JP2009238856A - Manufacturing method of integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、集積回路の製造方法に関し、特に、絶縁膜の開口部にタングステンプラグ等の埋込金属部を形成する製造方法に関する。 The present invention relates to an integrated circuit manufacturing method, and more particularly to a manufacturing method for forming a buried metal portion such as a tungsten plug in an opening of an insulating film.
シリコン基板等を用いて形成される集積回路においては、集積度の向上に伴い、配線やコンタクトの寸法の微細化が必要となっている。この微細化に有効な構造として、コンタクトホールにコンタクト材としてタングステン(W)を埋め込むタングステンプラグが知られている。 In an integrated circuit formed using a silicon substrate or the like, it is necessary to miniaturize the dimensions of wirings and contacts as the degree of integration increases. As a structure effective for miniaturization, a tungsten plug in which tungsten (W) is buried in a contact hole as a contact material is known.
図3は、タングステンプラグを用いた配線構造を有する集積回路の従来の製造方法の主要な工程での断面図である。図3(a),(b)は、タングステンプラグを形成する工程を示している。シリコン基板2上に積層したシリコン酸化膜4にコンタクトホール6を形成した後、シリコン酸化膜4の上面及びコンタクトホール6にタングステン膜8を堆積する(図3(a))。しかる後、エッチバック処理により、シリコン酸化膜4上面に堆積したタングステン膜8を除去し、コンタクトホール6に選択的にタングステン膜8を残す。これにより、コンタクトホール6に埋設されたタングステンプラグ10が形成される(図3(b))。
FIG. 3 is a cross-sectional view of main steps of a conventional manufacturing method of an integrated circuit having a wiring structure using a tungsten plug. 3A and 3B show a process of forming a tungsten plug. After a
図3(c),(d)は、第1層の配線の形成工程を示している。シリコン酸化膜4上面及びタングステンプラグ10上にアルミニウム(Al)膜12が堆積され(図3(c))、このAl膜12をパターニングして第1層の配線14が形成される(図3(d))。第1層の配線14はタングステンプラグ10に電気的に接続される。
3C and 3D show a process for forming the first layer wiring. An aluminum (Al)
さらに第2層の配線を形成する場合には、第1層の配線14の上に層間絶縁膜が積層され、この層間絶縁膜に第1層の配線14に到達するコンタクトホールを形成する。その後、層間絶縁膜とコンタクトホール内とにAl膜を堆積しパターニングして、第1層の配線14に電気的に接続される第2層の配線が形成される。
タングステンプラグ10を形成する際のタングステン膜8のエッチバックの条件は、シリコン酸化膜4上のタングステン膜8が好適に除去されるようオーバーエッチングに設定される。そのため、コンタクトホール6内を埋めるタングステン膜8は、シリコン酸化膜4の上面から下がった位置までエッチバックされ、リセス(凹部)が生じる。すなわち、コンタクトホール6の外側のシリコン酸化膜4と内側のタングステンプラグ10の上面との間に段差30が生じる(図3(b))。
The etching back condition of the tungsten film 8 when forming the
この後の工程で形成されるAl膜12等の導電膜は、このリセス又は段差30の影響を受けた形状となりやすく、そのカバレッジ(被覆性)が劣化するという問題があった。このカバレッジの低下は配線の断線やコンタクト不良を起こしやすくする。なお、図3では、当該リセスがその上の層に与える影響の例として、コンタクトホール6の中央部にて第1層の配線14の上面が深く窪んでいる様子を示している。このようにAl膜12が屈曲することにより配線14の断線が起きたり、この上層から当該屈曲部分へのコンタクト不良が生じやすくなる。
The conductive film such as the Al
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、シリコン酸化膜等の絶縁膜に形成したコンタクトホール等の開口部内にタングステンプラグ等の埋込金属部が形成される集積回路において、開口部でのリセスが低減される製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in an integrated circuit in which a buried metal part such as a tungsten plug is formed in an opening part such as a contact hole formed in an insulating film such as a silicon oxide film. It aims at providing the manufacturing method with which the recess in an opening part is reduced.
本発明に係る集積回路の製造方法は、基板の上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記絶縁膜の上面及び前記開口部内に、金属膜を堆積する工程と、前記金属膜をエッチバックして、前記絶縁膜の上面を表出させ、前記開口部内に前記金属膜からなる埋込金属部を残留形成する工程と、前記埋込金属部が形成された前記絶縁膜をエッチバックして、前記埋込金属部の上面に対する前記開口部の段差を縮小し平坦化する工程と、を備える。 An integrated circuit manufacturing method according to the present invention includes a step of forming an insulating film on a substrate, a step of forming an opening in the insulating film, and depositing a metal film on the upper surface of the insulating film and in the opening. Etching back the metal film to expose the upper surface of the insulating film, leaving a buried metal portion made of the metal film in the opening, and forming the buried metal portion. Etching back the insulating film, and reducing and flattening the step of the opening with respect to the upper surface of the buried metal portion.
本発明によれば、埋込金属部が形成された絶縁膜をエッチバックすることで、埋込金属部の上面に対する開口部の段差が縮小され、絶縁膜の上面が平坦化される。これにより、この上に積層される配線層の平坦性が向上し、段差に起因する配線の断裂やコンタクト不良の発生が低減される。 According to the present invention, the step of the opening with respect to the upper surface of the buried metal portion is reduced by etching back the insulating film in which the buried metal portion is formed, and the upper surface of the insulating film is planarized. Thereby, the flatness of the wiring layer laminated thereon is improved, and the occurrence of wiring breakage and contact failure due to the step is reduced.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。本実施形態は、半導体基板上に形成される集積回路に関し、その構成の中で特に、半導体基板表面の不純物拡散層に接続される配線構造について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings. This embodiment relates to an integrated circuit formed on a semiconductor substrate, and in particular, a wiring structure connected to an impurity diffusion layer on the surface of the semiconductor substrate will be described.
図1,図2は、実施形態に係る集積回路の製造方法の主要な工程での模式的な断面図である。半導体基板40表面に、不純物拡散層42を形成した後、シリコン酸化膜44が積層される。ここで、シリコン酸化膜44は、熱酸化やCVD(Chemical Vapor Deposition)で形成されるSiO2膜である。シリコン酸化膜44は、絶縁膜の一例であり、本発明ではシリコン酸化膜44に代えて、例えば、TEOS(Tetra-ethoxy-silane)、PTEOS(Plasma TEOS)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等のシリコン酸化物系の材料からなる他の種類の膜を用いることもできる。シリコン酸化膜44の表面にフォトレジスト(不図示)を塗布し、これをパターニングして、コンタクトホール46を形成する位置に開口を有するエッチングマスクを形成する。このエッチングマスクを用いて例えば、RIE(Reactive Ion Etching)によるエッチング処理を行い、シリコン酸化膜44にコンタクトホール46が形成される(図1(a))。コンタクトホール46はシリコン酸化膜44を貫通し、その底面には不純物拡散層42が露出する。
1 and 2 are schematic cross-sectional views at main steps of a method of manufacturing an integrated circuit according to the embodiment. After the
コンタクトホール46内及びシリコン酸化膜44上面に、バリア層として窒化チタン(TiN)膜等(不図示)を形成した後、CVDによりタングステン膜48を堆積する。タングステン膜48はシリコン酸化膜44の上面に堆積されると共にコンタクトホール46内にも堆積され、コンタクトホール46内はタングステン膜48で充填される(図1(b))。
After a titanium nitride (TiN) film or the like (not shown) is formed as a barrier layer in the
しかる後、エッチバック処理により、シリコン酸化膜44上面に堆積したタングステン膜48等を除去する。これにより、コンタクトホール46に埋設されたタングステンプラグ50が形成される(図1(c))。
Thereafter, the
ここで、タングステン膜48及びバリア層のエッチバック処理は、シリコン酸化膜44に対する選択比を有する方法で行われる。このエッチバック処理では、シリコン酸化膜44の上面に存在するタングステン膜48等が好適に除去されるように、例えば、ウェハ内エッチングレートのばらつきに応じた量のオーバーエッチングが行われる。その結果、コンタクトホール46内でのタングステン膜48のエッチングはシリコン酸化膜44の上面より低い位置まで進行し、コンタクトホール46の外側のシリコン酸化膜44と内側のタングステンプラグ50の上面との間に段差30が生じる。
Here, the etch back process of the
本発明の製造方法では、この段差30を有するシリコン酸化膜44の表面を、エッチング処理でエッチバックする。このエッチング処理は、タングステンよりシリコン酸化膜に対し大きなエッチングレートを有するようにエッチャントが選択され、またエッチング条件を設定される。これにより、段差30が縮小され、コンタクトホール46の内外の平坦性が向上する(図1(d))。
In the manufacturing method of the present invention, the surface of the
シリコン酸化膜44とタングステンプラグ50との段差が縮小された表面に、第1層のAl膜52が蒸着される。Al膜52は、その下地の平坦性を向上させたことにより、コンタクトホール46の上部においても好適なカバレッジ、平坦性を実現することができる(図2(a))。
A
Al膜52をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして、タングステンプラグ50に接続される第1Al配線54が形成される(図2(b))。
The Al
第1Al配線54の上に層間絶縁膜56が積層される(図2(c))。ちなみに、層間絶縁膜56は、上述のシリコン酸化物系の材料を用いて形成され、例えば、PTEOSをCVDで堆積して形成することができる。層間絶縁膜56の表面にフォトレジスト(不図示)を塗布し、これをパターニングして、タングステンプラグ50の直上に開口を有するエッチングマスクを形成する。このエッチングマスクを用いてエッチング処理を行い、層間絶縁膜56にコンタクトホール58が形成される(図2(d))。コンタクトホール58は層間絶縁膜56を貫通し、その底面には第1Al配線54が露出する。ここで、コンタクトホール58の底面に現れる第1Al配線54は、タングステンプラグ50の直上に位置するが、本発明によれば、上述した従来の配線14と比べて、第1Al配線54の表面に窪みなどの凹凸が形成されにくい。そのため、コンタクトホール58を形成するエッチングにて、コンタクトホール58の底面の第1Al配線54の表面から層間絶縁膜56を除去することが容易となる。
An interlayer
コンタクトホール58が形成された層間絶縁膜56の表面に、第2層のAl膜が蒸着される。このAl膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして、第2Al配線60が形成される(図2(e))。この第2Al配線60を形成するAl膜はコンタクトホール58内にも堆積され、コンタクトホール58内を充填する。上述のように、コンタクトホール58の底面からは層間絶縁膜56が好適に除去され、また当該底面となる第1Al配線54の上面の凹凸が緩和されるので、第2Al配線60はコンタクトホール58にて第1Al配線54に電気的に良好に接続される。
A second Al film is deposited on the surface of the
本実施形態では、シリコン酸化膜44に形成される開口部がコンタクトホール46であり、その中に埋込金属部としてタングステンプラグ50を形成する構成を説明した。しかし、本発明は、この構成に限られず、例えば、開口部が溝であり、埋込金属部が当該溝に埋め込まれるタングステン材であってもよい。また、埋込金属部は、シリコン酸化膜44の段差30を縮小するエッチバック処理に対して、耐食性を有する他の金属で形成することもできる。
In the present embodiment, the configuration in which the opening formed in the
タングステンプラグ50が埋め込まれる絶縁膜は、シリコン酸化膜44のように半導体基板40の表面に直接、積層されるものに限られず、他の層を介して半導体基板40の上に積層されるものであってもよい。例えば、コンタクトホール58にタングステンプラグを埋め込む構成とした場合、コンタクトホール58の部分にて層間絶縁膜56のリセスが形成される。この場合に本発明では、コンタクトホール58にタングステンプラグを埋め込んだ後、層間絶縁膜56の表面をエッチバックしてこのリセスが除去又は縮小される。そしてその後、層間絶縁膜56の上に第2のAl膜が成膜される。
The insulating film in which the
40 半導体基板、42 不純物拡散層、44 シリコン酸化膜、46,58 コンタクトホール、48 タングステン膜、50 タングステンプラグ、52 Al膜、54 第1Al配線、56 層間絶縁膜、58 コンタクトホール、60 第2Al配線。 40 Semiconductor substrate, 42 Impurity diffusion layer, 44 Silicon oxide film, 46, 58 contact hole, 48 Tungsten film, 50 Tungsten plug, 52 Al film, 54 First Al wiring, 56 Interlayer insulating film, 58 Contact hole, 60 Second Al wiring .
Claims (3)
前記絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記絶縁膜の上面及び前記開口部内に、金属膜を堆積する工程と、
前記金属膜をエッチバックして、前記絶縁膜の上面を表出させ、前記開口部内に前記金属膜からなる埋込金属部を残留形成する工程と、
前記埋込金属部が形成された前記絶縁膜をエッチバックして、前記埋込金属部の上面に対する前記開口部の段差を縮小し平坦化する工程と、
を備えることを特徴とする集積回路の製造方法。 Forming an insulating film on the substrate;
Forming an opening in the insulating film;
Depositing a metal film on the upper surface of the insulating film and in the opening;
Etching back the metal film, exposing the upper surface of the insulating film, and forming a remaining embedded metal portion made of the metal film in the opening;
Etching back the insulating film in which the embedded metal portion is formed, and reducing and flattening the step of the opening with respect to the upper surface of the embedded metal portion;
An integrated circuit manufacturing method comprising:
前記平坦化された前記絶縁膜の上面及び前記埋込金属部上に、導電膜を堆積する工程と、
前記導電膜をパターニングして、前記埋込金属部に電気的に接続される配線を形成する工程と、
を備えることを特徴とする集積回路の製造方法。 In the manufacturing method of the integrated circuit of Claim 1,
Depositing a conductive film on the planarized upper surface of the insulating film and the buried metal portion;
Patterning the conductive film to form a wiring electrically connected to the buried metal part;
An integrated circuit manufacturing method comprising:
前記金属膜は、タングステンからなること、を特徴とする集積回路の製造方法。 In the manufacturing method of the integrated circuit of Claim 1 or Claim 2,
The method for manufacturing an integrated circuit, wherein the metal film is made of tungsten.
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