JPH05102064A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JPH05102064A JPH05102064A JP26092391A JP26092391A JPH05102064A JP H05102064 A JPH05102064 A JP H05102064A JP 26092391 A JP26092391 A JP 26092391A JP 26092391 A JP26092391 A JP 26092391A JP H05102064 A JPH05102064 A JP H05102064A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 半導体装置におけるビアホール3にメタルプ
ラグを形成する方法に関し,特にレーザ溶融技術を用い
るメタルプラグ形成方法に関し,金属固有の凝集作用を
低減することにより, 薄い金属の連続膜をビアホール側
壁上に形成し, これをレーザ溶融することによりメタル
プラグを形成する方法を提供する。
【構成】 プラグ形成用金属薄膜を堆積する前に,厚さ
50nm以下の"ぬれ性 "が良い材料より成る下地膜6を形
成する工程と,100 °C 以下の基板温度において該プラ
グ形成用金属材料を堆積4する工程を有するように構成
する。
(57) [Summary] (Modified) [Purpose] A method for forming a metal plug in a via hole 3 in a semiconductor device, particularly a method for forming a metal plug using a laser melting technique. A method for forming a metal plug by forming a thin metal continuous film on the sidewall of a via hole and laser melting the same is provided. [Structure] Before depositing the metal thin film for plug formation, the thickness
It is configured to have a step of forming a base film 6 made of a material having a good wettability of 50 nm or less and a step 4 of depositing the plug forming metal material 4 at a substrate temperature of 100 ° C. or less.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は,半導体装置におけるビ
アホールにメタルプラグを形成する方法に関し,特にレ
ーザ溶融技術を用いるメタルプラグ形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a metal plug in a via hole in a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a metal plug using a laser melting technique.
【0002】近時,高集積化の進む半導体装置において
は,各素子の微細化と共に,配線層の平坦化と,各配線
層間を接続する方法が重要な鍵になっている。Recently, in a semiconductor device which is highly integrated, miniaturization of each element, flattening of wiring layers, and a method of connecting each wiring layer are important keys.
【0003】[0003]
【従来の技術】集積回路で用いられる配線においては,
従来,蒸着法やスパッタリング法のような方法によって
導電体膜を堆積する。しかし,この場合,ビアホールの
ステップカバレッジ率は一般に小さく,しかも,ビアホ
ールの口径が微細化するとステップカバレッジ率は益々
小さくなる。これはシャドー効果によってビアホールの
側壁につく導電体膜の量が減少するからである。2. Description of the Related Art In wiring used in integrated circuits,
Conventionally, a conductor film is deposited by a method such as vapor deposition or sputtering. However, in this case, the step coverage rate of the via hole is generally small, and the step coverage rate becomes smaller and smaller as the diameter of the via hole becomes smaller. This is because the shadow effect reduces the amount of the conductor film on the sidewall of the via hole.
【0004】この問題を解決するために,導電体膜をビ
アホール全体に埋め込む方法(メタルプラグ形成方法)
が有効である。メタルプラグ形成が容易に可能になれ
ば,配線層は平坦化され,そのためにリソグラフィの露
光時の被写体深度の問題は解消し,又,一つのビアホー
ルを他のビアホールの真上に配置するレイアウトも可能
になる,従って,メタルプラグ形成技術は,配線層の多
層化にも極めて好都合である。In order to solve this problem, a method of embedding a conductor film in the entire via hole (metal plug forming method)
Is effective. If the metal plug can be easily formed, the wiring layer is flattened, which solves the problem of the depth of field during lithography exposure, and the layout in which one via hole is placed directly above another via hole is also possible. Therefore, the metal plug forming technique is very convenient for the multilayer wiring layer.
【0005】メタルプラグ形成技術においては,ビアホ
ールを被覆してパターニングして形成した導電体膜パタ
ーン(金属キャップ)に,パルスレーザ光を照射して金
属キャップを溶融し,金属を移動させてプラグを形成す
る。(レーザプラグ形成法)図3 はレーザプラグ法を説
明する模式図である。図3(a)はSi基板(又はSi層)51上
の絶縁体層52にビアホール53を形成し,スパッタリング
法等, 物理気相成長法により金属膜を堆積し, 該ビアホ
ール53を被覆して後, 該金属膜をパターニングして形成
された金属キャップ54を示している。図3(b)は図3(a)の
金属キャップ54にパルスレーザ光を照射して金属キャッ
プを溶融し, 金属を移動させて形成されたメタルプラグ
55を示している。レーザ光の照射によりSi層51が受ける
ダメージを回避するために, 金属キャップ54の厚さを0.
5 μm以下に薄くすることによって, プラグ形成に必要
な照射パルスエネルギー密度の低減をはかっている。In the metal plug forming technique, a conductor film pattern (metal cap) formed by covering and patterning a via hole is irradiated with a pulse laser beam to melt the metal cap and move the metal to move the plug. Form. (Laser Plug Forming Method) FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the laser plug method. In Fig. 3 (a), a via hole 53 is formed in an insulator layer 52 on a Si substrate (or Si layer) 51, a metal film is deposited by a physical vapor deposition method such as a sputtering method, and the via hole 53 is covered. After that, a metal cap 54 formed by patterning the metal film is shown. 3B is a metal plug formed by irradiating the metal cap 54 of FIG. 3A with pulsed laser light to melt the metal cap and moving the metal.
55 is shown. The thickness of the metal cap 54 is set to 0 in order to avoid damage to the Si layer 51 due to laser light irradiation.
By reducing the thickness to less than 5 μm, the irradiation pulse energy density required for plug formation is reduced.
【0006】一般に, 金属膜の堆積は最初に島状成長か
ら始まり, それが網目状成長に移行する不連続膜状態の
成長から, 最後に連続膜成長へと移行する。従って, 膜
厚が薄い場合には, 島状段階で堆積が終了する可能性が
大きい。特に, ビアホールの側壁の上では, 金属原子の
飛来確率が小さくなるから島状段階で堆積が終了する可
能性が一層大きい。In general, the deposition of a metal film starts with island-like growth first, and then it progresses into a network-like growth, and finally it progresses to continuous film growth. Therefore, when the film thickness is thin, there is a high possibility that the deposition will end at the island stage. Especially, on the sidewall of the via hole, the probability of metal atoms coming in is small, so the possibility of deposition ending at the island stage is even greater.
【0007】図4 は連続膜状態からのレーザプラグ法を
説明する模式図である。図4(a)は, ビアホール53の側壁
上に, 金属膜が連続膜状態に形成されている状態を示す
図である。この状態にある金属膜をレーザ溶融すること
によって, 図4(b)に示されるような所期のプラグ55が形
成される。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the laser plug method from the continuous film state. FIG. 4 (a) is a diagram showing a state in which a metal film is formed in a continuous film state on the sidewall of the via hole 53. By laser melting the metal film in this state, a desired plug 55 as shown in FIG. 4 (b) is formed.
【0008】図5 は不連続膜状態からのレーザプラグ法
を説明する模式図である。図5(a)は, 島状成長或いは網
目状成長のような金属の不連続膜がビアホール53の側壁
上に形成されている状態を示す図である。この状態にあ
る金属膜をレーザ溶融すると, 側壁上の金属膜の一部又
は全部がビア53の上部又は底部に物質移動して, 図5(b)
に示されるようなボイド56が発生する。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the laser plug method from a discontinuous film state. FIG. 5 (a) is a diagram showing a state in which a discontinuous metal film such as island-shaped growth or mesh-shaped growth is formed on the sidewall of the via hole 53. When the metal film in this state is laser-melted, part or all of the metal film on the side wall is mass-transferred to the top or bottom of the via 53, as shown in FIG. 5 (b).
The void 56 shown in FIG.
【0009】金属膜厚が薄くとも, 早く連続膜成長が開
始されるようにできるならば, 薄い連続膜が得られる。
そのために, 一つの方法は飛来する金属原子の凝集作用
を弱めることである。即ち堆積させる金属として,凝集
作用の小さい金属を選択すればよい。Even if the metal film thickness is thin, a thin continuous film can be obtained if the continuous film growth can be started quickly.
Therefore, one way is to weaken the aggregating action of incoming metal atoms. That is, a metal having a small aggregation action may be selected as the metal to be deposited.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかし, 従来LSI, VLS
I 等半導体装置に用いられる配線用材料としては, 優れ
た導電性を有するアルミニウム(Al)が最も普及してい
る。一方, このAlは,SiO2層間絶縁層の上に堆積される
場合に強い凝集作用を表す。従って, Alを金属キャップ
材料として用いることが可能な新しい方法が要望されて
いる。[Problems to be Solved by the Invention] However, conventional LSI, VLS
Aluminum (Al), which has excellent conductivity, is the most popular material for wiring used in semiconductor devices such as I. On the other hand, this Al exhibits strong cohesive action when deposited on the SiO 2 interlayer insulating layer. Therefore, there is a demand for a new method in which Al can be used as a metal cap material.
【0011】そこで, 本発明は金属固有の凝集作用を低
減することにより, 薄い金属の連続膜をビアホール側壁
上に形成し, これをレーザ溶融することによりメタルプ
ラグを形成する方法を提供することを目的とする。Therefore, the present invention provides a method of forming a continuous film of a thin metal on a sidewall of a via hole by reducing a cohesive action peculiar to a metal, and forming a metal plug by laser melting the continuous film. To aim.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記の課題は, プラグ形
成用金属薄膜を堆積する前に,厚さ50nm以下の "ぬれ性
"が良い材料より成る下地膜を形成する工程と,100 °
C 以下の基板温度において該プラグ形成用金属材料(A
l) を堆積する工程を有するメタルプラグ形成方法によ
って解決される。[Means for Solving the Problems] The above-mentioned problems are caused by the wettability of 50 nm or less before depositing a metal thin film for forming a plug.
The process of forming a base film made of a good material is 100 °
The metal material for forming the plug (A
l) is solved by a method for forming a metal plug.
【0013】図1 は本発明の原理説明図である。図に示
されるように, Si基板1 上に形成されたビアホール3 の
側壁と底部にのみ, プラグ用金属の "ぬれ性 " の良い
材料が下地膜6 としてコートされる。その上に金属キャ
ップとするAl薄膜4 が連続膜として形成される。 この
金属キャップをレーザ溶融することによって所期のメタ
ルプラグが得られる。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention. As shown in the figure, only the side wall and the bottom of the via hole 3 formed on the Si substrate 1 are coated with the material for the plug metal having good "wettability" as the base film 6. An Al thin film 4 serving as a metal cap is formed thereon as a continuous film. The desired metal plug is obtained by laser melting this metal cap.
【0014】[0014]
【作用】前述の如く, 金属膜堆積の初期段階において,
いち早く連続膜状態を実現するためには, 飛来金属原子
が堆積する際の凝集作用を弱めればよい。そのために本
発明においては, チタニウム(Ti)や窒化チタニウム (Ti
N)のような飛来する金属の" ぬれ性 "が良い材料膜6 を
下地として形成しておく。しかし, もし" ぬれ性"が良
い材料膜6 が絶縁体層2 の上面にも形成されると, 金属
キヤップ4 を溶融した場合, 絶縁体層2 の上面の溶融金
属は物質移動を阻害されることになり, 溶融金属のビア
ホール3 への流れ込みが困難になり, 図5(b)のボイド56
を発生することも起こり得る。それゆえに, 図1 に示さ
れるように" ぬれ性 "が良い材料膜6 はビアホール3 の
側壁と底部にのみ形成されることが必要である。[Operation] As described above, in the initial stage of metal film deposition,
In order to quickly realize a continuous film state, it is necessary to weaken the agglomeration action when flying metal atoms are deposited. Therefore, in the present invention, titanium (Ti) or titanium nitride (Ti
The material film 6 having good "wettability" of flying metal such as N) is formed as a base. However, if the material film 6 with good "wettability" is also formed on the upper surface of the insulator layer 2, when the metal cap 4 is melted, the molten metal on the upper surface of the insulator layer 2 inhibits mass transfer. As a result, it becomes difficult for molten metal to flow into the via hole 3, and the void 56 in Fig. 5 (b)
Can occur. Therefore, as shown in Fig. 1, the material film 6 having good "wettability" needs to be formed only on the side wall and the bottom of the via hole 3.
【0015】" ぬれ性 "の良い材料膜6 がTiの場合に
は, 金属キャップがレーザ溶融される際, 同時にTi膜も
溶融するために, キャップ金属のビアホール3 への流れ
込みが困難になるようなことはない。When the material film 6 having good “wettability” is Ti, when the metal cap is laser-melted, the Ti film is also melted at the same time, so that it becomes difficult for the cap metal to flow into the via hole 3. There is no such thing.
【0016】更に, 一方, キャップ金属を形成する場合
の基板温度を100 ℃以下に保持することにより該金属の
凝集力が低減される。On the other hand, by maintaining the substrate temperature at 100 ° C. or lower when forming the cap metal, the cohesive force of the metal is reduced.
【0017】[0017]
【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。図
2 はメタルプラグを形成する製造工程を説明するための
模式図である。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Figure
2 is a schematic view for explaining a manufacturing process for forming a metal plug.
【0018】図2(a)に示されるように, 通常の方法によ
り, Si基板1 表面を酸化してSi酸化膜(SiO2 膜)2を形成
し, 該 SiO2 膜 2にビアホール3を形成する。図2(b)に
示されるように, " ぬれ性 "の良い下地材料膜6 として
厚さ100 nmのTiN 膜を通常のスパッタリング法により堆
積する。As shown in FIG. 2 (a), the surface of the Si substrate 1 is oxidized to form a Si oxide film (SiO 2 film) 2 and a via hole 3 is formed in the SiO 2 film 2 by a normal method. To do. As shown in Fig. 2 (b), a TiN film with a thickness of 100 nm is deposited as a base material film 6 having good "wettability" by an ordinary sputtering method.
【0019】" ぬれ性 "の良い下地材料膜6 として, Ti
N 膜の代わりに, 厚さ20 nm のTi膜を使用することもで
きる。図2(c)に示されるように, RIE(ReactiveIon Etch
ing) 法によって, ビアホール3 の側壁上のみに残るよ
うにTi膜6 を除去する。As the base material film 6 having good “wettability”, Ti
Instead of the N film, a Ti film with a thickness of 20 nm can be used. As shown in Fig. 2 (c), RIE (Reactive Ion Etch
ing) method, the Ti film 6 is removed so that it remains only on the sidewall of the via hole 3.
【0020】図2(d)に示されるように, 通常のスパッタ
リング法により厚さが約200 nmのAl膜を堆積する。この
際, 基板温度は, 室温乃至100 °C の範囲の一定温度に
保持される。次いでこれをパターニングして金属キャッ
プ4 を形成する。As shown in FIG. 2 (d), an Al film having a thickness of about 200 nm is deposited by a normal sputtering method. At this time, the substrate temperature is maintained at a constant temperature in the range of room temperature to 100 ° C. Then, this is patterned to form a metal cap 4.
【0021】図2(e)に示されるように, パルスレーザ照
射を行って, 金属キャップ4 をレーザ溶融し, ビアホー
ル3 にメタルプラグ5 を形成する。レーザには, XeClエ
キシマレーザを用い, パルスエネルギー密度は, 約0.6
J/cm2 である。As shown in FIG. 2 (e), pulsed laser irradiation is performed to melt the metal cap 4 by laser and form a metal plug 5 in the via hole 3. A XeCl excimer laser was used as the laser, and the pulse energy density was about 0.6.
It is J / cm 2 .
【0022】"ぬれ性 "の良い下地材料膜6 として, TiN
膜の代わりに, Ti膜を使用する場合は, キャップ金属4
のレーザ溶融時にTi膜も同時に溶融するため, 特に図2
(c)に対応する工程は省略できる。As a base material film 6 having good “wettability”, TiN
If a Ti film is used instead of the film, cap metal 4
Since the Ti film also melts at the same time when laser melting of
The step corresponding to (c) can be omitted.
【0023】[0023]
【発明の効果】本発明によって, 薄い金属の連続膜をビ
アホール側壁上に形成し, これをレーザ溶融することに
よりメタルプラグを形成することが可能になり, その結
果, 半導体装置の高集積化, 高密度化のための製造技術
に寄与するところが大きい。According to the present invention, it is possible to form a thin metal continuous film on the side wall of a via hole and laser-melt it to form a metal plug. As a result, high integration of a semiconductor device, It greatly contributes to the manufacturing technology for higher density.
【図1】 本発明の原理説明図FIG. 1 is an explanatory view of the principle of the present invention.
【図2】 メタルプラグ形成の製造工程を説明するため
の模式図FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a manufacturing process of forming a metal plug.
【図3】 レーザプラグ法を説明する模式図FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a laser plug method.
【図4】 連続膜状態からのレーザプラグ法を説明する
模式図FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a laser plug method from a continuous film state.
【図5】 不連続膜状態からのレーザプラグ法を説明す
る模式図FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a laser plug method from a discontinuous film state.
1, 51 Si基板 2, 52 絶縁体層 3, 53 ビアホール 4, 54 金属キャップ 5, 55 金属プラグ 6 " ぬれ性 " の良い下地膜 1, 51 Si substrate 2, 52 Insulator layer 3, 53 Via hole 4, 54 Metal cap 5, 55 Metal plug 6 Underlayer film with good wettability
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3205 21/90 A 7353−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/3205 21/90 A 7353-4M
Claims (3)
アホールとその周辺のみに配置された金属キャップ層を
レーザ溶融して,キャップ層金属を該ビアホールに埋め
込み,金属プラグを形成する半導体装置の配線方法にお
いて, 該金属キャップ層を形成する前に,該キャップ層金属に
対するぬれ性が該絶縁体層より良い材料より成る下地膜
を, 該ビアホールを被覆して該絶縁体層上に形成する工
程と, 該金属キャップ層を堆積する工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。1. A semiconductor device in which a via hole formed in an insulating layer on a semiconductor substrate and a metal cap layer arranged only around the via hole are laser-melted to embed the cap layer metal in the via hole to form a metal plug. In the wiring method, before forming the metal cap layer, a base film made of a material having better wettability to the cap layer metal than the insulator layer is formed on the insulator layer by covering the via hole. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step; and a step of depositing the metal cap layer.
部以外に堆積しているぬれ性が良い材料より成る下地膜
を, 該金属キャップ層を形成する前に除去する工程を有
することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造
方法。2. The method according to claim 1, further comprising a step of removing a base film made of a material having a good wettability, which is deposited on a portion other than at least a side wall and a bottom portion of the via hole, before forming the metal cap layer. 1. The method for manufacturing a semiconductor device according to 1.
合,前記下地膜はチタニウム及び窒化チタニウムの中よ
り選択されることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein when the metal of the cap layer is aluminum, the base film is selected from titanium and titanium nitride.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26092391A JPH05102064A (en) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26092391A JPH05102064A (en) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05102064A true JPH05102064A (en) | 1993-04-23 |
Family
ID=17354642
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26092391A Withdrawn JPH05102064A (en) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05102064A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07161813A (en) * | 1993-12-08 | 1995-06-23 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP26092391A patent/JPH05102064A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07161813A (en) * | 1993-12-08 | 1995-06-23 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
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Legal Events
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