JP2006228945A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、ビアホールのアンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジの改善方法に適用して好適なものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and is particularly suitable for application to a method for improving the coverage of a barrier metal film in an unlanded portion of a via hole.
近年の半導体装置では、ビアホールを介して上下配線を接続する場合、配線層上にビアホールを形成するために必要なマージンを減少させるために、ビアホールが配線層からはみ出すことを許容したボーダレス配線が用いられている。
また、ビアホールにタングステンプラグを埋め込む場合、タングステン膜と絶縁膜との間の密着性を向上させるため、Ti/TiNなどのバリアメタル膜を密着層として用いることが行われている。
In recent semiconductor devices, when upper and lower wirings are connected via via holes, borderless wiring that allows the via holes to protrude from the wiring layer is used in order to reduce the margin required to form the via holes on the wiring layer. It has been.
In addition, when a tungsten plug is embedded in a via hole, a barrier metal film such as Ti / TiN is used as an adhesion layer in order to improve adhesion between the tungsten film and the insulating film.
また、例えば、特許文献1には、基板表面に堆積されたバリアメタルを逆スパッタリングにてその周囲に飛散させ、バリアメタルを構成する金属にて基板表面を被覆することにより、コンタクトホールにおけるバリアメタルのカバレッジを向上させる方法が開示されている。
しかしながら、ボーダレス配線では、ビアホールのアンランデッド部が深くエッチングされ、ビアホールのアンランデッド部に微細な凹部が形成される。このため、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジが不足し、タングステンプラグの形成に用いられるフッ素や洗浄に用いられる薬液が下層に到達し、配線層の品質が損なわれるという問題があった。 However, in the borderless wiring, the unlanded portion of the via hole is deeply etched, and a fine recess is formed in the unlanded portion of the via hole. For this reason, there is a problem in that the coverage of the barrier metal film in the unlanded portion is insufficient, and the fluorine used for forming the tungsten plug and the chemical used for cleaning reach the lower layer and the quality of the wiring layer is impaired.
また、特許文献1に開示された方法では、バリアメタルを基板表面に堆積した後に、バリアメタルの逆スパッタリングが行われるため、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジを十分に確保することができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、ビアホールのアンランデッド部におけるカバレッジを向上させることが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
Further, in the method disclosed in Patent Document 1, since barrier metal is reverse-sputtered after the barrier metal is deposited on the substrate surface, the coverage of the barrier metal film in the unlanded portion cannot be sufficiently ensured. There was a problem.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can improve the coverage in the unlanded portion of the via hole.
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、絶縁層上に形成された配線層と、前記配線層上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成され、前記配線層からのはみ出し方向に向かって底部が傾斜している開口部と、前記開口部内を被覆するバリアメタル膜と、前記バリアメタル膜にて被覆された開口部内に埋め込まれた導電性プラグとを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, according to a semiconductor device of one embodiment of the present invention, a wiring layer formed over an insulating layer, an interlayer insulating film formed over the wiring layer, and the interlayer insulating film Embedded in the opening covered with the barrier metal film, the opening inclined at the bottom in the protruding direction from the wiring layer, the barrier metal film covering the opening, and the barrier metal film And a conductive plug.
これにより、開口部が配線層からはみ出した場合においても、アンランデッド部における段差を解消することが可能となり、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジ不足を解消することができる。このため、ボーダレス配線を採用した場合においても、バリアメタル膜にて配線層を有効に保護することが可能となり、配線層の信頼性を向上させることができる。 As a result, even when the opening protrudes from the wiring layer, the step in the unlanded portion can be eliminated, and the lack of coverage of the barrier metal film in the unlanded portion can be eliminated. For this reason, even when borderless wiring is adopted, the wiring layer can be effectively protected by the barrier metal film, and the reliability of the wiring layer can be improved.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、前記配線層からはみ出すように配置され、前記はみ出し方向に向かって底部が傾斜している開口部を前記層間絶縁層に形成する工程と、前記開口部内を被覆するバリアメタル膜を形成する工程と、前記開口部に埋め込まれた導電性プラグを形成する工程とを備えることを特徴とする。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming a wiring layer on the insulating layer, the step of forming an interlayer insulating layer on the wiring layer, and the protruding from the wiring layer Formed in the interlayer insulating layer, a step of forming a barrier metal film covering the inside of the opening, and a step embedded in the opening. And a step of forming a conductive plug.
これにより、開口部を形成する際に配線層に対する層間絶縁層の選択比を下げることで、配線層の端部をエッチングすることができ、配線層からのはみ出し方向に向かって底部を傾斜させることができる。このため、開口部が配線層からはみ出した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、アンランデッド部における段差を解消することが可能となり、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジ不足を解消することができる。 As a result, the edge of the wiring layer can be etched by lowering the selection ratio of the interlayer insulating layer to the wiring layer when forming the opening, and the bottom is inclined toward the protruding direction from the wiring layer. Can do. For this reason, even when the opening protrudes from the wiring layer, it is possible to eliminate the step in the unlanded part while suppressing an increase in the number of processes, and the barrier metal film coverage in the unlanded part is insufficient. Can be resolved.
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、前記配線層からはみ出すように配置された開口部を前記層間絶縁層に形成する工程と、前記開口部を介して前記配線層の端部をエッチングすることにより、前記配線層からのはみ出し方向に向かって前記開口部の底部を傾斜させる工程と、前記開口部内を被覆するバリアメタル膜を形成する工程と、前記開口部に埋め込まれた導電性プラグを形成する工程とを備えることを特徴とする。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of one embodiment of the present invention, the step of forming a wiring layer on the insulating layer, the step of forming an interlayer insulating layer on the wiring layer, and the protruding from the wiring layer Forming an opening disposed in the interlayer insulating layer, and etching the end of the wiring layer through the opening, thereby causing the bottom of the opening toward the protruding direction from the wiring layer , A step of forming a barrier metal film covering the inside of the opening, and a step of forming a conductive plug embedded in the opening.
これにより、配線層からはみ出した開口部を形成した後、開口部を介して配線層の端部をエッチングすることで、配線層からのはみ出し方向に向かって底部を傾斜させることができる。このため、開口部が配線層からはみ出した場合においても、アンランデッド部における段差を解消することが可能となり、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジ不足を解消することができる。 Thereby, after forming the opening part which protruded from the wiring layer, the bottom part can be inclined toward the protrusion direction from a wiring layer by etching the edge part of a wiring layer through an opening part. For this reason, even when the opening protrudes from the wiring layer, the level difference in the unlanded portion can be eliminated, and the lack of coverage of the barrier metal film in the unlanded portion can be eliminated.
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図1および図2は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図1(a)において、例えば、TiN/Al−Cu/Ti/TiNを絶縁層1上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、TiN/Al−Cu/Ti/TiNからなる積層構造をパターニングすることにより、絶縁層1上に下層配線層2を形成する。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1A, for example, TiN / Al—Cu / Ti / TiN is sequentially sputtered onto the insulating layer 1, and a laminated layer made of TiN / Al—Cu / Ti / TiN is used by using a photolithography technique and an etching technique. The
そして、例えば、高密度プラズマCVDにより、層間絶縁膜3を下層配線層2上に形成する。なお、下層配線層2上に層間絶縁膜3を形成する場合、例えば、TEOS(テトラエトキシシラン)を用いたプラズマCVDにより、層間絶縁膜3を成膜するようにしてもよい。そして、層間絶縁膜3が下層配線層2上に形成されると、例えば、CMP(chemical mechanical polishing:化学的機械的研磨)を用いて、層間絶縁膜3の表面を研磨することにより、層間絶縁膜3の表面を平坦化する。
Then, for example, the
次に、図1(b)に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、層間絶縁膜3をパターニングすることにより、下層配線層2を露出させる開口部4を層間絶縁膜3に形成する。ここで、ボーダレス配線では、マスクずれなどにより開口部4が下層配線層2からはみ出すことがあり、開口部4の底面にアンランデッド部4aが形成される。ここで、アンランデッド部4aでは、開口部4を形成する際の下層配線層2に対する層間絶縁膜3の選択比の差異により、層間絶縁膜3が深く掘り下げられ、下層配線層2と層間絶縁膜3との境界に段差が発生する。
Next, as shown in FIG. 1B, the interlayer
次に、図1(c)に示すように、開口部4を介して下層配線層2の端部をエッチングすることにより、開口部4の底面をアンランデッド部4aに向かって傾斜させる。ここで、下層配線層2の端部をエッチングする場合、層間絶縁層3に対する下層配線層2の選択比を上げることで、アンランデッド部4aの層間絶縁層3がさらに掘り下げられることを防止することができ、アンランデッド部4aにおける段差を有効に解消することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 1C, the bottom of the opening 4 is inclined toward the
次に、図2(a)に示すように、スパッタリングなどの方法を用いてTi/TiNを順次成膜することにより、開口部4が設けられた層間絶縁膜3上にバリアメタル膜5を形成する。
次に、図2(b)に示すように、層間絶縁膜3にバリアメタル膜5が形成されると、例えば、WF6/SiH4/H2/Ar系ガスを用いたCVDを行うことにより、バリアメタル膜5上にタングステン膜を形成する。そして、CMPを用いてバリアメタル膜5およびタングステン膜の研磨を行うことにより、層間絶縁膜3の表面を露出させ、開口部4内に埋め込まれたタングステンプラグ6を形成する。
Next, as shown in FIG. 2A, a
Next, as shown in FIG. 2B, when the
次に、図2(c)に示すように、例えば、TiN/Al−Cu/Ti/TiNを層間絶縁膜3上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、TiN/Al−Cu/Ti/TiNからなる積層構造をパターニングすることにより、タングステンプラグ6に接続された上層配線層8を層間絶縁膜3上に形成する。
これにより、開口部4が配線層2からはみ出した場合においても、アンランデッド部4aにおける段差を解消することが可能となり、アンランデッド部4aにおけるバリアメタル膜5のカバレッジ不足を解消することができる。このため、ボーダレス配線を採用した場合においても、タングステンプラグ6の形成に用いられるフッ素や洗浄に用いられる薬液が下層に到達することを防止することができ、バリアメタル膜5にて下層配線層2を有効に保護することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 2C, for example, TiN / Al-Cu / Ti / TiN is sequentially sputtered onto the
As a result, even when the opening 4 protrudes from the
図3および図4は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図3(a)において、例えば、TiN/Al−Cu/Ti/TiNを絶縁層11上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、TiN/Al−Cu/Ti/TiNからなる積層構造をパターニングすることにより、絶縁層11上に下層配線層12を形成する。
3 and 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 3A, for example, TiN / Al—Cu / Ti / TiN is sequentially sputtered on the insulating
そして、例えば、高密度プラズマCVDにより、層間絶縁膜13を下層配線層12上に形成する。そして、層間絶縁膜13が下層配線層12上に形成されると、例えば、CMPを用いて、層間絶縁膜13の表面を研磨することにより、層間絶縁膜13の表面を平坦化する。
次に、図3(b)に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、層間絶縁膜13をパターニングすることにより、下層配線層12を露出させる開口部14を層間絶縁膜13に形成する。ここで、ボーダレス配線では、開口部14の底面にアンランデッド部14aが形成されることがあり、アンランデッド部14aでは、下層配線層12と層間絶縁膜13との境界に段差が発生する。このため、層間絶縁膜13をエッチングする時に下層配線層12に対する層間絶縁層13の選択比を下げ、開口部14を介して下層配線層12の端部をエッチングすることにより、開口部14の底面をアンランデッド部14aに向かって傾斜させる。
Then, for example, the
Next, as shown in FIG. 3B, by using the photolithography technique and the etching technique, the
次に、図4(a)に示すように、スパッタリングなどの方法を用いてTi/TiNを順次成膜することにより、開口部14が設けられた層間絶縁膜13にバリアメタル膜15を形成する。
次に、図4(b)に示すように、層間絶縁膜13にバリアメタル膜15が形成されると、例えば、WF6/SiH4/H2/Ar系ガスを用いたCVDを行うことにより、バリアメタル膜15上にタングステン膜を形成する。CMPを用いてバリアメタル膜15およびタングステン膜の研磨を行うことにより、層間絶縁膜13の表面を露出させ、開口部14内に埋め込まれたタングステンプラグ6を形成する。
Next, as shown in FIG. 4A, a
Next, as shown in FIG. 4B, when the
次に、図4(c)に示すように、例えば、TiN/Al−Cu/Ti/TiNを層間絶縁膜13上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、TiN/Al−Cu/Ti/TiNからなる積層構造をパターニングすることにより、タングステンプラグ16に接続された上層配線層18を層間絶縁膜13上に形成する。
これにより、開口部14を形成する際に下層配線層12に対する層間絶縁層13の選択比を下げることで、下層配線層12の端部をエッチングすることができ、下層配線層12からのはみ出し方向に向かって開口部14の底部を傾斜させることができる。このため、開口部14が下層配線層12からはみ出した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、アンランデッド部14aにおける段差を解消することが可能となり、アンランデッド部14aにおけるバリアメタル膜15のカバレッジ不足を解消することができる。この結果、ボーダレス配線を採用した場合においても、タングステンプラグ16の形成に用いられるフッ素や洗浄に用いられる薬液が下層に到達することを防止することができ、バリアメタル膜15にて下層配線層12を有効に保護することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 4C, for example, TiN / Al—Cu / Ti / TiN is sequentially sputtered on the
Accordingly, when the
なお、上述した実施形態では、下層配線層2、12および上層配線層7、17として、TiN/Al−Cu/Ti/TiN構造をそれぞれ用いる方法について説明したが、下層配線層2、12および上層配線層7、17として、TiN/Al/Ti/TiN構造、TiN/Al−Cu/TiN構造、TiN/Ti/Al−Cu/Ti/TiN構造、TiN/Ti/Al/Ti/TiN構造、Ti/TiN/Al−Cu/Ti/TiN構造、Ti/TiN/Al/Ti/TiN構造、Ti/TiN/Ti/Al−Cu/Ti/TiN構造またはTi/TiN/Ti/Al/Ti/TiN構造などをそれぞれ用いるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the method of using the TiN / Al—Cu / Ti / TiN structure as the
1、11 絶縁層、2、12 下層配線層、3、13 層間絶縁層、4、14 開口部、4a、14a アンランデッド部、5、15 バリアメタル膜、6、16 タングステンプラグ、7、17 上層配線層 1, 11 Insulating layer, 2, 12 Lower wiring layer, 3, 13 Interlayer insulating layer, 4, 14 Opening, 4a, 14a Unlanded part, 5, 15 Barrier metal film, 6, 16 Tungsten plug, 7, 17 Upper wiring layer
Claims (3)
前記配線層上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記配線層からのはみ出し方向に向かって底部が傾斜している開口部と、
前記開口部内を被覆するバリアメタル膜と、
前記バリアメタル膜にて被覆された開口部内に埋め込まれた導電性プラグとを備えることを特徴とする半導体装置。 A wiring layer formed on the insulating layer;
An interlayer insulating film formed on the wiring layer;
An opening formed in the interlayer insulating film and having a bottom inclined toward a protruding direction from the wiring layer;
A barrier metal film covering the inside of the opening;
A semiconductor device comprising: a conductive plug embedded in an opening covered with the barrier metal film.
前記配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、
前記配線層からはみ出すように配置され、前記はみ出し方向に向かって底部が傾斜している開口部を前記層間絶縁層に形成する工程と、
前記開口部内を被覆するバリアメタル膜を形成する工程と、
前記開口部に埋め込まれた導電性プラグを形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a wiring layer on the insulating layer;
Forming an interlayer insulating layer on the wiring layer;
Forming an opening in the interlayer insulating layer that is disposed so as to protrude from the wiring layer and has a bottom inclined toward the protruding direction;
Forming a barrier metal film covering the inside of the opening;
And a step of forming a conductive plug embedded in the opening.
前記配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、
前記配線層からはみ出すように配置された開口部を前記層間絶縁層に形成する工程と、
前記開口部を介して前記配線層の端部をエッチングすることにより、前記配線層からのはみ出し方向に向かって前記開口部の底部を傾斜させる工程と、
前記開口部内を被覆するバリアメタル膜を形成する工程と、
前記開口部に埋め込まれた導電性プラグを形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a wiring layer on the insulating layer;
Forming an interlayer insulating layer on the wiring layer;
Forming an opening disposed in the interlayer insulating layer so as to protrude from the wiring layer;
Etching the end of the wiring layer through the opening to incline the bottom of the opening toward the protruding direction from the wiring layer;
Forming a barrier metal film covering the inside of the opening;
And a step of forming a conductive plug embedded in the opening.
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JP2011187741A (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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- 2005-02-17 JP JP2005040534A patent/JP2006228945A/en not_active Withdrawn
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