JP2005244250A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、高温熱処理工程を伴うプロセスの終了後に、多結晶シリコン配線層の任意の部分をアルミニウム等の低比抵抗の金属に置換する方法に特徴のある半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for replacing an arbitrary portion of a polycrystalline silicon wiring layer with a low resistivity metal such as aluminum after completion of a process involving a high temperature heat treatment step. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
近年、半導体装置の高集積化、大容量化に伴い設計ルール(ライン/スペース)が厳しくなって来ており、それに伴って半導体装置、例えば、DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)の配線層の幅が細くなり、且つ、上下の配線層間を接続するプラグを形成するためのビアホールの径が小さくなってきている。 In recent years, design rules (lines / spaces) have become stricter with higher integration and larger capacity of semiconductor devices, and accordingly, wiring layers of semiconductor devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory). And the diameter of the via hole for forming the plug connecting the upper and lower wiring layers is becoming smaller.
この様に、配線層の幅が細くなると抵抗も高くなり、動作速度の遅延を招くという問題があり、また、ビアホールの径が小さくなるにしたがって、アスペクト比(深さ/径)が非常に大きくなり、スパッタリング法に比べてステップカヴァレッジの良好なCVD法を用いてもこの様なビアホールにAlを完全に埋め込むことはできず、ビアホールの内部に鬆(void)が形成され、鬆の形成された部分の断面積が小さくなる結果、抵抗が高くなったり、場合によっては断線してしまうと言う問題がある。 As described above, there is a problem that when the width of the wiring layer is reduced, the resistance is increased, resulting in a delay in operation speed, and the aspect ratio (depth / diameter) is extremely increased as the via hole diameter is reduced. Therefore, even if a CVD method having better step coverage than a sputtering method is used, Al cannot be completely embedded in such a via hole, and a void is formed inside the via hole. As a result of the reduced cross-sectional area of the portion, there is a problem that the resistance is increased or the wire is disconnected in some cases.
この様な、微細ビアホールの問題を解決するために、ポリシリコン−アルミニウム置換法(Polysilicon−Aluminium Substitute:PAS)が提案されているので(必要ならば、非特許文献1参照)、図19を参照して説明する。
In order to solve such a problem of fine via holes, a polysilicon-aluminum substrate (PAS) has been proposed (refer to Non-Patent
図19(a)参照
まず、シリコン基板201上にCVD法により厚さ2.4μmのSiO2 膜202を堆積させたのち、RIE(反応性イオンエッチング)によって、底部の直径が0.25μmとなるビアホール、即ち、コンタクトホール203を形成し、次いで、減圧化学気相成長法(LPCVD法)によって、Alより回り込みの非常に良好な多結晶Si層204を堆積させ、コンタクトホール203の内部を埋め込む。
First, after depositing a 2.4 μm thick SiO 2 film 202 on the
図19(b)参照
次いで、CMP法(化学機械研磨法)を用いて、SiO2 膜202の表面が露出するまで研磨してコンタクトホール203の内部に埋め込まれた多結晶Si層により多結晶Siプラグ205を形成したのち、スパッタリング法によって厚さ0.5μmのAl層206を堆積させる。
Next, refer to FIG. 19B. Using a CMP method (chemical mechanical polishing method), polishing is performed until the surface of the SiO 2 film 202 is exposed, and a polycrystalline Si layer embedded in the
図19(c)参照
次いで、窒素雰囲気中で500℃でアニール処理を施すことによって、SiとAlとの相互拡散により、多結晶Siプラグ205はAlに置換され、次いで、図示しないものの、SiO2 膜202の表面が露出するまで研磨することによってAl置換プラグ207からなるコンタクト電極が形成される。
なお、この場合のAl置換プラグ207におけるSi含有量は底の部分でも約0.4%で、殆どAlに置換されている。
Figure 19 (c) refer then by annealing treatment at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere, by mutual diffusion of Si and Al,
In this case, the Si content in the
なお、アニール工程において、Al層206の上に、厚さ0.2μmのTi層を堆積させておくことによって、このTi層がSi吸収層として機能し、Al置換のためのAl層206をより薄く、また、アニール処理温度をより低く、且つ、アニール処理時間をより短くすることができる。
In the annealing step, a Ti layer having a thickness of 0.2 μm is deposited on the
この様なポリシリコン−アルミニウム置換法(PAS法)を用いることにより、最大アスペクト比が10程度で、直径が0.1μm以下のビアホールを低抵抗のAlで埋め込むことができ、将来のMPU(Microprocessor Unit)やDRAMのプラグ(コンタクト電極)として期待されているものである。 By using such a polysilicon-aluminum substitution method (PAS method), a via hole having a maximum aspect ratio of about 10 and a diameter of 0.1 μm or less can be filled with low-resistance Al, and future MPU (Microprocessor) Unit) and DRAM plugs (contact electrodes).
しかし、この様なポリシリコン−アルミニウム置換法を実際のLSIの製造プロセスに適用する場合には、他のプロセスとの関係が生じ、上記の単体プロセスの単純な導入により種々の問題が発生することが予想される。 However, when such a polysilicon-aluminum replacement method is applied to an actual LSI manufacturing process, there is a relationship with other processes, and various problems arise due to the simple introduction of the above-described single process. Is expected.
例えば、IGFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)のソース・ドレインコンタクト電極に適用した場合には、ソース・ドレイン領域が多結晶Si層と同じSiで構成されているため、多結晶SiプラグがAlに置換されたのち、ソース・ドレイン領域もAlに置換されることになる。 For example, when applied to a source / drain contact electrode of an IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor), since the source / drain region is made of the same Si as the polycrystalline Si layer, the polycrystalline Si plug is made of Al. After the replacement, the source / drain regions are also replaced with Al.
そうすると、シリコン基板中に形成されているpn接合にAlが入り込めば、pn接合間にAlスパイクが延びるなどしてpn接合が破壊されることになるが、これはLSIにとって致命的な損傷となる。 Then, if Al enters the pn junction formed in the silicon substrate, the pn junction is destroyed due to an Al spike extending between the pn junctions. This is a fatal damage to the LSI. Become.
そこで、本発明者は、この様なポリシリコン−アルミニウム置換法を実際のデバイスに応用する際に、ソース・ドレイン領域と多結晶Siプラグとの間にAlのストッパとなるストッパ膜或いはバリア膜を設けることを試みたので、この応用例を図20を参照して説明する。 Therefore, when applying such a polysilicon-aluminum substitution method to an actual device, the present inventor has provided a stopper film or a barrier film serving as an Al stopper between the source / drain regions and the polycrystalline Si plug. This application example will be described with reference to FIG.
なお、一般論としては、拡散を防ぐためにストッパ膜或いはバリア膜を設けること自体は常套手段であるが、ポリシリコン−アルミニウム置換法の場合には、高温でもAlと反応しないか、或いは、反応しにくい物質を選択する必要があり、この様な物質としてはTiN、WN、或いは、SiCが適当であると判断した。 In general, the provision of a stopper film or a barrier film to prevent diffusion itself is a conventional method. However, in the case of the polysilicon-aluminum substitution method, it does not react with Al or reacts even at a high temperature. It was necessary to select a difficult material, and it was determined that TiN, WN, or SiC was appropriate as such a material.
しかし、TiN、WN、或いは、SiCはSiとの反応性が乏しく、電気的にコンタクトが取りにくいため、ソース・ドレイン領域とのコンタクト抵抗が非常に高くなるという問題があるので、この場合には、ストッパ膜或いはバリア膜とソース・ドレイン領域との界面にSiと反応しやすい膜、即ち、コンタクトメタルを薄く形成するようにした。 However, since TiN, WN, or SiC has poor reactivity with Si and it is difficult to make electrical contact, there is a problem that the contact resistance with the source / drain region becomes very high. In addition, a film that easily reacts with Si, that is, a contact metal is formed thinly at the interface between the stopper film or the barrier film and the source / drain region.
図20(a)参照
まず、p型シリコン基板211の所定領域に選択酸化によって素子分離酸化膜212を形成したのち、素子分離酸化膜212で囲まれたp型シリコン基板211の露出表面を熱酸化してゲート酸化膜213を形成し、次いで、ノン・ドープ多結晶Si層を堆積させたのち、P(リン)等の不純物をイオン注入し、次いで、全面に、CVD法により、保護膜215となるSiO2 膜或いはSi3 N4 膜を堆積させたのち、所定パターンにエッチングしてゲート電極214を形成する。
First, after an element
次いで、ゲート電極214及び保護膜215をマスクとしてAs或いはP等の不純物をイオン注入してn型ソース・ドレイン領域217を形成し、次いで全面に、CVD法によりSiO2 膜を堆積させ、異方性エッチングを施すことによってサイドウォール216を形成する。
Next, impurities such as As or P are ion-implanted using the
次いで、CVD法によって、全面にエッチング時のストッパ膜となるSi3 N4 膜218を堆積させたのち、CVD法によって全面にSi3 N4 膜218とエッチング特性の異なるSiO2 膜を堆積させて層間絶縁膜219とし、次いで、Si3 N4 膜218をエッチングストッパ層として層間絶縁膜219に開口部を形成したのち、開口部に露出するSi3 N4 膜218を選択的に除去する。
Then, by CVD, after depositing the the Si 3 N 4
次いで、コンタクトメタルとなる厚さ20nmのTi膜220及びバリアメタルとなる厚さ10〜100nmのTiN膜221をスパッタリング法或いはCVD法により順次堆積させる。
Next, a 20 nm
次いで、LPCVD法を用いて多結晶Si膜を堆積させたのち、TiN膜221が露出するまでCMP法によって研磨することによって多結晶Siプラグ222を形成し、次いで、スパッタリング法を用いて厚さ2μmのAl層223と厚さ200nmのTi層224を堆積させる。
Next, after depositing a polycrystalline Si film using the LPCVD method, the
図20(b)参照
次いで、窒素雰囲気中で、400〜660℃の温度において1時間程度熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ222をAlに置換したのち、再び、CMP法を用いて層間絶縁膜219の表面が露出するまで研磨することによってAl置換プラグ225を形成する。
Next, after the
この様な構成、即ち、コンタクトメタルとバリアメタルからなるストッパ膜を採用することによって、ポリシリコン−アルミニウム置換法を実際のLSIの製造工程に適用し得ることが分かった。 It has been found that the polysilicon-aluminum replacement method can be applied to an actual LSI manufacturing process by employing such a configuration, that is, employing a stopper film made of a contact metal and a barrier metal.
なお、この場合のコンタクトメタルとしては、Ti以外に、W、Co、Ni、Ta、或いは、これらのシリサイドを用いることができ、また、n型ソース・ドレイン領域217の表面にすでにシリサイドが形成されている場合、或いは、コンタクトメタルとして機能する下地が形成されている場合には、コンタクトメタルの堆積工程は省略することができる。
しかし、上述の応用例において、アニール処理温度が400℃〜450℃と比較的低温の場合には問題がないものの、それより高い温度、例えば、450℃〜850℃で熱処理を行った場合には問題が生ずる。 However, in the application example described above, there is no problem when the annealing temperature is relatively low, such as 400 ° C. to 450 ° C., but when the heat treatment is performed at a higher temperature, for example, 450 ° C. to 850 ° C. Problems arise.
即ち、この様な高温でAl置換のための熱処理を行った場合、コンタクトメタルのTi自身がソース・ドレイン領域のSiと反応してしまい、pn接合中に進入して、pn接合を破壊するという場合が生ずるためである。 That is, when heat treatment for Al substitution is performed at such a high temperature, Ti of the contact metal itself reacts with Si in the source / drain region, and enters the pn junction to destroy the pn junction. This is because a case occurs.
したがって、この様なコンタクトプラグの形成工程が最終工程であれば問題がないものの、製造工程の途中でストッパ層を介して多結晶Siプラグを設け、後の製造工程において高温処理工程を経たのちポリシリコン−アルミニウム置換法を行えば、Al置換プラグを形成することはできるが、高温処理工程においてTiが拡散してpn接合を破壊するという問題や、Tiの拡散によってTiとSiの共晶合金が形成され、この共晶化領域に不純物が異常偏析してコンタクト不良が発生するという問題もあるので、適用工程が限られてしまうという問題がある。 Therefore, although there is no problem if such a contact plug formation process is the final process, a polycrystalline Si plug is provided through a stopper layer in the middle of the manufacturing process, and after a high temperature treatment process in the subsequent manufacturing process, If the silicon-aluminum substitution method is performed, an Al substitution plug can be formed, but the problem that Ti diffuses in the high temperature treatment process and destroys the pn junction, and the eutectic alloy of Ti and Si is caused by the diffusion of Ti. There is also a problem that impurities are abnormally segregated in this eutectic region and contact failure occurs, so that the application process is limited.
また、従来のポリシリコン−アルミニウム置換法は、多結晶Siプラグの置換しか想定していないので、LSIの導電通路を構成する下層の配線層はAl(比抵抗:2.8μΩ・cm)より比抵抗の大きなドープト多結晶Si(比抵抗:300〜800μΩ・cm)、高融点金属(Wの比抵抗:6μΩ・cm)、或いは、高融点金属シリサイド(Wシリサイドの比抵抗:70μΩ・cm、Tiシリサイドの比抵抗:15μΩ・cm)等の耐高温材料のままであるので、ポリシリコン−アルミニウム置換法のメリットを十分に生かせるものではなかった。 In addition, since the conventional polysilicon-aluminum replacement method only assumes replacement of the polycrystalline Si plug, the lower wiring layer constituting the conductive path of the LSI is higher than Al (specific resistance: 2.8 μΩ · cm). Doped polycrystalline Si with high resistance (specific resistance: 300 to 800 μΩ · cm), refractory metal (specific resistance of W: 6 μΩ · cm), or refractory metal silicide (specific resistance of W silicide: 70 μΩ · cm, Ti Since the high-temperature resistant material such as the specific resistance of silicide (15 μΩ · cm) remains, the merit of the polysilicon-aluminum substitution method cannot be fully utilized.
例えば、DRAMのビット線の場合には、ビット線の上部にメモリセルのキャパシタを構成する蓄積電極やキャパシタ絶縁膜が形成されることになるが、現在の技術では、このキャパシタ絶縁膜を600℃程度の低温で形成して、高い信頼性を得ることは非常に難しいので、700℃〜850℃の高温熱処理が必要となっている。 For example, in the case of a DRAM bit line, a storage electrode and a capacitor insulating film constituting a capacitor of a memory cell are formed above the bit line. In the current technology, this capacitor insulating film is formed at 600 ° C. Since it is very difficult to obtain high reliability by forming at a low temperature, high temperature heat treatment at 700 ° C. to 850 ° C. is required.
そして、この工程はビット線形成の後であるので、ビット線に融点が660℃のAlを用いることができないが、もし、Alをビット線に使用することができれば、単にビット線の抵抗を低くすることができるだけではなく、ビット線を薄く形成することが許されることになるので、隣接するビット線間の寄生容量も小さくすることができ、高速・低消費電力のメモリLSIを製造することが可能になる。 Since this process is after the formation of the bit line, Al having a melting point of 660 ° C. cannot be used for the bit line. However, if Al can be used for the bit line, the resistance of the bit line is simply lowered. In addition to being able to do this, it is allowed to make the bit line thin, so that the parasitic capacitance between adjacent bit lines can be reduced, and a high-speed and low-power consumption memory LSI can be manufactured. It becomes possible.
また、ビット線の抵抗や寄生容量を低減することができることにより、1本のビット線に接続されるセルの数も増やすことができるので、メモリの集積度を上げることが可能になり、したがって、ビット線のAl化が待望されるところである。 Further, since the resistance and parasitic capacitance of the bit line can be reduced, the number of cells connected to one bit line can be increased, so that the degree of integration of the memory can be increased. There is a long-awaited desire for Al in bit lines.
また、通常の自己整合型のIGFETの場合には、ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行い、活性化のためのアニールを行ってソース・ドレイン領域を形成しているが、このアニール温度は800℃〜1100℃程度であるので、ゲート電極としてAlは使用されていない。 In the case of a normal self-aligned IGFET, ion implantation is performed using a gate electrode as a mask, and annealing for activation is performed to form a source / drain region. This annealing temperature is 800 ° C. Since it is about ˜1100 ° C., Al is not used as the gate electrode.
しかし、Alをゲート電極として用いることができるならば、ビット線の場合と同様に、LSIの高速化と低消費電力化に大きく貢献することができ、付加価値の高いLSIを製造することができ、また、メモリのゲート電極、即ち、ワード線としてAlを用いることができるのならば、1本のワード線に接続できるセルの数を増やすことができ、メモリの集積度を上げることが可能になる。 However, if Al can be used as the gate electrode, as in the case of the bit line, it can greatly contribute to speeding up and lowering power consumption of the LSI, and a high added value LSI can be manufactured. In addition, if Al can be used as the gate electrode of the memory, that is, the word line, the number of cells that can be connected to one word line can be increased, and the degree of integration of the memory can be increased. Become.
また、自己整合バイポーラトランジスタの場合には、ドープト多結晶Si層からなるベース引出電極及びエミッタ電極から不純物を固相拡散して外部ベース領域やエミッタ領域を形成しているが、この場合の拡散のための熱処理温度は800℃〜1100℃であるので、拡散源兼電極としてAlを用いることができない。 In the case of a self-aligned bipolar transistor, an external base region and an emitter region are formed by solid-phase diffusion of impurities from a base extraction electrode and an emitter electrode made of a doped polycrystalline Si layer. Therefore, Al cannot be used as a diffusion source / electrode because the heat treatment temperature for the heat treatment is 800 ° C. to 1100 ° C.
しかし、このベース引出電極及びエミッタ電極をAlに置き換えることができるのならば、著しい高速性化と低消費電力化を図ることができ、非常に望ましいものとなる。 However, if the base extraction electrode and the emitter electrode can be replaced with Al, it is possible to significantly increase the speed and reduce the power consumption, which is very desirable.
そこで、この様な配線層或いは電極を低抵抗化するために、仮に、ポリシリコン−アルミニウム置換法の適用を考えても、上述のビット線、ゲート電極、或いは、ベース引出電極は、LSIの表面から奥まった部分、即ち、シリコン基板の表面近傍に形成されているため、ビット線、ゲート電極、或いは、ベース引出電極を多結晶Si層で形成しておき、ポリシリコン−アルミニウム置換法でAlに置換しようとしても、ポリシリコン−アルミニウム置換法の単純な適用では置換に必要な厚いAl層を置換すべき多結晶Si層に接続できないという問題が生ずる。 Therefore, in order to reduce the resistance of such a wiring layer or electrode, even if the application of the polysilicon-aluminum replacement method is considered, the above-described bit line, gate electrode, or base lead electrode is not provided on the surface of the LSI. The bit line, the gate electrode, or the base lead electrode is formed of a polycrystalline Si layer and is formed on Al by the polysilicon-aluminum substitution method. Even if the replacement is attempted, the simple application of the polysilicon-aluminum replacement method causes a problem that the thick Al layer necessary for the replacement cannot be connected to the polycrystalline Si layer to be replaced.
また、最先端のLSIでは、ワード線に対してソース・ドレイン電極が、また、ビット線に対してはキャパシタコンタクトが自己整合で形成される構造になっているため、ワード線及びビット線の上部は絶縁膜で覆われることが必須であり、その後の工程においてもこの絶縁膜を除去することは許されない状況にある。 Moreover, since the state-of-the-art LSI has a structure in which the source / drain electrodes are formed with respect to the word lines and the capacitor contacts are formed with self-alignment with respect to the bit lines, the upper portions of the word lines and the bit lines are formed. It is indispensable to be covered with an insulating film, and it is not allowed to remove the insulating film in the subsequent process.
したがって、セルの密集する部分では、ワード線或いはビット線の上部を露出させて、厚い置換用Al層と接触させることによってAl置換を行うと言った従来のポリシリコン−アルミニウム置換法を適用ができず、何らかの工夫が必要である。 Therefore, the conventional polysilicon-aluminum replacement method in which Al replacement is performed by exposing the upper portion of the word line or the bit line and contacting with a thick replacement Al layer can be applied to the dense portion of the cell. Therefore, some ingenuity is necessary.
例えば、ビット線をAl置換する場合には、
a.ビット線自身が容易にAlに置換される構造と、Al置換の導入部の構造、
b.ビット線をAl置換したのち、Alがさらに下層の多結晶Siプラグやソース・ドレイン領域に進入しないためのストッパ構造、
c.Al置換が不所望な下部プラグとコンタクトしている上部プラグをAl置換した場合のストッパ構造、
等を工夫する必要あり、且つ、これらの対策を別々に講じていたのでは工定数が増えてコストアップにつながるので、製造工程を増やさないための何等かの工夫も合わせて必要である。
For example, when replacing a bit line with Al,
a. A structure in which the bit line itself is easily replaced with Al, and a structure of an introduction portion of Al replacement,
b. After replacing the bit line with Al, a stopper structure for preventing Al from entering further lower polycrystalline Si plugs and source / drain regions,
c. Stopper structure when the upper plug in contact with the lower plug that is not desired to be replaced with Al is replaced with Al,
It is necessary to devise such measures, and if these measures are taken separately, the work constant increases and the cost increases, so some contrivance to prevent an increase in the manufacturing process is also necessary.
特に、DRAMにおいては、メーカ間の競争が激しく、コストの低減が非常に重要であるので、ポリシリコン−アルミニウム置換法を導入して高機能化が果たせるとしても、コストを削減することが最重要課題であり、Al置換自体の工程や、これに伴うストッパ形成工程もコストが高くならないようにすることが必要不可欠となる。 In particular, in DRAM, competition among manufacturers is fierce, and cost reduction is very important. Even if a polysilicon-aluminum replacement method can be introduced to achieve high functionality, it is most important to reduce cost. This is a problem, and it is indispensable to prevent the cost of the Al replacement process itself and the accompanying stopper formation process.
また、ゲート電極に対してポリシリコン−アルミニウム置換法を適用する場合には、ゲート絶縁膜は非常にデリケートな薄い絶縁膜であり、ささいな金属の拡散により信頼性を損ないやすいので、ゲート電極をAl置換する場合には、ゲート絶縁膜の信頼性を損なわない工夫が必要である。 In addition, when the polysilicon-aluminum substitution method is applied to the gate electrode, the gate insulating film is a very delicate thin insulating film, and the reliability of the gate electrode is easily lost due to the diffusion of a small metal. In the case of replacing Al, a device that does not impair the reliability of the gate insulating film is necessary.
また、自己整合型のバイポーラトランジスタのベース引出電極やエミッタ引出電極に対してポリシリコン−アルミニウム置換法を適用する場合には、これらの引出電極は不純物の拡散源にもなっているため、これらの役割を果たせるように電極構造を工夫する必要がある。 In addition, when the polysilicon-aluminum substitution method is applied to the base extraction electrode and the emitter extraction electrode of the self-aligned bipolar transistor, these extraction electrodes also serve as impurity diffusion sources. It is necessary to devise an electrode structure so that it can play a role.
さらに、LSIの高速化並びに低消費電力化のためには、配線層間の寄生容量の低減は必要であるが、従来のLSIにおいては層間絶縁膜を構成する絶縁膜自体の誘電率を低くする程度の考慮しか払われおらず、寄生容量対策は十分ではなかった。 Furthermore, in order to increase the speed and power consumption of LSI, it is necessary to reduce the parasitic capacitance between wiring layers. However, in conventional LSI, the dielectric constant of the insulating film itself constituting the interlayer insulating film is lowered. Therefore, parasitic capacitance countermeasures were not sufficient.
したがって、本発明は、ポリシリコン−アルミニウム置換法を製造工程があまり増大せず、且つ、素子特性に悪影響を与えないように工夫して適用することによって、プラグ及び配線層を低抵抗化し、或いは、配線層間の寄生容量を低減することを目的とする。 Therefore, the present invention reduces the resistance of the plug and the wiring layer by applying the polysilicon-aluminum replacement method so that the manufacturing process does not increase so much and the device characteristics are not adversely affected, or An object is to reduce parasitic capacitance between wiring layers.
図1は本発明の原理的構成の説明図であり、この図1を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1(a)及び(b)参照
(1)本発明は、半導体装置の製造方法において、シリコン層で構成された配線層を、400℃以上の熱処理工程を経たのち、置換用金属8で置換することを特徴とする。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
1 (a) and 1 (b). (1) In the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, a wiring layer composed of a silicon layer is subjected to a heat treatment step of 400 ° C. or higher and then replaced with a
この様に、従来、熱処理工程の関係から耐熱性のあるシリコン層で構成せざるを得なかった配線層も、シリコンプラグを介して金属置換することによって、低抵抗化することができ、それによって、半導体装置の動作速度を大幅に高めることができる。 In this way, the wiring layer that has been conventionally required to be composed of a heat-resistant silicon layer due to the heat treatment process can be reduced in resistance by replacing the metal with a silicon plug, thereby reducing the resistance. The operating speed of the semiconductor device can be greatly increased.
(2)また、本発明は、上記(1)において、シリコン層で構成された配線層が、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリのビット線又はワード線であるとともに、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリの周辺回路を構成する回路素子のプラグ或いは配線層の内、非置換部分における置換用金属8の進入部分にストッパ用パッドを設けることを特徴とする。
(2) Further, according to the present invention, in the above (1), the wiring layer formed of the silicon layer is a bit line or a word line of the dynamic random access memory, and the dynamic random access memory A stopper pad is provided at the entry portion of the
この様に、非置換部分、例えば、金属置換によるVthの変動を極力避けたいゲート電極3等における置換用金属8の進入部分にストッパ用パッドを設けることによって、所望の箇所のみの金属置換が可能になる。
In this way, by providing the stopper pad at the non-substitution portion, for example, the entry portion of the
(3)また、本発明は、半導体装置の製造方法において、半導体基板1上に絶縁膜を介して設けたシリコンプラグ或いはシリコン配線層を置換用金属8で置換したのち、金属置換された金属置換プラグ10或いは金属置換配線層の少なくとも一部或いは全体を除去し、空洞部を形成することを特徴とする。
(3) Further, according to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, after replacing a silicon plug or a silicon wiring layer provided on the
この様に、金属置換を利用して形成した金属置換プラグ10或いは金属置換配線層の少なくとも一部或いは全体を除去し、空洞部を形成することによって、空洞部を含む絶縁膜の実効的誘電率を大幅に低減することができ、それによって、寄生容量を低減することができる。 In this way, by removing at least part or all of the metal replacement plug 10 or the metal replacement wiring layer formed by using metal replacement and forming a cavity, the effective dielectric constant of the insulating film including the cavity is determined. Can be significantly reduced, and thereby parasitic capacitance can be reduced.
(4)また、本発明は、上記(3)において、空洞部が、ゲート電極3の側壁に設けられたシリコン層からなるサイドウォールを置換用金属8で置換したのち除去することにより形成されたものであることを特徴とする。
(4) Further, in the present invention according to the above (3), the cavity is formed by replacing the sidewall made of the silicon layer provided on the sidewall of the
この様に、シリコンサイドウォールを利用することによって、ゲート電極3の側部に空洞部を形成することができ、それによって、ゲート電極3とソース・ドレイン電極間の寄生容量を低減することができる。
As described above, by using the silicon sidewall, a cavity can be formed in the side portion of the
本発明によれば、その後の工程において高温処理工程を伴うため、Alを使用できなかった部分の配線層及び電極を、高温処理工程を終えたのちにポリシリコン−アルミニウム置換法を用いてAl置換して低抵抗化しているので、各種半導体装置の動作速度を大幅に高めることができ、且つ、低消費電力化に寄与するところが大きい。 According to the present invention, since a high-temperature treatment process is involved in the subsequent process, the wiring layer and the electrode where the Al could not be used are replaced with Al using a polysilicon-aluminum substitution method after the high-temperature treatment process is completed. Since the resistance is reduced, the operating speed of various semiconductor devices can be greatly increased, and it contributes to the reduction of power consumption.
本発明は、シリコン層で構成された配線層を、例えば、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリのビット線又はワード線で400℃以上の熱処理工程を経たのち、置換用金属で置換するものである。 In the present invention, a wiring layer composed of a silicon layer is subjected to a heat treatment step at 400 ° C. or higher, for example, with a bit line or a word line of a dynamic random access memory, and then replaced with a replacement metal.
ここで、図2を参照して、本発明の第1の実施の形態の工程を説明する。
図2(a)参照
従来と同様に、図18に関して説明したように、まず、p型シリコン基板11の所定領域に選択酸化によって素子分離酸化膜12を形成したのち、素子分離酸化膜12で囲まれたp型シリコン基板11の露出表面を熱酸化してゲート酸化膜13を形成し、次いで、ノン・ドープ多結晶Si層を堆積させたのち、Pをイオン注入してドープト多結晶Si層とし、次いで、全面に、CVD法によって保護膜15となるSiO2 膜を堆積させたのち、所定パターンにエッチングしてゲート電極14を形成する。
Here, the steps of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Refer to FIG. 2A. As in the prior art, as described with reference to FIG. 18, first, an element
次いで、ゲート電極14及び保護膜15をマスクとしてAsをイオン注入してn型ソース・ドレイン領域17を形成し、次いで、CVD法によって全面にSiO2 膜を堆積させ、異方性エッチングを施すことによってサイドウォール16を形成する。
Next, As is ion-implanted using the gate electrode 14 and the
次いで、CVD法によって、全面にエッチング時のストッパ膜となる厚さ10〜100nmのSi3 N4 膜18を堆積させたのち、CVD法によって全面にSi3 N4 膜18とエッチング特性の異なる厚さ100〜500nmのSiO2 膜を堆積させて層間絶縁膜19とし、次いで、Si3 N4 膜18をエッチングストッパ層として層間絶縁膜19に開口部を形成したのち、開口部に露出するSi3 N4 膜18を選択的に除去することによってn型ソース・ドレイン領域17に達するビアホールを形成する。
Next, a Si 3 N 4 film 18 having a thickness of 10 to 100 nm serving as a stopper film at the time of etching is deposited on the entire surface by a CVD method, and then a thickness different from that of the Si 3 N 4 film 18 on the entire surface by the CVD method. An SiO 2 film having a thickness of 100 to 500 nm is deposited to form an
次いで、LPCVD法によって不純物をドープした多結晶Si層を堆積させたのち、第1層間絶縁膜19が露出するまでCMP法によって研磨することによって導電性を有する多結晶Siプラグ20を形成する。
Next, after depositing a polycrystalline Si layer doped with impurities by LPCVD, polishing is performed by CMP until the first
次いで、コンタクトメタルとなる厚さ10〜100nm、例えば、20nmのTi膜21、次いで、バリアメタルとなる厚さ10〜200nm、例えば、50nmのTiN膜22をスパッタリング法により順次堆積させたのち、多結晶Siプラグ20上に残存するようにエッチングして、Alに対するストッパ用パッドを形成する。
Next, a
次いで、再び、CVD法を用いて全面に厚さ0.05〜5.0μm、例えば、0.5μmのSiO2 膜を堆積させて第2層間絶縁膜23としたのち、ストッパ用パッドに達するビアホールを設け、次いで、再び、LPCVD法によってノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、第2層間絶縁膜23が露出するまでCMP法によって研磨することによって多結晶Siプラグ24を形成する。
Next, again, a CVD method is used to deposit a SiO 2 film having a thickness of 0.05 to 5.0 μm, for example, 0.5 μm on the entire surface to form the second
次いで、スパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層25と厚さ50nm〜2000nm、例えば、200nmのTi層26を堆積させる。
Next, an
図2(b)参照
次いで、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1.0〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ24をAlに置換したのち、再び、CMP法を用いて第2層間絶縁膜23の表面が露出するまで研磨することによってAl置換プラグ27を形成する。
See FIG. 2B. Next, the polycrystalline Si plug 24 was replaced with Al by performing heat treatment at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C., for 1.0 to 48 hours, for example, 6 hours in a nitrogen atmosphere. Thereafter, the
この様に、本発明の第1の実施の形態においては、下部に設けた多結晶Siプラグ20と上部の多結晶Siプラグ24との間にストッパ用パッドを設けているので、上部の多結晶Siプラグ24をAlに置換する際に、Alが下部の多結晶Siプラグ20に拡散することがなく、したがって、n型ソース・ドレイン領域17を構成するpn接合が破壊されることがない。
As described above, in the first embodiment of the present invention, since the stopper pad is provided between the polycrystalline Si plug 20 provided in the lower part and the polycrystalline Si plug 24 provided in the upper part, the upper polycrystalline substance is provided. When replacing the Si plug 24 with Al, Al does not diffuse into the lower
また、ポリシリコン−アルミニウム置換工程に伴う熱処理工程、或いは、他の製造工程において、450℃以上の高温工程が施されたとしても、ストッパ用パッドを構成するコンタクトメタルとしてのTiの拡散は生ずるが、下部の多結晶Siプラグ20の存在によりn型ソース・ドレイン領域17との距離が離れるので、接合破壊に至ることはない。
Further, even if a high temperature process of 450 ° C. or higher is performed in the heat treatment process accompanying the polysilicon-aluminum replacement process or other manufacturing processes, diffusion of Ti as a contact metal constituting the stopper pad occurs. The presence of the lower polycrystalline Si plug 20 increases the distance from the n-type source /
また、同じ理由によって、Tiとn型ソース・ドレイン領域17のSiとが共晶合金を形成することがなく、共晶合金に伴う不純物の異常偏析が生ずることがないので、コンタクト不良が発生することがなく、それによって、微小ビアホールを低比抵抗化することができると共に、素子の信頼性を高めることができる。
For the same reason, Ti and Si in the n-type source /
次いで、図3を参照して本発明の第2の実施の形態の工程を説明する。
なお、下部の多結晶Siプラグの製造工程までは上述の第1の実施の形態と全く同様であるので説明を省略する。
Next, the steps of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Since the manufacturing process of the lower polycrystalline Si plug is exactly the same as in the first embodiment, the description thereof is omitted.
図3参照
第1の実施の形態と同様に導電性を有する多結晶Siプラグ20を形成したのち、コンタクトメタルとなる厚さ10〜100nm、例えば、20nmのTi膜21、バリアメタルとなる厚さ10〜200nm、例えば、50nmのTiN膜22、及び、実効的に配線層となる厚さ10〜500nm、例えば、50nmのW層をスパッタリング法により順次堆積させたのち、多結晶Siプラグ20上に残存するようにエッチングして、Wパッド28を形成するとともに、W配線層29を形成する。
See FIG. 3. After forming the polycrystalline Si plug 20 having conductivity as in the first embodiment, the thickness becomes 10 to 100 nm, for example, 20 nm of a
次いで、再び、CVD法を用いて全面に厚さ0.05〜5.0μm、例えば、0.5μmのSiO2 膜を堆積させて第2層間絶縁膜23としたのち、Wパッド28及びW配線層29に達するビアホールを設け、次いで、再び、LPCVD法によってノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、第2層間絶縁膜23が露出するまでCMP法によって研磨することによって多結晶Siプラグ(図示せず)を形成する。
Next, again, a CVD method is used to deposit a SiO 2 film having a thickness of 0.05 to 5.0 μm, for example, 0.5 μm on the entire surface to form the second
次いで、スパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10.0μm、例えば、2μmのAl層(図示せず)と厚さ50nm〜2000nm、例えば、200nmのTi層(図示せず)を堆積させたのち、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶SiプラグをAlに置換したのち、再び、CMP法を用いて第2層間絶縁膜23の表面が露出するまで研磨することによってAl置換プラグ27,30を形成する。
Next, an Al layer (not shown) having a thickness of 0.1 to 10.0 μm, for example, 2 μm, and a Ti layer (not shown) having a thickness of 50 nm to 2000 nm, for example, 200 nm were deposited by sputtering. Thereafter, the polycrystalline Si plug is replaced with Al by performing heat treatment at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C. for 1 to 48 hours, for example, 6 hours in a nitrogen atmosphere, and then again using the CMP method. The Al replacement plugs 27 and 30 are formed by polishing until the surface of the second
この様に、本発明の第2の実施の形態においては、配線層の形成工程を用いてAlに対するバリアとなるストッパ用パッドを形成しているので、ストッパ用パッドの形成のための成膜工程及びパターニング工程が不要になる。 As described above, in the second embodiment of the present invention, the stopper pad serving as a barrier against Al is formed using the wiring layer forming step, so that the film forming step for forming the stopper pad is performed. In addition, the patterning process is not necessary.
この場合、Wパッド28及びW配線層29を構成するWは置換用の多結晶SiプラグのSiと反応して、一部或いは全部がシリサイド化するが、TiN膜22がAlに対するバリアとなるので、Alが下部の多結晶Siプラグ20に拡散することがなく、したがって、n型ソース・ドレイン領域17を構成するpn接合が破壊されることがなく、また、Tiによる接合破壊や共晶合金によるコンタクト不良も発生することがない。
In this case, W constituting the
なお、この第2の実施の形態におけるW層は、WN、Wシリサイド、Ta、Ti、TiN、Tiシリサイド、或いは、Coシリサイド等に置き換えても良いものであり、なるべく低比抵抗で、且つ、高耐熱性の導電材料が望ましく、WNやTINを用いた場合には、バリアメタルとしてのTiN膜22は設ける必要はない。
Note that the W layer in the second embodiment may be replaced with WN, W silicide, Ta, Ti, TiN, Ti silicide, Co silicide, or the like, and has a low specific resistance as much as possible. A highly heat-resistant conductive material is desirable, and when WN or TIN is used, it is not necessary to provide the
次に、図4を参照して本発明の第3の実施の形態の工程を説明する。
なお、下部の多結晶Siプラグの製造工程までは上述の第1の実施の形態と全く同様であるので説明を省略する。
Next, the process of the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG.
Since the manufacturing process of the lower polycrystalline Si plug is exactly the same as in the first embodiment, the description thereof is omitted.
図4(a)参照
第1の実施の形態と同様に導電性を有する多結晶Siプラグ20を形成したのち、コンタクトメタルとなる厚さ10〜100nm、例えば、20nmのTi膜21及びバリアメタルとなる厚さ10〜200nm、例えば、50nmのTiN膜22をスパッタリング法により順次堆積させ、次いで、LPCVD法を用いて厚さ10〜1000nm、例えば、300nmのノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、多結晶Siプラグ20上に残存するようにエッチングして、多結晶Siパッド31を形成すると共に、多結晶Si配線層32を形成する。
See FIG. 4A. After forming the polycrystalline Si plug 20 having conductivity as in the first embodiment, the
次いで、再び、CVD法を用いて全面に厚さ0.05〜5.0μm、例えば、0.5μmのSiO2 膜を堆積させて第2層間絶縁膜23としたのち、多結晶Siパッド31及び多結晶Si配線層32に達するビアホールを設け、次いで、再び、LPCVD法によってノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、第2層間絶縁膜23が露出するまでCMP法によって研磨することによって多結晶Siプラグ24,33を形成する。
Next, again, a CVD method is used to deposit a SiO 2 film having a thickness of 0.05 to 5.0 μm, for example, 0.5 μm on the entire surface to form the second
次いで、スパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層25と厚さ50nm〜2000nm、例えば、200nmのTi層26を堆積させる。
Next, an
図4(b)参照
次いで、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ24,33、及び、多結晶Siプラグ24,33に接続する多結晶Siパッド31及び多結晶Si配線層32をAlに置換したのち、再び、CMP法を用いて第2層間絶縁膜23の表面が露出するまで研磨することによってAl置換プラグ27,30、Al置換パッド34、及び、Al置換配線層35を形成する。
Next, referring to FIG. 4B, polycrystalline Si plugs 24, 33 and polycrystalline are formed by performing heat treatment in a nitrogen atmosphere at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C. for 1 to 48 hours, for example, 6 hours. After the
この様に、本発明の第3の実施の形態においては、配線層の形成工程を用いてAlに対するバリアとなるストッパ用パッドを形成しているので、ストッパ用パッドの形成のためのパターニング工程が不要になり、且つ、後の製造工程に伴う600℃以上の高温熱処理のためにAlを用いることができなかった配線層を、低比抵抗のAlに置換することができるので、半導体装置の動作速度を高速化することができる。 As described above, in the third embodiment of the present invention, the stopper pad serving as a barrier against Al is formed by using the wiring layer forming step, so that a patterning step for forming the stopper pad is performed. Since the wiring layer that is no longer needed and Al could not be used due to the high-temperature heat treatment at 600 ° C. or higher accompanying the subsequent manufacturing process can be replaced with low resistivity Al, the operation of the semiconductor device The speed can be increased.
この様な多結晶Si配線層32のAl置換は、本発明者の実験によって明らかになった事項であり、多結晶Si配線層32の全上面を露出させなくとも、多結晶Siプラグ33を接続するだけで、多結晶Siプラグ33の接触部から100μmまでの長さは確実にAl置換することができるものであり、多結晶Siプラグ自体のみのAl置換技術からは予想できない程の相互固相拡散が生じていることが明らかになった。
Such Al substitution of the polycrystalline
特に、この第3の実施の形態においては、製造工程の途中の段階では、配線層として導電性が非常に低く、従来の配線層としては用いられることのなかったノン・ドープの多結晶Si配線層32を用いるという、従来の半導体装置の製造工程では出現しない構成を採用しており、この様なノン・ドープの多結晶Si配線層32を用いることによりAl置換がより容易になり、多結晶Siプラグ33から離れた位置の多結晶Si配線層のAl置換が可能になるものである。
In particular, in the third embodiment, non-doped polycrystalline Si wiring that is very low in conductivity as a wiring layer and not used as a conventional wiring layer in the middle of the manufacturing process. A structure that does not appear in the manufacturing process of the conventional semiconductor device is used, in which the
次に、図5を参照して本発明の第4の実施の形態の工程を説明する。
なお、図5(b)は、図5(a)のゲート引出配線層に沿った断面図である。
図5(a)及び(b)参照
まず、p型シリコン基板11の所定領域に選択酸化によって素子分離酸化膜12を形成したのち、素子分離酸化膜12で囲まれたp型シリコン基板11の露出表面を熱酸化してゲート酸化膜13を形成し、次いで、厚さ10〜300nm、例えば、50nmのノン・ドープ多結晶Si層を堆積させたのち、Pをイオン注入してドープト多結晶Si層36とする。
なお、始めからドープト多結晶Si膜として成膜しても良い。
Next, the process of the 4th Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG.
FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the gate lead-out wiring layer in FIG.
5A and 5B. First, an element
Note that a doped polycrystalline Si film may be formed from the beginning.
次いで、コンタクトメタルとなる厚さ10〜100nm、例えば、20nmのTi膜37及びバリアメタルとなる厚さ10〜200nm、例えば、50nmのTiN膜38をスパッタリング法により順次堆積させたのち、再びLPCVD法を用いて厚さ10〜1000nm、例えば、150nmのノン・ドープの多結晶Si層を堆積させ、次いで、全面に、CVD法によって保護膜15となるSiO2 膜を100nm堆積させたのち、所定パターンにエッチングしてゲート電極及びゲート引出配線層を形成する。
Next, a
次いで、ゲート電極及び保護膜15をマスクとしてAsをイオン注入してn型ソース・ドレイン領域17を形成し、次いで全面にSiO2 膜を堆積させ、異方性エッチングを施すことによってサイドウォール16を形成する。
Next, As is ion-implanted using the gate electrode and the
次いで、CVD法によって、全面にエッチング時のストッパ膜となる厚さ10〜100nmのSi3 N4 膜18を堆積させたのち、CVD法によって全面にSi3 N4 膜18とエッチング特性の異なる厚さ100〜500nmのSiO2 膜を堆積させて層間絶縁膜19とし、次いで、Si3 N4 膜18をエッチングストッパ層として層間絶縁膜19に開口部を形成したのち、開口部に露出するSi3 N4 膜18を選択的に除去することによってn型ソース・ドレイン領域17に達するビアホールを形成する。
Next, a Si 3 N 4 film 18 having a thickness of 10 to 100 nm serving as a stopper film at the time of etching is deposited on the entire surface by a CVD method, and then a thickness different from that of the Si 3 N 4 film 18 on the entire surface by the CVD method. An SiO 2 film having a thickness of 100 to 500 nm is deposited to form an
次いで、LPCVD法によって不純物をドープした多結晶Si層を堆積させたのち、第1層間絶縁膜19が露出するまでCMP法によって研磨することによって導電性を有する多結晶Siプラグ20を形成する。
Next, after depositing a polycrystalline Si layer doped with impurities by LPCVD, polishing is performed by CMP until the first
次いで、再び、CVD法を用いて全面に厚さ0.05〜5.0μm、例えば、0.5μmのSiO2 膜を堆積させて第2層間絶縁膜23としたのち、ゲート引出配線層に達するビアホールを設け、次いで、再び、LPCVD法によってノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、第2層間絶縁膜23が露出するまでCMP法によって研磨することによって多結晶Siプラグを形成する。
Next, again, a CVD method is used to deposit a SiO 2 film having a thickness of 0.05 to 5.0 μm, for example, 0.5 μm on the entire surface to form the second
次いで、スパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層(図示せず)と厚さ50nm〜2000nm、例えば、200nmのTi層(図示せず)を堆積させたのち、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ及びそれに連なるゲート引出電極及びゲート電極を構成する上層のノン・ドープ多結晶Si層をAl置換したのち、再び、CMP法を用いて第2層間絶縁膜23の表面が露出するまで研磨することによってAl置換プラグ39、Al置換配線層40及びAl置換ゲート電極41を形成する。
Next, after depositing an Al layer (not shown) having a thickness of 0.1 to 10 μm, for example, 2 μm, and a Ti layer (not shown) having a thickness of 50 to 2000 nm, for example, 200 nm, by sputtering, In a nitrogen atmosphere, heat treatment is performed at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C. for 1 to 48 hours, for example, 6 hours. After replacing the doped polycrystalline Si layer with Al, the
この様に、本発明の第4の実施の形態においては、自己整合工程に伴う高温熱処理のためにAlを用いることができなかったゲート電極及びゲート引出配線層を、低比抵抗のAlに置換することができるので、絶縁ゲート型半導体装置の動作速度を高速化することができる。 As described above, in the fourth embodiment of the present invention, the gate electrode and the gate lead-out wiring layer, for which Al could not be used due to the high-temperature heat treatment accompanying the self-alignment process, are replaced with low specific resistance Al. Therefore, the operation speed of the insulated gate semiconductor device can be increased.
この場合、ゲート電極は、ノン・ドープの多結晶Si層/ストッパ/ドープト多結晶Si層36の多層構造であり、Alの拡散はストッパで阻止されるので、Al置換はノン・ドープの多結晶Si層だけであり、ドープト多結晶Si層36はそのままであるので、Vthが変動することがなく、且つ、ゲート酸化膜13及びチャネル領域42にダメージを与えることないので信頼性を損なうことがなく、ゲート電極及びゲート引出配線層の低抵抗化が可能になる。
In this case, the gate electrode has a multilayer structure of non-doped polycrystalline Si layer / stopper / doped
次に、図6を参照して本発明の第5の実施の形態の工程を説明する。
なお、図6はゲート引出電極に沿った断面図であり、ゲート絶縁膜及びゲート電極の構造以外は上述の第4の実施の形態と同様である。
図6参照
まず、p型シリコン基板11の所定領域に選択酸化によって素子分離酸化膜12を形成したのち、素子分離酸化膜12で囲まれたp型シリコン基板11の露出表面を熱酸化してゲート酸化膜を形成し、次いで、アンモニア雰囲気中で熱処理することによってゲート酸化膜をオキシナイトライド膜43に変換する。
なお、この場合のオキシナイトライド膜43の組成は、表面ほど窒素含有率が高くなっている。
Next, steps of the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the gate extraction electrode, and is the same as that of the fourth embodiment except for the structure of the gate insulating film and the gate electrode.
See FIG. 6. First, after an element
In this case, the composition of the
次いで、全面に、厚さ10〜1000nm、例えば、150nmのノン・ドープ多結晶Si層を堆積させたのち、CVD法によって保護膜15となるSiO2 膜を堆積させ、所定パターンにエッチングしてゲート電極及びゲート引出配線層を形成する。
Next, after depositing a non-doped polycrystalline Si layer having a thickness of 10 to 1000 nm, for example, 150 nm on the entire surface, a SiO 2 film to be the
次いで、ゲート電極及び保護膜15をマスクとしてAsをイオン注入してn型ソース・ドレイン領域(図示せず)を形成したのち、CVD法によって全面にSiO2 膜を堆積させ、異方性エッチングを施すことによってサイドウォール16を形成する。
Next, As is ion-implanted using the gate electrode and the
次いで、CVD法によって、全面にエッチング時のストッパ膜となる厚さ10〜100nmのSi3 N4 膜18を堆積させたのち、CVD法によって全面にSi3 N4 膜18とエッチング特性の異なる厚さ100〜500nmのSiO2 膜を堆積させて層間絶縁膜19とし、次いで、Si3 N4 膜18をエッチングストッパ層として層間絶縁膜19に開口部を形成したのち、開口部に露出するSi3 N4 膜18を選択的に除去することによってn型ソース・ドレイン領域(図示せず)に達するビアホールを形成する。
Next, a Si 3 N 4 film 18 having a thickness of 10 to 100 nm serving as a stopper film at the time of etching is deposited on the entire surface by a CVD method, and then a thickness different from that of the Si 3 N 4 film 18 on the entire surface by the CVD method. An SiO 2 film having a thickness of 100 to 500 nm is deposited to form an
次いで、LPCVD法によって不純物をドープした多結晶Si層を堆積させたのち、第1層間絶縁膜19が露出するまでCMP法によって研磨することによって導電性を有する多結晶Siプラグ(図示せず)を形成する。
Next, after depositing a polycrystalline Si layer doped with impurities by LPCVD method, the polycrystalline Si plug (not shown) having conductivity is polished by CMP until the first
次いで、再び、CVD法を用いて全面に厚さ0.05〜5.0μm、例えば、0.5μmのSiO2 膜を堆積させて第2層間絶縁膜23としたのち、ゲート引出配線層に達するビアホールを設け、次いで、再び、LPCVD法によってノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、第2層間絶縁膜23が露出するまでCMP法によって研磨することによって多結晶Siプラグを形成する。
Next, again, a CVD method is used to deposit a SiO 2 film having a thickness of 0.05 to 5.0 μm, for example, 0.5 μm on the entire surface to form the second
次いで、スパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層(図示せず)と厚さ50nm〜2000nm、例えば、200nmのTi層(図示せず)を堆積させたのち、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ及びそれに連なるゲート引出電極及びゲート電極を構成するノン・ドープ多結晶Si層をAl置換したのち、再び、CMP法を用いて第2層間絶縁膜23の表面が露出するまで研磨することによってAl置換プラグ39及びAl置換配線層44を形成する。
Next, after depositing an Al layer (not shown) having a thickness of 0.1 to 10 μm, for example, 2 μm, and a Ti layer (not shown) having a thickness of 50 to 2000 nm, for example, 200 nm, by sputtering, Non-doped poly-silicon constituting the polycrystalline Si plug and its gate extraction electrode and gate electrode by performing heat treatment in a nitrogen atmosphere at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C. for 1 to 48 hours, for example, 6 hours. After replacing the crystalline Si layer with Al, the
この様に、本発明の第5の実施の形態においては、ゲート絶縁膜としてAlの拡散係数の小さなオキシナイトライド膜43を用いているため、第4の実施の形態と同様に、自己整合工程に伴う高温熱処理のためにAlを用いることができなかったゲート電極及びゲート引出配線層を、低比抵抗のAlに置換することができるので、絶縁ゲート型半導体装置の動作速度を高速化することができる。
As described above, in the fifth embodiment of the present invention, since the
特に、この第5の実施の形態においては、ゲート電極及びゲート引出配線層全体をAl置換しているので、nチャネル型IGFET及びpチャネル型IGFETの何方のゲート電極としても使用できるため、製造工定数の大幅な短縮が可能になる。 In particular, in the fifth embodiment, since the entire gate electrode and the gate lead-out wiring layer are replaced with Al, the gate electrode can be used as either the n-channel IGFET or the p-channel IGFET. The constant can be greatly shortened.
即ち、従来のSiゲートIGFETの場合には、短チャネル効果やホットキャリア効果の抑制に効果があると言われるサーフェイスチャネル型のIGFETを構成するためには、pチャネル型IGFETに対してはp型Siゲート電極を設け、nチャネル型IGFETに対してはn型Siゲート電極を設けるという作り分けが必要であったが、Al置換した場合にはその必要がなく、且つ、CMOS(相補型MOSFET)においては、p型Siゲート電極とn型Siゲート電極との接続部に形成されるダイオードを、Al置換によって消滅させることができる。 That is, in the case of a conventional Si gate IGFET, in order to construct a surface channel type IGFET which is said to be effective in suppressing the short channel effect and the hot carrier effect, it is p type for the p channel type IGFET. It was necessary to make a Si gate electrode and an n-type Si gate electrode for an n-channel IGFET, but this was not necessary when Al substitution was made, and CMOS (complementary MOSFET) In, the diode formed at the connection between the p-type Si gate electrode and the n-type Si gate electrode can be extinguished by Al substitution.
また、この第5の実施の形態においては、ゲート電極を構成する際に、Ti膜及びTiN膜とからなるストッパが不必要になるため、その分製造工程の短縮が可能になり、且つ、ゲート構造体に起因する段差を小さくできるので、表面の平坦化が容易になり、且つ、その分下部の多結晶Siプラグの高さを低くすることができるので、寄生容量を低減することができる。 Further, in the fifth embodiment, when forming the gate electrode, a stopper made of a Ti film and a TiN film is unnecessary, so that the manufacturing process can be shortened accordingly, and the gate can be reduced. Since the level difference caused by the structure can be reduced, the surface can be easily flattened, and the height of the lower polycrystalline Si plug can be reduced correspondingly, so that the parasitic capacitance can be reduced.
次に、図7を参照して、本発明の第6の実施の形態の工程を説明する。
なお、Al置換工程までは上述の第2の実施の形態と同様であるので途中の製造工程の説明は省略する。
図7(a)参照
上述の第2の実施の形態と同様に、上部プラグとなる多結晶Siプラグ24を形成したのち、スパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層25と厚さ50nm〜2000nm、例えば、200nmのTi層26を堆積させる。
Next, with reference to FIG. 7, the process of the 6th Embodiment of this invention is demonstrated.
In addition, since it is the same as that of the above-mentioned 2nd Embodiment until Al substitution process, description of the intermediate manufacturing process is abbreviate | omitted.
As shown in FIG. 7A, after the polycrystalline Si plug 24 to be the upper plug is formed as in the second embodiment described above, Al having a thickness of 0.1 to 10 μm, for example, 2 μm, is formed by sputtering. A
図7(b)参照
次いで、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ24をAlに置換したのち、再び、CMP法を用いてAl層25が0.1〜2.0μm、例えば、0.7μmの厚さになるまで研磨する。
Next, after substituting the polycrystalline Si plug 24 with Al by performing heat treatment at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C. for 1 to 48 hours, for example, 6 hours, in a nitrogen atmosphere, Again, polishing is performed using the CMP method until the
次いで、通常のフォトエッチング工程を用いて、残存するAl層25をレジストマスク(図示せず)をマスクとして所定パターンにエッチングすることによってAl置換プラグ27に接続するAl配線層46を含む配線層を形成する。
Next, a wiring layer including an
この様に、本発明の第6の実施の形態においては、Al置換のためのAl層25を利用して配線層を形成しているので、配線層の成膜工程が不要になり、製造工定数の短縮が可能になる。
Thus, in the sixth embodiment of the present invention, since the wiring layer is formed using the
また、この第6の実施の形態においては、Al置換工程において、置換されたSiがAl層25に混入し、Al層25におけるSi含有量は0.1〜5%程度となり、エレクトロマイグレーション耐性が向上することになるので、配線層として好適なものとなる。
なお、置換されたAl置換プラグ27におけるSi含有量も同様に0.1〜5%程度となる。
In the sixth embodiment, in the Al substitution step, the substituted Si is mixed into the
The Si content in the substituted
この場合のSi含有量は、熱処理温度、熱処理時間、及び、置換部分の絶対量に依存するものであり、最終的なSi含有量がSi置換領域の末端部でも0.1〜50%になるように、置換部分の絶対量に応じて熱処理時間等を設定すれば良い。 In this case, the Si content depends on the heat treatment temperature, the heat treatment time, and the absolute amount of the substituted portion, and the final Si content is 0.1 to 50% even at the end of the Si substitution region. Thus, the heat treatment time and the like may be set according to the absolute amount of the replacement part.
また、この第6の実施の形態の技術思想は、上述の第3の実施の形態にも適用されるものであり、W配線層29に代わりにノン・ドープの多結晶Si配線層を設け、この多結晶Si配線層に達する多結晶Siプラグを多結晶Siプラグ24と同時に形成して、多結晶Siプラグ24のAl置換と同時に多結晶Si配線層をAl置換しても良いものである。
The technical idea of the sixth embodiment is also applied to the above-described third embodiment, and a non-doped polycrystalline Si wiring layer is provided instead of the
次に、図8を参照して、本発明の第7の実施の形態の工程を説明する。
なお、多結晶Siプラグ24の形成工程までは、上述の第6の実施の形態と同様であるので途中の製造工程の説明は省略する。
図8(a)参照
上述の第6の実施の形態と同様に、上部プラグとなる多結晶Siプラグ24を形成したのち、CVD法を用いて全面に厚さ0.05〜5μm、例えば、0.5μmのSiO2 膜47を堆積させ、通常のフォトエッチング工程を用いてSiO2 膜47をエッチングすることによって、少なくとも多結晶Siプラグ24が露出する配線層用溝48を形成したのち、スパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層25と厚さ50nm〜2000nm、例えば、200nmのTi層26を堆積させる。
Next, with reference to FIG. 8, the process of the 7th Embodiment of this invention is demonstrated.
Since the process up to the formation of the polycrystalline Si plug 24 is the same as that in the sixth embodiment, description of the intermediate manufacturing process is omitted.
As shown in FIG. 8A, after the polycrystalline Si plug 24 to be the upper plug is formed in the same manner as in the sixth embodiment, a thickness of 0.05 to 5 μm, for example, 0, is formed on the entire surface using the CVD method. the SiO 2 film 47 of .5μm deposited, by etching the SiO 2 film 47 by using a conventional photolithography process, after forming the
図8(b)参照
次いで、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ24をAlに置換したのち、再び、CMP法を用いてSiO2 膜47の表面が露出するまでAl層25を研磨することによって、配線層用溝48に埋め込まれたAl配線層46を形成する。
Next, after the polycrystalline Si plug 24 is replaced with Al by performing heat treatment at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C. for 1 to 48 hours, for example, 6 hours, in a nitrogen atmosphere, Again, the
この様に、本発明の第7の実施の形態においては、SiO2 膜47の成膜工程は増えるものの、配線層の成膜工程が不要になり、且つ、配線層を被覆する絶縁膜の成膜工程及び絶縁膜の平坦化工程が不要になるので、全体の工程を考えると、上述の第6の実施の形態に比べて、配線層の成膜工程及び平坦化工程の2工程を短縮することができる。 As described above, in the seventh embodiment of the present invention, although the number of steps of forming the SiO 2 film 47 is increased, the step of forming the wiring layer is not necessary and the formation of the insulating film that covers the wiring layer is performed. Since the film process and the flattening process of the insulating film are not necessary, considering the entire process, the two processes of the wiring layer film forming process and the flattening process are shortened as compared with the sixth embodiment described above. be able to.
また、この第7の実施の形態においては、Al配線層46の膜厚は、SiO2 膜47の成膜精度によって決定されるため、CMPの研磨精度で決定される第6の実施の形態に比べて精度良く均一な厚さにすることができる。
Further, in the seventh embodiment, since the film thickness of the
なお、この第7の実施の形態においても、Al置換工程において、置換されたSiがAl層25に混入し、Al層25におけるSi含有量は0.1〜5%程度となり、エレクトロマイグレーション耐性が向上することになるので、配線層として好適なものとなる。
In the seventh embodiment as well, in the Al substitution step, the substituted Si is mixed into the
また、この第7の実施の形態の技術思想も、上述の第3の実施の形態にも適用されるものであり、W配線層29に代わりにノン・ドープの多結晶Si配線層を設け、この多結晶Si配線層に達する多結晶Siプラグを多結晶Siプラグ24と同時に形成して、多結晶Siプラグ24のAl置換と同時に多結晶Si配線層をAl置換しても良いものである。
The technical idea of the seventh embodiment is also applied to the third embodiment described above, and a non-doped polycrystalline Si wiring layer is provided in place of the
次に、図9を参照して、本発明の第8の実施の形態の工程を説明する。
図9(a)参照
まず、半導体基板に設けたn型領域51を囲む素子分離酸化膜52を設けたのち、LPCVD法を用いて、全面に厚さ10〜200nm、例えば、50nmのノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、Bをイオン注入することによってドープト多結晶Si層53に変換する。
Next, with reference to FIG. 9, the process of the 8th Embodiment of this invention is demonstrated.
First, after providing an element
次いで、全面に、コンタクトメタルとなる厚さ10〜100nm、例えば、20nmのTi膜54及びバリアメタルとなる厚さ10〜200nm、例えば、50nmのTiN膜55をスパッタリング法により順次堆積させたのち、再びLPCVD法を用いて厚さ10〜1000nm、例えば、100nmのノン・ドープの多結晶Si層56を堆積させ、次いで、ベース電極の外周を決定するように所定パターンにエッチングする。
Next, a
次いで、CVD法を用いて厚さ、0.05〜5μm、例えば、0.5μmのSiO2 膜を堆積して第1層間絶縁膜57としたのち、内部ベース領域を画定するためのn型領域51に達する開口を形成、次いで、熱処理を施すことによって、ドープト多結晶Si層53からBを拡散してp型の外部ベース領域58を形成する。
Next, a SiO 2 film having a thickness of 0.05 to 5 μm, for example, 0.5 μm is deposited by CVD to form a first
次いで、開口部にBを低加速エネルギーでイオン注入し、熱処理を施すことによって内部ベース領域59を形成したのち、CVD法によって全面にSiO2 膜を堆積させ、異方性エッチングを施すことによって、開口部の側壁にサイドウォール60を形成する。
Next, B is ion-implanted at a low acceleration energy into the opening, and an
次いで、LPCVD法を用いて、全面に厚さ10〜500nm、例えば、50nmのノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、Asをイオン注入することによってドープト多結晶Si層61に変換する。 Next, a non-doped polycrystalline Si layer having a thickness of 10 to 500 nm, for example, 50 nm is deposited on the entire surface by LPCVD, and then converted into a doped polycrystalline Si layer 61 by ion implantation of As. .
次いで、全面に、コンタクトメタルとなる厚さ10〜100nm、例えば、20nmのTi膜62及びバリアメタルとなる厚さ10〜200nm、例えば、50nmのTiN膜63をスパッタリング法により順次堆積させたのち、再びLPCVD法を用いて厚さ10〜1000nm、例えば、100nmのノン・ドープの多結晶Si層64を堆積させる。
Next, a TiN film 62 having a thickness of 10 to 100 nm, for example, 20 nm, which becomes a contact metal, and a
次いで、エミッタ電極の外周部を画定するようにエッチングしたのち、CVD法によって全面にSiO2 膜を堆積させ、異方性エッチングを施すことによって、エミッタ電極の側壁にサイドウォール65を形成し、熱処理を施すことによってドープト多結晶Si層61からAsを拡散させることによってn+ 型のエミッタ領域66を形成する。
Next, after etching to define the outer peripheral portion of the emitter electrode, a SiO 2 film is deposited on the entire surface by CVD, and anisotropic etching is performed to form a
次いで、CVD法を用いて、全面に厚さ、0.05〜5μm、例えば、0.5μmのSiO2 膜を堆積して第2層間絶縁膜67としたのち、多結晶Si層56及び多結晶Si層64に達するビアホールを形成し、次いで、全面にノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、CMP法を用いて第2層間絶縁膜67の表面が露出するまで研磨することによって多結晶Siプラグ68,69を形成し、次いで、スパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層70と厚さ50〜2000nm、例えば、200nmのTi層71を堆積させる。
Next, a CVD method is used to deposit a SiO 2 film having a thickness of 0.05 to 5 μm, for example, 0.5 μm on the entire surface to form the second
図9(b)参照
次いで、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ68,69及びそれらに連なる多結晶Si層56,64をAlに置換したのち、再び、CMP法を用いて第2層間絶縁膜67の表面が露出するまで研磨することによって、Al置換プラグ72,73及びAl置換プラグに連なるAl置換ベース電極74及びAl置換エミッタ電極75を形成する。
Next, refer to FIG. 9B. By performing heat treatment in a nitrogen atmosphere at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C., for 1 to 48 hours, for example, 6 hours, the polycrystalline Si plugs 68 and 69 and the polycrystals connected to them are removed. After replacing the crystalline Si layers 56 and 64 with Al, polishing is performed again using the CMP method until the surface of the second
この様に、本発明の第8の実施の形態においては、電極が固相拡散源を兼ねており、高温処理工程を伴うためAlの使用が不可能であった自己整合型バイポーラトランジスタのベース電極及びエミッタ電極を置換Al層によって構成することができるので、バイポーラトランジスタの動作速度を向上することができ、且つ、低消費電力化が可能になる。 Thus, in the eighth embodiment of the present invention, the base electrode of the self-aligned bipolar transistor in which the electrode also serves as the solid phase diffusion source and the use of Al is impossible because of the high temperature processing step. In addition, since the emitter electrode can be composed of the replacement Al layer, the operation speed of the bipolar transistor can be improved and the power consumption can be reduced.
なお、この場合、エミッタ電極及びベース電極の両方をAl置換する必要は必ずしもなく、何方か一方のみをAl置換しても良いものである。 In this case, it is not always necessary to replace both the emitter electrode and the base electrode with Al, and only one of them may be replaced with Al.
次に、図10および図11を参照して、本発明の第9の実施の形態の製造工程を説明する。
なお、図10(b)及び図11は、図10(a)のA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、垂直の破線で結ぶ部分は省略している。
図10(a)及び(b)参照
まず、シリコン基板81上に下地絶縁膜82を介して多結晶Si層を堆積させたのち、Pをイオン注入することによってドープト多結晶Si層とし、次いで、所定のパターンにエッチングすることによって第1層準配線層83,84を形成する。
Next, with reference to FIGS. 10 and 11, a manufacturing process according to the ninth embodiment of the present invention will be described.
FIGS. 10B and 11 are cross-sectional views taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. 10A, and portions connected by a vertical broken line are omitted.
10A and 10B. First, after depositing a polycrystalline Si layer on the
次いで、全面にSiO2 膜を堆積させて第1層間絶縁膜85を形成したのち、第1層準配線層83に達するコンタクトホール86を形成し、次いで、多結晶Si層を堆積させたのち、Pをイオン注入することによってドープト多結晶Si層とし、次いで、所定のパターンにエッチングすることによって第2層準配線層87,88を形成する。
Next, a SiO 2 film is deposited on the entire surface to form a first
次いで、全面にSiO2 膜を堆積させて第2層間絶縁膜89を形成したのち、第2層準配線層87に達するコンタクトホールを形成し、次いで、多結晶Si層を堆積させCMP法で研磨することによってAl置換用の多結晶Siプラグ90を形成する。
Next, a SiO 2 film is deposited on the entire surface to form a second
図11(c)参照
次いで、全面にスパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層(図示せず)と厚さ50〜2000nm、例えば、200nmのTi層(図示せず)を堆積させたのち、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ90及びそれらに連なる第2層準配線層87及び第1層準配線層83をAl置換したのち、CMP法を用いて第2層間絶縁膜89の表面が露出するまで研磨することによって、Al置換プラグ91、及び、Al置換配線層92,93を形成する。
Next, referring to FIG. 11C, an Al layer (not shown) having a thickness of 0.1 to 10 μm, for example, 2 μm, and a Ti layer having a thickness of 50 to 2000 nm, for example, 200 nm, are formed on the entire surface by sputtering. The polycrystalline Si plug 90 and the second layer connected to them are subjected to heat treatment at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C. for 1 to 48 hours, for example, 6 hours in a nitrogen atmosphere. After substituting the
図11(d)参照
次いで、塩酸からなるエッチャントに浸漬することによって、Al置換されたAl置換プラグ91、及び、Al置換配線層92,93を除去することによって空洞94,95を形成する。
なお、この場合、第1層準配線層84及び第2層準配線層88はAl置換されていないので、塩酸でエッチングされて空洞が形成されることがない。
Next,
In this case, since the first-
この様にして形成した空洞94,95の誘電率は、SiO2 膜の約1/3であるので、残存する第1層準配線層84間の寄生容量、及び、第2層準配線層88間の寄生容量を大幅に低減することができる。
Since the permittivity of the
従来においては、寄生容量低減のために低誘電率の絶縁膜の開発が行われていたが、この様な低誘電率の絶縁膜を用いても寄生容量低減の効果は高々数10%程度であるので、本発明の効果は顕著であり、且つ、熱処理に伴うクラックの発生の問題もない。 Conventionally, an insulating film having a low dielectric constant has been developed in order to reduce parasitic capacitance. Even if such an insulating film having a low dielectric constant is used, the effect of reducing the parasitic capacitance is about several tens of percent at most. Therefore, the effect of the present invention is remarkable, and there is no problem of generation of cracks accompanying heat treatment.
この様な除去工程において、塩酸によるエッチングレートは非常に大きいので、Al置換配線層の奥まった部分まで比較的短時間で、ほば完全に除去することができる。 In such a removal process, the etching rate with hydrochloric acid is very high, so that the deeper portion of the Al-substituted wiring layer can be removed almost completely in a relatively short time.
また、従来の製造工程においては、平坦化を容易にするために通常の配線層と同時に同じ層準のダミー配線層を形成しており、残存するダミー配線が寄生容量の原因となっているが、この第9の実施の形態の技術思想をダミー配線層に適用し、上記の第1層準配線層83をダミー配線層にすることによって、寄生容量の低減とともに、表面平坦化も可能になる。
Further, in the conventional manufacturing process, a dummy wiring layer of the same layer level is formed simultaneously with a normal wiring layer in order to facilitate flattening, and the remaining dummy wiring causes a parasitic capacitance. By applying the technical idea of the ninth embodiment to the dummy wiring layer and making the first
また、上記の第9の実施の形態の説明においては、各層準の配線層をドープト多結晶Si層で形成しているが、ノン・ドープの多結晶Si層で形成し、空洞化しない部分の配線層、即ち、第1層準配線層84及び第2層準配線層88を別の多結晶Siプラグを介してAl置換し、空洞化のためのエッチング工程において、当該多結晶Siプラグの露出表面を耐エッチング性の膜で覆うようにしても良い。
In the description of the ninth embodiment, the wiring layers in the respective layers are formed of doped polycrystalline Si layers. However, the non-doped polycrystalline Si layers are formed and are not hollowed out. The wiring layer, that is, the first-
なお、この第9の実施の形態においては、空洞を配線層によって形成しているが、必ずしも純粋な配線層である必要はなく、ビアホール内に埋め込んだ多結晶Siプラグを利用して空洞化しても良いものである。 In the ninth embodiment, the cavity is formed by the wiring layer. However, the cavity is not necessarily a pure wiring layer, and the cavity is made hollow by using a polycrystalline Si plug embedded in the via hole. Is also good.
また、エッチャントは塩酸に限られるものではなく、HF以外の酸、例えば、硫酸でも良いものであり、更には、アルカリ液でも良いものであり、いずれにしても、層間絶縁膜を構成するSiO2 、Si3 N4 、BPSG、或いは、SOG(スピンオングラス)はエッチングされないので、Al置換部分を効率良く除去することができる。 The etchant is not limited to hydrochloric acid, but may be an acid other than HF, for example, sulfuric acid, and may be an alkaline solution. In any case, SiO 2 constituting the interlayer insulating film. Since Si 3 N 4 , BPSG, or SOG (spin-on-glass) is not etched, the Al-substituted portion can be efficiently removed.
次に、図12及び図13を参照して、本発明の第10の実施の形態の工程を説明する。 なお、図12(b)及び図13は、図12(a)のA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図であり、垂直な破線で結ぶ部分は省略している。
図12(a)及び(b)参照
まず、シリコン基板81上に下地絶縁膜82を介して多結晶Si層を堆積させたのち、所定のパターンにエッチングすることによって第1層準配線層83を形成する。
Next, processes of the tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 12B and 13 are cross-sectional views taken along the alternate long and short dash line connecting AA ′ in FIG. 12A, and portions connected by a vertical broken line are omitted.
12A and 12B. First, after depositing a polycrystalline Si layer on a
次いで、全面にSiO2 膜を堆積させて第1層間絶縁膜85を形成したのち、第1層準配線層83に達するコンタクトホール86を形成し、次いで、多結晶Si層を堆積させたのち、第1層準配線層83とほぼ直交するパターンにエッチングすることによって第2層準配線層87を形成する。
Next, a SiO 2 film is deposited on the entire surface to form a first
次いで、全面にSiO2 膜を堆積させて第2層間絶縁膜89を形成したのち、第2層準配線層87に達するコンタクトホール96を形成し、次いで、多結晶Si層を堆積させたのち、Pをイオン注入することによってドープト多結晶Si層とし、次いで、所定パターンにエッチングすることによって第3層準配線層97,98を形成する。
なお、図12(a)においては、図示を簡単にするために、コンタクトホール96近傍の第3層準配線層97以外は省略している。
Next, a SiO 2 film is deposited on the entire surface to form a second
In FIG. 12A, for the sake of simplicity of illustration, portions other than the third
次いで、全面にSiO2 膜を堆積させて第3層間絶縁膜99を形成したのち、第3層準配線層97に達するコンタクトホールを形成し、次いで、多結晶Si層を堆積させCMP法で研磨することによってAl置換用の多結晶Siプラグ100を形成する。
Next, after depositing a SiO 2 film on the entire surface to form a third
図13(c)参照
次いで、全面にスパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層(図示せず)と厚さ50nm〜2000nm、例えば、200nmのTi層(図示せず)を堆積させたのち、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ100及びそれらに連なる第3層準配線層97、第2層準配線層87、及び、第1層準配線層83をAl置換したのち、CMP法を用いて第3層間絶縁膜99の表面が露出するまで研磨することによって、Al置換プラグ101、及び、Al置換配線層92,93,102を形成する。
Next, referring to FIG. 13C, an Al layer (not shown) having a thickness of 0.1 to 10 μm, for example, 2 μm, and a Ti layer having a thickness of 50 to 2000 nm, for example, 200 nm, are formed on the entire surface by sputtering. The
図13(d)参照
次いで、塩酸からなるエッチャントに浸漬することによって、Al置換されたAl置換プラグ101、及び、Al置換配線層92,93,102を除去することによって空洞94,95,103を形成する。
なお、この場合、第3層準配線層98はAl置換されていないので、塩酸でエッチングされて空洞が形成されることがない。
Next, the
In this case, since the third
この様に形成した空洞94,95,103の誘電率は、SiO2 膜の約1/3であるので、残存する第3層準配線層98とシリコン基板81に設けた能動領域、電極、或いは、配線層等との間に生ずる寄生容量を大幅に低減することができる。
Since the
なお、この第10の実施の形態においては、空洞を2層の配線層を用いてメッシュ状に形成しているが、一層の配線層のみによって層間絶縁膜に空洞を形成しても良いものであり、特に、一層の配線層をメッシュ状にパターニングすることによって、メッシュ状の空洞を形成することができる。 In the tenth embodiment, the cavities are formed in a mesh shape using two wiring layers. However, the cavities may be formed in the interlayer insulating film by only one wiring layer. In particular, a mesh-like cavity can be formed by patterning one wiring layer into a mesh.
また、この第10の実施の形態の説明においては、第3層準配線層97,98をドープト多結晶Si層で構成しているが、ノン・ドープの多結晶Si層で構成しても良く、その場合には、空洞化しない部分の配線層、即ち、第3層準配線層98を別の多結晶Siプラグを介してAl置換し、空洞化のためのエッチング工程において、当該多結晶Siプラグの露出表面を耐エッチング性の膜で覆うようにすれば良い。
In the description of the tenth embodiment, the third
また、この第10の実施の形態の技術思想は、多層配線構造における各層準間の寄生容量低減のために用いることができるものであり、その場合には、上記の第9の実施の形態と同様に部分的に空洞化しない配線層を残存させて、通常の配線層或いは抵抗体として用いても良い。 The technical idea of the tenth embodiment can be used to reduce the parasitic capacitance between the layers in the multilayer wiring structure. In this case, the technical idea of the ninth embodiment is the same as that of the ninth embodiment. Similarly, a wiring layer that is not partially hollowed may be left and used as a normal wiring layer or a resistor.
次に、図14および図15を参照して、本発明の第11の実施の形態の工程を説明する。
なお、図14(b)及び図15(d)は、図14(a)のA−A′を結ぶ一点鎖線に沿った部分の断面図であり、図14(c)、図15(e)及び図15(f)は、図14(a)のB−B′を結ぶ一点鎖線に沿った部分の断面図である。
Next, with reference to FIG. 14 and FIG. 15, the process of the 11th Embodiment of this invention is demonstrated.
14 (b) and 15 (d) are cross-sectional views taken along the alternate long and short dash line connecting AA 'in FIG. 14 (a). FIGS. 14 (c) and 15 (e). And FIG.15 (f) is sectional drawing of the part along the dashed-dotted line which connects BB 'of Fig.14 (a).
図14(a)乃至(c)参照
従来と同様に、まず、p型シリコン基板111の所定領域に選択酸化によって素子分離酸化膜112を形成したのち、素子分離酸化膜112で囲まれたp型シリコン基板111の露出表面を熱酸化してゲート酸化膜113を形成し、次いで、ノン・ドープ多結晶Si層を堆積させたのち、Pをイオン注入してドープト多結晶Si層とし、次いで、全面に、CVD法によって保護膜115となるSiO2 膜を堆積させたのち、所定パターンにエッチングしてゲート電極114を形成する。
14A to 14C. As in the prior art, first, an element
次いで、ゲート電極114及び保護膜115をマスクとしてAsをイオン注入してn型ソース・ドレイン領域116を形成し、次いで、CVD法によって全面に薄いSiO2 膜からなる絶縁膜117を堆積させたのち、ノン・ドープの多結晶Si層を堆積させて、異方性エッチングを施すことによって多結晶Siサイドウォール118を形成する。
Next, As is ion-implanted using the gate electrode 114 and the
次いで、多結晶Siサイドウォール118をマスクとして、薄い絶縁膜117の露出部をエッチング除去して、n型ソース・ドレイン領域116を露出させたのち、CVD法によって、全面にエッチング時のストッパ膜となる厚さ10〜100nmのSi3 N4 膜119を堆積させたのち、CVD法によって全面にSi3 N4 膜119とエッチング特性の異なる厚さ100〜500nmのSiO2 膜を堆積させて層間絶縁膜120としたのち、素子分離酸化膜112上において、この第1層間絶縁膜120に多結晶Siサイドウォール118に達する開口部121を設ける。
Next, using the
図15(d)及び(e)参照
次いで、LPCVD法によってノン・ドープの多結晶Si層を堆積させたのち、第1層間絶縁膜120が露出するまでCMP法によって研磨することによって開口部121に多結晶Siプラグ(図示せず)を形成する。
15D and 15E, a non-doped polycrystalline Si layer is deposited by LPCVD and then polished by CMP until the first
次いで、全面にスパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層(図示せず)と厚さ50〜2000nm、例えば、200nmのTi層(図示せず)を堆積させたのち、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって多結晶Siプラグ及びそれに連なる多結晶Siサイドウォール118をAl置換し、次いで、CMP法を用いて第1層間絶縁膜120の表面が露出するまで研磨する。
Next, an Al layer (not shown) having a thickness of 0.1 to 10 μm, for example, 2 μm, and a Ti layer (not shown) having a thickness of 50 to 2000 nm, for example, 200 nm were deposited on the entire surface by sputtering. After that, in a nitrogen atmosphere, heat treatment is performed at 400 to 660 ° C., for example, 500 ° C. for 1 to 48 hours, for example, 6 hours to replace the polycrystalline Si plug and the polycrystalline Si sidewall 118 connected thereto with Al, Next, polishing is performed using the CMP method until the surface of the first
次いで、塩酸からなるエッチャントに浸漬することによって、Al置換されたAl置換プラグ、Al置換サイドウォールを除去することによって、ゲート電極の側部に空洞122を形成する。
なお、この場合、ゲート電極114は保護膜115及び絶縁膜117で覆われているので、Alに置換されず、塩酸でエッチングされて空洞化することがない。
Next, by immersing in an etchant made of hydrochloric acid, the Al-substituted plug and Al-substituted side wall that have been replaced with Al are removed, thereby forming a
In this case, since the gate electrode 114 is covered with the
図15(f)参照
次いで、第1層間絶縁膜120に、n型ソース・ドレイン領域116に達するビアホールを設け、Al等を埋め込むことによってソース・ドレイン電極123を形成する。
Next, a via hole reaching the n-type source /
この様に、本発明の第11の実施の形態においては、ゲート電極の側部に低誘電率の空洞122を介してソース・ドレイン電極123を設けているので、ゲート電極114とソース・ドレイン電極123との間の寄生容量を大幅に低減することができ、それによって、素子の動作速度をより高速化することが可能になる。
Thus, in the eleventh embodiment of the present invention, since the source /
なお、上記の第11の実施の形態の説明においては、多結晶Siサイドウォール118をソース・ドレイン電極123の形成前にAl置換し、除去しているが、このAl置換及び除去工程は最終工程に近い工程で行っても良いものである。
In the description of the eleventh embodiment, the
また、その場合、ゲート電極或いはゲート絶縁膜を上述の第4或いは第5の実施の形態と同様にして、ゲート電極のAl置換を同時に行っても良いものであり、さらには、ソース・ドレイン電極を第4の実施の形態のように、多結晶Siプラグとして形成しておき、ストッパ用パッドを介してAl置換プラグと接続するようにしても良いものである。 In this case, the gate electrode or gate insulating film may be replaced with Al at the same time in the same manner as in the fourth or fifth embodiment. May be formed as a polycrystalline Si plug as in the fourth embodiment and connected to an Al replacement plug via a stopper pad.
次に、図16及び図18を参照して、本発明の第12の実施の形態の工程を説明する。 図16参照
図16は、DRAMのメモリセル領域の概略的平面図であり、まず、素子分離酸化膜137で囲まれたシリコン基板の露出表面に、ゲート絶縁膜を介して設けたドープト多結晶Si層からなるワード線131をマスクとしてイオン注入することによって、ソース・ドレイン領域133を形成する。
Next, with reference to FIG.16 and FIG.18, the process of the 12th Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 16 is a schematic plan view of a memory cell region of a DRAM. First, doped polycrystalline Si provided on an exposed surface of a silicon substrate surrounded by an element
次いで、第1層間絶縁膜を設けたのち、ソース・ドレイン領域133のコンタクト部134に達するビアホールを設け、このビアホール内にドープト多結晶Siからなる下部プラグ135を形成し、次いで、コンタクトメタルとなる厚さ10〜100nm、例えば、20nmのTi膜(図示せず)、次いで、バリアメタルとなる厚さ10〜200nm、例えば、50nmのTiN膜(図示せず)をスパッタリング法により順次堆積させたのち、全面にノン・ドープの多結晶Si層を堆積させ、パターニングすることによって各下部プラグと接続するビット線132を形成する。
Next, after providing a first interlayer insulating film, a via hole reaching the
次いで、第2層間絶縁膜を設けたのち、ビット線132に達するビアホールを形成し、このビアホールを多結晶Siからなる上部プラグ136で埋め込んだのち、全面にスパッタリング法を用いて厚さ0.1〜10μm、例えば、2μmのAl層(図示せず)と厚さ50〜2000nm、例えば、200nmのTi層(図示せず)を堆積させ、次いで、窒素雰囲気中で、400〜660℃、例えば、500℃において、1〜48時間、例えば、6時間熱処理を行うことによって上部プラグ136及びそれに連なるビット線132をAl置換したのち、CMP法を用いて第2層間絶縁膜の表面が露出するまで研磨する。
Next, after providing a second interlayer insulating film, a via hole reaching the
図17(a)参照
なお、下部プラグ135をAl置換する場合には、図に示すように、ビアホール139の表面にコンタクトメタルとなる厚さ10〜100nm、例えば、20nmのTi膜140及びバリアメタルとなる厚さ10〜200nm、例えば、50nmのTiN膜141を設け、ビット線132と同時に下部プラグ135を設ければ良いが、この場合には、低温におけるAl置換処理が必要になる。
In FIG. 17A, when the
図17(b)参照
また、実施の形態の同様に、下部プラグ135をAl置換しない場合には、第3の実施の形態のように、ビット線132自体を、コンタクトメタルとなる厚さ10〜100nm、例えば、20nmのTi膜140及びバリアメタルとなる厚さ10〜200nm、例えば、50nmのTiN膜141からなるストッパを介して堆積させた、厚さ10〜1000nm、例えば、300nmのノン・ドープの多結晶Si層142で構成すれば良い。
As in the embodiment, when the
また、ワード線131のみ、或いは、ワード線131とビット線132の両方をAl置換する場合には、ワード線131のAl置換に際しては、ワード線131或いはゲート絶縁膜を上述の第4或いは第5の実施の形態と同様にして、ワード線131に対しても上部プラグを設け、ワード線131のAl置換を行えば良い。
When only the
また、図16においては、説明を簡単にするためにキャパシタを構成する蓄積電極及び、蓄積電極とソース・ドレイン領域133とを接続するプラグは図示していないが、プラグを下部プラグと上部プラグとで構成し、両者の間にストッパ用パッドを設けることによって、ビット線132等のAl置換と同時に蓄積電極及び上部プラグをAl置換しても良いものである。
Further, in FIG. 16, for the sake of simplicity, the storage electrode constituting the capacitor and the plug connecting the storage electrode and the source /
図18(a)参照
図18(a)は、DRAMの周辺回路構成するIGFETを概略的に示すものであり、Al置換したくないゲート電極143及び下部プラグ135に対しては、ソース・ドレイン領域133及びゲートコンタクト領域144において、導電性を有する下部パッド135上に第2の実施の形態の様な座蒲団状のストッパ用パッド145を介して上部パッド136を設け、上部パッド136のみをAl置換すれば良い。
FIG. 18A schematically shows an IGFET constituting the peripheral circuit of the DRAM. For the
図18(b)参照
図18(b)は、ビット線132の一部を用いた抵抗体の概略的構成を示すもので、ノン・ドープ多結晶Si層或いはドープト多結晶Si層からなる抵抗体の両端部のコンタクト領域146に導電性を有する下部プラグ135を設けたのち、座蒲団状のストッパ用パッド145を介して上部パッド136を設け、上部パッド136のみをAl置換すれば良い。
FIG. 18B shows a schematic configuration of a resistor using a part of the
この様に、本発明の第12の実施の形態においては、少なくとも、ビット線132或いはワード線131の一方をAl置換しているので、DRAMの高速動作が可能になり、また、従来、多結晶Siからなるビット線或いはワード線の高抵抗性に伴う信号遅延を回避するために設けていた、裏打ちコンタクトが不要になる。
Thus, in the twelfth embodiment of the present invention, since at least one of the
この様なビット線132或いはワード線131のAl置換は、集積度が向上するほど有効になるものである。
即ち、Al置換の距離は大凡100μm程度であるが、集積度が向上すると、配線層の幅が狭くなるだけではなく、一つの連続した配線層の長さも短くなり、例えば、DRAMでは、1つ1つのセルが小さくなる結果、ビット線132やワード線131の長さも短くなるので、この様なAl置換によるビット線132或いはワード線131の低抵抗化は、256MbitDRAM以降になって始めて可能になるものである。
Such Al replacement of the
That is, the Al replacement distance is about 100 μm, but when the degree of integration is improved, not only the width of the wiring layer becomes narrower, but also the length of one continuous wiring layer becomes shorter. As a result of one cell becoming smaller, the lengths of the
それ以前の世代のDRAMでは、ビット線132やワード線131の長さがあまりに長すぎて不可能であり、世代の進行、微細化の進行によって始めて可能になったものである。
In previous generations of DRAMs, the lengths of the
また、ビット線132或いはワード線131の低抵抗化に伴って、ビット線132或いはワード線131の厚さを薄くすることができ、それによって隣接するビット線132間或いはワード線131間の寄生容量を低減することができる。
Further, as the resistance of the
さらに、ビット線132或いはワード線131の低抵抗化に伴って、一本のビット線132或いはワード線131に接続することのできるセルの数を増やすことができるので、DRAM等のメモリ装置の集積度を向上することができる。
Further, as the resistance of the
また、抵抗素子等のAl置換が不所望な部分には、ストッパ用パッドを設けておくことによって、Alが拡散していかないので、任意の特性の回路素子をストッパ用パッドによって作り分けることができる。 In addition, by providing a stopper pad in a portion where Al substitution is not desired, such as a resistance element, Al does not diffuse, so that a circuit element having an arbitrary characteristic can be created separately by the stopper pad. .
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各種の変更が可能であり、例えば、置換用のAl層25,70上に設けるTi層26,71は必ずしも必要なものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be variously modified. For example, the Ti layers 26 and 71 provided on the replacement Al layers 25 and 70 are not necessarily required. Absent.
また、上記各実施の形態における多結晶Siプラグ20,24等は、層間絶縁膜にビアホールを形成したのち、多結晶シリコン膜を堆積させ、CMP法で除去することによりビアホールに埋め込まれたプラグを形成しているが、多結晶シリコン膜を円柱状にパターニングして、その周囲を絶縁膜で埋め込んでも良いものであり、本願明細書における「プラグ」は両方の電極を意味する。 The polycrystalline Si plugs 20, 24, etc. in each of the embodiments described above are formed by forming a via hole in the interlayer insulating film, depositing the polycrystalline silicon film, and removing the plug embedded in the via hole by CMP. Although formed, the polycrystalline silicon film may be patterned into a columnar shape and the periphery thereof may be filled with an insulating film, and “plug” in this specification means both electrodes.
また、プラグを形成する工程、及び、Al層を除去する工程において、CMP法を用いているが、CMP法に限られるものではなく、ドライ・エッチングによるエッチバックを用いても良いものである。 In the step of forming the plug and the step of removing the Al layer, the CMP method is used. However, the present invention is not limited to the CMP method, and etch back by dry etching may be used.
また、上記の第1乃至第7の実施の形態及び第11の実施の形態においては、説明を簡単にするために、単一構造のソース・ドレイン領域としているが、LDD(Lightly Doped Drain)構造を採用しても良いものであり、その場合には、ゲート電極及び保護膜をマスクとしてイオン注入することによってLDD領域を形成したのち、サイドウォールをマスクとしてイオン注入することによってソース・ドレイン領域を形成すれば良い。 In the first to seventh embodiments and the eleventh embodiment, a single source / drain region is used for the sake of simplicity. However, an LDD (Lightly Doped Drain) structure is used. In this case, the LDD region is formed by ion implantation using the gate electrode and the protective film as a mask, and then the source / drain region is formed by ion implantation using the sidewall as a mask. What is necessary is just to form.
また、上記の第1乃至第4、第6、及び第7の実施の形態においては、下部の多結晶Siプラグ20に接するように、Ti膜及びTiN膜からなるストッパ用パッドを設けているが、多結晶Siプラグ20の表面が予めシリサイド化されている場合には、コンタクトメタルとしてのTi膜21は必要ではない。
In the first to fourth, sixth, and seventh embodiments, a stopper pad made of a Ti film and a TiN film is provided so as to be in contact with the lower
また、上記の各実施の形態の説明においては、コンタクトメタルとしてTiを用いているが、Tiに限られるものではなく、W、Co、Ni、Ta、或いは、Tiを含めたこれらのシリサイドを用いることができる。 In the description of each of the above embodiments, Ti is used as the contact metal. However, the contact metal is not limited to Ti, and W, Co, Ni, Ta, or these silicides including Ti are used. be able to.
また、バリアメタルはTiNに限られるものではなく、Alの拡散を防止できる導電性膜であれば何でも良く、例えば、TaN、WN、或いは、SiC等を用いることができる。 The barrier metal is not limited to TiN, and any conductive film that can prevent Al diffusion can be used. For example, TaN, WN, SiC, or the like can be used.
また、本発明の各実施の形態においては、Al置換を行う多結晶Si層は殆どノン・ドープ層であるが、第9及び第10の実施の形態のように、ドープト多結晶Si層をAl置換しても良いものである。 In each embodiment of the present invention, the polycrystalline Si layer for Al replacement is almost a non-doped layer. However, as in the ninth and tenth embodiments, the doped polycrystalline Si layer is made of Al. It may be replaced.
また、本発明の各実施の形態においては、低比抵抗特性及び汎用性等を考慮して、置換用金属としてはAlを用いているが、Cu、Ag、Ru、Pt等を用いても良いものであり、Cuを用いた場合には、Al配線層より低比抵抗でエレクトロマイグレーション耐性の大きな配線層を形成することができる。 In each embodiment of the present invention, Al is used as a replacement metal in consideration of low specific resistance characteristics and versatility, but Cu, Ag, Ru, Pt, or the like may be used. In the case of using Cu, a wiring layer having a lower specific resistance and higher electromigration resistance than the Al wiring layer can be formed.
また、本発明の各実施の形態の説明においては、置換される領域を多結晶シリコンで構成しているが、多結晶シリコンに限られるものではなく、微結晶シリコン、或いは、アモルファスシリコンでも良く、場合によっては、単結晶シリコンでも良い。 In the description of each embodiment of the present invention, the region to be replaced is made of polycrystalline silicon, but is not limited to polycrystalline silicon, and may be microcrystalline silicon or amorphous silicon. In some cases, single crystal silicon may be used.
また、本発明の各実施の形態の説明においては、浅い拡散領域等を形成するために、イオン注入等によりAsを多結晶Si層にドープしているが、Pを用いても良いものであり、且つ、導電型を反転させる場合にはBをドープすれば良く、また、保護膜としてはSiO2 膜を用いているがSi3 N4 を用いても良いものである。 In the description of each embodiment of the present invention, As is doped in the polycrystalline Si layer by ion implantation or the like in order to form a shallow diffusion region or the like, but P may be used. In addition, in order to invert the conductivity type, B may be doped, and as the protective film, a SiO 2 film is used, but Si 3 N 4 may be used.
また、本発明の各実施の形態の説明においては、多結晶シリコン以外の導電体膜をスパッタリング法で堆積させているが、スパッタリング法に限られるものではなく、CVD法或いは蒸着法を用いても良いものである。 In the description of each embodiment of the present invention, a conductor film other than polycrystalline silicon is deposited by a sputtering method. However, the present invention is not limited to the sputtering method, and a CVD method or a vapor deposition method may be used. It ’s good.
また、本発明の各実施の形態の説明においては、nチャネル型IGFET或いはnpnトランジスタで説明しているが、pチャネル型IGFET或いはpnpトランジスタにも適用されることは言うまでもない。 In the description of each embodiment of the present invention, an n-channel IGFET or an npn transistor is used, but it goes without saying that the present invention is also applicable to a p-channel IGFET or a pnp transistor.
また、本発明のPAS技術は、実施の形態におけるコンタクトプラグ以外に、各種のコンタクトプラグやキャパシタプラグにも適用されるものである。 Further, the PAS technique of the present invention is applied to various contact plugs and capacitor plugs in addition to the contact plugs in the embodiment.
1 半導体基板
2 ゲート絶縁膜
3 ゲート電極
4 ソース・ドレイン領域
5 下部プラグ
6 ストッパ
7 上部プラグ
8 置換用金属
9 シリコン吸収材層
10 金属置換プラグ
11 p型シリコン基板
12 素子分離酸化膜
13 ゲート酸化膜
14 ゲート電極
15 保護膜
16 サイドウォール
17 n型ソース・ドレイン領域
18 Si3 N4 膜
19 第1層間絶縁膜
20 多結晶Siプラグ
21 Ti膜
22 TiN膜
23 第2層間絶縁膜
24 多結晶Siプラグ
25 Al層
26 Ti層
27 Al置換プラグ
28 Wパッド
29 W配線層
30 Al置換プラグ
31 多結晶Siパッド
32 多結晶Si配線層
33 多結晶Siプラグ
34 Al置換パッド
35 Al置換配線層
36 ドープト多結晶Si層
37 Ti膜
38 TiN膜
39 Al置換プラグ
40 Al置換配線層
41 Al置換ゲート電極
42 チャネル領域
43 オキシナイトライド膜
44 Al置換配線層
45 多結晶Si配線層
46 Al配線層
47 SiO2 膜
48 配線層用溝
51 n型領域
52 素子分離酸化膜
53 ドープト多結晶Si層
54 Ti膜
55 TiN膜
56 多結晶Si層
57 第1層間絶縁膜
58 外部ベース領域
59 内部ベース領域
60 サイドウォール
61 ドープト多結晶Si層
62 Ti膜
63 TiN膜
64 多結晶Si層
65 サイドウォール
66 エミッタ領域
67 第2層間絶縁膜
68 多結晶Siプラグ
69 多結晶Siプラグ
70 Al層
71 Ti層
72 Al置換プラグ
73 Al置換プラグ
74 Al置換ベース電極
75 Al置換エミッタ電極
81 シリコン基板
82 下地絶縁膜
83 第1層準配線層
84 第1層準配線層
85 第1層間絶縁膜
86 コンタクトホール
87 第2層準配線層
88 第2層準配線層
89 第2層間絶縁膜
90 多結晶Siプラグ
91 Al置換用プラグ
92 Al置換配線層
93 Al置換配線層
94 空洞
95 空洞
96 コンタクトホール
97 第3層準配線層
98 第3層準配線層
99 第3層間絶縁膜
100 多結晶Siプラグ
101 Al置換プラグ
102 Al置換配線層
103 空洞
111 p型シリコン基板
112 素子分離酸化膜
113 ゲート酸化膜
114 ゲート電極
115 保護膜
116 n型ソース・ドレイン領域
117 絶縁膜
118 多結晶Siサイドウォール
119 Si3 N4 膜
120 層間絶縁膜
121 開口部
122 空洞
123 ソース・ドレイン電極
131 ワード線
132 ビット線
133 ソース・ドレイン領域
134 コンタクト部
135 下部プラグ
136 上部プラグ
137 素子分離酸化膜
138 第1層間絶縁膜
139 ビアホール
140 Ti膜
141 TiN膜
142 多結晶Si層
143 ゲート電極
144 ゲートコンタクト領域
145 ストッパ用パッド
146 コンタクト領域
201 シリコン基板
202 SiO2 膜
203 コンタクトホール
204 多結晶Si層
205 多結晶Siプラグ
206 Al層
207 Al置換プラグ
211 p型シリコン基板
212 素子分離酸化膜
213 ゲート酸化膜
214 ゲート電極
215 保護膜
216 サイドウォール
217 n型ソース・ドレイン領域
218 Si3 N4 膜
219 層間絶縁膜
220 Ti膜
221 TiN膜
222 多結晶Siプラグ
223 Al層
224 Ti層
225 Al置換プラグ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Gate insulating film 3 Gate electrode 4 Source / drain region 5 Lower plug 6 Stopper 7 Upper plug 8 Replacement metal 9 Silicon absorber layer 10 Metal replacement plug 11 P-type silicon substrate 12 Element isolation oxide film 13 Gate oxide film 14 Gate electrode 15 Protective film 16 Side wall 17 N-type source / drain region 18 Si 3 N 4 film 19 First interlayer insulating film 20 Polycrystalline Si plug 21 Ti film 22 TiN film 23 Second interlayer insulating film 24 Polycrystalline Si plug 25 Al layer 26 Ti layer 27 Al replacement plug 28 W pad 29 W wiring layer 30 Al replacement plug 31 Polycrystalline Si pad 32 Polycrystalline Si wiring layer 33 Polycrystalline Si plug 34 Al replacement pad 35 Al replacement wiring layer 36 Doped polycrystalline Si layer 37 Ti film 38 TiN film 39 Al substitution Lug 40 Al replacement wiring layer 41 Al replacement gate electrode 42 Channel region 43 Oxynitride film 44 Al replacement wiring layer 45 Polycrystalline Si wiring layer 46 Al wiring layer 47 SiO 2 film 48 Trench for wiring layer 51 N-type region 52 Element isolation Oxide film 53 Doped polycrystalline Si layer 54 Ti film 55 TiN film 56 Polycrystalline Si layer 57 First interlayer insulating film 58 External base region 59 Internal base region 60 Side wall 61 Doped polycrystalline Si layer 62 Ti film 63 TiN film 64 Multi Crystal Si layer 65 Side wall 66 Emitter region 67 Second interlayer insulating film 68 Polycrystalline Si plug 69 Polycrystalline Si plug 70 Al layer 71 Ti layer 72 Al replacement plug 73 Al replacement plug 74 Al replacement base electrode 75 Al replacement emitter electrode 81 Silicon substrate 82 Base insulating film 83 First layer quasi-wiring layer 84 First layer quasi-wiring layer 85 First interlayer insulating film 86 Contact hole 87 Second layer quasi-wiring layer 88 Second layer quasi-wiring layer 89 Second interlayer insulating film 90 Polycrystalline Si plug 91 Al substitution Plug 92 Al replacement wiring layer 93 Al replacement wiring layer 94 Cavity 95 Cavity 96 Contact hole 97 Third layer quasi wiring layer 98 Third layer quasi wiring layer 99 Third interlayer insulating film 100 Polycrystalline Si plug 101 Al replacement plug 102 Al Replacement wiring layer 103 Cavity 111 P-type silicon substrate 112 Element isolation oxide film 113 Gate oxide film 114 Gate electrode 115 Protective film 116 N-type source / drain region 117 Insulating film 118 Polycrystalline Si sidewall 119 Si 3 N 4 film 120 Interlayer insulation Film 121 Opening 122 Cavity 123 Source / drain electrode 131 Word line 1 2 Bit line 133 Source / drain region 134 Contact portion 135 Lower plug 136 Upper plug 137 Element isolation oxide film 138 First interlayer insulating film 139 Via hole 140 Ti film 141 TiN film 142 Polycrystalline Si layer 143 Gate electrode 144 Gate contact area 145 Stopper Pad 146 Contact region 201 Silicon substrate 202 SiO 2 film 203 Contact hole 204 Polycrystalline Si layer 205 Polycrystalline Si plug 206 Al layer 207 Al replacement plug 211 P-type silicon substrate 212 Element isolation oxide film 213 Gate oxide film 214 Gate electrode 215 Protective film 216 Side wall 217 n-type source / drain region 218 Si 3 N 4 film 219 Interlayer insulating film 220 Ti film 221 TiN film 222 Polycrystalline Si plug 22 3 Al layer 224 Ti layer 225 Al replacement plug
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