JP2013157597A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置等の電子デバイスにおける配線構造に関し、特にAl配線のストレスマイグレーション耐性を向上させ、低抵抗となる配線構造を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a wiring structure in an electronic device such as a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device having a wiring structure that improves stress migration resistance of Al wiring and has low resistance.
近年、半導体集積回路装置、特にLSIにおいては、その構成要素の微細化が進んでいる。 In recent years, semiconductor integrated circuit devices, particularly LSIs, have been miniaturized.
構成要素の微細化が進むと、導電層である金属配線の断面積が減少することによって、絶縁膜と金属配線との熱膨張係数の違いによる応力緩和が生じる。応力緩和が生じると、金属配線中の金属原子が移動して、ボイドが形成されるストレスマイグレーションが問題になる。 As the components become finer, the cross-sectional area of the metal wiring that is the conductive layer decreases, and stress relaxation occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the insulating film and the metal wiring. When stress relaxation occurs, stress migration in which metal atoms in the metal wiring move and voids are formed becomes a problem.
また、絶縁膜として窒化チタン膜を用い、導電層としてAl膜を用いた場合、窒化チタン膜がAl膜に直接接触すると、配線形成後の熱処理等により窒化チタン膜からAl膜に窒素原子が拡散することが見出されており、窒素原子がAl膜中に多量に存在した場合、Al膜のストレスマイグレーション耐性が劣化することが報告されている(特許文献1、非特許文献1)。
In addition, when a titanium nitride film is used as the insulating film and an Al film is used as the conductive layer, if the titanium nitride film is in direct contact with the Al film, nitrogen atoms diffuse from the titanium nitride film to the Al film due to heat treatment after the wiring is formed. It has been found that when a large amount of nitrogen atoms are present in the Al film, the stress migration resistance of the Al film deteriorates (
このため、Al膜と窒化チタン膜の間にチタン膜を配置することにより、窒化チタン膜とAl膜が直接接触するのを防ぎ、窒化チタン膜中の窒素がAl膜中に拡散せず、ストレスマイグレーション劣化を防ぐことを可能にした構造が提案されている(特許文献1)。 For this reason, by disposing the titanium film between the Al film and the titanium nitride film, the titanium nitride film and the Al film are prevented from coming into direct contact, and the nitrogen in the titanium nitride film does not diffuse into the Al film, and stress A structure capable of preventing migration degradation has been proposed (Patent Document 1).
また、特許文献2には、メタル配線膜上にTiNからTiNx(xは0<x<1)を経てTiへと連続的に変化するように組成の異なる複数種の膜からなるチタニウムナイトライド系反射防止膜とその反射防止膜上に層間絶縁膜を有する半導体装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1記載の製造方法では、配線形成後の熱処理によりAl膜中にAlTi化合物が発生し、配線層であるAl膜の層抵抗が上昇するという問題があった。
However, the manufacturing method described in
また、特許文献2の構造では、TiNと層間絶縁膜との密着性が、Tiと層間絶縁膜との密着性よりも悪いことから、例えば層間絶縁膜にスルーホールを形成した際に、層間絶縁膜がTiNから剥離してしまい、剥離部分にスルーホール埋設材料が侵入して隣接配線とショートを起こすという問題があった。
Further, in the structure of
そのため、層抵抗の上昇を抑え、かつ、耐ストレスマイグレーションおよび絶縁膜との密着性に優れた配線構造を有する半導体装置の製造方法が望まれていた。 Therefore, there has been a demand for a method of manufacturing a semiconductor device having a wiring structure that suppresses an increase in layer resistance and has excellent stress migration resistance and adhesion to an insulating film.
本発明の第1の態様は、(a)金属層上に第1窒素含有膜を第1の反応性スパッタリングで形成し、(b)前記第1窒素含有膜上に第2窒素含有膜を第2条件の反応性スパッタリングで形成する、を有し、前記第1窒素含有膜は前記第2窒素含有膜よりも窒素含有率が低い、半導体装置の製造方法である。 According to a first aspect of the present invention, (a) a first nitrogen-containing film is formed on a metal layer by first reactive sputtering, and (b) a second nitrogen-containing film is formed on the first nitrogen-containing film. The first nitrogen-containing film has a nitrogen content lower than that of the second nitrogen-containing film.
本発明の第2の態様は、(d)金属層上に、不活性ガスおよび窒素ガスを含む雰囲気中でチタンターゲットを用いて、第1窒素含有膜と第2窒素含有膜を順次形成する、を有し、前記(d)は、前記第1窒素含有膜を形成する際の、前記不活性ガスの流量と前記窒素ガスの流量との総和である総流量に対する前記窒素ガスの流量比が、前記第2窒素含有膜を形成する際の流量比より低い、半導体装置の製造方法である。 In the second aspect of the present invention, (d) a first nitrogen-containing film and a second nitrogen-containing film are sequentially formed on a metal layer using a titanium target in an atmosphere containing an inert gas and a nitrogen gas. (D) is a flow rate ratio of the nitrogen gas to a total flow rate that is a sum of the flow rate of the inert gas and the flow rate of the nitrogen gas when the first nitrogen-containing film is formed. It is a manufacturing method of a semiconductor device lower than a flow rate ratio at the time of forming the second nitrogen content film.
本発明の第3の態様は、(f)基板上にバリア膜を形成し、(g)前記バリア膜上に金属層を形成し、(h)前記金属層上に第1窒素含有膜を形成し、(i)前記第1窒素含有膜上に前記第1窒素含有膜より窒素含有率が高い第2窒素含有膜を形成し、(j)前記第2窒素含有膜上に前記第2窒素含有膜より窒素含有率が低い第3窒素含有膜を形成し、(k)前記第3、第2および第1窒素含有膜と、前記金属層および前記バリア膜を所望の形状の配線にパターニングし、(l)前記配線を覆う層間絶縁膜を形成し、(m)前記第3窒素含有膜の一部が露出するように前記層間絶縁膜に開口を設ける、を有する、半導体装置の製造方法である。 In the third aspect of the present invention, (f) a barrier film is formed on the substrate, (g) a metal layer is formed on the barrier film, and (h) a first nitrogen-containing film is formed on the metal layer. (I) forming a second nitrogen-containing film having a nitrogen content higher than that of the first nitrogen-containing film on the first nitrogen-containing film, and (j) containing the second nitrogen on the second nitrogen-containing film. Forming a third nitrogen-containing film having a nitrogen content lower than that of the film; (k) patterning the third, second and first nitrogen-containing films, the metal layer and the barrier film into a wiring having a desired shape; (L) forming an interlayer insulating film covering the wiring, and (m) providing an opening in the interlayer insulating film so that a part of the third nitrogen-containing film is exposed. .
本発明によれば、層抵抗の上昇を抑え、かつ、耐ストレスマイグレーションおよび絶縁膜との密着性に優れた配線構造を有する半導体装置の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the semiconductor device which has the wiring structure which suppressed the raise of layer resistance and was excellent in stress migration and the adhesiveness with an insulating film can be provided.
以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係る配線構造の製造方法により製造される配線構造100の構造を説明する。
First, the structure of a
ここでは配線構造100として、半導体装置の配線構造が例示されている。
図1に示すように、配線構造100は、半導体等の基板10上に設けられた第1窒化チタン膜11と、第1窒化チタン膜11上に設けられた配線部分である導電膜12と、導電膜12上に設けられた第2窒化チタン膜13を有している。
Here, a wiring structure of a semiconductor device is illustrated as the
As shown in FIG. 1, the
第2窒化チタン膜13は、導電膜12(金属膜)上に設けられ、窒素を含む第1スパッタリング膜14(第1窒素含有膜)と、第1スパッタリング膜14上に設けられ、窒素を含む第2スパッタリング膜15(第2窒素含有膜)を有しており、第1スパッタリング膜14は第2スパッタリング膜15よりも窒素含有率が低い。
The second
次に、図2を参照して、配線構造100の製造方法の概略について説明する。
Next, an outline of a method for manufacturing the
まず、基板10上に第1窒化チタン膜11を成膜する(図2のS1)。
First, a first
次に、第1窒化チタン膜11上に、導電膜12としてAlを含む膜、例えばAlCuを含む導電体をスパッタリングにより成膜する(図2のS2)。
Next, a film containing Al, for example, a conductor containing AlCu, is formed as the
続いて、S2の状態から大気暴露せずに導電膜12上に第2窒化チタン膜13を形成する。
Subsequently, the second
具体的には、非反応性スパッタリング(第1条件の反応性スパッタリング)により導電膜12上に、第1スパッタリング膜14を形成し(図2のS3)、続いて反応性スパッタリング(第2条件の反応性スパッタリング)により、第1スパッタリング膜14上に第2スパッタリング膜15を生成する(図2のS4)。
Specifically, the first
ここで、反応性スパッタリングとはチタンターゲットにおいてターゲット表面が窒化されており、反応している状態をいう。このときターゲット表面は窒化チタンのためデポレートは低下する。非反応性スパッタリングとはこの逆にターゲット表面の窒化が不十分な状態であり、チタンのデポレートが支配的になり高くなる。デポレートにより反応性と非反応性の区別は可能である。ここで窒素ガス流量比とデポレートの関係については、例えば特開平9−181018に開示されており、窒素ガス流量比で反応性スパッタリングと非反応性スパッタリングをコントロールできる。これを図5および図6に示す。 Here, the reactive sputtering means a state in which a target surface is nitrided and reacts in a titanium target. At this time, since the target surface is titanium nitride, the deposition rate decreases. In contrast to non-reactive sputtering, the target surface is not sufficiently nitrided, and the titanium deposition becomes dominant and high. It is possible to distinguish reactive and non-reactive by deporate. Here, the relationship between the nitrogen gas flow rate ratio and the deposition rate is disclosed, for example, in JP-A-9-181018, and the reactive sputtering and the non-reactive sputtering can be controlled by the nitrogen gas flow rate ratio. This is shown in FIGS.
図5および図6に示すように、窒素ガス流量比とデポレートの関係は、反応律速では反応性スパッタリングが、非反応律速では非反応性スパッタリングが生じるヒステリシスの関係にある。 As shown in FIGS. 5 and 6, the relationship between the nitrogen gas flow rate ratio and the deposition rate has a hysteresis relationship in which reactive sputtering causes reactive sputtering and nonreactive sputtering causes nonreactive sputtering.
即ち、不活性ガス流量を一定にして、窒素ガス流量を0から少しずつ増加させると、初めのうちは、非反応律速でスパッタリングされるので、デポレートは徐々に減少する。さらに窒素ガス流量比を高くすると、ある流量でデポレートが急激に低下し、反応性スパッタリングが起こる。その後は、反応律速となるため、窒素ガス流量を高くしても、デポレートは、さほど減少しない。逆に、反応性スパッタリングから、窒素ガス流量を減少させていく場合は、先程と異なった、より低い流量値で非反応律速となり非反応性スパッタリングが起こる。そのため、図5および図6に示す関係を元に、窒素ガス流量比で反応性スパッタリングと非反応性スパッタリングをコントロールできる。 That is, when the inert gas flow rate is made constant and the nitrogen gas flow rate is gradually increased from 0, since the sputtering is initially performed at a non-reaction limited rate, the deposition rate gradually decreases. If the nitrogen gas flow rate ratio is further increased, the deposition rate rapidly decreases at a certain flow rate, and reactive sputtering occurs. Thereafter, since the reaction rate is controlled, the deposition rate does not decrease so much even if the flow rate of nitrogen gas is increased. Conversely, when the nitrogen gas flow rate is decreased from reactive sputtering, non-reactive sputtering occurs at a lower flow rate value, which is different from the previous method, and becomes non-reactive. Therefore, based on the relationship shown in FIGS. 5 and 6, reactive sputtering and non-reactive sputtering can be controlled by the nitrogen gas flow rate ratio.
このように、第2窒化チタン膜13を形成する際に非反応性スパッタリングと反応性スパッタリングを連続して行うことで、第2スパッタリング膜15よりも第1スパッタリング膜14の窒素含有率が低くなる。
As described above, when the second
第2スパッタリング膜15よりも第1スパッタリング膜14の窒素含有率が低くなると、第2窒化チタン膜13から導電膜12に取りまれるN原子の量を減らすことができ、導電膜12のストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。一方で、第1スパッタリング膜14から導電膜12にN原子が少量混入されることにより、導電膜12中のAlTi合金の生成が阻害され、導電膜12の層抵抗の上昇を防止できる。
When the nitrogen content of the
次に、図3を参照して、配線構造100の製造方法の詳細について説明する。
Next, details of the method for manufacturing the
ここでは、ターゲットとして、チタンターゲットを、不活性ガスとしてアルゴンを、反応性ガスとして窒素を用い、同一のチャンバ内で、第1スパッタリング膜14および第2スパッタリング膜15の成膜を行う場合を例に説明する。
Here, as an example, a titanium target is used as a target, argon is used as an inert gas, and nitrogen is used as a reactive gas, and the
まず、基板10を用意してチャンバ内に配置し、基板10上に第1窒化チタン膜11を反応性スパッタリングにより成膜する(図3のS11)。
First, the
次に、導電膜12としてALCu膜を第1窒化チタン膜11上にスパッタリングにより成膜する(図3のS12)。
Next, an ALCu film is formed as the
次に、ターゲットを非反応性スパッタリング用に切り替えるために、S11よりも窒素ガス流量比を下げた状態でシャッタあるいはディスクで基板10を遮蔽して、非反応性スパッタリングを行う(図3のS13)。
Next, in order to switch the target to non-reactive sputtering, the
次に、シャッタあるいはディスクの遮蔽を解除して、導電膜12上に非反応性スパッタリングにより第1スパッタリング膜14を形成する(図3のS14)。
Next, the shielding of the shutter or the disk is released, and the
次に、ターゲットを反応性スパッタリング用に切り替えるために、S11よりも窒素ガス流量比を上昇させ、シャッタあるいはディスクで基板10を遮蔽して、反応性スパッタリングを行う(図3のS15)。
Next, in order to switch the target to reactive sputtering, the nitrogen gas flow rate ratio is increased from S11, the
次に、シャッタあるいはディスクの遮蔽を解除して、第1スパッタリング膜14上に反応性スパッタリングにより第2スパッタリング膜15を形成する(図3のS16)。
以上の手順により、配線構造100が製造される。
Next, the shielding of the shutter or the disk is released, and the
The
このように、第1の実施形態によれば、配線構造100は、導電膜12上に非反応性スパッタリングにより、窒素を含む第1スパッタリング膜14を形成し、第1スパッタリング膜14上に反応性スパッタリングにより、窒素を含む第2スパッタリング膜15を形成することにより製造され、第2スパッタリング膜15よりも第1スパッタリング膜14の方が窒素含有率が低い。
Thus, according to the first embodiment, in the
そのため、導電膜12に取りまれるN原子の量を減らすことができ、ストレスマイグレーション耐性を向上させることができる。
Therefore, the amount of N atoms taken by the
また、導電膜12中のAlTi合金の生成が阻害され、Al配線の層抵抗の上昇を防止できる。
In addition, the generation of the AlTi alloy in the
次に、第2の実施形態について、図4を参照して説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
第2の実施形態は、第1の実施形態において、マルチチャンバースパッタリング装置においてAlチャンバとチタンチャンバを2つ以上有する装置を用いて配線構造100を製造したものである。
In the second embodiment, the
なお、第2の実施形態において、第1の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、主に第1の実施形態と異なる部分である製造方法について説明する。 In the second embodiment, elements having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a manufacturing method that is a different part from the first embodiment will be mainly described.
まず、基板10を用意して反応性スパッタリング用のチタンチャンバ内に配置し、基板10上に第1窒化チタン膜11を反応性スパッタリングにより成膜する(図4のS21)。
First, the
次に、基板10をAlチャンバ内に配置し、導電膜12としてAlCu膜を第1窒化チタン膜11にスパッタリングにより成膜する(図3のS22)。
Next, the
次に、基板10を非反応性スパッタリング用のチタンチャンバ内に配置し、導電膜12に非反応性スパッタリングにより第1スパッタリング膜14を形成する(図3のS23)。
Next, the
次に、基板10を反応性スパッタリング用のチタンチャンバ内に配置し、第1スパッタリング膜14に反応性スパッタリングにより第2スパッタリング膜15を形成する(図3のS24)。
以上の手順により、配線構造100が製造される。
Next, the
The
このように、Alチャンバとチタンチャンバを2つ以上有する装置を用いることにより、反応性スパッタリングと非反応性スパッタリングを切り替えるための、シャッタやディスクにより基板を遮蔽した状態でのスパッタリングが不要となり、より高いスループットを実現できる。 In this way, by using an apparatus having two or more Al chambers and titanium chambers, sputtering in a state where the substrate is shielded by a shutter or a disk for switching between reactive sputtering and non-reactive sputtering becomes unnecessary. High throughput can be achieved.
このように、第2の実施形態によれば、配線構造100は、導電膜12上に非反応性スパッタリングにより、窒素を含む第1スパッタリング膜14を形成し、第1スパッタリング膜14上に反応性スパッタリングにより、窒素を含む第2スパッタリング膜15を形成することにより製造され、第2スパッタリング膜15よりも第1スパッタリング膜14の方が窒素含有率が低い。
従って、第1の実施形態と同様の効果を奏する。
As described above, according to the second embodiment, in the
Accordingly, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
また、第2の実施形態によれば、Alチャンバとチタンチャンバを2つ以上有する装置を用いて配線構造100を製造している。
Further, according to the second embodiment, the
そのため、第1の実施形態と比較して、反応性スパッタリングと非反応性スパッタリングを切り替えるための、シャッタやディスクにより基板を遮蔽した状態でのスパッタリングが不要となり、より高いスループットを実現できる。 Therefore, compared with the first embodiment, it is not necessary to perform sputtering in a state where the substrate is shielded by a shutter or a disk for switching between reactive sputtering and non-reactive sputtering, and higher throughput can be realized.
次に、第3の実施形態について、図8〜図13を参照して説明する。 Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS.
第3の実施形態は、第1の実施形態において、第2窒素含有膜上に更に第3窒素含有膜を形成した構造を、多層配線構造を有する半導体装置200に適用したものである。
In the third embodiment, the structure in which the third nitrogen-containing film is further formed on the second nitrogen-containing film in the first embodiment is applied to the
まず、図8を参照して半導体装置200の構造について、簡単に説明する。
First, the structure of the
図8に示すように半導体装置200は下層配線層201と、下層配線層201上に形成された第1配線層203と、第1配線層203上に形成された第2配線層205を有している。
As shown in FIG. 8, the
より詳細に説明すると、下層配線層201は、第1層間絶縁膜211と、第1層間絶縁膜211上に所定のパターンで形成されたタングステン配線213と、第1層間絶縁膜211上にタングステン配線213が形成された部分以外の部分を覆うように形成されたストッパーシリコン窒化膜215を有している。
More specifically, the
下層配線層201は、さらに、ストッパーシリコン窒化膜215およびタングステン配線213上に設けられた第2層間絶縁膜217と、第2層間絶縁膜217を貫通してタングステン配線213に接続された第1タングステンプラグ219を有している。
The
一方、第1配線層203は、第2層間絶縁膜217上に設けられ、第1タングステンプラグ219に接続された中間配線層221と、中間配線層221を覆うように第2層間絶縁膜217上に設けられた第3層間絶縁膜223と、第3層間絶縁膜223上に設けられた第4層間絶縁膜225と、第3層間絶縁膜223および第4層間絶縁膜225を貫通して中間配線層221に接続された第2タングステンプラグ227を有している。
On the other hand, the
また、第2配線層205は第4層間絶縁膜225上に設けられたアルミニウム等の配線層である。
The
ここで、中間配線層221は第1の実施形態における配線構造100に対応した構造を有している。
Here, the
具体的には、中間配線層221はTi等のバリア層231と、バリア層231上に設けられたAl等の金属層235と、金属層235上に設けられた第1窒素含有膜237と、第1窒素含有膜237上に設けられた第2窒素含有膜239を有し、さらに、第2窒素含有膜239上に設けられた第3窒素含有膜241を有している。
Specifically, the
また、第1窒素含有膜237は第2窒素含有膜239よりも窒素含有率が低い。
Further, the first nitrogen-containing
具体的には、例えば第1窒素含有膜237の組成がTiNx(xは0<x≦0.9)であり、第2窒素含有膜239の組成がTiNx(xは0.9<x≦1.1)である。
Specifically, for example, the composition of the first nitrogen-containing
さらに、第3窒素含有膜241は第2窒素含有膜239よりも窒素含有率が低い。
Furthermore, the third nitrogen-containing
具体的には、例えば第3窒素含有膜241の組成はTiNx(xは0.1<x≦0.2)である。
Specifically, for example, the composition of the third nitrogen-containing
このように、窒素含有率が最も低い第3窒素含有膜241を中間配線層221の最上層に形成することにより、第3層間絶縁膜223と中間配線層221の密着性を、より高めることができ、第2タングステンプラグ227を形成する際に、第3層間絶縁膜223と中間配線層221の間に隙間が生じるのを抑制できる。
As described above, by forming the third nitrogen-containing
次に、半導体装置200の製造方法について、図8〜図13を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、図10に示すように下層配線層201を形成する(図9のS31)。
First, as shown in FIG. 10, the
具体的には、例えば第1層間絶縁膜211上に所定のパターンでタングステン配線213を形成し、第1層間絶縁膜211上にタングステン配線213が形成された部分以外の部分を覆うようにストッパーシリコン窒化膜215を形成する。
Specifically, for example, the
さらに、ストッパーシリコン窒化膜215およびタングステン配線213上に、P−SiO等の第2層間絶縁膜217を形成し、第2層間絶縁膜217を貫通するようにして第1タングステンプラグ219を設け、タングステン配線213に接続する。
Further, a second
次に、図11に示すように、下層配線層201上にTiまたはTiN等のバリア層231を形成し、バリア層231上にAl等の金属層235をスパッタで形成する(図9のS32)。
Next, as shown in FIG. 11, a
次に、図12に示すように、金属層235に、第1窒素含有膜237、第2窒素含有膜239、第3窒素含有膜241を、この順番に形成する(図9のS33)。
Next, as shown in FIG. 12, a first nitrogen-containing
具体的には、まず、金属層235を形成したスパッタ装置と同じ装置を用い、金属層235の表面を窒化しない程度に第1反射防止膜として、TiあるいはTiNx等の第1窒素含有膜237を膜厚1nm〜5nm形成する(第1条件の反応性スパッタリング)。この時のN/Ti比は0.0〜0.9の範囲とする。
Specifically, first, using the same apparatus as the sputtering apparatus in which the
次に、本来のリソグラフィ用の反射防止膜とスルーホールエッチングのストッパーを兼ねる第2反射防止膜として、TiN等の第2窒素含有膜239を膜厚30nm〜70nm形成する。この時の成膜条件はN2=80cc、Ar=28ccでN/Ti比は0.9〜1.1の範囲とする(第2条件の反応性スパッタリング)。
Next, a second nitrogen-containing
次に、第3層間絶縁膜223との密着性を確保するための第3反射防止膜としてTiNx等の第3窒素含有膜241を膜厚7nm〜15nm形成する。
Next, a third nitrogen-containing
この時の成膜条件はガス流量比N2:Ar=2:7であるが、N/Ti比が0.1〜0.2の範囲であればガス流量比はこの範囲でなくてもよい(第3条件の反応性スパッタリング)。 The film formation condition at this time is a gas flow rate ratio N 2 : Ar = 2: 7, but the gas flow rate ratio may not be within this range as long as the N / Ti ratio is in the range of 0.1 to 0.2. (Reactive sputtering under the third condition).
なお、上記の通り、窒素含有膜の成膜はいずれもターゲットはTiでAr/N2系、N2流量比=N2流量/(Ar流量+N2流量)で定義される流量比を変えて律則を変える。この際、N2流量比過少で供給律則となりTiNx(x≦0.9)が形成される。また、流量比適正で反応律則となりTiNx(xが1.0近傍)が形成される。なお、流量比が適正な状態から流量比を増大させ、流量比過大の状態としても反応律則でTiNx(xが1.0近傍)が形成されるが、ターゲット表面窒化による成膜速度低下が顕在化するため、好ましくない。
As described above, the formation of the nitrogen-containing film is performed by changing the flow rate ratio defined by Ar /
ここでは、第1窒素含有膜237を形成する際の、不活性ガスの流量と窒素ガスの流量との総和である総流量に対する窒素ガスの流量比が、第2窒素含有膜239を形成する際の流量比より低い。
Here, when the first nitrogen-containing
また、第3窒素含有膜241を形成する際の不活性ガス(ここではAr)と窒素ガスとの総流量に対する窒素ガスの流量比は、第2窒素含有膜239を形成する際の流量比より低い。
Further, the flow rate ratio of the nitrogen gas to the total flow rate of the inert gas (Ar here) and the nitrogen gas when forming the third nitrogen-containing
以上が第1窒素含有膜237、第2窒素含有膜239、第3窒素含有膜241の形成方法である。
The above is the method for forming the first nitrogen-containing
次に、図13に示すように、バリア層231、金属層235、第1窒素含有膜237、第2窒素含有膜239、および第3窒素含有膜241にドライエッチングを行い、所定のパターンの中間配線層221を形成する(図9のS34)。
Next, as shown in FIG. 13, dry etching is performed on the
次に、図13に示すように、下層配線層201および第2窒素含有膜239上に、HDP−SiOの第3層間絶縁膜223を形成し、さらに、第3層間絶縁膜223上にP−SiO等の第4層間絶縁膜225を形成する(図9のS35)。
Next, as shown in FIG. 13, a third
次に、図13に示すように、第3層間絶縁膜223および第4層間絶縁膜225に、第3窒素含有膜241に達するようにスルーホール251(開口)を形成する(図9のS36)。
Next, as shown in FIG. 13, through holes 251 (openings) are formed in the third
前述のように、第3窒素含有膜241と第3層間絶縁膜223の密着性は、第2窒素含有膜239と第3層間絶縁膜223の密着性よりも高いため、スルーホール251での第3窒素含有膜241と第3層間絶縁膜223の界面における第3層間絶縁膜223の剥離が抑制される。
As described above, the adhesiveness between the third nitrogen-containing
次に、図8に示すように、スルーホール251に第2タングステンプラグ227を埋設し、さらに、第2配線層205を第4層間絶縁膜225上に設け、第2タングステンプラグ227と接続する(図9のS37)。
以上が半導体装置200の製造方法である。
Next, as shown in FIG. 8, the
The above is the manufacturing method of the
このように、第3の実施形態によれば、半導体装置200の中間配線層221は、金属層235上に異なるスパッタリング条件により形成した第1窒素含有膜237および第2窒素含有膜239を有し、第1窒素含有膜237は第2窒素含有膜239よりも窒素含有率が低い。
従って、第1の実施形態と同様の効果を奏する。
Thus, according to the third embodiment, the
Accordingly, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
また、第3の実施形態によれば、中間配線層221は、第2窒素含有膜239上に、さらに第3窒素含有膜241を有し、第3窒素含有膜241は第2窒素含有膜239よりも窒素含有率が低い。
Further, according to the third embodiment, the
そのため、中間配線層221を第3層間絶縁膜223で覆った場合でも、最上層(第3窒素含有膜241)の界面と第3層間絶縁膜223の間での剥離の発生を抑制できる。
Therefore, even when the
次に、第4の実施形態について、図14〜図17を参照して説明する。 Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
第4の実施形態に係る半導体装置200aは、第3の実施形態において、第3窒素含有膜241として、窒素含有率の異なる下層部241aおよび上層部241bを設けたものである。
In the
なお、第4の実施形態において、第3の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。 Note that in the fourth embodiment, elements that perform the same functions as in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
まず、半導体装置200aの構造について図14を参照して説明する。
First, the structure of the
半導体装置200aの構造は、半導体装置200の構造と同様であるが、第3窒素含有膜241として、窒素含有率の異なる下層部241aおよび上層部241bを設けた2層構造となっている点のみが相違している。
The structure of the
具体的には、下層部241aよりも上層部241bの方が窒素含有率が低い。
Specifically, the
例えば、下層部241aの組成はTiNx(xは0.2<x≦0.5)であり、上層部241bの組成はTiNx(xは0.1<x≦0.2)である。
For example, the composition of the
このように、第3窒素含有膜241を、下層部241aおよび上層部241bを設けた2層構造とすることにより、第2窒素含有膜239と上層部241bの間に、N/Ti比が第2窒素含有膜239(N/T比=0.9〜1.1)と上層部241b(N/T比=0.1〜0.2)の間である下層部241a(N/T比=0.2〜0.5)が配置される。
As described above, the third nitrogen-containing
そのため、第3窒素含有膜241と第3層間絶縁膜223の間の剥離を抑制するだけでなく、第2窒素含有膜239と、第3窒素含有膜241の界面での剥離も抑制することができる。
Therefore, not only the peeling between the third nitrogen-containing
次に、半導体装置200aの製造方法について、図9および図14〜図17を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、第1の実施形態と同様に下層配線層201を形成し、バリア層231、金属層235を形成する(図9のS31、S32)。
First, similarly to the first embodiment, the
次に、図16に示すように、金属層235に、第1窒素含有膜237、第2窒素含有膜239、第3窒素含有膜241を、この順番に形成する(図9のS33)。
Next, as shown in FIG. 16, a first nitrogen-containing
具体的には、まず、金属層235を形成したスパッタ装置と同じ装置を用い、金属層235の表面を窒化しない程度に第1反射防止膜として、TiあるいはTiNx等の第1窒素含有膜237を膜厚1nm〜5nm形成する(第1条件の反応性スパッタリング、図15のS41)。この時のN/Ti比は0.0〜0.9の範囲とする。
Specifically, first, using the same apparatus as the sputtering apparatus in which the
次に、本来のリソグラフィ用の反射防止膜とスルーホールエッチングのストッパーを兼ねる第2反射防止膜として、TiN等の第2窒素含有膜239を膜厚25nm〜65nm形成する。この時の成膜条件はN2=80cc、Ar=28ccでN/Ti比は0.9〜1.1の範囲とする(第2条件の反応性スパッタリング、図15のS41)。
Next, a second nitrogen-containing
次に、第2窒素含有膜239との密着性を確保するための第3反射防止膜としてTiNx等の下層部241aを膜厚5nm〜10nm形成する。この時の、N/Ti比は0.2〜0.5の範囲とする(図15のS42)。
Next, a
次に、第3層間絶縁膜223との密着性を確保するための第3反射防止膜としてTiNx等の上層部241bを膜厚5nm〜10nm形成する。この時の成膜条件はガス流量比N2:Ar=2:7であるが、N/Ti比は0.1〜0.2の範囲であればガス流量比はこの範囲でなくてもよい(第3条件の反応性スパッタリング、図15のS43)。
Next, an
これ以後は第1の実施形態と同様に、ドライエッチングによる中間配線層221の形成(図9のS34)、第3層間絶縁膜223および第4層間絶縁膜225の形成(図9のS35)、スルーホール251の形成(図9のS36)を行って図17に示す構造を形成し、最後に、第2タングステンプラグ227および第2配線層205の形成を行い、図14に示す半導体装置200aを製造する(図9のS37)。
以上が半導体装置200aの製造方法である。
Thereafter, as in the first embodiment, formation of the
The above is the manufacturing method of the
このように、第4の実施形態によれば、半導体装置200の中間配線層221は、金属層235上に異なるスパッタリング条件により形成した第1窒素含有膜237および第2窒素含有膜239を有し、第1窒素含有膜237は第2窒素含有膜239よりも窒素含有率が低い。
従って、第3の実施形態と同様の効果を奏する。
Thus, according to the fourth embodiment, the
Therefore, the same effects as those of the third embodiment are obtained.
また、第4の実施形態によれば、中間配線層221は、第3窒素含有膜241として、窒素含有率の異なる下層部241aおよび上層部241bを設けた2層構造となっており、下層部241aよりも上層部241bの方が窒素含有率が低い。
In addition, according to the fourth embodiment, the
そのため、第3窒素含有膜241と第3層間絶縁膜223の間の剥離を抑制するだけでなく、第2窒素含有膜239と、第3窒素含有膜241の界面での剥離も抑制することができる。
Therefore, not only the peeling between the third nitrogen-containing
次に、第5の実施形態について、図9、図18〜図21を参照して説明する。 Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 18 to 21.
第5の実施形態に係る半導体装置200bは、第3の実施形態において、第3窒素含有膜241として、窒素含有率の異なる下層部242a、中間部242bおよび上層部242cを設けたものである。
In the third embodiment, the
なお、第5の実施形態において、第3の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、説明を省略する。 Note that in the fifth embodiment, elements that perform the same functions as in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
まず、半導体装置200bの構造について図18を参照して説明する。
First, the structure of the
半導体装置200bの構造は、半導体装置200の構造と同様であるが、第3窒素含有膜241として、窒素含有率の異なる下層部242a、中間部242b、上層部242cを設けた3層構造となっている点のみが相違している。
The structure of the
具体的には、下層部242aよりも中間部242bの方が窒素含有率が低く、中間部242bよりも上層部242cの方が窒素含有率が低い。
Specifically, the
例えば、下層部241aの組成はTiNx(xは0.5<x≦0.9)であり、中間部242bの組成はTiNx(xは0.2<x≦0.5)であり、上層部241bの組成はTiNx(xは0.1<x≦0.2)である。
For example, the composition of the
このように、第3窒素含有膜241を、下層部242a、中間部242b、上層部242cを設けた3層構造とする(即ち、第4の実施形態における、第2窒素含有膜239と第3窒素含有膜241の剥離防止のための下層部241aを、N/Ti比をさらに段階的に細かく変化させた2層にする)ことにより、第2窒素含有膜239と、第3窒素含有膜241の界面の密着性をさらに高め、剥離を抑制することができる。
As described above, the third nitrogen-containing
次に、半導体装置200bの製造方法について、図9および図18〜図21を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、第1の実施形態と同様に下層配線層201を形成し、バリア層231、金属層235を形成する(図9のS31、S32)。
First, similarly to the first embodiment, the
次に、図20に示すように、金属層235に、第1窒素含有膜237、第2窒素含有膜239、第3窒素含有膜241を、この順番に形成する(図9のS33)。
Next, as shown in FIG. 20, a first nitrogen-containing
具体的には、まず、金属層235を形成したスパッタ装置と同じ装置を用い、金属層235の表面を窒化しない程度に第1反射防止膜として、TiあるいはTiNx等の第1窒素含有膜237を膜厚1nm〜5nm形成する(第1条件の反応性スパッタリング、図19のS51)。この時のN/Ti比は0.0〜0.9の範囲とする。
Specifically, first, using the same apparatus as the sputtering apparatus in which the
次に、本来のリソグラフィ用の反射防止膜とスルーホールエッチングのストッパーを兼ねる第2反射防止膜として、TiN等の第2窒素含有膜239を膜厚25nm〜65nm形成する。この時の成膜条件はN2=80cc、Ar=28ccでN/Ti比は0.9〜1.1の範囲とする(第2条件の反応性スパッタリング、図19のS51)。
Next, a second nitrogen-containing
次に、第2窒素含有膜239との密着性を確保するための第3反射防止膜としてTiNx等の下層部242aを膜厚5nm〜10nm形成する。この時の、N/Ti比は0.5〜0.9の範囲とする(図15のS52)。
Next, a
次に、第3層間絶縁膜223との密着性を確保するための第4反射防止膜としてTiNx等の中間部242bを膜厚5nm〜10nm形成する。この時の、N/Ti比は0.2〜0.5の範囲とする(図15のS53)。
Next, an
次に、第3層間絶縁膜223との密着性を確保するための第5反射防止膜としてTiNx等の上層部242cを膜厚5nm〜10nm形成する。この時の成膜条件はガス流量比N2:Ar=2:7であるが、N/Ti比は0.1〜0.2の範囲であればガス流量比はこの範囲でなくてもよい(第3条件の反応性スパッタリング、図15のS54)。
Next, an
これ以後は第1の実施形態と同様に、ドライエッチングによる中間配線層221の形成(図9のS34)、第3層間絶縁膜223および第4層間絶縁膜225の形成(図9のS35)、スルーホール251の形成(図9のS36)を行って図21に示す構造を形成し、最後に第2タングステンプラグ227および第2配線層205の形成を行うことにより、半導体装置200bを製造する(図9のS37)。
以上が半導体装置200bの製造方法である。
Thereafter, as in the first embodiment, formation of the
The above is the manufacturing method of the
このように、第5の実施形態によれば、半導体装置200bの中間配線層221は、金属層235上に異なるスパッタリング条件により形成した第1窒素含有膜237および第2窒素含有膜239を有し、第1窒素含有膜237は第2窒素含有膜239よりも窒素含有率が低い。
従って、第3の実施形態と同様の効果を奏する。
Thus, according to the fifth embodiment, the
Therefore, the same effects as those of the third embodiment are obtained.
また、第5の実施形態によれば、中間配線層221は、第3窒素含有膜241として、窒素含有率の異なる下層部242a、中間部242bおよび上層部242cを設けた3層構造となっており、下層部242aよりも中間部242bの方が窒素含有率が低く、中間部242bよりも上層部242cの方が窒素含有率が低い。
Further, according to the fifth embodiment, the
そのため、第3窒素含有膜241と第3層間絶縁膜223の間の剥離を抑制するだけでなく、第2窒素含有膜239と、第3窒素含有膜241の界面での剥離も、さらに抑制することができる。
Therefore, not only the peeling between the third nitrogen-containing
以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated concretely.
図3に示す手順により図1に示す配線構造100を製造し、配線の比抵抗を評価した。具体的な手順は以下の通りである。
The
(実施例1)
まず、基板10をチャンバ内に配置して、デポレートが1000A/minになるような窒素流量比(N2流量/(Ar流量+N2流量))にて半導体基板(基板10)に第1窒化チタン膜11を反応性スパッタリングにより成膜し、この後、導電膜12としてAlCu膜をスパッタリングにより成膜した。大気暴露せず続いてデポレートが3000A/minになるように、窒素流量比を30%にして第1スパッタリング膜14を非反応性スパッタリングにより成膜した。膜厚は5〜8nmで基板面内均一性が良好に確保できる程度成膜した。
Example 1
First, the
次に、窒素流量比が、反応性スパッタリング可能な50〜80%になるように窒素流量比を上げ、シャッタあるいはディスクにより基板ステージを覆って基板10を遮蔽し、スパッタリングを行いチタンターゲットを十分窒化した。
Next, the nitrogen flow rate ratio is increased so that the reactive flow rate can be 50 to 80%, the substrate stage is covered with a shutter or a disk, the
その後、第1スパッタリング膜14上にデポレートが1000A/minになるように、窒素流量比を70%にして第2スパッタリング膜15を、プロセス上必要な膜厚分だけ、反応性スパッタリングにより成膜した。
以上の手順により配線構造100を製造した。
After that, the
The
(比較例)
第1スパッタリング膜14を成膜しなかった他は実施例と同様に配線構造を製造した。
(Comparative example)
A wiring structure was manufactured in the same manner as in Example except that the
<比抵抗の比較>
実施例の導電膜と比較例の導電膜の比抵抗を比較した所、実施例の比抵抗が100μΩcmであるのに対し、比較例の比抵抗が300μΩcmであった。
<Comparison of specific resistance>
When the specific resistances of the conductive film of the example and the conductive film of the comparative example were compared, the specific resistance of the example was 100 μΩcm, whereas the specific resistance of the comparative example was 300 μΩcm.
この結果から、実施例は層抵抗の上昇を抑えることができることが分かった。 From this result, it was found that the example can suppress an increase in the layer resistance.
また、この結果から、実施例の導電膜は、比較例の導電膜と比べて電気抵抗に影響する窒素の量が3分の1であることが分かった。 Moreover, from this result, it was found that the conductive film of the example had one third of the amount of nitrogen that affects the electrical resistance as compared with the conductive film of the comparative example.
(実施例2)
AlTi合金と導電層の層抵抗の関係を確認するため、Al膜上に種々の厚さのTiを成膜し、層抵抗の変化を測定した。結果を図7に示す。
(Example 2)
In order to confirm the relationship between the layer resistance of the AlTi alloy and the conductive layer, Ti having various thicknesses was formed on the Al film, and the change in the layer resistance was measured. The results are shown in FIG.
図7に示すように、Al膜上のTi膜厚が20nmの場合の層抵抗は、Ti膜厚が0nm(Al膜のみ)の場合と比べて45%上昇するのに対して、Ti膜厚が5nmの場合は0nmの場合と比べて6.5%の上昇にとどまっていた。 As shown in FIG. 7, the layer resistance when the Ti film thickness on the Al film is 20 nm is increased by 45% compared to the case where the Ti film thickness is 0 nm (only for the Al film), whereas the Ti film thickness is increased. In the case of 5 nm, the increase was only 6.5% compared to the case of 0 nm.
この結果は、AlTi合金の量を下げると層抵抗が下がることを示唆しており、実施例1のように、導電層にN原子が少量混入されていることによりAl膜中のAlTi合金の生成が阻害されれば、Al配線の層抵抗の上昇を回避できることが分かった。 This result suggests that the layer resistance decreases when the amount of the AlTi alloy is lowered, and the formation of the AlTi alloy in the Al film due to the small amount of N atoms mixed in the conductive layer as in Example 1. It has been found that the increase in the layer resistance of the Al wiring can be avoided if this is hindered.
(付記)
本発明は以下の付記のようにも記載されるが、下記には限定されない。
(Appendix)
The present invention is also described as in the following supplementary notes, but is not limited to the following.
(付記1)
導電膜上に、非反応性スパッタリングにより、窒素を含む第1スパッタリング膜を成膜し、前記第1スパッタリング膜上に、反応性スパッタリングにより、窒素を含む第2スパッタリング膜を成膜する、配線構造の製造方法。
(Appendix 1)
A wiring structure in which a first sputtering film containing nitrogen is formed on a conductive film by non-reactive sputtering, and a second sputtering film containing nitrogen is formed on the first sputtering film by reactive sputtering. Manufacturing method.
(付記2)
前記第1スパッタリング膜は、前記第2スパッタリング膜よりも窒素含有率が低い、付記1記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 2)
The wiring structure manufacturing method according to
(付記3)
(a)基板上に第1窒化チタン膜を成膜し、
(b)前記第1窒化チタン膜上に導電膜を成膜し、
(c)前記導電膜上に、第2窒化チタン膜を成膜し、
前記(c)は、前記導電膜上に非反応性スパッタリングにより前記第1スパッタリング膜を成膜し、前記第1スパッタリング膜上に反応性スパッタリングにより、前記第2スパッタリング膜を成膜する、付記1または2のいずれか一項に記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 3)
(A) forming a first titanium nitride film on the substrate;
(B) forming a conductive film on the first titanium nitride film;
(C) forming a second titanium nitride film on the conductive film;
(C) forming the first sputtering film on the conductive film by non-reactive sputtering, and forming the second sputtering film on the first sputtering film by reactive sputtering; Or the manufacturing method of the wiring structure as described in any one of 2.
(付記4)
導電膜として、Alを含む膜を成膜する、付記1〜3のいずれか一項に記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 4)
The method for manufacturing a wiring structure according to any one of
(付記5)
導電膜として、AlCuを含む膜を成膜する、付記4に記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 5)
The method for manufacturing a wiring structure according to
(付記6)
非反応性スパッタリングから反応性スパッタリングを連続して行う、付記1〜5のいずれか一項に記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 6)
The manufacturing method of the wiring structure as described in any one of appendix 1-5 which performs reactive sputtering continuously from non-reactive sputtering.
(付記7)
不活性ガスおよび窒素ガス雰囲気中でチタンターゲットを用いて非反応性スパッタリングにより前記第1スパッタリング膜を成膜し、
前記チタンターゲットを窒化した後に反応性スパッタリングにより、前記第2スパッタリング膜を成膜する、付記1〜6のいずれか一項に記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 7)
Forming the first sputtering film by non-reactive sputtering using a titanium target in an inert gas and nitrogen gas atmosphere;
The method for manufacturing a wiring structure according to any one of
(付記8)
不活性ガスおよび窒素ガス雰囲気中でチタンターゲットを用いて非反応性スパッタリングにより前記第1スパッタリング膜を成膜し、
前記基板をシャッタまたはディスクで遮蔽した状態で前記チタンターゲットを窒化した後に前記シャッタまたはディスクの遮蔽を解除し、反応性スパッタリングにより、前記第2スパッタリング膜を成膜する、付記7に記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 8)
Forming the first sputtering film by non-reactive sputtering using a titanium target in an inert gas and nitrogen gas atmosphere;
The wiring structure according to appendix 7, wherein after the titanium target is nitrided with the substrate shielded by a shutter or a disk, the shutter or disk is unshielded and the second sputtering film is formed by reactive sputtering. Manufacturing method.
(付記9)
不活性ガスおよび窒素ガス雰囲気中でチタンターゲットを用いて非反応性スパッタリングにより前記第1スパッタリング膜を成膜し、
前記非反応性スパッタリング時よりも前記窒素ガス流量比を大きくして前記チタンターゲットを窒化した後に反応性スパッタリングにより、前記第2スパッタリング膜を成膜する、付記7または8のいずれか一項に記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 9)
Forming the first sputtering film by non-reactive sputtering using a titanium target in an inert gas and nitrogen gas atmosphere;
9. The appendix 7 or 8, wherein the second sputtering film is formed by reactive sputtering after nitriding the titanium target by increasing the nitrogen gas flow rate ratio compared to the non-reactive sputtering. Method of manufacturing the wiring structure.
(付記10)
非反応性スパッタリング用のチャンバで非反応性スパッタリングにより前記第1スパッタリング膜を成膜し、
反応性スパッタリング用のチャンバで反応性スパッタリングにより、前記第2スパッタリング膜を成膜する、付記7に記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 10)
Forming the first sputtering film by non-reactive sputtering in a non-reactive sputtering chamber;
The method for manufacturing a wiring structure according to appendix 7, wherein the second sputtering film is formed by reactive sputtering in a chamber for reactive sputtering.
(付記11)
前記不活性ガスはArを有する、付記7〜10のいずれか一項に記載の配線構造の製造方法。
(Appendix 11)
The method for manufacturing a wiring structure according to any one of appendices 7 to 10, wherein the inert gas includes Ar.
(付記12)
導電膜と、
前記導電膜上に設けられ、窒素を含む第1スパッタリング膜と、
前記第1スパッタリング膜上に設けられ、窒素を含む第2スパッタリング膜と、
を有し、
前記第1スパッタリング膜は、前記第2スパッタリング膜よりも窒素含有率が低い、配線構造。
(Appendix 12)
A conductive film;
A first sputtering film provided on the conductive film and containing nitrogen;
A second sputtering film provided on the first sputtering film and containing nitrogen;
Have
The wiring structure in which the first sputtering film has a lower nitrogen content than the second sputtering film.
(付記13)
前記第1スパッタリング膜は、非反応性スパッタリングにより成膜されたものであり、
前記第2スパッタリング膜は、反応性スパッタリングにより、成膜されたものである、付記12記載の配線構造。
(Appendix 13)
The first sputtering film is formed by non-reactive sputtering,
The wiring structure according to
(付記14)
基板と、
基板上に設けられ、窒素を含む第1窒化チタン膜と、
前記第1窒化チタン膜上に設けられた導電膜と、
前記導電膜上に設けられた第2窒化チタン膜と、
を有し、
前記第2窒化チタン膜は、
前記導電膜上に設けられた前記第1スパッタリング膜と、
前記第1スパッタリング膜上に設けられた前記第2スパッタリング膜を有する、付記13記載の配線構造。
(Appendix 14)
A substrate,
A first titanium nitride film containing nitrogen and provided on the substrate;
A conductive film provided on the first titanium nitride film;
A second titanium nitride film provided on the conductive film;
Have
The second titanium nitride film is
The first sputtering film provided on the conductive film;
14. The wiring structure according to
(付記15)
前記導電膜は、Alを含む膜である、付記13または14のいずれか一項に記載の配線構造。
(Appendix 15)
The wiring structure according to any one of
(付記16)
前記導電膜は、AlCuを含む膜である、付記15に記載の配線構造。
(Appendix 16)
The wiring structure according to
(付記17)
前記第1スパッタリング膜は、不活性ガスおよび窒素ガス雰囲気中でチタンターゲットを用いて非反応性スパッタリングにより成膜されたものであり、
前記第2スパッタリング膜は、前記チタンターゲットを窒化した後に反応性スパッタリングにより成膜されたものである、付記13〜16のいずれか一項に記載の配線構造。
(Appendix 17)
The first sputtering film is formed by non-reactive sputtering using a titanium target in an inert gas and nitrogen gas atmosphere,
The wiring structure according to any one of
(付記18)
前記第2窒化チタン膜は、不活性ガスおよび窒素ガス雰囲気中でチタンターゲットを用いて非反応性スパッタリングにより前記第1スパッタリング膜を成膜し、
前記非反応性スパッタリング時よりも前記窒素ガス流量を大きくして前記チタンターゲットを窒化した後に反応性スパッタリングにより、前記第2スパッタリング膜を成膜したものである、付記17に記載の配線構造。
(Appendix 18)
The second titanium nitride film is formed by non-reactive sputtering using a titanium target in an inert gas and nitrogen gas atmosphere,
The wiring structure according to appendix 17, wherein the second sputtering film is formed by reactive sputtering after nitriding the titanium target by increasing the nitrogen gas flow rate compared to the non-reactive sputtering.
(付記19)
前記不活性ガスはArを有する、付記17または18のいずれか一項に記載の配線構造。
(Appendix 19)
The wiring structure according to any one of
(付記20)
付記12〜19のいずれか一項に記載の配線構造を有する半導体装置。
(Appendix 20)
A semiconductor device having the wiring structure according to any one of
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態および実施例に基づき説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although the invention made | formed by this inventor was demonstrated based on embodiment and an Example, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the said Example, and can be variously changed in the range which does not deviate from the summary. Yes.
10………基板
11………第1窒化チタン膜
12………導電膜
13………第2窒化チタン膜
14………第1スパッタリング膜
15………第2スパッタリング膜
100……配線構造(半導体装置)
200……半導体装置
200a…半導体装置
200b…半導体装置
201……下層配線層
203……第1配線層
205……第2配線層
211……第1層間絶縁膜
213……タングステン配線
215……ストッパーシリコン窒化膜
217……第2層間絶縁膜
219……第1タングステンプラグ
221……中間配線層
223……第3層間絶縁膜
225……第4層間絶縁膜
227……第2タングステンプラグ
231……バリア層
235……金属層
237……第1窒素含有膜
239……第2窒素含有膜
241……第3窒素含有膜
241a…下層部
241b…上層部
242a…下層部
242b…中間部
242c…上層部
251……スルーホール
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (15)
(b)前記第1窒素含有膜上に第2窒素含有膜を第2条件の反応性スパッタリングで形成する、
を有し、
前記第1窒素含有膜は前記第2窒素含有膜よりも窒素含有率が低い、半導体装置の製造方法。 (A) forming a first nitrogen-containing film on the metal layer by first reactive sputtering;
(B) forming a second nitrogen-containing film on the first nitrogen-containing film by reactive sputtering under a second condition;
Have
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first nitrogen-containing film has a lower nitrogen content than the second nitrogen-containing film.
を有し、
前記第3窒素含有膜は前記第2窒素含有膜よりも窒素含有率が低い、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 (C) forming a third nitrogen-containing film on the second nitrogen-containing film by reactive sputtering under a third condition;
Have
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third nitrogen-containing film has a nitrogen content lower than that of the second nitrogen-containing film.
を有する、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 (C) forms, as the third nitrogen-containing film, a lower layer portion having a composition of TiNx (x is 0.2 <x ≦ 0.5) and an upper layer portion having a composition of TiNx (x is 0.1 <x ≦ 0.2). To
The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 3 which has these.
組成がTiNx(xは0.5<x≦0.9)の下層部を形成し、前記下層部上に組成がTiNx(xは0.2<x≦0.5)の中層部を形成し、組成がTiNx(xは0.1<x≦0.2)の上層部を形成する、
を有する請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 The (c) is the third nitrogen-containing film,
A lower layer portion having a composition of TiNx (x is 0.5 <x ≦ 0.9) is formed, and an intermediate layer portion having a composition of TiNx (x is 0.2 <x ≦ 0.5) is formed on the lower layer portion, and the composition is TiNx (x is 0.1). <X ≦ 0.2) forming the upper layer part,
The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 3 which has these.
を有し、
前記(d)は、前記第1窒素含有膜を形成する際の、前記不活性ガスの流量と前記窒素ガスの流量との総和である総流量に対する前記窒素ガスの流量比が、前記第2窒素含有膜を形成する際の流量比より低い、半導体装置の製造方法。 (D) A first nitrogen-containing film and a second nitrogen-containing film are sequentially formed on the metal layer using a titanium target in an atmosphere containing an inert gas and a nitrogen gas.
Have
(D) indicates that the flow rate ratio of the nitrogen gas to the total flow rate, which is the sum of the flow rate of the inert gas and the flow rate of the nitrogen gas when forming the first nitrogen-containing film, is the second nitrogen. The manufacturing method of a semiconductor device lower than the flow rate ratio at the time of forming a containing film.
を有し、
前記(e)は、前記第3窒素含有膜を形成する際の前記不活性ガスと前記窒素ガスとの総流量に対する前記窒素ガスの流量比は、前記第2窒素含有膜を形成する際の流量比より低い、請求項7に記載の半導体装置の製造方法 (E) forming a third nitrogen-containing film on the second nitrogen-containing film using the titanium target in an atmosphere containing the inert gas and the nitrogen gas;
Have
(E) is a flow rate of the nitrogen gas with respect to a total flow rate of the inert gas and the nitrogen gas when forming the third nitrogen-containing film, and a flow rate when forming the second nitrogen-containing film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the method is lower than the ratio.
(g)前記バリア膜上に金属層を形成し、
(h)前記金属層上に第1窒素含有膜を形成し、
(i)前記第1窒素含有膜上に前記第1窒素含有膜より窒素含有率が高い第2窒素含有膜を形成し、
(j)前記第2窒素含有膜上に前記第2窒素含有膜より窒素含有率が低い第3窒素含有膜を形成し、
(k)前記第3、第2および第1窒素含有膜と、前記金属層および前記バリア膜を所望の形状の配線にパターニングし、
(l)前記配線を覆う層間絶縁膜を形成し、
(m)前記第3窒素含有膜の一部が露出するように前記層間絶縁膜に開口を設ける、
を有する、半導体装置の製造方法。 (F) forming a barrier film on the substrate;
(G) forming a metal layer on the barrier film;
(H) forming a first nitrogen-containing film on the metal layer;
(I) forming a second nitrogen-containing film having a nitrogen content higher than that of the first nitrogen-containing film on the first nitrogen-containing film;
(J) forming a third nitrogen-containing film having a nitrogen content lower than that of the second nitrogen-containing film on the second nitrogen-containing film;
(K) patterning the third, second and first nitrogen-containing films, the metal layer and the barrier film into a wiring having a desired shape;
(L) forming an interlayer insulating film covering the wiring;
(M) providing an opening in the interlayer insulating film so that a part of the third nitrogen-containing film is exposed;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012266579A JP2013157597A (en) | 2012-01-04 | 2012-12-05 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (3)
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JP2012000034 | 2012-01-04 | ||
JP2012000034 | 2012-01-04 | ||
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WO2015016371A1 (en) | 2013-07-30 | 2015-02-05 | 京都府公立大学法人 | Corneal endothelial cell marker |
-
2012
- 2012-12-05 JP JP2012266579A patent/JP2013157597A/en active Pending
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