JP2012069846A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2012069846A JP2010214951A JP2010214951A JP2012069846A JP 2012069846 A JP2012069846 A JP 2012069846A JP 2010214951 A JP2010214951 A JP 2010214951A JP 2010214951 A JP2010214951 A JP 2010214951A JP 2012069846 A JP2012069846 A JP 2012069846A
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Makoto Tohara
誠人 戸原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress embedding defects in a plating process.SOLUTION: The method of manufacturing a semiconductor device comprises: an opening part forming process in which the opening part is formed on an interlayer insulating film 320 provided on a semiconductor substrate 100; a barrier layer forming process for forming a barrier layer 340 on the upper face of the opening part; and a wiring seed layer forming process for forming a wiring seed layer on the barrier layer 340. In addition, the barrier layer forming process includes a selective film-forming process and a sputter etching process. During the selective film-forming process in the barrier layer 340, a film-forming is selectively performed only to a plane part 342 of the opening part in the barrier layer 340. Then, during the sputter etching process in the barrier layer 340, sputtering particles in the barrier layer 340 are laminated in a sidewall part 344 of the opening part while sputter etching is performed with respect to the barrier layer 340 of the plane part 342.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

近年、半導体装置の配線技術として、デュアルダマシン法と呼ばれる銅配線と低誘電率の層間絶縁膜との組み合わせによる多層配線構造が採用されている。デュアルダマシン法における銅配線の課題として、めっき時の埋設不良の改善と、エレクトロマイグレーション耐性が求められている。   In recent years, as a wiring technology for semiconductor devices, a multilayer wiring structure using a combination of a copper wiring called a dual damascene method and a low dielectric constant interlayer insulating film has been adopted. As a problem of copper wiring in the dual damascene method, improvement of burying defects during plating and electromigration resistance are required.

エレクトロマイグレーション耐性の向上を目的とした先行技術としては、特許文献1などが挙げられる。特許文献1では、層間絶縁膜に形成された開口部内面にバリア層をスパッタリングで成膜する工程において、開口部底部に堆積されるバリア層材料をスパッタリングによりエッチングしながら、開口部側壁にバリア層材料を堆積させる方法が、開示されている。これによれば、開口部底面にバリア層が形成されないため、バリア層を介していた場合に上下銅配線間で発生していたエレクトロマイグレーションが抑制できると記載されている。   As a prior art for the purpose of improving electromigration resistance, Patent Document 1 and the like can be cited. In Patent Document 1, in the step of forming a barrier layer on the inner surface of the opening formed in the interlayer insulating film by sputtering, the barrier layer material deposited on the bottom of the opening is etched by sputtering, and the barrier layer is formed on the side wall of the opening. A method of depositing material is disclosed. According to this, since the barrier layer is not formed on the bottom surface of the opening, it is described that electromigration that has occurred between the upper and lower copper wirings when the barrier layer is interposed can be suppressed.

特開2001-284449号公報JP 2001-284449 A

しかし、特許文献1に記載の方法では、バリア層成膜時に、開口部の平面部と側壁部とが接する端部は、オーバーハング部を生じている。この場合、めっき工程において開口部が全て埋まる前に、オーバーハング部が成長して閉口してしまうため、配線内部においてボイドが出来てしまう可能性があった。   However, in the method described in Patent Document 1, an overhang portion is generated at the end portion where the flat portion of the opening and the side wall portion are in contact with each other when the barrier layer is formed. In this case, since the overhang portion grows and closes before all the openings are filled in the plating process, there is a possibility that voids are formed inside the wiring.

本発明によれば、
半導体基板上に設けられた層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部上面にバリア層を形成するバリア層形成工程と、
前記バリア層上に配線シード層を形成する配線シード層形成工程を有し、
前記バリア層形成工程は、
前記バリア層を、前記開口部の平面部のみに選択的に成膜する選択成膜工程と、
前記平面部の前記バリア層をスパッタエッチングしながら前記バリア層のスパッタ粒子を前記開口部の側壁部に堆積させるスパッタエッチング工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法、が提供される。
According to the present invention,
Forming an opening in an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
A barrier layer forming step of forming a barrier layer on the upper surface of the opening;
A wiring seed layer forming step of forming a wiring seed layer on the barrier layer;
The barrier layer forming step includes
A selective film forming step of selectively forming the barrier layer only on the flat surface of the opening;
A sputter etching step of depositing sputter particles of the barrier layer on the side wall of the opening while sputter etching the barrier layer of the planar portion;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

本発明によれば、
半導体基板上に設けられた層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部上面にバリア層を形成するバリア層形成工程と、
前記バリア層上に配線シード層を形成する配線シード層形成工程を有し、
前記配線シード層形成工程は、
前記配線シード層を、前記開口部の平面部のみに選択的に成膜する選択成膜工程と、
前記平面部の前記配線シード層をスパッタエッチングしながら前記配線シード層のスパッタ粒子を前記開口部の側壁部に堆積させるスパッタエッチング工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法、が提供される。
According to the present invention,
Forming an opening in an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
A barrier layer forming step of forming a barrier layer on the upper surface of the opening;
A wiring seed layer forming step of forming a wiring seed layer on the barrier layer;
The wiring seed layer forming step includes
A selective film formation step of selectively forming the wiring seed layer only on the flat surface of the opening;
A sputter etching step of depositing sputtered particles of the wiring seed layer on the side wall of the opening while sputter etching the wiring seed layer of the planar portion;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

本発明によれば、バリア層または配線シード層を、選択成膜工程とスパッタエッチング工程により形成することで、開口部の平面部と側壁部とが接する端部は、オーバーハング形状とならない。したがって、その後のめっき工程において、開口部が全て埋設されるまで、ボイドが発生しない。以上により、めっき工程の埋設不良を抑制することができる。   According to the present invention, the barrier layer or the wiring seed layer is formed by the selective film formation step and the sputter etching step, so that the end portion where the flat portion of the opening and the side wall are in contact with each other does not have an overhang shape. Therefore, in the subsequent plating step, no void is generated until all the openings are buried. As described above, it is possible to suppress an embedding defect in the plating process.

本発明によれば、めっき工程の埋設不良を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress poor embedding in the plating process.

本実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on this embodiment. 本実施形態の半導体装置の製造方法のフローチャートである。3 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment. バリア層形成工程におけるバリア層の選択成膜工程の断面図である。It is sectional drawing of the selective film-forming process of the barrier layer in a barrier layer formation process. バリア層形成工程におけるバリア層のスパッタエッチング工程の断面図である。It is sectional drawing of the sputter etching process of the barrier layer in a barrier layer formation process. バリア層形成工程後の断面図である。It is sectional drawing after a barrier layer formation process. 配線シード層形成工程における配線シード層の選択成膜工程の断面図である。It is sectional drawing of the selective film-forming process of the wiring seed layer in a wiring seed layer formation process. 配線シード層形成工程後の断面図である。It is sectional drawing after a wiring seed layer formation process. 配線形成工程後の断面図である。It is sectional drawing after a wiring formation process. 比較例のめっき工程中の断面図である。It is sectional drawing in the plating process of a comparative example. 比較例の配線形成工程後の断面図である。It is sectional drawing after the wiring formation process of a comparative example.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

(第一の実施形態)
図1を用いて、本実施形態で用いられる半導体装置について説明する。図1は、本実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、半導体基板100と、半導体基板100に設けられた半導体素子と、半導体基板100上に設けられた層間絶縁膜320と、層間絶縁膜320に形成された開口部に形成されたバリア層340と、バリア層340上に形成された配線440と、を備える。また、バリア層340の平面部342と側壁部344との接する角度θが90度以上となっており、オーバーハング形状となっていない。
(First embodiment)
The semiconductor device used in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. This semiconductor device includes a semiconductor substrate 100, a semiconductor element provided on the semiconductor substrate 100, an interlayer insulating film 320 provided on the semiconductor substrate 100, and a barrier formed in an opening formed in the interlayer insulating film 320. A layer 340; and a wiring 440 formed on the barrier layer 340. Further, the angle θ between the flat surface portion 342 and the side wall portion 344 of the barrier layer 340 is 90 degrees or more, and it is not in an overhang shape.

後述するように、本実施形態の半導体装置の製造方法では、バリア層340を、または配線440のシードとなる配線シード層420(図6参照)を、選択成膜工程とスパッタエッチング工程により形成する。これによれば、開口部の平面部342と側壁部344とが接する端部は、オーバーハング形状とならない。したがって、その後のめっき工程において、開口部が全て埋設されるまで、ボイドが発生しない。よって、めっき工程の埋設不良を抑制することができる。   As will be described later, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the barrier layer 340 or the wiring seed layer 420 (see FIG. 6) serving as the seed of the wiring 440 is formed by the selective film formation process and the sputter etching process. . According to this, the end part where the flat part 342 and the side wall part 344 of the opening part do not have an overhang shape. Therefore, in the subsequent plating step, no void is generated until all the openings are buried. Therefore, the embedding defect of a plating process can be suppressed.

ここでいう開口部とは、溝または接続孔のことである。以下、特に指定のない場合はどちらでも良い。   The opening here refers to a groove or a connection hole. In the following, either is acceptable unless otherwise specified.

次に、図1において、本実施形態で用いられる半導体装置について詳細を説明する。半導体基板100は、例えばシリコン基板である。半導体基板100には、例えば、ソース領域42、ドレイン領域44と、半導体基板100上に形成されたゲート絶縁膜22と、ゲート絶縁膜22上に形成されたゲート電極20を含む電界効果トランジスタ(FET)が形成されている。また、ゲート電極20の両側面には、側壁絶縁膜24が形成されている。各FETは、半導体基板100中に形成された素子分離領域60によって他の素子と分離されている。なお、ソース領域42、ドレイン領域44は、エクステンション領域(非図示)を含んでいる。   Next, referring to FIG. 1, the details of the semiconductor device used in this embodiment will be described. The semiconductor substrate 100 is, for example, a silicon substrate. The semiconductor substrate 100 includes, for example, a field effect transistor (FET) including a source region 42, a drain region 44, a gate insulating film 22 formed on the semiconductor substrate 100, and a gate electrode 20 formed on the gate insulating film 22. ) Is formed. Side wall insulating films 24 are formed on both side surfaces of the gate electrode 20. Each FET is isolated from other elements by an element isolation region 60 formed in the semiconductor substrate 100. Note that the source region 42 and the drain region 44 include an extension region (not shown).

半導体基板100上には、下地絶縁膜220が形成されている。下地絶縁膜220中には、コンタクト210、下地バリア層240、下地配線260を有する下地層200が形成されている。コンタクト210は、例えば図1のように、ソース領域42及びドレイン領域44と、その上方に形成された下地配線260とをそれぞれ電気的に接続している。本実施形態における下地層200を構成する材料、厚さ等は、公知のものを用いることが出来る。   A base insulating film 220 is formed on the semiconductor substrate 100. In the base insulating film 220, a base layer 200 having contacts 210, a base barrier layer 240, and a base wiring 260 is formed. For example, as shown in FIG. 1, the contact 210 electrically connects the source region 42 and the drain region 44 to the underlying wiring 260 formed thereabove. Known materials can be used for the material, thickness, and the like constituting the underlayer 200 in the present embodiment.

下地絶縁膜220上に、層間絶縁膜320が備えられており、下地配線260まで開口部が設けられている。なお、図1中で示されるビア層300と配線層400との間に、エッチングストッパ膜(非表示)を設けていても良い。   An interlayer insulating film 320 is provided on the base insulating film 220, and an opening is provided up to the base wiring 260. Note that an etching stopper film (not shown) may be provided between the via layer 300 and the wiring layer 400 shown in FIG.

本実施形態における層間絶縁膜320の厚さは、例えば100〜300nmである。また、ビア層300の厚さは、例えば40〜100nmであり、開口部のビア径は、例えば20〜70nmである。   The thickness of the interlayer insulating film 320 in this embodiment is, for example, 100 to 300 nm. Further, the thickness of the via layer 300 is, for example, 40 to 100 nm, and the via diameter of the opening is, for example, 20 to 70 nm.

また、層間絶縁膜320の開口部において、バリア層340、配線440を設けており、配線440と下地配線260とが、バリア層340を介して接続されている。   In addition, a barrier layer 340 and a wiring 440 are provided in the opening of the interlayer insulating film 320, and the wiring 440 and the base wiring 260 are connected via the barrier layer 340.

バリア層340の材料としては、例えばTa、TaNであり、その他、Ti、TiN、Hf、HfN、ZrN、ZrN、Ru、RuN、Mnなどがある。バリア層340の厚さは、例えば3〜15nmである。また、バリア層340は二層構造でも良く、例えば、層間絶縁膜320側からTaNを形成し、Ta/TaNの二層構造としてもよい。   Examples of the material of the barrier layer 340 include Ta and TaN, and other examples include Ti, TiN, Hf, HfN, ZrN, ZrN, Ru, RuN, and Mn. The thickness of the barrier layer 340 is, for example, 3 to 15 nm. The barrier layer 340 may have a two-layer structure. For example, TaN may be formed from the interlayer insulating film 320 side to have a two-layer structure of Ta / TaN.

ここで、バリア層340は、平面部342と側壁部344を有しており、これらが接する角度θは90度以上である。すなわち、開口部の平面部342と側壁部344とが接する端部は、オーバーハング形状となっておらず、配線440においてボイドが発生していない。   Here, the barrier layer 340 has a flat surface portion 342 and a side wall portion 344, and an angle θ at which these contact each other is 90 degrees or more. That is, an end portion where the flat portion 342 and the side wall portion 344 of the opening are in an overhang shape is not formed, and no void is generated in the wiring 440.

次に、図2〜8を用いて、本実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、以下の工程を有する。半導体基板100上に設けられた層間絶縁膜320に開口部を形成する工程と、開口部上面にバリア層340を形成するバリア層形成工程と、バリア層340上に配線シード層420を形成する配線シード層形成工程を有する。また、バリア層形成工程は、選択成膜工程と、スパッタエッチング工程を有する。バリア層340の選択成膜工程は、バリア層340を、開口部の平面部342のみに選択的に成膜する。次いで、バリア層340のスパッタエッチング工程は、平面部342のバリア層340をスパッタエッチングしながらバリア層340のスパッタ粒子を開口部の側壁部344に堆積させる。以下、詳細に説明する。   Next, the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment includes the following steps. A step of forming an opening in an interlayer insulating film 320 provided on the semiconductor substrate 100, a barrier layer forming step of forming a barrier layer 340 on the upper surface of the opening, and a wiring for forming a wiring seed layer 420 on the barrier layer 340 A seed layer forming step; The barrier layer forming process includes a selective film forming process and a sputter etching process. In the selective film formation step of the barrier layer 340, the barrier layer 340 is selectively formed only on the flat portion 342 of the opening. Next, in the sputter etching process of the barrier layer 340, sputter particles of the barrier layer 340 are deposited on the side wall part 344 of the opening while sputter etching the barrier layer 340 of the flat part 342. Details will be described below.

図2は、本実施形態の半導体装置の製造方法のフローチャートである。図2を用いて、半導体製造方法の概略を説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体素子形成工程(S100)、下地層形成工程(S200)、層間絶縁膜形成工程(S300)、開口部形成工程(S400)、バリア層形成工程(S500)、配線シード層形成工程(S600)、配線形成工程(S700)を有する。   FIG. 2 is a flowchart of the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment. The outline of the semiconductor manufacturing method will be described with reference to FIG. The semiconductor device manufacturing method of the present embodiment includes a semiconductor element forming step (S100), a base layer forming step (S200), an interlayer insulating film forming step (S300), an opening forming step (S400), and a barrier layer forming step (S500). ), A wiring seed layer forming step (S600), and a wiring forming step (S700).

まず、例えば上述のFETを形成する半導体素子形成工程(S100)が行われる。半導体基板100に、素子分離領域60を形成した後、例えば熱酸化によりゲート絶縁膜22を形成する。次いで、例えば多結晶シリコンを成膜し、リソグラフィー技術およびRIE(Reactive Ion Etching)技術を用いてゲート電極20を形成する。そのゲート電極20をマスクとしてイオン注入を行い、ソース領域42、ドレイン領域44のエクステンション領域(非図示)を形成する。次いで、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜を順次堆積し、エッチバックすることによって、ゲート電極20の両側面に側壁絶縁膜24を形成する。次いで、ゲート電極20及び側壁絶縁膜24をマスクとしてイオン注入を行い、活性化アニールを経て、ソース領域42、ドレイン領域44を形成することにより、半導体素子を形成する(S100)。   First, for example, a semiconductor element forming step (S100) for forming the above-described FET is performed. After the element isolation region 60 is formed on the semiconductor substrate 100, the gate insulating film 22 is formed by, for example, thermal oxidation. Next, for example, a polycrystalline silicon film is formed, and the gate electrode 20 is formed using a lithography technique and a RIE (Reactive Ion Etching) technique. Ion implantation is performed using the gate electrode 20 as a mask, and extension regions (not shown) of the source region 42 and the drain region 44 are formed. Next, sidewall insulating films 24 are formed on both side surfaces of the gate electrode 20 by sequentially depositing and etching back a silicon nitride film or a silicon oxide film by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition). Next, ion implantation is performed using the gate electrode 20 and the sidewall insulating film 24 as a mask, and after activation annealing, a source region 42 and a drain region 44 are formed, thereby forming a semiconductor element (S100).

下地層形成工程(S200)において、下地絶縁膜220をCVD法などにより成膜する。下地絶縁膜220上にレジストパターンを形成し、RIEによりコンタクト210用の開口部を形成する。次いで、レジストパターンを除去した後、コンタクト210用の開口部に導電体を埋め込む。通常、導電体の埋め込みは、スパッタ法によりシード膜(非図示)を成膜後、電解めっき法により導電体をめっきすることで行われる。次いで、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化させる。同様にして、再度、下地絶縁膜220を成膜し、RIEにより下地配線260用の開口部を形成する。次いで、下地バリア層240を成膜し、めっき工程により、下地配線260を形成する。次いで、CMPにより平坦化させることにより、下地層200を形成する(S200)。   In the base layer forming step (S200), the base insulating film 220 is formed by a CVD method or the like. A resist pattern is formed on the base insulating film 220, and an opening for the contact 210 is formed by RIE. Next, after removing the resist pattern, a conductor is embedded in the opening for the contact 210. Usually, the conductor is embedded by depositing a conductor by electrolytic plating after forming a seed film (not shown) by sputtering. Next, planarization is performed by CMP (Chemical Mechanical Polishing). Similarly, a base insulating film 220 is formed again, and an opening for the base wiring 260 is formed by RIE. Next, the base barrier layer 240 is formed, and the base wiring 260 is formed by a plating process. Next, the base layer 200 is formed by planarization by CMP (S200).

次いで、下地絶縁膜220と同様の成膜方法により下地層220上に層間絶縁膜320を形成する(S300)。なお、層間絶縁膜320の中間に、エッチングストッパ膜(非表示)を形成しておいても良い。   Next, an interlayer insulating film 320 is formed on the base layer 220 by a film formation method similar to that of the base insulating film 220 (S300). Note that an etching stopper film (not shown) may be formed in the middle of the interlayer insulating film 320.

次いで、RIEにより層間絶縁膜320に開口部を形成する(S400)。   Next, an opening is formed in the interlayer insulating film 320 by RIE (S400).

次いで、バリア層340を形成する(S500)。次いで、配線シード層420を形成する(S600)。これらの工程の詳細は、図3〜7を用いて後述する。   Next, the barrier layer 340 is formed (S500). Next, a wiring seed layer 420 is formed (S600). Details of these steps will be described later with reference to FIGS.

次いで、配線シード層420をシードとして、めっき工程を行う。次いで、CMPによる平坦化工程が行われ、配線440が形成される(S700)。   Next, a plating process is performed using the wiring seed layer 420 as a seed. Next, a planarization process by CMP is performed to form the wiring 440 (S700).

次に、図3〜5を用いて、バリア層形成工程(S500)の詳細を説明する。以下、図3〜5、及び同様の図7〜10において、簡略化のために半導体素子は省略している。   Next, details of the barrier layer forming step (S500) will be described with reference to FIGS. Hereinafter, in FIGS. 3 to 5 and similar FIGS. 7 to 10, the semiconductor elements are omitted for simplification.

図3は、バリア層形成工程におけるバリア層の選択成膜工程の断面図を、図4は、バリア層形成工程におけるバリア層のスパッタエッチング工程の断面図を、図5は、バリア層形成工程後の断面図を示している。   3 is a cross-sectional view of a barrier layer selective film forming step in the barrier layer forming step, FIG. 4 is a cross-sectional view of a sputter etching process of the barrier layer in the barrier layer forming step, and FIG. 5 is a view after the barrier layer forming step. FIG.

開口部形成工程(S400)により、層間絶縁膜320に開口部が形成されている。まず、図3に示すように、バリア層340の選択成膜が行われる。選択成膜とは、例えば、異方性スパッタ、塗布法、選択めっき法などが用いられる。   An opening is formed in the interlayer insulating film 320 by the opening forming step (S400). First, as shown in FIG. 3, the selective deposition of the barrier layer 340 is performed. As the selective film formation, for example, anisotropic sputtering, a coating method, a selective plating method, or the like is used.

異方性スパッタとは、スパッタ粒子が成膜基板の方向へ直線性を持つ成膜方法であり、例えばロングスロースパッタや、コリメータスパッタ、イオン化スパッタである。ロングスロースパッタとは、ターゲットと成膜基板との電極間の距離を伸ばし、圧力を下げることによって、反射角の影響、背景原子との衝突の影響を防ぐことが出来る方法である。コリメータスパッタとは、電極中間にスリットを置いて一定の角度以上の粒子を取り除くことが出来る方法である。イオン化スパッタとは、イオン化させたスパッタ粒子を基板バイアスで引きこみ、成膜基板方向の成分を増やす方法である。   Anisotropic sputtering is a film forming method in which sputtered particles are linear in the direction of the film forming substrate, such as long throw sputtering, collimator sputtering, or ionized sputtering. Long throw sputtering is a method that can prevent the influence of the reflection angle and the collision with the background atoms by increasing the distance between the electrodes of the target and the deposition substrate and lowering the pressure. Collimator sputtering is a method that can remove particles with a certain angle or more by placing a slit between the electrodes. Ionized sputtering is a method in which ionized sputtered particles are attracted by a substrate bias to increase the component in the direction of the film formation substrate.

塗布法とは、例えば、液状の有機材料をスピンコートで塗布し、100〜400℃で加熱することにより、図3のように成膜する方法などである。   The application method is, for example, a method of forming a film as shown in FIG. 3 by applying a liquid organic material by spin coating and heating at 100 to 400 ° C.

選択めっき法とは、例えば、図3のようにバリア層340の平面部342となる部分に触媒を塗布し、選択的にバリア層340を成長させる方法などである。   The selective plating method is, for example, a method of selectively growing the barrier layer 340 by applying a catalyst to a portion that becomes the flat portion 342 of the barrier layer 340 as shown in FIG.

バリア層340の選択成膜工程において、側壁部344に成膜されることがオーバーハング形状の原因となるため、側壁部344には成膜されても薄い、または全く成膜されないことが好ましい。例えば、選択成膜工程におけるバリア層340の平面部342の厚さが3nm以上15nm以下で、側壁部344の厚さが1nm以下となるように形成する。または、平面部342の厚さが上記範囲で、側壁部344には成膜しないように形成する。なお、平面部342とは、層間絶縁膜320上部の平面部、層間絶縁膜320中の階層状の平面部、開口部底面の平面部(下地配線260上面)を含み、ビア層300および配線層400の底面となる部分を含む。   In the selective film formation process of the barrier layer 340, the film formation on the side wall portion 344 causes an overhang shape. Therefore, it is preferable that the film is formed thin on the side wall portion 344 or is not formed at all. For example, the planar portion 342 of the barrier layer 340 in the selective film formation step is formed to have a thickness of 3 nm to 15 nm and a sidewall portion 344 of 1 nm or less. Alternatively, the planar portion 342 is formed so as not to form a film on the side wall portion 344 within the above range. Note that the planar portion 342 includes a planar portion on the interlayer insulating film 320, a layered planar portion in the interlayer insulating film 320, and a planar portion on the bottom surface of the opening (upper surface of the base wiring 260), and includes the via layer 300 and the wiring layer. The part used as the bottom face of 400 is included.

また、例えば、バリア層340における平面部342の厚さを、後にスパッタエッチングで形成する側壁部344の目標厚さに対して、約2倍となるように成膜する。例えば初期のバリア層340における平面部342の厚さは3〜15nmである。また、バリア層をTa/TaNの二層構造とした場合は、TaNは例えば1〜10nm、Taは例えば2〜20nmである。   Further, for example, the film is formed so that the thickness of the flat portion 342 in the barrier layer 340 is approximately twice the target thickness of the side wall portion 344 to be formed later by sputter etching. For example, the thickness of the flat portion 342 in the initial barrier layer 340 is 3 to 15 nm. When the barrier layer has a Ta / TaN two-layer structure, TaN is, for example, 1 to 10 nm, and Ta is, for example, 2 to 20 nm.

次に、図4のように、バリア層340のスパッタエッチング工程が行われる。スパッタガスは、例えばArであり、飛散するバリア層340材料はTaである。電極間で発生したArイオンは、基板に向かって衝突し(図4中の破線矢印)、バリア層340をスパッタリングして、スパッタされたバリア層材料(図4中のTa粒子)を飛散させる(図4中の実線矢印)。それにより、側壁部344にバリア層340が形成されていく。 Next, as shown in FIG. 4, a sputter etching process of the barrier layer 340 is performed. The sputtering gas is, for example, Ar, and the barrier layer 340 material that scatters is Ta. Ar + ions generated between the electrodes collide toward the substrate (broken arrows in FIG. 4), and the barrier layer 340 is sputtered to scatter the sputtered barrier layer material (Ta particles in FIG. 4). (Solid arrow in FIG. 4). Thereby, the barrier layer 340 is formed on the side wall portion 344.

スパッタエッチング工程では、バリア層340の平面部342の厚さは、スパッタエッチングにより減少していき、また側壁部344の厚さは、スパッタされたバリア層材料が堆積することにより増加していく。例えば、平面部342の初期の厚さを10nmとした場合、平面部342を5nmエッチングすることで厚さ5nmとし、側壁部344の厚さを5nmとなるように形成する。また、バリア層340をTa/TaN(5nm/5nm)の二層構造とした場合は、スパッタエッチングはTaのみに対して行われ、平面部342にはTaN(5nm)が残存し、側壁部344にはTa(5nm)が成膜される。   In the sputter etching process, the thickness of the flat portion 342 of the barrier layer 340 is decreased by the sputter etching, and the thickness of the side wall portion 344 is increased by the deposition of the sputtered barrier layer material. For example, when the initial thickness of the planar portion 342 is 10 nm, the planar portion 342 is etched by 5 nm to have a thickness of 5 nm, and the sidewall portion 344 is formed to have a thickness of 5 nm. When the barrier layer 340 has a two-layer structure of Ta / TaN (5 nm / 5 nm), the sputter etching is performed only on Ta, and TaN (5 nm) remains on the flat surface portion 342, and the side wall portion 344. A film of Ta (5 nm) is formed.

図5のように、開口部の平面部342と側壁部344の接する角度θは90度以上となっている。すなわち、開口部の平面部342と側壁部344とが接する端部は、オーバーハング形状となっていない。   As shown in FIG. 5, the angle θ between the flat portion 342 and the side wall portion 344 of the opening is 90 degrees or more. That is, the end portion where the flat surface portion 342 and the side wall portion 344 contact each other is not in an overhang shape.

次に、配線シード層形成工程(S600)の詳細を説明する。図2のバリア層形成工程(S500)により、バリア層340が形成されている。バリア層340上に、配線シード層420を成膜する。配線シード層420とは、めっき工程のシードとなる層であり、例えば配線材料が銅であるならば、銅のスパッタ薄膜である。   Next, details of the wiring seed layer forming step (S600) will be described. The barrier layer 340 is formed by the barrier layer forming step (S500) of FIG. A wiring seed layer 420 is formed on the barrier layer 340. The wiring seed layer 420 is a layer that serves as a seed in the plating process. For example, if the wiring material is copper, it is a copper sputtered thin film.

配線シード層形成工程において、従来方法を用いる場合は、等法性スパッタにより形成することができる。配線シード層420の厚さは、例えば、10〜60nmである。   If a conventional method is used in the wiring seed layer forming step, it can be formed by isotropic sputtering. The thickness of the wiring seed layer 420 is, for example, 10 to 60 nm.

また、配線シード層形成工程は、上述のバリア層形成工程と同様に、選択成膜工程とスパッタエッチング工程により形成しても良い。以下、配線シード層形成工程において、この工程を適用した場合を説明する。図6は配線シード層形成工程における配線シード層の選択成膜工程の断面図を、図7は配線シード層形成工程後の断面図を、示している。   Further, the wiring seed layer forming step may be formed by a selective film forming step and a sputter etching step, similarly to the above-described barrier layer forming step. Hereinafter, the case where this step is applied in the wiring seed layer forming step will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of a selective seeding process for a wiring seed layer in the wiring seed layer forming process, and FIG. 7 is a cross-sectional view after the wiring seed layer forming process.

まず、図6に示すように、配線シード層420の選択成膜が行われる。上述のバリア層340における選択成膜の方法と同様の方法が用いられる。   First, as shown in FIG. 6, selective film formation of the wiring seed layer 420 is performed. A method similar to the method of selective film formation in the barrier layer 340 is used.

配線シード層420の選択成膜工程において、側壁部424に成膜されることがオーバーハング形状の原因となるため、側壁部424には成膜されても薄い、または全く成膜されないことが望ましい。例えば、選択成膜工程における配線シード層420の平面部422の厚さが10nm以上60nm以下で、側壁部424の厚さが1nm以下となるように形成する。または、平面部422の厚さが上記範囲で、側壁部424には成膜しないように形成する。   In the selective film formation step of the wiring seed layer 420, it is desirable that the film is formed on the side wall part 424, which causes an overhang shape. . For example, in the selective film formation step, the planar portion 422 of the wiring seed layer 420 is formed so as to have a thickness of 10 nm to 60 nm and the sidewall portion 424 has a thickness of 1 nm or less. Alternatively, the planar portion 422 is formed so as not to form a film on the side wall portion 424 within the above range.

また、例えば、配線シード層420は、平面部422の厚さを、後にスパッタエッチングで形成する側壁部424の目標厚さに対して、約2倍となるように成膜する。例えば初期の配線シード層420における平面部422の厚さは10〜60nmであり、本実施形態の場合は20nmである。   Further, for example, the wiring seed layer 420 is formed so that the thickness of the planar portion 422 is about twice as large as the target thickness of the side wall portion 424 to be formed later by sputter etching. For example, the thickness of the flat portion 422 in the initial wiring seed layer 420 is 10 to 60 nm, and in the present embodiment, it is 20 nm.

次に、配線シード層420のスパッタエッチング工程が行われる。上述のバリア層340におけるスパッタエッチングの方法と同様の方法が用いられ、同じメカニズムで行われる。   Next, a sputter etching process of the wiring seed layer 420 is performed. A method similar to the method of sputter etching in the barrier layer 340 is used, and the same mechanism is used.

図7のように、本実施形態では、例えば、平面部422を10nmエッチングすることで、厚さ10nmとし、側壁部424の厚さが10nmとなるように形成する。   As shown in FIG. 7, in this embodiment, for example, the flat portion 422 is etched by 10 nm to have a thickness of 10 nm and the sidewall portion 424 is formed to have a thickness of 10 nm.

また、図7のように、開口部の平面部422と側壁部424の接する角度θは90度以上である。すなわち、開口部の平面部422と側壁部424とが接する端部は、オーバーハング形状となっていない。   Further, as shown in FIG. 7, the angle θ between the flat surface portion 422 of the opening and the side wall portion 424 is 90 degrees or more. That is, the end portion where the flat surface portion 422 and the side wall portion 424 are in contact with each other does not have an overhang shape.

図8は配線形成工程後の断面図を示している。図8のように、以上の(S100)から(S700)の工程により、ボイドが発生していない半導体装置を製造することが出来る。以上の説明では、バリア層340のみ、またはバリア層340と配線シード層420の両方において、選択成膜工程とスパッタエッチング工程を適用した例を説明したが、配線シード層420のみにおいて適用することも可能である。また、以上は、デュアルダマシン構造について説明したが、シングルダマシン構造にも適用することが出来る。   FIG. 8 shows a cross-sectional view after the wiring formation step. As shown in FIG. 8, a semiconductor device in which no voids are generated can be manufactured by the steps (S100) to (S700). In the above description, the example in which the selective film forming process and the sputter etching process are applied only to the barrier layer 340 or both of the barrier layer 340 and the wiring seed layer 420 has been described. Is possible. Although the dual damascene structure has been described above, the present invention can also be applied to a single damascene structure.

次に、比較例と対比しながら、本実施形態の効果について説明する。図9は比較例のめっき工程中の断面図、図10は比較例の配線形成工程後の断面図である。比較例では、バリア層形成工程において、例えば等方性スパッタなどを用いてバリア層340を形成しているので、側壁部344にも成膜されてしまう。これにより、図9のように、開口部の平面部342と側壁部344とが接する端部は、オーバーハング部346を生じている。   Next, the effects of the present embodiment will be described in comparison with a comparative example. FIG. 9 is a cross-sectional view during the plating process of the comparative example, and FIG. In the comparative example, since the barrier layer 340 is formed using, for example, isotropic sputtering in the barrier layer forming step, the film is also formed on the side wall portion 344. As a result, as shown in FIG. 9, an overhang portion 346 is generated at the end portion where the flat portion 342 and the side wall portion 344 of the opening are in contact with each other.

オーバーハング部346がある状態でめっき工程を行うと、図9のように、開口部が全て埋まる前に、オーバーハング部が成長して閉口する。それにより、その後にめっき工程を継続しても、配線内部において配線材料が成長しなくなり、図10のようにボイド442が発生してしまう。   When the plating process is performed in a state where there is an overhang portion 346, as shown in FIG. 9, the overhang portion grows and closes before the entire opening portion is filled. Accordingly, even if the plating process is continued thereafter, the wiring material does not grow inside the wiring, and a void 442 is generated as shown in FIG.

一方、本実施形態では、バリア層340の選択成膜工程において、図3のように、平面部342のみに選択的に成膜され、側壁部344には1nm以下しか成膜されない、または全く成膜されない。よって、図5のように、バリア層340のスパッタエッチング工程において、側壁部344が形成されても、開口部の平面部342と側壁部344とが接する端部は、オーバーハング形状とならない。また、配線シード層420の選択成膜工程(図6)と、スパッタエッチング工程(図7)の場合も同様である。   On the other hand, in the present embodiment, in the selective film formation step of the barrier layer 340, as shown in FIG. 3, the film is selectively formed only on the flat portion 342, and only 1 nm or less is formed on the side wall portion 344, or not formed at all. Not filmed. Therefore, as shown in FIG. 5, even when the sidewall portion 344 is formed in the sputter etching process of the barrier layer 340, the end portion where the flat portion 342 and the sidewall portion 344 of the opening are not in an overhang shape. The same applies to the selective film formation step of the wiring seed layer 420 (FIG. 6) and the sputter etching step (FIG. 7).

したがって、図8のように、その後のめっき工程において、開口部が全て埋設されるまで、ボイドが発生しない。以上により、めっき工程の埋設不良を抑制することができる。   Therefore, as shown in FIG. 8, in the subsequent plating step, no void is generated until all the openings are buried. As described above, it is possible to suppress an embedding defect in the plating process.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.

20 ゲート電極
22 ゲート絶縁膜
24 側壁絶縁膜
42 ソース領域
44 ドレイン領域
60 素子分離領域
100 半導体基板
200 下地層
210 コンタクト
220 下地絶縁膜
240 下地バリア層
260 下地配線
300 ビア層
320 層間絶縁膜
340 バリア層
342 バリア層平面部
344 バリア層側壁部
346 バリア層オーバーハング部
400 配線層
420 配線シード層
422 配線シード層平面部
424 配線シード層側壁部
440 配線
442 ボイド
20 Gate electrode 22 Gate insulating film 24 Side wall insulating film 42 Source region 44 Drain region 60 Element isolation region 100 Semiconductor substrate 200 Underlayer 210 Contact 220 Underlayer insulating film 240 Underlayer barrier layer 260 Underlayer wiring 300 Via layer 320 Interlayer insulating film 340 Barrier layer 342 Barrier layer flat surface portion 344 Barrier layer side wall portion 346 Barrier layer overhang portion 400 Wiring layer 420 Wiring seed layer 422 Wiring seed layer flat surface portion 424 Wiring seed layer side wall portion 440 Wiring 442 Void

Claims (6)

半導体基板上に設けられた層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部上面にバリア層を形成するバリア層形成工程と、
前記バリア層上に配線シード層を形成する配線シード層形成工程を有し、
前記バリア層形成工程は、
前記バリア層を、前記開口部の平面部のみに選択的に成膜する選択成膜工程と、
前記平面部の前記バリア層をスパッタエッチングしながら前記バリア層のスパッタ粒子を前記開口部の側壁部に堆積させるスパッタエッチング工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an opening in an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
A barrier layer forming step of forming a barrier layer on the upper surface of the opening;
A wiring seed layer forming step of forming a wiring seed layer on the barrier layer;
The barrier layer forming step includes
A selective film forming step of selectively forming the barrier layer only on the flat surface of the opening;
A sputter etching step of depositing sputter particles of the barrier layer on the side wall of the opening while sputter etching the barrier layer of the planar portion;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
半導体基板上に設けられた層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部上面にバリア層を形成するバリア層形成工程と、
前記バリア層上に配線シード層を形成する配線シード層形成工程を有し、
前記配線シード層形成工程は、
前記配線シード層を、前記開口部の平面部のみに選択的に成膜する選択成膜工程と、
前記平面部の前記配線シード層をスパッタエッチングしながら前記配線シード層のスパッタ粒子を前記開口部の側壁部に堆積させるスパッタエッチング工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an opening in an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
A barrier layer forming step of forming a barrier layer on the upper surface of the opening;
A wiring seed layer forming step of forming a wiring seed layer on the barrier layer;
The wiring seed layer forming step includes
A selective film formation step of selectively forming the wiring seed layer only on the flat surface of the opening;
A sputter etching step of depositing sputtered particles of the wiring seed layer on the side wall of the opening while sputter etching the wiring seed layer of the planar portion;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記バリア層形成工程の後に、前記配線シード層形成工程を有し、
前記配線シード層形成工程は、
前記配線シード層を、前記開口部の平面部のみに選択的に成膜する第二選択成膜工程と、
前記平面部の前記配線シード層をスパッタエッチングしながら前記配線シード層のスパッタ粒子を前記開口部の側壁部に堆積させる第二スパッタエッチング工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
After the barrier layer forming step, the wiring seed layer forming step,
The wiring seed layer forming step includes
A second selective film forming step of selectively forming the wiring seed layer only on the flat surface of the opening;
A second sputter etching step of depositing sputtered particles of the wiring seed layer on the side wall of the opening while sputter etching the wiring seed layer of the planar portion;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記選択成膜工程は、異方性スパッタであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the selective film forming step is anisotropic sputtering.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記選択成膜工程は、塗布法であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the selective film formation step is a coating method.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記選択成膜工程は、選択めっき法であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the selective film formation step is a selective plating method.
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