なく埋め込むことのできる、ステッ
プカバリッジのよいCVD方法を提供することである。
[0010] Accordingly, an object of the present invention, in the blanket CVD method of the refractory metal layer, can be embedded without occurrence of voids to the connection hole having a high aspect ratio, to provide a good CVD how the step coverage is there.

【0011】また本発明の課題は、表面モホロジに優れ
平滑な表面を有する高融点金属層のCVD方法を提供す
ることである。
Further object of the present invention is to provide a CVD how refractory metal layer having a smooth surface excellent surface morphology.

【0012】また本発明の別の課題は、ブランケットC
VDを用いた高融点金属層による電極・配線を有する、
信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することであ
る。本発明の上記以外の課題は、本明細書および添付図
面の説明により明らかにされる。
Another object of the present invention is to provide a blanket C
Having electrodes and wiring by a refractory metal layer using VD,
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a highly reliable semiconductor device. Problems other than the above of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の高融点金属層の
CVD方法および半導体装置の製造方法は、上述の課題
を解決するために発案したものであり、被処理基板に無
バイアスでプラズマCVD法により高融点金属の核を形
成した後、被処理基板にRFバイアスを印加しつつ、プ
ラズマCVD法により高融点金属層を形成するものであ
る。また、本発明の高融点金属層のCVD方法および半
導体装置の製造方法は、接続孔が形成された被処理基板
上に無バイアスでプラズマCVD法により高融点金属の
核を形成した後、被処理基板にRFバイアスを印加しつ
つ、プラズマCVD法により高融点金属層を形成して接
続孔を埋め込むものである。このとき、1×1011/c
3 以上1×1014/cm3 未満のプラズマ密度が得ら
れるプラズマCVD装置を用いて高融点金属層を形成す
ることが望ましい。また同一プラズマCVD装置のチャ
ンバ内で被処理基板に希ガスによるスパッタリング前処
理を施した後、連続的に高融点金属層を形成することが
望ましい。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for forming a high melting point metal layer and a method for manufacturing a semiconductor device, which are proposed to solve the above-mentioned problems. After the nucleus of the high melting point metal is formed by the method, the high melting point metal layer is formed by the plasma CVD method while applying an RF bias to the substrate to be processed. Further, according to the CVD method for a refractory metal layer and the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a substrate to be processed having a connection hole formed therein
Of high melting point metal by plasma CVD without bias
After the nuclei are formed, a high melting point metal layer is formed by a plasma CVD method while applying an RF bias to the substrate to be processed to fill the connection holes. At this time, 1 × 10 11 / c
It is desirable to form a high melting point metal layer using a plasma CVD apparatus capable of obtaining a plasma density of m 3 or more and less than 1 × 10 14 / cm 3 . In addition, it is desirable that after the substrate to be processed is subjected to a pre-sputtering treatment with a rare gas in a chamber of the same plasma CVD apparatus, a high-melting-point metal layer is continuously formed.

【0014】また本発明の高融点金属層のCVD装置
は、1×1011/cm3 以上1×10 14/cm3 未満の
プラズマ密度が得られるプラズマ発生源を有すととも
に、被処理基板へのRFバイアス印加機構を備えた構造
を有するものである。この様な高密度プラズマ発生源を
有するプラズマCVD装置としては、基板バイアス印加
型のECR(Electron Cyclotron
Resonance)プラズマCVD装置、ICP(I
nductively Coupled Plasm
a)CVD装置、TCP(Tranceformer
Coupled Plasma)CVD装置、ヘリコン
波プラズマ(Helicon Wave Plasm
a)CVD装置等を例示できる。これらプラズマ処理装
置は、1×1011/cm3 以上1×1014/cm3 未満
程度の高密度プラズマを発生しうるので、高効率のプラ
ズマCVDを行うことができる利点がある。上記した各
高密度プラズマ処理装置についての技術的説明は、個々
の技術リポート等に詳述されているので省略するが、総
説として月間セミコンダクターワールド誌1992年1
0月号59ページに掲載されている。
Further, the present invention provides a CVD apparatus for a refractory metal layer.
Is 1 × 1011/ CmThreeMore than 1 × 10 14/ CmThreeLess than
With a plasma source that can provide plasma density
With RF bias applying mechanism to substrate to be processed
It has. Such a high-density plasma source
As a plasma CVD apparatus having
Type ECR (Electron Cyclotron)
Resonance) Plasma CVD equipment, ICP (I
nductively Coupled Plasma
a) CVD equipment, TCP (Transformer)
Coupled Plasma) CVD equipment, Helicon
Wave Plasma (Helicon Wave Plasma)
a) A CVD apparatus and the like can be exemplified. These plasma processing equipment
The location is 1 × 1011/ CmThreeMore than 1 × 1014/ CmThreeLess than
High-density plasma can be generated.
There is an advantage that Zuma CVD can be performed. Each of the above
Technical descriptions of high-density plasma processing equipment
It is omitted because it is described in detail in the technical report etc.
As a theory, Monthly Semiconductor World Magazine 1992 January 1
It appears on page 59 of the January issue.

【0015】[0015]

【作用】本発明のポイントは、高融点金属層のブランケ
ットCVDのソースガスをプラズマ解離して活性種と
し、プラズマCVDにより成膜することである。従来の
ブランケットCVDは、前記した通り400〜500℃
の温度領域での純粋な熱分解反応に依存している。従っ
てソースガスであるSiH4 やWF6 等の成長面への吸
着確率がWの成長核生成やデポジションレートを決定し
ている。このためTiN層等の密着層がオーバーハング
状に形成されると、高アスペクト比の接続孔内部へのソ
ースガスの拡散ならびに吸着量が減少し、成長核の形成
が不足する。このため接続孔内部での横方向への成長が
阻害され、ボイドが生じる結果となるのである。
The point of the present invention is that the source gas of the blanket CVD of the refractory metal layer is plasma-dissociated into active species to form a film by plasma CVD. Conventional blanket CVD is performed at 400 to 500 ° C. as described above.
In the temperature range. Therefore, the probability of adsorption of the source gas, such as SiH 4 or WF 6, on the growth surface determines the growth nucleation of W and the deposition rate. For this reason, when the adhesion layer such as the TiN layer is formed in an overhang shape, the amount of diffusion and adsorption of the source gas into the connection hole having a high aspect ratio decreases, and the formation of growth nuclei becomes insufficient. As a result, growth in the lateral direction inside the connection hole is hindered, resulting in voids.

【0016】本発明では、ソースガスのプラズマ解離、
とりわけ高密度プラズマによる解離を利用してWFx
SiHx 等の高エネルギのイオンやラジカルを含む活性
種を高効率に生成し、接続孔内部の成長面への移動度や
吸着確率ならびに反応性を高め、成長核の形成やデポジ
ションレートを均一なものとする。
In the present invention, plasma dissociation of a source gas,
In particular, active species containing high-energy ions and radicals, such as WF x and SiH x, are efficiently generated using dissociation by high-density plasma, and the mobility, adsorption probability, and reactivity to the growth surface inside the connection hole are high. And the formation of growth nuclei and the deposition rate are made uniform.

【0017】上記効果に加え、ブランケットCVDの前
処理として、Ar等の希ガスによるスパッタリングを施
すことによりTi系密着層のオーバーハング形状を修正
し、同時に接続孔内部のドライ洗浄を施すことが可能と
なる。またブランケットCVD中においては、被処理基
板にRFバイアスを印加することにより成膜中の高融点
金属層のスパッタリングによるマイグレートを併用しつ
つ、オーバーハング形状を緩和してステップカバリッジ
を向上する。これらの処理を同一チャンバ内で連続的に
施すことが可能となるため、被処理基板のコンタミネー
ションは最小限に抑えられ、オーミック性の向上の効果
も達成されるのである。
In addition to the above effects, it is possible to correct the overhang shape of the Ti-based adhesion layer by performing sputtering with a rare gas such as Ar as a pretreatment for blanket CVD, and to simultaneously perform dry cleaning inside the connection hole. Becomes In addition, during blanket CVD, by applying an RF bias to the substrate to be processed, the overhang shape is alleviated and the step coverage is improved while migrating by sputtering of the refractory metal layer during film formation. Since these processes can be continuously performed in the same chamber, contamination of the substrate to be processed is minimized, and the effect of improving ohmic properties is also achieved.

【0018】また同じく高融点金属層の成膜中にイオン
のスパッタリング効果により表面マイグレーションを誘
起するので表面モホロジの改善がなされ、平滑な高融点
金属層表面を得ることが可能となる。
Also, surface migration is induced by the ion sputtering effect during the formation of the refractory metal layer, so that the surface morphology is improved and a smooth refractory metal layer surface can be obtained.

【0019】本発明の第2のポイントは、上記高融点金
属層のプラズマCVDを施すプラズマCVD装置の構造
である。すなわち、1×1011/cm3 以上1×1014
/cm3 未満程度の高密度プラズマを発生でき、しかも
基板バイアスを印加しうるプラズマCVD装置を用いる
ことにより、ステップカバリッジに優れ、表面モホロジ
が改善された高融点金属層を形成するのである。
The second point of the present invention is the structure of the plasma CVD apparatus for performing the plasma CVD of the high melting point metal layer. That is, 1 × 10 11 / cm 3 or more and 1 × 10 14
By using a plasma CVD apparatus capable of generating high-density plasma of less than about / cm 3 and applying a substrate bias, a high-melting-point metal layer having excellent step coverage and improved surface morphology is formed.

【0020】ところで、従来より一般的に用いられてい
る平行平板型プラズマCVD装置は、プラズマ密度とし
て1×109 /cm3 台、磁界を併用する平行平板型マ
グネトロンCVD装置にあっても1×1010/cm3
ーダーのプラズマ密度であり、プラズマ密度やソースガ
スの解離効率の点でやや難点がある。しかし、基板バイ
アスを別途印加すれば本発明の趣旨に従って使用するこ
とは可能である。
Conventionally, a parallel plate type plasma CVD apparatus generally used conventionally has a plasma density of 1 × 10 9 / cm 3 , and even a parallel plate type magnetron CVD apparatus using a magnetic field also has a 1 × 10 9 / cm 3. The plasma density is on the order of 10 10 / cm 3 , and has some difficulties in terms of plasma density and source gas dissociation efficiency. However, if a substrate bias is separately applied, it can be used in accordance with the gist of the present invention.

【0021】一方、プラズマ密度の上限については、エ
ッチングガス圧と密接な関連があり、本発明で用いる高
密度プラズマCVD装置の主たる動作圧力である10-1
Pa〜100 Pa台のガス圧力においては、1×1014
/cm3 のプラズマ密度はほぼ完全解離に近い値であ
る。
On the other hand, the upper limit of the plasma density is closely related to the etching gas pressure, and is 10 -1 which is the main operating pressure of the high-density plasma CVD apparatus used in the present invention.
Pa to 10 0 In Pa range of gas pressure, 1 × 10 14
/ Cm 3 is a value close to almost complete dissociation.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき図面を参
照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】実施例1 本実施例は、Si等の半導体基板に形成された不純物拡
散層に臨んで開口された接続孔を、基板バイアス印加型
ECRプラズマCVD装置で成膜したWで埋め込んだ例
である。最初に、本実施例で使用する基板バイアス印加
型ECRプラズマエッチング装置の概略構成例につき、
図2を参照して説明する。同装置において、マグネトロ
ン15により発生する2.45GHzのマイクロ波を、
マイクロ波導波管16と石英等からなるマイクロ波導入
窓17を経由してプラズマ生成室18に導入し、プラズ
マ生成室を周回して配設したソレノイド19により励起
した0.0875Tの磁場との相互作用により、プラズ
マ生成室18内にソースガスの高密度プラズマ10を生
成する。被処理基板11はヒータ等の基板加熱手段13
を内蔵した基板ステージ12上に載置する。なお14は
基板バイアスを供給するRFバイアス電源、20はプラ
ズマCVDチャンバである。なおソースガス導入孔、真
空排気系他の細部は図示を省略する。
Embodiment 1 In this embodiment, a connection hole opened to an impurity diffusion layer formed on a semiconductor substrate such as Si is buried with W formed by a substrate bias applying type ECR plasma CVD apparatus. It is. First, a schematic configuration example of a substrate bias application type ECR plasma etching apparatus used in the present embodiment will be described.
This will be described with reference to FIG. In the same device, the microwave of 2.45 GHz generated by the magnetron 15 is
It is introduced into a plasma generation chamber 18 through a microwave waveguide 16 and a microwave introduction window 17 made of quartz or the like, and interacts with a 0.0875 T magnetic field excited by a solenoid 19 disposed around the plasma generation chamber. By the action, the high-density plasma 10 of the source gas is generated in the plasma generation chamber 18. The substrate 11 to be processed is a substrate heating means 13 such as a heater.
Is mounted on the substrate stage 12 having the built-in. Reference numeral 14 denotes an RF bias power supply for supplying a substrate bias, and reference numeral 20 denotes a plasma CVD chamber. The details of the source gas introduction hole, the vacuum exhaust system, and other details are omitted.

【0024】次に、本発明のプラズマCVD方法の説明
を図1(a)〜図1(c)を参照して説明する。なお、
同図では図5で説明した部分と同様の箇所については同
じ参照番号を付し、その重複する説明は一部省略する。
Next, the plasma CVD method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c). In addition,
In this figure, the same parts as those described with reference to FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and overlapping description thereof will be partially omitted.

【0025】まず、一例として図1(a)に示すよう
に、予め不図示の不純物拡散層を形成したSi等の半導
体基板1上に、SiO2 等の層間絶縁膜2を形成し、不
純物拡散層に臨む接続孔3を開口する。なお、層間絶縁
膜2の厚さは例えば0.7μm、接続孔3の開口径は
0.35μmとする。
First, as an example, as shown in FIG. 1A, an interlayer insulating film 2 of SiO 2 or the like is formed on a semiconductor substrate 1 of Si or the like on which an impurity diffusion layer (not shown) is formed in advance. A connection hole 3 facing the layer is opened. The thickness of the interlayer insulating film 2 is, for example, 0.7 μm, and the opening diameter of the connection hole 3 is 0.35 μm.

【0026】次に全面に密着層およびバリアメタル層と
してのTi層4およびTiN層5をこの順にスパッタリ
ングにより被着する。本実施例では接続孔3内部でのカ
バリッジ向上のため、スパッタリング粒子流をアライメ
ントするコリメータを内蔵したスパッタリング装置を用
いたが、図1(b)に示すようにわずかにオーバーハン
グが認められた。なお、Ti層4およびTiN層5の厚
さは一例として各々35nmである。ここまで形成した
試料を被処理基板とする。
Next, a Ti layer 4 and a TiN layer 5 as an adhesion layer and a barrier metal layer are deposited on the entire surface by sputtering in this order. In this embodiment, in order to improve the coverage inside the connection hole 3, a sputtering device having a built-in collimator for aligning the flow of the sputtered particles was used. However, as shown in FIG. 1B, a slight overhang was observed. The thickness of each of the Ti layer 4 and the TiN layer 5 is, for example, 35 nm. The sample formed so far is used as a substrate to be processed.

【0027】この被処理基板を前記の基板バイアス印加
型ECRプラズマエッチング装置の基板ステージ13上
にセッティングし下記条件によりArによるスパッタリ
ング前処理を15秒間行う。 Ar 10 sccm ガス圧力 0.5 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 30 W(13.56MH
z) 基板温度 300 ℃ 本前処理工程では下地材料層表面の自然酸化膜等の除去
によるクリーニング効果と、接続孔3上部のTi層4と
TiN層5のオーバーハング部分をスパッタ除去し、オ
ーバーハング形状の修正効果が得られる。
The substrate to be processed is set on the substrate stage 13 of the above-described substrate bias applying type ECR plasma etching apparatus, and a sputtering pretreatment with Ar is performed for 15 seconds under the following conditions. Ar 10 sccm Gas pressure 0.5 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GHz) RF bias power 30 W (13.56 MH)
z) Substrate temperature: 300 ° C. In this pretreatment step, a cleaning effect by removing a natural oxide film and the like on the surface of the base material layer, and an overhang portion of the Ti layer 4 and the TiN layer 5 above the connection hole 3 are removed by sputtering. The effect of correcting the shape is obtained.

【0028】連続して下記条件によりWの核形成を45
秒間行う。 WF6 5 sccm SiH4 3 sccm ガス圧力 0.2 Pa マイクロ波パワー 1000 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 0 W 基板温度 300 ℃ 本工程は低ガス圧力、無バイアスの処理条件であり、下
地層間絶縁膜2等がF * により浸食されることが防止さ
れる。このステップではWの成長核が被処理基板上に均
一に形成され、次工程の高融点金属層成膜のカバリッジ
や膜質に影響を与える重要なステップである。なおこの
処理の前にSiH4 のみを先にフローし、SiHx の吸
着層を被処理基板上全面に形成してもよい。
Continuously, the nucleation of W was 45
Perform for seconds. WF6 5 sccm SiHFour 3 sccm Gas pressure 0.2 Pa Microwave power 1000 W (2.45 GHz) RF bias power 0 W Substrate temperature 300 ° C. This process is a low gas pressure, no bias processing condition
The interlayer insulating film 2 etc. is F *Prevents erosion
It is. In this step, the growth nuclei of W are evenly distributed on the substrate to be processed.
Coverage for the next step of forming the high melting point metal layer
And important steps that affect film quality. Note that this
SiH before treatmentFourOnly flow first,xSucking
The deposition layer may be formed on the entire surface of the substrate to be processed.

【0029】続けて下記条件に切り替え、高融点金属層
のプラズマCVDを90秒間施す。 WF6 60 sccm H2 200 sccm ガス圧力 1.0 Pa マイクロ波パワー 2000 W(2.45GHz) RFバイアスパワー 10 W 基板温度 300 ℃ 本工程はメインのプラズマCVD工程であり、イオンに
よるスパッタを利用してオーバーハング部分の成長を抑
制し、かつ表面の凹凸を抑制しつつ、図1(c)に示す
ように接続孔3内への高融点金属層6の埋め込みを完了
する。接続孔3内の高融点金属層6プラグ部分にボイド
は見られず、また表面の平滑性にすぐれたブランケット
Wが形成できた。
Subsequently, under the following conditions, plasma CVD of the refractory metal layer is performed for 90 seconds. WF 6 60 sccm H 2 200 sccm Gas pressure 1.0 Pa microwave power 2000 W (2.45GHz) RF bias power 10 W substrate temperature 300 ° C. The present process is a main plasma CVD process, using the sputtering by ion Thus, the embedding of the refractory metal layer 6 into the connection hole 3 is completed as shown in FIG. 1C, while suppressing the growth of the overhang portion and the surface irregularities. No void was found at the plug portion of the refractory metal layer 6 in the connection hole 3, and a blanket W having excellent surface smoothness was formed.

【0030】実施例2 本実施例は、基板バイアス印加型ICP−CVD装置に
より高融点金属層を形成した例である。
Embodiment 2 This embodiment is an example in which a high melting point metal layer is formed by a substrate bias application type ICP-CVD apparatus.

【0031】本実施例で使用するプラズマCVD装置の
概略構成を図3を参照して説明する。なお、図3では図
2と同様の機能をはたす部分には同一の参照番号を付与
しその説明は一部省略するものとする。石英等の誘電体
材料で構成されるプラズマCVDチャンバ20側壁に多
重に巻回した誘導結合コイル22によりICP電源21
のパワーをプラズマCVDチャンバ20内に供給し、こ
こに高密度プラズマ10を生成する。なおソースガス導
入孔、真空排気系等の細部の図示は省略する。本装置の
特徴は、大型のマルチターン誘導結合コイル22によ
り、大電力でのプラズマ励起が可能であり、1012/c
3 台の高密度プラズマでの処理を施すことができるこ
とである。
A schematic configuration of a plasma CVD apparatus used in the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, parts performing the same functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be partially omitted. An ICP power source 21 is provided by an inductive coupling coil 22 wound around a side wall of a plasma CVD chamber 20 made of a dielectric material such as quartz.
Is supplied into the plasma CVD chamber 20 to generate the high-density plasma 10 therein. Illustration of details such as a source gas introduction hole and a vacuum exhaust system is omitted. The feature of this device is that large-sized multi-turn inductive coupling coil 22 enables plasma excitation with high power and 10 12 / c
That is, processing with high-density plasma of m 3 units can be performed.

【0032】次に、本実施例のプラズマCVD方法の説
明に移る。本実施例で用いた被処理基板は実施例1と同
じであり、図1を参照して説明することとし、重複する
説明を省略する。図1(b)に示した被エッチング基板
を基板バイアス印加型ICP−CVD装置の基板ステー
ジ16上に載置し、一例として下記条件でArによるス
パッタリング前処理を15秒間施す。 Ar 10 sccm ガス圧力 0.5 Pa ICP電源パワー 1000 W(2MHz) RFバイアスパワー 30 W(800kHz) 基板温度 300 ℃ 本前処理工程では下地材料層表面の自然酸化膜等の除去
によるクリーニング効果と、接続孔3上部のTi層4と
TiN層5のオーバーハング部分をスパッタリング除去
し、オーバーハング形状の修正効果が得られる。
Next, the description will proceed to the plasma CVD method of this embodiment. The substrate to be processed used in the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and will be described with reference to FIG. 1, and redundant description will be omitted. The substrate to be etched shown in FIG. 1B is placed on a substrate stage 16 of a substrate bias application type ICP-CVD apparatus, and as an example, a sputtering pretreatment with Ar is performed for 15 seconds under the following conditions. Ar 10 sccm Gas pressure 0.5 Pa ICP power supply power 1000 W (2 MHz) RF bias power 30 W (800 kHz) Substrate temperature 300 ° C. In this pretreatment step, a cleaning effect by removing a natural oxide film or the like on the surface of the base material layer; The overhanging portions of the Ti layer 4 and the TiN layer 5 above the connection holes 3 are removed by sputtering, and an effect of correcting the overhang shape can be obtained.

【0033】連続して下記条件によりWの核形成均一化
処理を30秒間行う。 SiH4 3 sccm ガス圧力 0.2 Pa ICP電源パワー 1000 W(2MHz) RFバイアスパワー 0 W 基板温度 300 ℃ 本工程ではSiH4 を単独でフローすることにより被処
理基板表面の全面にSiHx の吸着層を数層形成し、W
6 との表面親和性を高め次工程のWの核形成の均一性
を向上する。
Continuously, the nucleation of W is uniformized for 30 seconds under the following conditions. SiH 4 3 sccm Gas pressure 0.2 Pa ICP power: 1000 W (2MHz) adsorption of RF bias power 0 W entire surface SiH x of the substrate surface at a substrate temperature of 300 ° C. This step by the flow of SiH 4 alone Forming several layers,
It enhances the surface affinity with F 6 and improves the uniformity of W nucleation in the next step.

【0034】続けて下記条件によりWの核形成を45秒
間行う。 WF6 5 sccm SiH4 3 sccm ガス圧力 0.2 Pa ICP電源パワー 1000 W(2MHz) RFバイアスパワー 0 W 基板温度 300 ℃ 本処理工程ではSiHx の吸着層上に均一なWの成長核
が形成される。
Subsequently, nucleation of W is performed for 45 seconds under the following conditions. WF 6 5 sccm SiH 4 3 sccm Gas pressure 0.2 Pa ICP power: 1000 W (2MHz) RF bias power 0 W growth nuclei of uniform W in the adsorption layer of SiH x at a substrate temperature of 300 ° C. The present process is formed Is done.

【0035】さらに下記条件により、高融点金属層の初
期成長を20秒間行う。 WF6 25 sccm H2 500 sccm ガス圧力 2 Pa ICP電源パワー 1000 W(2MHz) RFバイアスパワー 10 W(800kHz) 基板温度 300 ℃ 本初期成長過程ではWF6 流量を抑えH2 を大量にフロ
ーすることにより過剰のF* を消費し、下地の浸食を防
止しながら薄いW層をコンフォーマルに形成する。
Further, the initial growth of the refractory metal layer is performed for 20 seconds under the following conditions. WF 6 25 sccm H 2 500 sccm Gas pressure 2 Pa ICP power supply power 1000 W (2 MHz) RF bias power 10 W (800 kHz) Substrate temperature 300 ° C. In the initial growth process, the WF 6 flow rate is suppressed and H 2 flows in large quantities. As a result, excessive F * is consumed, and a thin W layer is formed conformally while preventing erosion of the base.

【0036】さらに連続的に下記条件に切り替え、メイ
ンのプラズマCVDを90秒間施す。 WF6 60 sccm H2 200 sccm ガス圧力 1.0 Pa ICP電源パワー 2000 W(2MHz) RFバイアスパワー 10 W 基板温度 300 ℃ 本工程はメインの成膜工程であり、イオンによるスパッ
タを利用してオーバーハング部分の成長を抑制し、かつ
表面の凹凸を抑制しつつ、図1(c)に示すように接続
孔3内への高融点金属層6の埋め込みを完了する。接続
孔3内の高融点金属層6プラグ部分にボイドは見られ
ず、また表面の平滑性にすぐれたブランケットWが形成
できた。
Further, the following conditions are continuously changed, and main plasma CVD is performed for 90 seconds. WF 6 60 sccm H 2 200 sccm Gas pressure 1.0 Pa ICP power supply 2000 W (2 MHz) RF bias power 10 W Substrate temperature 300 ° C. This is a main film forming process, and is performed using ion sputtering. The embedding of the refractory metal layer 6 in the connection hole 3 is completed as shown in FIG. 1C, while suppressing the growth of the hang portion and the surface irregularities. No void was found at the plug portion of the refractory metal layer 6 in the connection hole 3, and a blanket W having excellent surface smoothness was formed.

【0037】本実施例ではSiH4 単独フロー処理、お
よび高融点金属層の初期成長ステップを加えたことによ
り、被処理基板上のWの成長核が均一に生成し、より均
一でステップカバリッジに優れたブランケットCVDが
達成され、下地の浸食も完全に防止される。
In the present embodiment, the growth nuclei of W on the substrate to be processed are uniformly generated by adding the SiH 4 single flow process and the initial growth step of the refractory metal layer, thereby providing a more uniform and step coverage. Excellent blanket CVD is achieved and substrate erosion is completely prevented.

【0038】実施例3 本実施例は基板バイアス印加型TCP−CVD装置によ
り高融点金属層を形成した例である。
Embodiment 3 This embodiment is an example in which a high melting point metal layer is formed by a substrate bias applying type TCP-CVD apparatus.

【0039】本実施例で使用するTCP−CVD装置の
概略構成例を図4を参照して説明する。本装置は図3で
示したICP−CVD装置と基本的な構成は同じであ
り、同一構成部分には同じ参照番号を付与しその説明を
省略する。本装置の特徴部分は、プラズマCVDチャン
バ20天板を石英等の誘電体材料で構成し、この上面に
渦巻状のTCPコイル24を配設してTCP電源のパワ
ーをプラズマCVDチャンバ20内に導入する点であ
る。なお、図4でもソースガス導入系、真空排気系等の
細部は図示を省略する。本装置によれば、大型のTCP
コイル24とプラズマCVDチャンバ20内のソースガ
スとの誘導結合により、1012/cm3 台の高密度プラ
ズマを生成できる。
A schematic configuration example of a TCP-CVD apparatus used in this embodiment will be described with reference to FIG. This apparatus has the same basic configuration as the ICP-CVD apparatus shown in FIG. 3, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. The feature of this apparatus is that the top plate of the plasma CVD chamber 20 is made of a dielectric material such as quartz, and a spiral TCP coil 24 is disposed on the top surface thereof to introduce the power of the TCP power supply into the plasma CVD chamber 20. It is a point to do. In FIG. 4, details such as a source gas introduction system and a vacuum exhaust system are omitted. According to this device, a large TCP
Due to the inductive coupling between the coil 24 and the source gas in the plasma CVD chamber 20, high-density plasma of the order of 10 12 / cm 3 can be generated.

【0040】本実施例のプラズマCVD方法は、実施例
2におけるプラズマCVD方法とほぼ同一である。すな
わち実施例2の説明におけるICP電源21をTCP電
源23に、誘導結合コイル22をTCPコイル24に読
み替える以外は大略同様にして形成できる。この結果、
図1(c)に示すように高融点金属層6のブランケット
CVDがプラグ部分にボイドなく、平滑な表面をもって
達成された。
The plasma CVD method of this embodiment is almost the same as the plasma CVD method of the second embodiment. That is, they can be formed in substantially the same manner except that the ICP power supply 21 is replaced with the TCP power supply 23 and the inductive coupling coil 22 is replaced with the TCP coil 24 in the description of the second embodiment. As a result,
As shown in FIG. 1C, blanket CVD of the refractory metal layer 6 was achieved with no void in the plug portion and a smooth surface.

【0041】実施例4 本実施例は基板バイアス印加型ヘリコン波プラズマCV
D装置により高融点金属層を形成した例である。
Embodiment 4 This embodiment is directed to a helicon wave plasma CV of a substrate bias application type.
This is an example in which a refractory metal layer is formed by a D apparatus.

【0042】本実施例で使用するCVD装置の概略構成
例を図5を参照して説明する。なお図5でも図2と同様
の機能を有する構成部分には同一の参照番号を付すもの
とする。ヘリコン波電源25によりヘリコン波アンテナ
26に電力を供給して発生する電場と、ソレノイド19
により形成される磁場との相互作用により、プラズマ生
成室18にホイッスラー波(ヘリコン波)を発生し、図
示しないガス導入口からプラズマCVDチャンバ20に
供給するソースガスの高密度プラズマ10を生成する。
27はプラズマCVDチャンバ周囲に配設したマルチポ
ール磁石であり、高密度プラズマ10をプラズマCVD
チャンバ20内に閉じ込める磁界を発生する。被処理基
板11を載置した基板ステージ12にはRFバイアス電
源14より基板バイアスを印加する。本装置によれば、
ヘリコン波アンテナの構造特性により、前述の各実施例
よりさらに高い1013/cm3 オーダのプラズマ密度を
得ることが可能である。
An example of a schematic configuration of a CVD apparatus used in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 5, components having the same functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. An electric field generated by supplying electric power to a helicon wave antenna 26 by a helicon wave power supply 25, and a solenoid 19
A whistler wave (helicon wave) is generated in the plasma generation chamber 18 by the interaction with the magnetic field formed by the above, and the high-density plasma 10 of the source gas supplied to the plasma CVD chamber 20 from a gas inlet (not shown) is generated.
27 is a multipole magnet disposed around the plasma CVD chamber,
It generates a magnetic field to be confined in the chamber 20. A substrate bias is applied from a RF bias power supply 14 to a substrate stage 12 on which the substrate 11 to be processed is mounted. According to this device,
Due to the structural characteristics of the helicon wave antenna, it is possible to obtain a higher plasma density of the order of 10 13 / cm 3 than in the above embodiments.

【0043】本実施例によるプラズマCVD方法も、基
本的には実施例2におけるプラズマCVD方法と同じで
あり、実施例2の説明におけるICP電源21をヘリコ
ン波電源25に、誘導結合コイル22をヘリコン波アン
テナ26に読み替える以外はほぼ同様に形成できる。こ
の結果、図1(c)に示すように高融点金属層6のブラ
ンケットCVDがコンタクトプラグ部分にボイドの発生
なく、かつ平滑な表面性をもって達成された。
The plasma CVD method according to the present embodiment is also basically the same as the plasma CVD method according to the second embodiment. The ICP power supply 21 in the description of the second embodiment is used as the helicon wave power supply 25, and the inductive coupling coil 22 is used as the helicon wave power supply. It can be formed almost in the same manner except that the wave antenna 26 is replaced. As a result, as shown in FIG. 1C, blanket CVD of the refractory metal layer 6 was achieved with no void in the contact plug portion and with a smooth surface property.

【0044】本実施例によれば、前実施例よりさらに高
密度のプラズマによるソースガスの高効率解離が可能で
あり、8インチ径以上の大面積基板上に均一膜厚と良好
なステップカバリッジ特性を併せ有するブランケットC
VDを施すことができる。
According to this embodiment, the source gas can be more efficiently dissociated by the plasma having a higher density than the previous embodiment, and a uniform film thickness and a good step coverage can be obtained on a large area substrate having a diameter of 8 inches or more. Blanket C with combined properties
VD can be applied.

【0045】以上、本発明を4例の実施例により説明し
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
Although the present invention has been described with reference to the four embodiments, the present invention is not limited to these embodiments.

【0046】例えば、実施例中では接続孔内への高融点
金属層の埋め込みによるコンタクトプラグの形成プロセ
スを例にとって説明したが、下層配線上の層間絶縁膜に
形成したヴァイアホール内への埋め込みプロセスに応用
してもよい。また接続プラグのみならず、ブランケット
CVDを用いる各種電極・配線の形成にも適用すれば、
平滑表面をもつ良好なプロセスを達成できる。
For example, the process of forming a contact plug by embedding a refractory metal layer in a connection hole has been described in the embodiments, but the embedding process in a via hole formed in an interlayer insulating film on a lower wiring is described. May be applied. If it is applied not only to connection plugs but also to the formation of various electrodes and wiring using blanket CVD,
A good process with a smooth surface can be achieved.

【0047】高融点金属層5としてWを例示したが、M
o、Ta等他の高融点金属であってもよい。また密着層
とバリアメタル層はTi/TiNを例示したが、TiO
N、TiW、TiSix 等、下地や高融点金属層の材料
に応じて各種材料を適宜選択してよい。
Although the high melting point metal layer 5 is exemplified by W,
Other high melting point metals such as o and Ta may be used. The adhesion layer and the barrier metal layer are exemplified by Ti / TiN.
N, TiW, TiSi x, etc., may be appropriately selected various materials depending on the material of the base and the refractory metal layer.

【0048】希ガスとしてArを例示したが、He、N
e、KrおよびXe等の希ガスを単独または混合して使
用してもよい。
Although Ar is exemplified as the rare gas, He, N
Noble gases such as e, Kr and Xe may be used alone or in combination.

【0049】エッチング装置として、基板バイアス印加
型のECRプラズマCVD装置、ICP−CVD装置、
TCP−CVD装置およびヘリコン波プラズマCVD装
置を例示したが、平行平板型プラズマCVD装置や、さ
らにヘキソード型等のバッチ式プラズマCVD装置を用
いてもよい。すなわち1×1011/cm3 未満のプラズ
マ密度によるプラズマCVDであっても基板バイアスを
印加する構造を採用することにより本発明の効果を享受
することができる。
As an etching apparatus, a substrate bias application type ECR plasma CVD apparatus, an ICP-CVD apparatus,
Although the TCP-CVD apparatus and the helicon wave plasma CVD apparatus are illustrated, a parallel plate type plasma CVD apparatus or a batch type plasma CVD apparatus such as a hexode type may be used. That is, the effects of the present invention can be enjoyed by employing a structure in which a substrate bias is applied even in plasma CVD using a plasma density of less than 1 × 10 11 / cm 3 .

【0050】また、基板バイアス印加用RF電源とし
て、13.56MHzと800kHzの周波数を例示し
たが、この周波数に限定されるものではない。
Further, the frequencies of 13.56 MHz and 800 kHz are exemplified as the RF power source for applying the substrate bias, but the present invention is not limited to these frequencies.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は高融点金属層のブランケットCVD方法において、被
処理基板にRFバイアスを印加しつつプラズマCVD法
により堆積することにより、アスペクト比の大きい微細
な接続孔内部であってもボイドを発生することなくW等
を埋め込むことが可能となる。
As is apparent from the above description, in the present invention, in the blanket CVD method for a high melting point metal layer, a large aspect ratio is obtained by depositing a substrate to be processed by a plasma CVD method while applying an RF bias to a substrate to be processed. It is possible to embed W or the like without generating a void even in the inside of a fine connection hole.

【0052】また、ブランケットCVDによる高融点金
属層の表面モホロジを改善し、平滑な表面を得ることが
できるので、その後のエッチバック工程においても下地
やコンタクトプラグ表面に凹凸が転写されることがな
く、さらにこの上に積層する上層配線のパターニングの
形状制御性も向上する。
In addition, since the surface morphology of the refractory metal layer formed by blanket CVD can be improved and a smooth surface can be obtained, unevenness is not transferred to the base or contact plug surface even in the subsequent etch-back step. Further, the shape controllability of the patterning of the upper wiring layer laminated thereon is also improved.

【0053】また、従来の熱分解CVD法によるブラン
ケットCVDプロセスに比較して、プロセス温度を低温
化することが可能であり、AlやAl合金配線上のヴァ
イアホールへの埋め込みを可能にする等プロセスの選択
幅が拡がる効果がある。
Further, as compared with a conventional blanket CVD process using a thermal decomposition CVD method, the process temperature can be reduced, and a process such as embedding in a via hole on an Al or Al alloy wiring can be performed. This has the effect of expanding the range of choices.

【0054】さらにまた、同一プラズマCVDチャンバ
内で被処理基板のスパッタリング前処理を施した後にプ
ラズマCVDを連続的に行えば、密着層やバリアメタル
層のオーバーハング部分の形状修正効果や自然酸化膜等
のクリーニング効果が得られ、ステップカバリッジの向
上、オーミック性の改善等の効果も得られる。
Further, if plasma CVD is continuously performed after performing the pre-sputtering treatment of the substrate to be processed in the same plasma CVD chamber, the effect of correcting the shape of the overhang portion of the adhesion layer and the barrier metal layer and the natural oxide film cleaning effect is obtained equal, step coverage improvement in the effect of improvement of ohmic also obtained.

【0055】上記各効果は、1×1011/cm3以上1
×1014/cm3未満のプラズマ密度が得られるプラズ
マCVD装置を用いれば、さらにその効果を徹底するこ
ができる。
Each of the above effects is 1 × 10 11 / cm 3 or more.
If a plasma CVD apparatus capable of obtaining a plasma density of less than × 10 14 / cm 3 is used, the effects can be further enhanced.
Door can be.

【0056】本発明のプラズマCVD方法を行うため
に、被処理基板へのRFバイアス印加機構を備えた構造
を有する基板バイアス印加型のECR(Electro
n Cyclotron Resonance)プラズ
マCVD装置、ICP(Inductively Co
upled Plasma)CVD装置、TCP(Tr
anceformer Coupled Plasm
a)CVD装置、ヘリコン波プラズマ(Helicon
Wave Plasma)CVD装置等を用いること
により、1×1011/cm3 以上1×1014/cm3
満の高密度プラズマを利用したブランケットCVDプロ
セスを達成できる。
In order to perform the plasma CVD method of the present invention, a substrate bias application type ECR (Electro-Electro) having a structure provided with an RF bias application mechanism to a substrate to be processed is provided.
n Cyclotron Resonance) plasma CVD apparatus, ICP (Inductively Co)
coupled Plasma) CVD equipment, TCP (Tr
anceformer Coupled Plasm
a) CVD equipment, helicon wave plasma (Helicon)
By using a Wave Plasma) CVD apparatus or the like, a blanket CVD process using high-density plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more and less than 1 × 10 14 / cm 3 can be achieved.

【0057】上記効果により、ブランケットCVD膜の
堆積およびそのエッチバックを含む、W等高融点金属層
を用いる多層配線プロセスを信頼性高く実用化すること
が可能となり、本発明が微細なデザインルールに基づく
半導体装置等の製造プロセスに与える寄与は大きい。
With the above effects, a multilayer wiring process using a high melting point metal layer such as W, including the deposition of a blanket CVD film and its etch-back, can be put to practical use with high reliability. The contribution to the manufacturing process of a semiconductor device or the like based on this is large.

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

【図1】本発明を適用した実施例1、2、3および4
を、その工程順に説明する概略断面図であり、(a)は
半導体基板上の層間絶縁膜に接続孔を開口した状態、
(b)は密着層およびバリアメタル層を順次スパッタリ
ングした状態、(c)はプラズマCVD法により高融点
金属層を全面に堆積した状態である。
FIG. 1 shows Examples 1, 2, 3, and 4 to which the present invention is applied.
FIGS. 3A and 3B are schematic cross-sectional views illustrating the steps in the order of steps, wherein FIG.
(B) shows a state where an adhesion layer and a barrier metal layer are sequentially sputtered, and (c) shows a state where a high melting point metal layer is deposited on the entire surface by a plasma CVD method.

【図2】本発明を適用した実施例1で使用する基板バイ
アス印加型ECRプラズマCVD装置の概略断面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a substrate bias application type ECR plasma CVD apparatus used in Example 1 to which the present invention is applied.

【図3】本発明を適用した実施例2で使用する基板バイ
アス印加型ICP−CVD装置の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a substrate bias application type ICP-CVD apparatus used in Example 2 to which the present invention is applied.

【図4】本発明を適用した実施例3で使用する基板バイ
アス印加型TCP−CVD装置の概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a substrate bias applying type TCP-CVD apparatus used in a third embodiment to which the present invention is applied.

【図5】本発明を適用した実施例4で使用する基板バイ
アス印加型ヘリコン波プラズマCVD装置の概略断面図
である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a substrate bias application type helicon wave plasma CVD apparatus used in Example 4 to which the present invention is applied.

【図6】従来のブランケットCVD法の問題点を説明す
る図であり、(a)は半導体基板上の層間絶縁膜に接続
孔を開口した状態、(b)は密着層をスパッタリングし
た状態、(c)は高融点金属層を全面に堆積した状態で
ある。
6A and 6B are diagrams for explaining a problem of a conventional blanket CVD method, wherein FIG. 6A shows a state in which a connection hole is opened in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, FIG. c) shows a state in which a refractory metal layer is deposited on the entire surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 層間絶縁膜 3 接続孔 4 Ti層 5 TiN層 6 高融点金属層 7 ボイド 10 高密度プラズマ 11 被処理基板 12 基板ステージ 13 基板加熱手段 14 RFバイアス電源 15 マグネトロン 16 マイクロ波導波管 17 マイクロ波導入窓 18 プラズマ生成室 19 ソレノイド 20 プラズマCVDチャンバ 21 ICP電源 22 誘導結合コイル 23 TCP電源 24 TCPコイル 25 ヘリコン波電源 26 ヘリコン波アンテナ 27 マルチポール磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Interlayer insulating film 3 Connection hole 4 Ti layer 5 TiN layer 6 Refractory metal layer 7 Void 10 High density plasma 11 Substrate to be processed 12 Substrate stage 13 Substrate heating means 14 RF bias power supply 15 Magnetron 16 Microwave waveguide 17 Microwave introduction window 18 Plasma generation chamber 19 Solenoid 20 Plasma CVD chamber 21 ICP power supply 22 Inductive coupling coil 23 TCP power supply 24 TCP coil 25 Helicon wave power supply 26 Helicon wave antenna 27 Multipole magnet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/44 H01L 21/205 H01L 21/285 301 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 16/44 H01L 21/205 H01L 21/285 301 H01L 21/768

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被処理基板上に無バイアスでプラズマC
VD法により高融点金属の核を形成した後、上記被処理
基板にRFバイアスを印加しつつ、プラズマCVD法に
より高融点金属層を形成することを特徴とする、高融点
金属層のCVD方法。
1. A plasma C without bias on a substrate to be processed.
A method for forming a high melting point metal layer, comprising: forming a high melting point metal nucleus by a VD method; and then forming a high melting point metal layer by a plasma CVD method while applying an RF bias to the substrate to be processed.
【請求項2】 1×1011/cm3 以上1×1014/c
3 未満のプラズマ密度が得られるプラズマCVD装置
を用いて上記高融点金属層を形成することを特徴とす
る、請求項1記載の高融点金属層のCVD方法。
2. 1 × 10 11 / cm 3 or more and 1 × 10 14 / c
with a plasma CVD apparatus m 3 less than the plasma density can be obtained, and forming the refractory metal layer, CVD method of the refractory metal layer according to claim 1, wherein.
【請求項3】 上記高融点金属の核を形成する前に上記
被処理基板に核形成均一化処理を施すことを特徴とす
る、請求項1記載の高融点金属層のCVD方法。
3. The CVD method for a high melting point metal layer according to claim 1, wherein a nucleation uniforming process is performed on the substrate to be processed before forming the high melting point metal nucleus.
【請求項4】 上記高融点金属層の形成を初期成長とメ
インの成長との二段階で行い、上記初期成長時における
反応ガス中の上記高融点金属の原料ガスの流量および流
量比を上記メインの成長時における反応ガス中の上記高
融点金属の原料ガスの流量および流量比より小さくする
ことを特徴とする、請求項1記載の高融点金属層のCV
D方法。
4. The step of forming the high melting point metal layer in two stages of initial growth and main growth, wherein the flow rate and the flow rate of the raw material gas of the high melting point metal in the reaction gas during the initial growth are determined by the main growth. 2. The CV of the refractory metal layer according to claim 1, wherein the flow rate and the flow ratio of the source gas of the refractory metal in the reaction gas during the growth of the metal are smaller than the flow rate.
D method.
【請求項5】 被処理基板上に高融点金属層を形成する
工程を有する半導体装置の製造方法において、 被処理基板上に無バイアスでプラズマCVD法により高
融点金属の核を形成した後、上記被処理基板にRFバイ
アスを印加しつつ、プラズマCVD法により高融点金属
層を形成することを特徴とする、半導体装置の製造方
法。
5. A method for manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a refractory metal layer on a substrate to be processed, comprising: forming a nucleus of a refractory metal on a substrate to be processed by a plasma CVD method without a bias; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a refractory metal layer by a plasma CVD method while applying an RF bias to a substrate to be processed.
【請求項6】 1×1011/cm3 以上1×1014/c
3 未満のプラズマ密度が得られるプラズマCVD装置
を用いて上記高融点金属層を形成することを特徴とす
る、請求項5記載の半導体装置の製造方法。
6. 1 × 10 11 / cm 3 or more and 1 × 10 14 / c
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the high-melting-point metal layer is formed using a plasma CVD apparatus capable of obtaining a plasma density of less than m 3 .
【請求項7】 上記高融点金属の核を形成する前に上記
被処理基板に核形成均一化処理を施すことを特徴とす
る、請求項5記載の半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein a nucleation uniforming process is performed on the substrate to be processed before the nucleus of the refractory metal is formed.
【請求項8】 上記高融点金属層の形成を初期成長とメ
インの成長との二段階で行い、上記初期成長時における
反応ガス中の上記高融点金属の原料ガスの流量および流
量比を上記メインの成長時における反応ガス中の上記高
融点金属の原料ガスの流量および流量比より小さくする
ことを特徴とする、請求項5記載の半導体装置の製造方
法。
8. The formation of the refractory metal layer in two stages of initial growth and main growth, wherein the flow rate and the flow ratio of the source gas of the refractory metal in the reaction gas during the initial growth are determined by the main growth. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the flow rate and the flow rate ratio of the raw material gas of the high melting point metal in the reaction gas during the growth of the semiconductor are reduced.
【請求項9】 接続孔が形成された被処理基板上に無バ
イアスでプラズマCVD法により高融点金属の核を形成
した後、上記被処理基板にRFバイアスを印加しつつ、
プラズマCVD法により高融点金属層を形成して上記接
続孔を埋め込むことを特徴とする、高融点金属層のCV
D方法。
9. A substrate having no connection on a substrate to be processed having a connection hole formed therein.
Nucleus of high melting point metal formed by plasma CVD method with EAS
After that, while applying an RF bias to the substrate to be processed,
Forming a refractory metal layer by a plasma CVD method and burying the contact hole;
D method.
【請求項10】 上記高融点金属の核を形成する前に上
記被処理基板に核形成均一化処理を施すことを特徴とす
る、請求項9記載の高融点金属層のCVD方法。
10. The method according to claim 1, wherein the nucleus of the refractory metal is formed before
10. The CVD method for a high melting point metal layer according to claim 9, wherein the substrate to be processed is subjected to a nucleation uniformizing process.
【請求項11】 接続孔が形成された被処理基板上に高
融点金属層を形成して上記接続孔を埋め込む工程を有す
る半導体装置の製造方法において、 上記被処理基板上に無バイアスでプラズマCVD法によ
り高融点金属の核を形成した後、上記被処理基板にRF
バイアスを印加しつつ、プラズマCVD法により上記高
融点金属層を形成して上記接続孔を埋め込むことを特徴
とする、半導体装置の製造方法。
11. The method according to claim 1, wherein the connecting hole is formed on the substrate to be processed.
Forming a melting-point metal layer and filling the connection hole.
In the method for manufacturing a semiconductor device according to
After forming the core of the refractory metal, RF
While applying a bias, the above high
Forming the melting hole metal layer and filling the connection hole
A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項12】 上記高融点金属の核を形成する前に上
記被処理基板に核形成均一化処理を施すことを特徴とす
る、請求項11記載の半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11 , wherein a nucleation uniforming process is performed on the substrate to be processed before forming the nucleus of the high melting point metal .
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