JP2000243830A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
トッパ膜として炭素膜を用いることにより、コンタクト
孔の銅配線の埋め込みを高選択比でおこなう。 【構成】 絶縁膜上に炭素膜を形成し、パターニングに
よりコンタクト孔を形成する。コンタクト孔を含む全面
に銅を形成し、化学的機械的研磨法により研磨をおこな
い炭素膜をエッチングストッパとして銅の研磨を終了さ
せ、コンタクト孔のみに銅を残存させ銅の埋め込み配線
を形成する。
Description
線形成方法に関するものであリ、特にCu(銅)の埋め
込み配線の形成方法に関する。
代配線材料としてCuが注目されている。1.69xl0‐6oh
mcmの低い抵抗を有することもさることながら、優れた
エレクトロマイグレーション(EM)耐性が得られるた
めである。Cu配線を形成するには化学的機械的研磨
(Chemical Mechanical Polishing:CMP)あるいは
リアクティブイオンエッチング(RIE)の2通りの加
工方法が考えられるが、従来のRIE法の適用はCuハ
ロゲン化物の蒸気圧が低く困難であるため、現在でばC
MPを用いたダマシン配線の形成が主流となっている。
CMPでは、l)研磨液中の酸化剤による配線部のケミ
カルエッチングによる凹み、2)ディッシングと呼ばれ
る絶縁膜の削れにより発生する配線の薄膜化等の発生が
大きな問題になっている。1)についてはスラリーと酸
化剤の混合比の最適化、2)については最適研磨布の選
定により改善可能である。ただし、3)については、ウ
エハ面内でのCuの研磨速度が不均一であるために、あ
る部分ではCu及び層間絶縁膜をオーバー研磨しなけれ
ばならないことに起因しており、問題の解決が困難であ
った。
を有するC(炭素)膜を層間絶縁膜上に堆積した後コン
タクト孔を形成し、コンタクト孔を含む全面にCuを形
成し、CMP法による研磨を行いC膜のストッパ膜によ
りCuの研磨を終了させ、コンタクト孔に埋め込み配線
を形成する。
縁膜上に堆積することにより、CuのCMP時のシンニ
ングの発生を抑制し、高い精度で加工されたダマシンC
u配線を堤供することを目的としている。
基板101上に中問絶縁膜102を形成し(図1
(A))、セル部と周辺部のグローバルな平垣化のため
にCMPにより所定量中問絶縁膜103の研磨を行う。
形成したいパターンに応じた配置でコンタクト孔104
を、公知のリソグラフィー技術及びエッチング技術によ
り形成する(図1(B))。
00Åの膜厚を有するTi(チタン)膜105および5
00Åの膜厚を有するTiN(窒化チタン)膜106
を、真空中で連続して成膜する。例えば、Ti膜はAr
(アルゴン)ガスを流しながら、パワー1kW、成膜圧力
2mTorrの条件で、TiN膜はN2(窒素)ガスを流しなが
ら、パワー5kW、成膜圧力9mTorrの条件で形成する。
TiN膜106を650℃30秒の短時間窒化(Rapid
Themal Nitridation:RTN)した後、CVD法により
W(タングステン)膜107を6000Å堆積する。次
に、コンタクト孔104以外の不要なWをエッチバック
により除去し、Wプラグを形成する(図1(C))。
り7000Åの厚さの層間絶縁膜109とスパッタ法に
より200Åの厚さのC膜110を堆積する。スパッタ
C(カーボン)膜は、パワー3kW、成膜圧力5mTorrの
条件でArガスを流しながら形成する。層間絶縁膜10
9とC膜110の形成が済んだ下地に対して公知のリソ
グラフィー技術及びエッチング技術により、形成したい
パターンに応じた配置で溝111を形成する(図1
(D))。但し、エッチング後のレジスト除去工程では
アッシングを用いることなく有機剥離液等によりレジス
トを除去する。アッシングにより、レジストと一緒にC
膜110が除去されるのを防ぐためである。
にて成膜し、溝の側壁部のみに絶縁膜112を残すた
め、エッチッバック処理をする。バルクCは比抵抗が4
〜7xl0- 5ohmcmであるため、バルクCを残す場合には絶
縁膜のサイドウオールにより、後に形成される配線を隣
の配線と絶縁する必要がある。続いて、スパッタ法を用
いて100Åの膜厚を有するTi膜113および400
Åの膜厚を有するTiN膜114を、真空中で連続して
成膜する。
Å、スパッタ法により堆積する。スパッタ時のパワーは
8KW、Ar圧力は0.8mTorrとしている。Cu薄膜11
5の形成が済んだ下地に対して、スバッタ装置の成膜室
から出すことなく、超高真空中(ここでば1xl0-10torr
程度の真空)で熱処理を行う。この熱処理によりCuが
リフローし、溝111をCuで埋め込むことができる
(図1(E))。
膜、Ti膜をCMPにより除去する。使用するスラリー
はAl203ベースのものであり、スラリ一とH2O2を
3:1の割合で混合する。キャリアのダウンフォースは
3psi、キャリア及びテーブルスピードはそれぞれ30r
pmとする。この時、1分間の研磨でCu膜は4000Å
程度削れるのに対して、C膜は数Åしか削れない。した
がって、CuとCの研磨選択比はl000以上になり、従
来のCuと層間絶縁膜の研磨選択比100と比較する
と、10倍以上の改善が認められる。不要なCu膜、T
iN膜、Ti膜の除去が済むと、所望のCu配線116
が得られる(図1(F))。以上、第1の実施例によれ
ばオーバ研磨を行ってもC膜がストッパとして働くため
に高精度のCu配線の形成ができる。
明する。図2(A)では、図1(C)までと同じ工程
(説明は省略する)を経た後に、下層よりCVD法によ
り7000Åの厚さの層間絶授膜201とスバッタ法に
より200Åの厚さのC膜202を堆積する。層間絶縁
膜201とC膜202の形成が済んだ下地に対して公知
のリソグラワィー技術及びエッチング技術により、形成
したいパターシに応じた配置で溝203を形成する(図
2(B))。但し、エッチング後のレジスト除去工程で
はアッシングを用いることなく有機剥離液等によりレジ
ストを除去する。アッシシグにより、レジストと一緒に
C膜202が除去されるのを防ぐためである。
工程を同様に施すことにより、所望のCu配線204が
得られる。次に、バルクのCは比抵抗が4〜7xl0-5ohmcm
であるため、C膜202はダウンフローアッシングによ
り除去する(図2(C))、そのダウンフローアッシシ
グと超音波洗浄を組み合わせることにより、Cu配線2
04の抵抗上昇は抑制できる。以上、第2の実施例によ
ればオーバ研磨を行ってもC膜がストッパとして働くた
めに高精度のCu配線の形成ができ、さらに溝側壁の露
出したC膜を絶縁膜で覆う必要がなく、工程が簡単にな
る。
る。図3(A)では、図1(C)までと同じ工程(説明
は省略する)を経た後に、下層から層間絶縁膜301を
7000Å、C膜302を200Å,TiN膜303を
150Å堆積する。層間絶縁膜301、C膜302、T
iN膜303の積層膜の形成が済んだ下地に対して公知
のリソグラフィー技術及びエッチング技術により、形成
したいパターンに応じた配置で溝304を形成する(図
3(B))。
iN膜303により覆われているため、アッシング時の
酸素プラズマから保護される。そのため、エッチング後
のレジスト除去工程に従来通りアッシングを用いること
が可能になる。次に、図1(D)〜図1(F)に示した
工程を同様に施すことにより、所望のCu配線305が
得られる。続いて、ダウンフローアッシングによりC膜
302を除去した後、超音波による表面洗浄を行う(図
3(C))。
行ってもC膜がストッパとして働くために高精度のCu
配線の形成ができ、さらにTiN膜/C膜の積層構造を
用いることにより、レジスト除去工程従来のエッチング
工程を用いることができ、熱的に変成したレジストやエ
ッチング時のデポ膜の除去が可能となる。
る。図4(A)では、図1(C)までと同じ工程を経た
後に、下層から層間絶縁膜401を7000Å、C膜4
02を200Å、TiN膜403を150Å堆積する。
その後、ホトリソグラフィー技術を用いて、形成した溝
パターンに応じてレジストを露光する。次に、TiN膜
403をエッチングし、さらにC膜402を公知のエッ
チングガス、例えば、CHF3/CF4/Arガスを用い
る等方性エッチングによりC膜402の側壁を凹ませ、
そして層間絶縁膜401をエッチングすることにより溝
404を形成する(図4(B))。
程と同様にすることにより、所望のCu配線405が得
られる。続いて、ダウンフローアッシングによりC膜4
02を除去した後、超音波による表面洗浄を行う(図4
(C))。以上、本実施例によれば、TiN膜/C膜の
積層構造においてC膜を凹ませることにより、ダマシン
Cu配線とC膜の接触が起きず、次に堆積される層間絶
縁膜により両者は絶縁されるため、C膜除去工程が省略
できる。また、上記第1乃至第4の実施例のおけるC膜
はCNやBC等の炭素化合物でもあってもよい。
絶縁膜上にC膜を堆積することによりCuとCの高研磨選
択比が実現でき、オーバー研磨を行ってもC膜がストッ
パーとして働くため、シンニングの無いダマシンCu配
線が形成出来る。
4)
基板101上に中問絶縁膜102を形成し(図1
(A))、セル部と周辺部のグローバルな平垣化のため
にCMPにより所定量中問絶縁膜102の研磨を行う。
形成したいパターンに応じた配置でコンタクト孔103
を、公知のリソグラフィー技術及びエッチング技術によ
り形成する(図1(B))。
00Åの膜厚を有するTi(チタン)膜104および5
00Åの膜厚を有するTiN(窒化チタン)膜105
を、真空中で連続して成膜する。例えば、Ti膜はAr
(アルゴン)ガスを流しながら、パワー1kW、成膜圧力
2mTorrの条件で、TiN膜はN2(窒素)ガスを流しなが
ら、パワー5kW、成膜圧力9mTorrの条件で形成する。
TiN膜105を650℃30秒の短時間窒化(Rapid
Themal Nitridation:RTN)した後、CVD法により
W(タングステン)膜106を6000Å堆積する。次
に、コンタクト孔103以外の不要なWをエッチバック
により除去し、Wプラグを形成する(図1(C))。
り7000Åの厚さの層間絶縁膜107とスパッタ法に
より200Åの厚さのC膜108を堆積する。スパッタ
C(カーボン)膜は、パワー3kW、成膜圧力5mTorrの
条件でArガスを流しながら形成する。層間絶縁膜10
7とC膜108の形成が済んだ下地に対して公知のリソ
グラフィー技術及びエッチング技術により、形成したい
パターンに応じた配置で溝109を形成する(図1
(D))。但し、エッチング後のレジスト除去工程では
アッシングを用いることなく有機剥離液等によりレジス
トを除去する。アッシングにより、レジストと一緒にC
膜108が除去されるのを防ぐためである。
にて成膜し、溝の側壁部のみに絶縁膜110を残すた
め、エッチバック処理をする。バルクCは比抵抗が4〜7
xl0−5ohmcmであるため、バルクCを残す場合には絶縁
膜のサイドウオールにより、後に形成される配線を隣の
配線と絶縁する必要がある。続いて、スパッタ法を用い
て100Åの膜厚を有するTi膜111および400Å
の膜厚を有するTiN膜112を、真空中で連続して成
膜する。
Å、スパッタ法により堆積する。スパッタ時のパワーは
8KW、Ar圧力は0.8mTorrとしている。Cu薄膜11
3の形成が済んだ下地に対して、スバッタ装置の成膜室
から出すことなく、超高真空中(ここでば1xl0−10torr
程度の真空)で熱処理を行う。この熱処理によりCuが
リフローし、溝109をCuで埋め込むことができる
(図1(E))。
膜、Ti膜をCMPにより除去する。使用するスラリー
はAl203ベースのものであり、スラリ一とH2O2
を3:1の割合で混合する。キャリアのダウンフォース
は3psi、キャリア及びテーブルスピードはそれぞれ3
0rpmとする。この時、1分間の研磨でCu膜は4000
Å程度削れるのに対して、C膜は数Åしか削れない。し
たがって、CuとCの研磨選択比はl000以上になり、
従来のCuと層間絶縁膜の研磨選択比100と比較する
と、10倍以上の改善が認められる。不要なCu膜、T
iN膜、Ti膜の除去が済むと、所望のCu配線114
が得られる(図1(F))。以上、第1の実施例によれ
ばオーバ研磨を行ってもC膜がストッパとして働くため
に高精度のCu配線の形成ができる。
明する。図2(A)では、図1(C)までと同じ工程
(説明は省略する)を経た後に、下層よりCVD法によ
り7000Åの厚さの層間絶縁膜201とスパッタ法に
より200Åの厚さのC膜202を堆積する。層間絶縁
膜201とC膜202の形成が済んだ下地に対して公知
のリソグラフィー技術及びエッチング技術により、形成
したいパターンに応じた配置で溝203を形成する(図
2(B))。但し、エッチング後のレジスト除去工程で
はアッシングを用いることなく有機剥離液等によりレジ
ストを除去する。アッシングにより、レジストと一緒に
C膜202が除去されるのを防ぐためである。
程と同様にすることにより、所望のCu配線405が得
られる(図4(C))。続いて、ダウンフローアッシン
グによりC膜402を除去した後、超音波による表面洗
浄を行う。以上、本実施例によれば、TiN膜/C膜の
積層構造においてC膜を凹ませることにより、ダマシン
Cu配線とC膜の接触が起きず、次に堆積される層間絶
縁膜により両者は絶縁されるため、C膜除去工程が省略
できる。また、上記第1乃至第4の実施例のおけるC膜
はCNやBC等の炭素化合物でもあってもよい。
Claims (3)
- 【請求項1】 プラグコンタクト孔を有する下地上に絶
縁膜を形成する工程と、全面にストッパ膜を形成する工
程と、前記ストッパ膜および前記絶縁膜をエッチングし
前記プラグコンタクト孔に達するコンタクト孔を形成す
る工程と、全面に銅を形成し前記コンタクト孔を埋め込
む工程と、化学的機械的研磨法により前記銅を研磨し前
記ストッパ膜により研磨を終了させる工程と含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 プラグコンタクト孔を有する下地上に絶
縁膜を形成する工程と、全面にストッパ膜及び保護膜を
順次形成する工程と、前記保護膜、前記ストッパ膜及び
前記絶縁膜をエッチングし前記プラグコンタクト孔に達
するコンタクト孔を形成する工程と、前記ストッパ膜の
みをサイドエッチングする工程と、全面に銅を形成し前
記コンタクト孔を埋め込む工程と、化学的機械的研磨法
により前記銅を研磨し前記ストッパ膜により研磨を終了
させる工程と含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項3】 前記ストッパ膜はC,BC,CNより選
ばれる膜である請求項1及び2に記載の半導体装置の製
造方法。
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