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JP2914023B2 - Method of forming fine wiring - Google Patents
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JP2914023B2 - Method of forming fine wiring - Google Patents

Method of forming fine wiring

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JP2914023B2
JP2914023B2 JP20073292A JP20073292A JP2914023B2 JP 2914023 B2 JP2914023 B2 JP 2914023B2 JP 20073292 A JP20073292 A JP 20073292A JP 20073292 A JP20073292 A JP 20073292A JP 2914023 B2 JP2914023 B2 JP 2914023B2
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forming
opening
insulating film
cavity
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晃 古谷
厚志 小椋
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Nippon Electric Co Ltd
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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】本発明は半導体装置における微細
配線の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming fine wiring in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のLSIにおける微細配線の形成方
法は、半導体基板上に配線材料となる金属膜をスパッタ
法により均一に堆積し、ドライエッチング技術により選
択的にエッチングして配線を形成するか、または、半導
体基板上にCVD法により金属膜を均一に堆積し、ドラ
イエッチング技術により選択的にエッチングして配線を
形成する方法が広く採用されている。
2. Description of the Related Art A conventional method for forming a fine wiring in an LSI is to form a wiring by uniformly depositing a metal film as a wiring material on a semiconductor substrate by a sputtering method and selectively etching by a dry etching technique. Alternatively, a method of forming a wiring by uniformly depositing a metal film on a semiconductor substrate by a CVD method and selectively etching the metal film by a dry etching technique has been widely adopted.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この従来の微細配線の
形成方法は、スパッタ法を用いるものでは生産性、表面
モフォロジー(Morphology)等の膜質に優れ
た金属膜を得ることができるが、段差被覆性や埋め込み
についてはCVD法に劣り、一方、CVD法を用いるも
のでは段差被覆性や埋め込みについては優れているが表
面モフォロジー等の膜質でスパッタ法に劣るという問題
があった。
According to this conventional method for forming fine wiring, a metal film having excellent film quality such as productivity and surface morphology can be obtained by using a sputtering method. The properties and embedding are inferior to the CVD method, while those using the CVD method are excellent in step coverage and embedding, but are inferior to the sputtering method due to film quality such as surface morphology.

【0004】また、金属膜をパターニングするためのド
ライエッチングは異方性に優れ現在LSI配線の加工法
としては最も優れているが、信頼性という観点からAl
に代わる配線材料として期待されているCuやW等の金
属に対してはAlと異なりドライエッチングは困難であ
り、配線を形成するのは困難である。
Also, dry etching for patterning a metal film has excellent anisotropy and is currently the most excellent method for processing an LSI wiring.
Unlike Al, metals such as Cu and W, which are expected as an alternative wiring material, are difficult to dry-etch, unlike Al, and are difficult to form wiring.

【0005】本発明の目的は、エッチング加工の困難な
金属を使用した場合にも埋め込みや段差被覆性に優れ、
かつ表面モフォロジーの良好な配線を実現できる配線形
成方法を提供することにある。
[0005] An object of the present invention is to provide excellent embedding and step coverage even when a metal that is difficult to etch is used,
Another object of the present invention is to provide a wiring forming method capable of realizing a wiring having good surface morphology.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の微細配線の形成
方法は、半導体基板上に設けた絶縁膜を選択的にエッチ
ングして第1の開口部を形成する工程と、前記第1の開
口部を含む表面に前記絶縁膜に比べてエッチングレート
の大きい材料膜を堆積してパターニングし配線形成用パ
ターンを有するスペーサを形成する工程と、前記スペー
サを含む表面に層間絶縁膜を堆積する工程と、前記層間
絶縁膜を選択的にエッチングして第2の開口部を形成し
前記スペーサの表面を露出させる工程と、前記スペーサ
をエッチング除去して前記絶縁膜と前記層間絶縁膜との
間に空洞を形成する工程と、前記空洞内に揮発性金属化
合物ガスを導入して前記第1の開口部の前記半導体基板
の表面から順次金属膜を選択成長させて前記空洞内を充
填する工程とを含んで構成される。
According to the present invention, there is provided a method for forming a fine wiring, comprising the steps of selectively etching an insulating film provided on a semiconductor substrate to form a first opening; Depositing and patterning a material film having a higher etching rate than the insulating film on the surface including the portion to form a spacer having a wiring forming pattern; and depositing an interlayer insulating film on the surface including the spacer. Selectively etching the interlayer insulating film to form a second opening to expose the surface of the spacer; and removing the spacer by etching to form a cavity between the insulating film and the interlayer insulating film. And a step of introducing a volatile metal compound gas into the cavity to selectively grow a metal film sequentially from the surface of the semiconductor substrate in the first opening to fill the cavity. In constructed.

【0007】[0007]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

【0008】図1(a)〜(e)は本発明の一実施例を
説明するための工程順に示した半導体チップの断面図で
ある。
FIGS. 1A to 1E are sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining one embodiment of the present invention.

【0009】まず、図1(a)に示すように、Si基板
1の表面を熱酸化して酸化シリコン膜2を0.1〜2μ
mの厚さに形成し、ドライエッチング技術を用いて選択
的に第1の開口部3を形成してSi基板1の表面を露出
させる。
First, as shown in FIG. 1A, the surface of a Si substrate 1 is thermally oxidized to form a silicon oxide film 2 of 0.1 to 2 μm.
m, and the first opening 3 is selectively formed using a dry etching technique to expose the surface of the Si substrate 1.

【0010】次に、図1(b)に示すように、第1の開
口部3を含む表面にLPCVD(減圧CVD)法で多結
晶シリコン膜4を0.05〜1μmの厚さに堆積し、ド
ライエッチング技術を用いてパターニングし配線形成用
パターンを有するスペーサを形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a polycrystalline silicon film 4 is deposited to a thickness of 0.05 to 1 μm on the surface including the first opening 3 by LPCVD (low pressure CVD). Then, patterning is performed using a dry etching technique to form a spacer having a wiring forming pattern.

【0011】次に、図1(c)に示すように、LPCV
D法で多結晶シリコン膜4を含む表面に酸化シリコン膜
5を0.1〜2μmの厚さに堆積し、酸化シリコン膜5
を選択的にドライエッチングし、第1の開口部3より離
れた位置に第2の開口部6を形成して多結晶シリコン膜
4の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG.
A silicon oxide film 5 is deposited to a thickness of 0.1 to 2 μm on the surface including the polycrystalline silicon film 4 by the method D.
Is selectively dry-etched, a second opening 6 is formed at a position distant from the first opening 3, and the surface of the polycrystalline silicon film 4 is exposed.

【0012】次に、図1(d)に示すように、基板温度
600〜1000℃でHC1ガスを導入し、第2の開口
部6から多結晶シリコン膜4をエッチングして空洞7を
形成する。HC1に対する酸化シリコン膜2,5及び単
結晶Si(Si基板1)のエッチングレートは多結晶シ
リコン膜4のエッチングレートに比べ小さいのであまり
エッチされない。
Next, as shown in FIG. 1D, a HC1 gas is introduced at a substrate temperature of 600 to 1000 ° C., and the polycrystalline silicon film 4 is etched from the second opening 6 to form a cavity 7. . Since the etching rates of the silicon oxide films 2 and 5 and the single crystal Si (Si substrate 1) with respect to HC1 are smaller than the etching rate of the polycrystalline silicon film 4, they are not etched much.

【0013】次に、図1(e)に示すように、CVD法
により基板温度50〜250℃で第2の開口部6よりビ
ス・ヘキサフルオロアセチルアセトネート・カッパ(以
下Cu(hfa)2 と記す)ガスを供給しCu膜8を空
洞7内に成長させる。ここで、Cu(hfa)2 を用い
たCu膜8の成長は選択性があり、酸化シリコン膜上に
は成長しないため、Cu膜8は第1の開口部3のSi基
板1の表面から順次成長して空洞7内を充填していく。
Next, as shown in FIG. 1E, bis hexafluoroacetylacetonate kappa (hereinafter referred to as Cu (hfa) 2 ) is formed through the second opening 6 at a substrate temperature of 50 to 250 ° C. by the CVD method. A gas is supplied to grow the Cu film 8 in the cavity 7. Here, the growth of the Cu film 8 using Cu (hfa) 2 is selective and does not grow on the silicon oxide film. It grows and fills the cavity 7.

【0014】なお、基板温度200〜800℃で第2の
開口部6から、Cu(hfa)2 ガスとジメチルアルミ
ニウムハイドライド(以下DMAHと記す)ガスを同時
に供給してCu−Al合金膜を空洞7内に選択成長させ
ても良い。ここで、Cu(hfa)2 ガス及びDMAH
ガスを用いたCu−Al合金膜の成長は選択性があり、
酸化シリコン膜上には成長せず、開口部3のSi基板1
の表面から順次Cu−Al合金膜が選択成長して空洞7
内を充填していく。
At a substrate temperature of 200 to 800 ° C., Cu (hfa) 2 gas and dimethyl aluminum hydride (hereinafter referred to as DMAH) gas are simultaneously supplied from the second opening 6 to form a Cu—Al alloy film in the cavity 7. It may be selectively grown inside. Here, Cu (hfa) 2 gas and DMAH
The growth of Cu-Al alloy film using gas is selective,
The Si substrate 1 in the opening 3 does not grow on the silicon oxide film.
The Cu—Al alloy film is selectively grown sequentially from the surface of
Fill inside.

【0015】図2は本発明の第2の実施例を説明するた
めの半導体チップの断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a second embodiment of the present invention.

【0016】図2に示すように、第1の実施例と同様の
工程により、酸化シリコン膜2,5の間に空洞7を形成
する。次に、CVD法により基板温度200〜800℃
で第2の開口部6から、TiCl4 +NH3 ガスを供給
し第1の開口部に3のSi基板1の表面にTiN膜9を
5〜20nmの厚さに成長させる。ここで、TiCl4
+NH3 を用いたTiN膜9の成長は選択性があり、酸
化シリコン膜上には成長せず第1の開口部3のSi基板
1の表面のみに成長する。次に、基板温度150〜40
0℃で第2の開口部6よりCu(hfa)2 ガスを供給
しCu膜8を空洞7内に成長させる。ここでCu(hf
a)2 ガスを用いたCu膜8の成長は選択性があり酸化
シリコン膜上には成長しないため、Cu膜8はTiN膜
9の表面から成長していく。TiN膜9はCu膜8のS
i基板1中への拡散を抑制するのでより高温での成長が
可能となる。
As shown in FIG. 2, a cavity 7 is formed between the silicon oxide films 2 and 5 by the same steps as in the first embodiment. Next, the substrate temperature is 200 to 800 ° C. by the CVD method.
Then, a TiCl 4 + NH 3 gas is supplied from the second opening 6 and a TiN film 9 is grown to a thickness of 5 to 20 nm on the surface of the third Si substrate 1 in the first opening. Here, TiCl 4
The growth of the TiN film 9 using + NH 3 is selective and grows only on the surface of the Si substrate 1 in the first opening 3 without growing on the silicon oxide film. Next, a substrate temperature of 150 to 40
A Cu (hfa) 2 gas is supplied from the second opening 6 at 0 ° C. to grow a Cu film 8 in the cavity 7. Here, Cu (hf
a) Since the growth of the Cu film 8 using the two gases is selective and does not grow on the silicon oxide film, the Cu film 8 grows from the surface of the TiN film 9. The TiN film 9 is made of S
Since diffusion into the i-substrate 1 is suppressed, growth at a higher temperature becomes possible.

【0017】なおSi基板1の代りにGaAs基板やI
nP基板を用いても良い。
In place of the Si substrate 1, a GaAs substrate or I
An nP substrate may be used.

【0018】また、酸化シリコン膜2,5の形成方法は
熱酸化、CVD法、スパッタ法のいずれかを用いて形成
しても良く、絶縁膜として酸化シリコン膜以外に窒化シ
リコン膜やPSG膜又はBPSG膜を用いても良い。
The silicon oxide films 2 and 5 may be formed by any of thermal oxidation, CVD, and sputtering. In addition to the silicon oxide film, the insulating film may be a silicon nitride film, a PSG film, or the like. A BPSG film may be used.

【0019】また、多結晶シリコン膜4のエッチングガ
スとしてはHC1に限らずCl2 等の塩素系ガス、フッ
素系ガスを用いても良い。
The etching gas for the polycrystalline silicon film 4 is not limited to HC1, but may be a chlorine-based gas such as Cl 2 or a fluorine-based gas.

【0020】スペーサとしては多結晶シリコン膜に限ら
ず非晶質Si膜やAl膜を用いても同様の結果を得る事
ができる。非晶質Si膜やAl膜の場合のエッチャント
も塩素系ガス、フッ素系ガスを用いることが可能であ
る。
Similar results can be obtained by using not only a polycrystalline silicon film but also an amorphous Si film or an Al film as a spacer. As an etchant for an amorphous Si film or an Al film, a chlorine-based gas or a fluorine-based gas can be used.

【0021】Cu膜の形成にはCu(hfa)2 以外に
ヘキサフルオロアセチルアセトネート・トリメチルビニ
ルシラン・カッパ,ベータ・ダイケトネート・L・カッ
パ,ベータ・ケトイミネート・L・カッパ,ベータ・ダ
イケトネート・ジ・L・カッパ,ベータ・ダイケトネー
ト・ジ・L・カッパ,ベータ・ケトイミネート・ジ・L
・カッパ(但し、Lはホスフィン,アルケン,アルキン
のいずれか)を用いても良い。
For the formation of the Cu film, in addition to Cu (hfa) 2 , hexafluoroacetylacetonate / trimethylvinylsilane / kappa, beta / diketonate / L / kappa, beta / ketoiminate / L / kappa, beta / diketonate / di / L・ Kappa, Beta-Diketonate-Di-L-Kappa, Beta-Ketominate-Di-L
-Kappa (where L is any one of phosphine, alkene and alkyne) may be used.

【0022】なお、基板温度100〜500℃でのWF
6 +H2 ,WF6 +SiH4 ,WF6 +SiH2 2
供給,基板温度100〜500℃でのMoF5 +H2
おいても同様に空洞7内への配線形成が可能であり、そ
れぞれW膜,Mo膜が形成される。
WF at a substrate temperature of 100 to 500 ° C.
6 + H 2 , WF 6 + SiH 4 , WF 6 + SiH 2 F 2 , and MoF 5 + H 2 at a substrate temperature of 100 to 500 ° C. can similarly form wiring in the cavity 7. An Mo film is formed.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、微細加工
の困難な金属を用いて埋め込み、段差被覆性に優れ、か
つ表面モフォロジーの良好な配線を実現できるという効
果を有する。
As described above, the present invention has an effect of embedding by using a metal which is difficult to be finely processed, and realizing a wiring excellent in step coverage and excellent in surface morphology.

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

【図1】本発明の第1の実施例を説明するための工程順
に示した半導体チップの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例を説明するための半導体
チップの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2,5 酸化シリコン膜 3,6 開口部 4 多結晶シリコン膜 7 空洞 8 Cu膜 9 TiN膜 Reference Signs List 1 Si substrate 2, 5 Silicon oxide film 3, 6 Opening 4 Polycrystalline silicon film 7 Cavity 8 Cu film 9 TiN film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/3205 H01L 21/3213 H01L 21/768

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上に設けた絶縁膜を選択的に
エッチングして第1の開口部を形成する工程と、前記第
1の開口部を含む表面に前記絶縁膜に比べてエッチング
レートの大きい材料膜を堆積してパターニングし配線形
成用パターンを有するスペーサを形成する工程と、前記
スペーサを含む表面に層間絶縁膜を堆積する工程と、前
記層間絶縁膜を選択的にエッチングして第2の開口部を
形成し前記スペーサの表面を露出させる工程と、前記ス
ペーサをエッチング除去して前記絶縁膜と前記層間絶縁
膜との間に空洞を形成する工程と、前記空洞内に揮発性
金属化合物ガスを導入して前記第1の開口部の前記半導
体基板の表面から順次金属膜を選択成長させて前記空洞
内を充填する工程とを含むことを特徴とする微細配線の
形成方法。
A step of selectively etching an insulating film provided on a semiconductor substrate to form a first opening; and a step of forming an etching rate on a surface including the first opening as compared with the insulating film. Depositing and patterning a large material film to form a spacer having a wiring forming pattern, depositing an interlayer insulating film on a surface including the spacer, and selectively etching the interlayer insulating film to form a second insulating film. Forming an opening to expose the surface of the spacer; forming a cavity between the insulating film and the interlayer insulating film by etching away the spacer; and forming a volatile metal compound in the cavity. Introducing a gas to selectively grow a metal film sequentially from the surface of the semiconductor substrate in the first opening to fill the cavity.
【請求項2】 少くとも2種類の揮発性金属化合物ガス
を同時に空洞内に導入して第1の開口部の半導体基板の
表面から順次合金膜を選択成長させる請求項1記載の微
細配線の形成方法。
2. The formation of fine wiring according to claim 1, wherein at least two kinds of volatile metal compound gases are simultaneously introduced into the cavity to selectively grow the alloy film sequentially from the surface of the semiconductor substrate in the first opening. Method.
【請求項3】 少くとも2種類の揮発性金属化合物ガス
を順次空洞内に導入して第1の開口部の半導体基板の表
面から金属化合物膜及び金属膜を順次選択成長させて積
層する請求項1記載の微細配線の形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein at least two kinds of volatile metal compound gases are sequentially introduced into the cavity, and the metal compound film and the metal film are sequentially grown selectively from the surface of the semiconductor substrate in the first opening and stacked. 2. The method for forming a fine wiring according to 1.
【請求項4】 絶縁膜が酸化シリコン膜,窒化シリコン
膜,PSG膜,BPSG膜のいずれかである請求項1記
載の微細配線の形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the insulating film is any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a PSG film, and a BPSG film.
【請求項5】 スペーサが多結晶シリコン膜,非晶質S
i膜,Al膜のいずれかである請求項1記載の微細配線
の形成方法。
5. A spacer comprising a polycrystalline silicon film and an amorphous S
2. The method for forming a fine wiring according to claim 1, wherein the method is one of an i film and an Al film.
【請求項6】 金属膜がCu,W,Moのいずれかであ
る請求項1記載の微細配線の形成方法。
6. The method according to claim 1, wherein the metal film is one of Cu, W, and Mo.
【請求項7】 金属化合物膜が少くともTi,W,Ta
のいずれかを含む化合物膜である請求項3記載の微細配
線の形成方法。
7. The method according to claim 1, wherein the metal compound film is at least Ti, W, Ta.
4. The method for forming a fine wiring according to claim 3, wherein the method is a compound film containing any one of the above.
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