JP2001284353A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001284353A
JP2001284353A JP2000092723A JP2000092723A JP2001284353A JP 2001284353 A JP2001284353 A JP 2001284353A JP 2000092723 A JP2000092723 A JP 2000092723A JP 2000092723 A JP2000092723 A JP 2000092723A JP 2001284353 A JP2001284353 A JP 2001284353A
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film
insulating film
connection hole
wiring
conductive film
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Kazuhiro Hirohama
和浩 広浜
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 このくぼみの発生により、後に形成される配
線層の被覆段差性が低下し、配線に断線等が生じ、配線
信頼性が低下する。 【解決手段】まず、半導体基板1上の層間絶縁膜2接続
孔3を形成した後、スパッタ法により、層間絶縁膜2上
に、密着層4を形成し、CVD法により、W膜5を全面
に堆積させる。次に、ドライエッチングにて、エッチバ
ックによりW膜6と密着層7とから成る導電プラグで接
続孔3のみを埋める。次に、凹部8を含めた層間絶縁膜
2及びW膜6の上面にCVD法により、シリコン酸化膜
9を堆積させる。次に、シリコン酸化膜9にRIE法に
て全面エッチバックを施し、凹部8にシリコン酸化膜1
0を充填させ、平坦化を行う。次に、スパッタ法によ
り、配線層を全面に形成し、ドライエッチングを行い、
配線15を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラグを介して接
続される配線を有する半導体装置の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の微細化及び高集積化が進む
に従い、接続高部での抵抗低減化や信頼性向上を行う必
要がある。このため、近年では、特開平4−27114
4号公報や特開平4−152631号公報に示されてい
るように、タングステン等の高融点金属をTiやTiN
等の密着層を介して接続孔内に充填形成するプラグ技術
を用いて、抵抗低減化や信頼性の向上が図られている。
【0003】以下、図4及び図5を用いて、従来のプラ
グ技術を用いた半導体装置の製造方法を説明する。
【0004】まず、図4(a)〜図4(c)に示すよう
に、半導体基板21上の層間絶縁膜22に接続孔23を
形成した後、スパッタ法により、膜厚が60nmのTi
膜と膜厚が100nmのTiN膜を堆積させ、接続孔2
3の内面を含む層間絶縁膜22上にTi/TiN積層構
造から成る密着層24を形成し、N2雰囲気でのランプ
アニールを施した後、CVD法により膜厚が500nm
のW膜25を全面に堆積させる。
【0005】その後、図4(d)〜図5(a)に示すよ
うに、ドライエッチングにて、W膜25及び密着層24
を全面エッチングし、W膜26と密着層27からなる導
電プラグで接続孔23のみを埋める。
【0006】次に、図5(a)に示すように、スパッタ
法により、膜厚が30nmのTi膜と膜厚が50nmの
TiN膜から成るバリアメタル層31と、膜厚が400
nmであり、Si及びCuを含有しているAl−Si−
Cu膜32と、膜厚が5nmのTi膜と膜厚が100n
mのTiN膜から成る反射防止膜33を順次堆積させ、
これらから成る配線層を全面に形成する。
【0007】次に、図5(b)〜図5(d)に示すよう
に、配線層上にフォトレジストパターン34をリソグラ
フィ技術により形成し、その後、フォトレジストパター
ン34をマスクとしてドライエッチングを行い、配線3
5を形成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラグ
を充填する際の密着層のドライエッチングの時に、接続
孔内の密着層をもエッチングすることに成り、この結
果、図5(a)に示すように、接続孔内の密着層上面が
層間絶縁膜の上面や接続孔内の高融点金属膜の上面より
低い凹部28が形成される。
【0009】この凹部の発生により、後に形成される配
線層の被覆段差性(ステップカバレッジ)が低下し、図
5(d)に示すように、配線に断線等が生じ、配線信頼
性が低下する。
【0010】また、半導体装置の集積化が進むと、配線
と接続孔との合わせ余裕を小さくする必要があり、場合
によっては、図5(d)に示すように、配線で接続孔を
完全に覆うことができなくなる。この時、配線形成工程
での配線エッチング時に接続孔内の密着層27をもエッ
チングすることになり、接続孔内の電気特性の信頼性を
著しく低下させることに成る。尚、図5において、符号
36は配線の断線部分を示し、37は配線形成工程で密
着層27がエッチングされた部分を示す。
【0011】本発明は、上記問題点に鑑み、接続孔内の
密着性上面が層間絶縁膜上面や接続孔内高融点金属膜の
上面よりも低い凹部をなくし、配線の断線を防ぐこと
で、配線の電気特性の高い高信頼性を有する半導体装置
の製造方法を提供することを目的とするものである。ま
た、配線で接続孔を完全に覆っていない場合の配線加工
において、接続孔内の密着層のエッチングを防ぐこと
で、接続孔内の電気特性の高い高信頼性を有する半導体
装置の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、下層に半導体基板又は導電層が存する第1の
絶縁膜から成る層間絶縁膜に前記半導体基板又は導電層
表面への接続孔を形成する工程と、前記接続孔の内壁面
を含む前記層間絶縁膜の表面に密着層として第1の導電
膜を形成する工程と、前記接続孔内を埋め込むように、
前記第1の導電膜上に第2の導電膜を形成する工程と、
前記第2の導電膜をエッチングストッパーとして、前記
第1の導電膜をエッチバックし、前記層間絶縁膜をエッ
チングストッパーとして前記第2の導電膜をエッチバッ
クすることにより、前記第1の導電膜及び第2の導電膜
を前記接続孔のみに充填させる工程と、前記層間絶縁膜
と接続孔内の第1導電膜及び第2導電膜との上に第2の
絶縁膜を堆積させ、前記層間絶縁膜表面が露出するま
で、前記第2の絶縁膜を平坦化することによって、前記
第1の導電膜のエッチバックの際のオーバーエッチング
により前記接続孔内に形成された凹部に第2の絶縁膜を
充填させる工程と、前記層間絶縁膜、第2の絶縁膜及び
第2の導電膜上に配線材料を堆積させ、パターニングに
より配線を形成する工程とを有することを特徴とするも
のである。
【0013】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
前記第2の絶縁膜をシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜
から成ることが望ましい。
【0014】更に、本発明の半導体装置の製造方法は、
前記第2の絶縁膜の平坦化を、ドライエッチングによる
エッチバック又は化学的機械的研磨法により行うことが
望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を一実施例に基づい
て、詳細に説明する。
【0016】図1〜図3は本発明の一実施例の半導体装
置の製造工程断面図である。図1〜図3において、1は
半導体基板、2は層間絶縁膜、3は接続孔、4は密着
層、5はW膜、6は接続孔内に充填されたW膜、7は接
続孔内に充填された、8は接続孔内に充填された密着層
の内で接続孔の開口部に臨む部分にできた凹部、9はシ
リコン酸化膜、10は凹部に充填されたシリコン酸化
膜、11はバリアメタル層、12はAl−Si−Cu
膜、13は反射防止膜、14はフォトレジストパター
ン、15は配線を示す。
【0017】以下、図1〜図3を用いて、本発明の一実
施例の半導体装置の製造工程を説明する。
【0018】まず、図1(a)〜図1(c)に示すよう
に、半導体基板1上のBPSG膜から成る層間絶縁膜2
に接続孔3を形成した後、スパッタ法により、膜厚が6
0nmのTi膜と膜厚が100nmのTiN膜を堆積さ
せ、接続孔3の内面を含む層間絶縁膜2上に、Ti/T
iN積層構造から成る密着層4を形成し、N2雰囲気での
ランプアニールを施した後、CVD法により、膜厚が5
00nmのW膜5を全面に堆積させる。
【0019】次に、図1(d)及び図2(a)に示すよ
うに、ドライエッチングにて、W膜5及び密着層4を全
面エッチングし、W膜6と密着層7とから成る導電プラ
グで接続孔3のみを埋める。このとき、接続孔3内の密
着層7には、ドライエッチング時のオーバーエッチング
によるリセスが生じ、層間絶縁膜2の上面から50〜1
00nm程度下がった凹部8が形成される。
【0020】次に、図2(b)に示すように、凹部8を
含めた層間絶縁膜2及びW膜6の上面にCVD法によ
り、シリコン酸化膜9を2000Å堆積させる。
【0021】次に、図2(c)に示すように、シリコン
酸化膜9にRIE法にて全面エッチバックを施し、凹部
8にシリコン酸化膜10を充填させ、平坦化を行う。
【0022】次に、図2(d)に示すように、スパッタ
法により、膜厚が30nmのTi膜と膜厚が50nmの
TiN膜から成るバリアメタル層11と、膜厚が400
nmであり、Si及びCuを含有しているAl−Si−
Cu膜12と、膜厚が5nmのTi膜と膜厚が100n
mのTiN膜から成る反射防止膜13を順次堆積させ、
これらから成る配線層を全面に形成する。
【0023】次に、図3(a)及び図3(b)に示すよ
うに、配線層上に、フォトレジストパターン14をリソ
グラフィ技術により形成し、その後、フォトレジストパ
ターン14をマスクにドライエッチングを行い、配線1
5を形成する。
【0024】なお、以上の実施例において、シリコン酸
化膜10の充填工程を、シリコン酸化膜9の堆積後、化
学的機械的研磨(Chemical Mechanic
alPolishing:CMP)法を行い、平坦化し
てもよい。また、凹部8に充填する膜として、絶縁膜で
あれば適用可能であり、例えば、シリコン窒化膜を用い
てもよい。但し、層間絶縁膜とエッチングレート又は研
磨レートが同程度の絶縁膜であるシリコン酸化膜の方が
表面に凹凸が形成されにくいため、望ましい。
【0025】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
係る半導体装置の製造方法を用いることにより、層間絶
縁膜上面と導電プラグ上面とを略同一平面に平坦化する
ことができ、後に形成する配線層に断線等を生じさず、
また、配線層で接続孔を完全に覆っていない場合の配線
加工においても、接続孔内の密着層のエッチングを防ぐ
ことから、電気特性の高い高信頼性を有する半導体装置
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程の一
部断面図である。
【図2】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程の一
部断面図である。
【図3】本発明の一実施例の半導体装置の製造工程の一
部断面図である。
【図4】従来技術によるプラグを介して接続される配線
層を有するの半導体装置の製造工程の一部断面図であ
る。
【図5】従来技術によるプラグを介して接続される配線
層を有するの半導体装置の製造工程の一部断面図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 層間絶縁膜 3 接続孔 4 密着層 5 W膜 6 接続孔内に充填されたW膜 7 接続孔内に充填された密着層 8 接続孔内に充填された密着層の内にできた凹部 9 シリコン酸化膜 10 凹部に充填されたシリコン酸化膜 11 バリアメタル層 12 Al−Si−Cu膜 13 反射防止膜 14 フォトレジストパターン 15 配線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下層に半導体基板又は導電層が存する第
    1の絶縁膜から成る層間絶縁膜に前記半導体基板又は導
    電層表面への接続孔を形成する工程と、 前記接続孔の内壁面を含む前記層間絶縁膜の表面に密着
    層として第1の導電膜を形成する工程と、 前記接続孔内を埋め込むように、前記第1の導電膜上に
    第2の導電膜を形成する工程と、 前記第2の導電膜をエッチングストッパーとして、前記
    第1の導電膜をエッチバックし、前記層間絶縁膜をエッ
    チングストッパーとして前記第2の導電膜をエッチバッ
    クすることにより、前記第1の導電膜及び第2の導電膜
    を前記接続孔のみに充填させる工程と、 前記層間絶縁膜と接続孔内の第1導電膜及び第2導電膜
    との上に第2の絶縁膜を堆積させ、前記層間絶縁膜表面
    が露出するまで、前記第2の絶縁膜を平坦化することに
    よって、前記第1の導電膜のエッチバックの際のオーバ
    ーエッチングにより前記接続孔内に形成された凹部に第
    2の絶縁膜を充填させる工程と、 前記層間絶縁膜、第2の絶縁膜及び第2の導電膜上に配
    線材料を堆積させ、パターニングにより配線を形成する
    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。
  2. 【請求項2】 前記第2の絶縁膜をシリコン酸化膜又は
    シリコン窒化膜から成ることを特徴とする、請求項1に
    記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2の絶縁膜の平坦化を、ドライエ
    ッチングによるエッチバック又は化学的機械的研磨法に
    より行うことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記
    載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040049553A (ko) * 2002-12-06 2004-06-12 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의 비트라인 형성방법
JP2009176819A (ja) * 2008-01-22 2009-08-06 Elpida Memory Inc 半導体装置及びその製造方法

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