JP2014229667A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2014229667A
JP2014229667A JP2013106477A JP2013106477A JP2014229667A JP 2014229667 A JP2014229667 A JP 2014229667A JP 2013106477 A JP2013106477 A JP 2013106477A JP 2013106477 A JP2013106477 A JP 2013106477A JP 2014229667 A JP2014229667 A JP 2014229667A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
interlayer insulating
via hole
metal film
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013106477A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
章 中嶋
Akira Nakajima
章 中嶋
誠人 戸原
Makoto Tohara
誠人 戸原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
Priority to JP2013106477A priority Critical patent/JP2014229667A/en
Publication of JP2014229667A publication Critical patent/JP2014229667A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a semiconductor device having high reliability.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises: a process of forming an interlayer insulation film II2 on an interlayer insulation film II1 in which a conductive film CF1 is embedded; a process of forming on the interlayer insulation film II2, a metal film MF1 having an opening OP1 which overlaps the conductive film CF1; a process of forming an interlayer insulation film II3 on the metal film MF1 and on the interlayer insulation film II2; a process of forming on the interlayer insulation film II3, a wiring trench TR1 which overlaps the metal film MF1 and the opening OP1 and forming in the interlayer insulation film II2, a via hole VH1 which overlaps the opening OP1; a process of removing a part of the conductive film CF1, which overlaps the opening OP1; and a process of embedding a conductive film CF2 in the wiring trench TR1 and in the via hole VH1.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、例えばデュアルダマシン構造を有する半導体装置およびその製造方法に適用可能な技術である。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, for example, a technique applicable to a semiconductor device having a dual damascene structure and a manufacturing method thereof.

半導体装置の製造方法においては、配線およびビアの形成に際してデュアルダマシンプロセスが用いられる場合がある。デュアルダマシンプロセスに関する技術としては、たとえば特許文献1〜3に記載のものが挙げられる。   In a method of manufacturing a semiconductor device, a dual damascene process may be used when forming wirings and vias. Examples of the technology related to the dual damascene process include those described in Patent Documents 1 to 3.

特許文献1に記載の技術は、第1および第2のマスク膜をマスクにして、第1および第2の被エッチング膜を一度のエッチング工程により除去し、配線パターンとビアパターンとを形成するというものである。特許文献2に記載の技術は、メタルハードマスクを用いて配線溝を形成するというものである。特許文献3には、ビア開口部の底部にガウジング構造部を含む相互接続構造体が記載されている。   The technique described in Patent Document 1 uses the first and second mask films as a mask to remove the first and second films to be etched by a single etching process, thereby forming a wiring pattern and a via pattern. Is. The technique described in Patent Document 2 is to form a wiring groove using a metal hard mask. Patent Document 3 describes an interconnect structure including a gouging structure at the bottom of a via opening.

特開2006−245236号公報JP 2006-245236 A 特開2009−4665号公報JP 2009-4665 A 特開2011−14904号公報JP 2011-14904 A

デュアルダマシン構造を有する半導体装置の製造において、下層配線上にビア孔および配線溝を形成した後、下層配線のうちのビア孔と重なる領域にエッチングにより凹部を形成する処理が行われる場合がある。しかしながら、当該処理により配線溝の底面に露出した層間絶縁膜がエッチングされ、配線溝の底面に凹凸が生じるおそれがあった。この場合、配線溝における導電膜の埋め込み性が低下することが懸念される。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
In manufacturing a semiconductor device having a dual damascene structure, after forming a via hole and a wiring groove on a lower layer wiring, a process of forming a recess by etching in a region overlapping the via hole in the lower layer wiring may be performed. However, the interlayer insulating film exposed on the bottom surface of the wiring groove is etched by the processing, and there is a possibility that the bottom surface of the wiring groove is uneven. In this case, there is a concern that the embedding property of the conductive film in the wiring trench may be lowered.
Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

一実施の形態によれば、第2層間絶縁膜上に開口部を有する金属膜を形成した後、第2層間絶縁膜上および当該金属膜上に第3層間絶縁膜を形成する。そして、第3層間絶縁膜に上記金属膜と重なる配線溝を形成するとともに、第2層間絶縁膜に上記開口部と重なるビア孔を形成する。   According to one embodiment, after forming a metal film having an opening on the second interlayer insulating film, a third interlayer insulating film is formed on the second interlayer insulating film and on the metal film. Then, a wiring groove overlapping the metal film is formed in the third interlayer insulating film, and a via hole overlapping the opening is formed in the second interlayer insulating film.

前記一実施の形態によれば、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。   According to the embodiment, a highly reliable semiconductor device can be realized.

第1の実施形態に係る半導体装置の配線構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the wiring structure of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 図1に示す配線構造のうち、配線溝と金属膜との位置関係を示す平面図である。It is a top view which shows the positional relationship of a wiring groove | channel and a metal film among the wiring structures shown in FIG. 第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の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。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の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。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第1の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。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 図4に示す半導体装置の製造方法の変形例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modification of the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 第2の実施形態に係る半導体装置の配線構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the wiring structure of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の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。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の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。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment.

以下、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 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1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置SD1の配線構造を示す断面図である。図2は、図1に示す配線構造のうち、配線溝TR1と金属膜MF1との位置関係を示す平面図である。図3は、本実施形態に係る半導体装置SD1を示す断面図である。
図4〜6は、本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a wiring structure of the semiconductor device SD1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the positional relationship between the wiring trench TR1 and the metal film MF1 in the wiring structure shown in FIG. FIG. 3 is a sectional view showing the semiconductor device SD1 according to this embodiment.
4 to 6 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to this embodiment.

本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法は、次のように行われる。
まず、導電膜CF1が埋め込まれた層間絶縁膜II1上に、層間絶縁膜II2を形成する。次いで、層間絶縁膜II2上に、導電膜CF1と重なる開口部OP1を有する金属膜MF1を形成する。次いで、金属膜MF1上および層間絶縁膜II2上に、層間絶縁膜II3を形成する。次いで、層間絶縁膜II3に金属膜MF1および開口部OP1と重なる配線溝TR1を形成するとともに、層間絶縁膜II2に開口部OP1と重なるビア孔VH1を形成する。次いで、導電膜CF1のうちのビア孔VH1と重なる一部を除去する。次いで、配線溝TR1内およびビア孔VH1内に導電膜CF2を埋め込む。本実施形態においては、このようにして半導体装置SD1が製造される。
The manufacturing method of the semiconductor device SD1 according to the present embodiment is performed as follows.
First, the interlayer insulating film II2 is formed over the interlayer insulating film II1 in which the conductive film CF1 is embedded. Next, a metal film MF1 having an opening OP1 overlapping with the conductive film CF1 is formed over the interlayer insulating film II2. Next, an interlayer insulating film II3 is formed over the metal film MF1 and the interlayer insulating film II2. Next, a wiring trench TR1 that overlaps the metal film MF1 and the opening OP1 is formed in the interlayer insulating film II3, and a via hole VH1 that overlaps the opening OP1 is formed in the interlayer insulating film II2. Next, a part of the conductive film CF1 that overlaps with the via hole VH1 is removed. Next, the conductive film CF2 is embedded in the wiring trench TR1 and the via hole VH1. In the present embodiment, the semiconductor device SD1 is manufactured in this way.

本実施形態によれば、配線溝TR1およびビア孔VH1が形成された状態において、配線溝TR1の底面は金属膜MF1により覆われることとなる。この場合、導電膜CF1のうちのビア孔VH1と重なる一部を除去する工程において、配線溝TR1の底面を金属膜MF1により保護することができる。このため、配線溝TR1の底面に凹凸が生じることを抑制し、配線溝TR1における導電膜CF2の埋め込み性を良好なものとすることができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。   According to the present embodiment, the bottom surface of the wiring trench TR1 is covered with the metal film MF1 in a state where the wiring trench TR1 and the via hole VH1 are formed. In this case, the bottom surface of the wiring trench TR1 can be protected by the metal film MF1 in the step of removing a part of the conductive film CF1 overlapping the via hole VH1. For this reason, it can suppress that an unevenness | corrugation arises in the bottom face of wiring trench TR1, and can make the embedding property of conductive film CF2 in wiring trench TR1 favorable. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be realized.

以下、本実施形態に係る半導体装置SD1の構成、および半導体装置SD1の製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the semiconductor device SD1 and the method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the present embodiment will be described in detail.

まず、半導体装置SD1の構成について説明する。
半導体装置SD1は、たとえば半導体基板SB1と、半導体基板SB1に設けられたトランジスタMT1と、半導体基板SB1上に設けられた多層配線構造と、を備える。
半導体基板SB1内には、トランジスタMT1を他の素子から分離する素子分離膜EL1が設けられている。トランジスタMT1は、たとえば半導体基板SB1上に設けられたゲート絶縁膜GI1およびゲート電極GE1と、ゲート電極GE1を挟むように半導体基板SB1に設けられたソース・ドレイン領域DR1と、を備える。また、ゲート電極GE1の側壁には、サイドウォールSW1が設けられている。半導体基板SB1上には、トランジスタMT1を覆うように層間絶縁膜II4が設けられている。層間絶縁膜II4中には、ソース・ドレイン領域DR1に接続するコンタクトプラグCP1が埋め込まれている。
First, the configuration of the semiconductor device SD1 will be described.
The semiconductor device SD1 includes, for example, a semiconductor substrate SB1, a transistor MT1 provided on the semiconductor substrate SB1, and a multilayer wiring structure provided on the semiconductor substrate SB1.
In the semiconductor substrate SB1, an element isolation film EL1 that isolates the transistor MT1 from other elements is provided. The transistor MT1 includes, for example, a gate insulating film GI1 and a gate electrode GE1 provided on the semiconductor substrate SB1, and a source / drain region DR1 provided on the semiconductor substrate SB1 so as to sandwich the gate electrode GE1. A sidewall SW1 is provided on the side wall of the gate electrode GE1. On the semiconductor substrate SB1, an interlayer insulating film II4 is provided so as to cover the transistor MT1. A contact plug CP1 connected to the source / drain region DR1 is embedded in the interlayer insulating film II4.

層間絶縁膜II4上には、多層配線構造が形成される。多層配線構造は、互いに積層された複数の配線層により構成される。本実施形態においては、これらの配線層を構成する各配線に対して、図1に示すデュアルダマシン配線構造を適用することが可能である。   A multilayer wiring structure is formed on the interlayer insulating film II4. The multilayer wiring structure is composed of a plurality of wiring layers stacked on each other. In the present embodiment, the dual damascene wiring structure shown in FIG. 1 can be applied to each of the wirings constituting these wiring layers.

本実施形態に係る半導体装置SD1を構成する多層配線構造は、層間絶縁膜II1と、層間絶縁膜II1上に設けられた層間絶縁膜II2と、層間絶縁膜II2上に設けられた層間絶縁膜II3と、を備えている。層間絶縁膜II1、層間絶縁膜II2、および層間絶縁膜II3は、多層配線構造中の任意の配線層を構成することができる。
図3においては、層間絶縁膜II1、層間絶縁膜II2、および層間絶縁膜II3が、層間絶縁膜II4上に順に積層される場合が例示されている。図3に示す例において、層間絶縁膜II3上には、たとえばさらに複数の配線層を形成することができる。
The multilayer wiring structure constituting the semiconductor device SD1 according to the present embodiment includes an interlayer insulating film II1, an interlayer insulating film II2 provided on the interlayer insulating film II1, and an interlayer insulating film II3 provided on the interlayer insulating film II2. And. The interlayer insulating film II1, the interlayer insulating film II2, and the interlayer insulating film II3 can constitute an arbitrary wiring layer in the multilayer wiring structure.
FIG. 3 illustrates a case where the interlayer insulating film II1, the interlayer insulating film II2, and the interlayer insulating film II3 are sequentially stacked on the interlayer insulating film II4. In the example shown in FIG. 3, for example, a plurality of wiring layers can be further formed on the interlayer insulating film II3.

層間絶縁膜II1には、導電膜CF1が埋め込まれている。図1に示す例において、導電膜CF1は、配線IC1を構成する。層間絶縁膜II1は、たとえば低誘電率材料により構成される。導電膜CF1は、たとえばCuにより構成される。また、導電膜CF1は、たとえば層間絶縁膜II1中にダマシンプロセスを用いて形成される。なお、導電膜CF1の側面および底面は、バリアメタル膜により覆われていてもよい。   A conductive film CF1 is embedded in the interlayer insulating film II1. In the example shown in FIG. 1, the conductive film CF1 forms a wiring IC1. The interlayer insulating film II1 is made of, for example, a low dielectric constant material. The conductive film CF1 is made of Cu, for example. The conductive film CF1 is formed, for example, in the interlayer insulating film II1 using a damascene process. Note that the side and bottom surfaces of the conductive film CF1 may be covered with a barrier metal film.

層間絶縁膜II2は、層間絶縁膜II1上に設けられており、かつ平面視において導電膜CF1と重なるビア孔VH1を有している。ビア孔VH1は、層間絶縁膜II2を貫通して導電膜CF1に至るように形成される。層間絶縁膜II2は、たとえば低誘電率材料により構成される。   The interlayer insulating film II2 is provided on the interlayer insulating film II1, and has a via hole VH1 that overlaps the conductive film CF1 in plan view. The via hole VH1 is formed so as to penetrate the interlayer insulating film II2 and reach the conductive film CF1. Interlayer insulating film II2 is made of, for example, a low dielectric constant material.

導電膜CF1は、ビア孔VH1と重なる領域において凹部RC1を有している。凹部RC1は、導電膜CF1の上面に導電膜CF1を貫通しないように設けられる。すなわち、ビア孔VH1は、層間絶縁膜II2を貫通し導電膜CF1内部へ至ることとなる。この場合、配線IC1とビアプラグVP2との間における界面抵抗を低減し、配線の低抵抗化を図ることができる。また、配線IC1と配線IC2との間における接続信頼性の向上を図ることも可能となる。   The conductive film CF1 has a recess RC1 in a region overlapping with the via hole VH1. The recess RC1 is provided on the upper surface of the conductive film CF1 so as not to penetrate the conductive film CF1. That is, the via hole VH1 passes through the interlayer insulating film II2 and reaches the inside of the conductive film CF1. In this case, the interface resistance between the wiring IC1 and the via plug VP2 can be reduced, and the resistance of the wiring can be reduced. It is also possible to improve the connection reliability between the wiring IC1 and the wiring IC2.

導電膜CF1上には、たとえば金属膜MF2が設けられている。この場合、層間絶縁膜II2は、金属膜MF2を介して導電膜CF1上に設けられることとなる。これにより、導電膜CF1を構成するCuが層間絶縁膜II2中へ拡散することを抑制できる。また、導電膜CF1上に金属膜MF2が形成されている場合、後述する凹部RC1を形成する工程においてエッチングされた金属膜MF2の一部は、ビア孔VH1の側面上に付着する。これにより、凹部RC1を形成する際に、エッチングされた導電膜CF1を構成するCuがビア孔VH1の側面に直接接触することを回避することが可能となる。   On the conductive film CF1, for example, a metal film MF2 is provided. In this case, the interlayer insulating film II2 is provided on the conductive film CF1 via the metal film MF2. Thereby, it can suppress that Cu which comprises electrically conductive film CF1 diffuses into interlayer insulation film II2. Further, when the metal film MF2 is formed on the conductive film CF1, a part of the metal film MF2 etched in the step of forming the recess RC1 described later adheres to the side surface of the via hole VH1. Thereby, when forming the recess RC1, it is possible to avoid the Cu constituting the etched conductive film CF1 from coming into direct contact with the side surface of the via hole VH1.

図1に示す例においては、導電膜CF1の上面上およびビア孔VH1の側面上に、金属膜MF2が形成されている。このとき、金属膜MF2のうちの導電膜CF1上に設けられた部分は、配線IC1の上面を覆うバリアメタル膜BF1を構成することとなる。なお、ビア孔VH1の側面上に位置する部分は、たとえば凹部RC1を形成する際にエッチングされた金属膜MF2の一部がビア孔VH1側面上に付着することにより形成される。また、金属膜MF2は、凹部RC1と重なる領域において開口を有する。   In the example shown in FIG. 1, a metal film MF2 is formed on the upper surface of the conductive film CF1 and the side surface of the via hole VH1. At this time, a portion of the metal film MF2 provided on the conductive film CF1 forms a barrier metal film BF1 that covers the upper surface of the wiring IC1. The portion located on the side surface of the via hole VH1 is formed, for example, when a part of the metal film MF2 etched when forming the recess RC1 adheres to the side surface of the via hole VH1. Further, the metal film MF2 has an opening in a region overlapping with the recess RC1.

金属膜MF2は、たとえばTiNまたはTaNにより構成される。これにより、金属膜MF2の層間絶縁膜II2に対する密着性を確保しつつ、導電膜CF1を構成するCuが層間絶縁膜II2中へ拡散することを抑制できる。   The metal film MF2 is made of, for example, TiN or TaN. Accordingly, Cu constituting the conductive film CF1 can be prevented from diffusing into the interlayer insulating film II2 while ensuring the adhesion of the metal film MF2 to the interlayer insulating film II2.

ビア孔VH1の側面には、たとえば金属膜MF2を介して金属膜MF4が設けられている。金属膜MF4は、凹部RC1を形成する際にエッチングされた導電膜CF1の一部が、ビア孔VH1の側面上に付着することにより形成される。金属膜MF4は、導電膜CF1と同様の材料により構成され、たとえばCuにより構成される。   A metal film MF4 is provided on the side surface of the via hole VH1, for example, via a metal film MF2. The metal film MF4 is formed by attaching a part of the conductive film CF1 etched when forming the recess RC1 on the side surface of the via hole VH1. The metal film MF4 is made of the same material as that of the conductive film CF1, and is made of Cu, for example.

層間絶縁膜II3は、層間絶縁膜II2上に設けられ、かつ平面視においてビア孔VH1と重なる配線溝TR1を有している。配線溝TR1は、層間絶縁膜II3を貫通してビア孔VH1に接続されるように形成される。層間絶縁膜II3は、たとえば低誘電率材料により構成される。   The interlayer insulating film II3 is provided on the interlayer insulating film II2 and has a wiring trench TR1 that overlaps the via hole VH1 in plan view. The wiring trench TR1 is formed so as to penetrate the interlayer insulating film II3 and be connected to the via hole VH1. The interlayer insulating film II3 is made of, for example, a low dielectric constant material.

少なくとも層間絶縁膜II2上のうちのビア孔VH1の周囲には、金属膜MF1が設けられている。すなわち、配線溝TR1の底面は金属膜MF1により覆われることとなる。これにより、凹部RC1を形成する工程において、配線溝TR1の底面がエッチングされることにより配線溝TR1の底面に凹凸が生じることを抑制することができる。
本実施形態においては、たとえば配線溝TR1の底面全面が金属膜MF1により覆われる。この場合、凹部RC1を形成する工程において、配線溝TR1の底面に凹凸が生じることを確実に抑制することが可能となる。
A metal film MF1 is provided at least around the via hole VH1 on the interlayer insulating film II2. That is, the bottom surface of the wiring trench TR1 is covered with the metal film MF1. Thereby, in the step of forming the recess RC1, it is possible to suppress the formation of irregularities on the bottom surface of the wiring trench TR1 by etching the bottom surface of the wiring trench TR1.
In the present embodiment, for example, the entire bottom surface of the wiring trench TR1 is covered with the metal film MF1. In this case, in the step of forming the recess RC1, it is possible to reliably suppress the occurrence of unevenness on the bottom surface of the wiring trench TR1.

層間絶縁膜II3のうちの配線溝TR1の周囲に位置する一部は、たとえば金属膜MF1上に設けられている。本実施形態においては、層間絶縁膜II3のうちの配線溝TR1の周囲に位置する一部が、たとえば平面視における金属膜MF1の外縁部PP1上に設けられる。この場合、平面視における金属膜MF1の外縁部PP1は、層間絶縁膜II3により覆われることとなる。これにより、配線溝TR1を形成する際に目合わせズレが生じても、配線溝TR1底面において層間絶縁膜II2が露出することを抑制できる。このため、配線溝TR1の底面を金属膜MF1により確実に保護することができる。
図2において、破線は金属膜MF1の外形線を、一転鎖線はビア孔VH1の外形線を、それぞれ示している。図2に示す例において、金属膜MF1の幅は、配線溝TR1の幅よりも大きい。この場合、金属膜MF1の平面視における外形線は、配線溝TR1の平面視における外形線よりも外側に位置することとなる。また、ビア孔VH1の平面視における外形線は、配線溝TR1の平面視における外形線よりも内側に位置している。
A part of the interlayer insulating film II3 located around the wiring trench TR1 is provided, for example, on the metal film MF1. In the present embodiment, a part of the interlayer insulating film II3 located around the wiring trench TR1 is provided, for example, on the outer edge PP1 of the metal film MF1 in plan view. In this case, the outer edge portion PP1 of the metal film MF1 in plan view is covered with the interlayer insulating film II3. Thereby, even if misalignment occurs when forming the wiring trench TR1, it is possible to suppress the exposure of the interlayer insulating film II2 on the bottom surface of the wiring trench TR1. For this reason, the bottom surface of the wiring trench TR1 can be reliably protected by the metal film MF1.
In FIG. 2, the broken line indicates the outline of the metal film MF1, and the alternate long and short dash line indicates the outline of the via hole VH1. In the example shown in FIG. 2, the width of the metal film MF1 is larger than the width of the wiring trench TR1. In this case, the outline in the plan view of the metal film MF1 is located outside the outline in the plan view of the wiring trench TR1. Further, the outline of the via hole VH1 in plan view is located on the inner side of the outline of the wiring trench TR1 in plan view.

図1に示す例において、金属膜MF1は、たとえば配線溝TR1の底面上および側面上に設けられる。なお、配線溝TR1の側面上に位置する部分は、たとえば凹部RC1を形成する際にエッチングされた金属膜MF1の一部がビア孔VH1側面上に付着することにより形成される。   In the example shown in FIG. 1, the metal film MF1 is provided, for example, on the bottom surface and the side surface of the wiring trench TR1. The portion located on the side surface of wiring trench TR1 is formed, for example, when a part of metal film MF1 etched when forming recess RC1 adheres to the side surface of via hole VH1.

金属膜MF1は、たとえばTiNまたはTaNにより構成される。これにより、金属膜MF1の層間絶縁膜II2および層間絶縁膜II3に対する密着性を確保しつつ、導電膜CF2を構成するCuが層間絶縁膜II2中または層間絶縁膜II3中へ拡散することを抑制できる。また、金属膜MF1のうちの配線溝TR1の底面に位置する部分の膜厚は、たとえば層間絶縁膜II3に覆われた外縁部PP1の膜厚よりも小さい。   The metal film MF1 is made of, for example, TiN or TaN. Accordingly, Cu constituting the conductive film CF2 can be prevented from diffusing into the interlayer insulating film II2 or the interlayer insulating film II3 while securing the adhesion of the metal film MF1 to the interlayer insulating film II2 and the interlayer insulating film II3. . Further, the thickness of the portion of the metal film MF1 located at the bottom surface of the wiring trench TR1 is smaller than the thickness of the outer edge portion PP1 covered with the interlayer insulating film II3, for example.

配線溝TR1の底面上および側面上、ならびにビア孔VH1の底面上および側面上には、金属膜MF3が設けられている。本実施形態において、金属膜MF3は、たとえば金属膜MF1を介して配線溝TR1の底面上および側面上に設けられ、金属膜MF2および金属膜MF4を介してビア孔VH1の側面上に設けられる。また、金属膜MF3は、ビア孔VH1の底部において、導電膜CF1に対し直接接触する。
金属膜MF3は、たとえばTiまたはTaにより構成される。これにより、金属膜MF3の導電膜CF2に対する密着性を確保しつつ、導電膜CF2を構成するCuが層間絶縁膜II2中または層間絶縁膜II3中へ拡散することを抑制できる。
A metal film MF3 is provided on the bottom and side surfaces of the wiring trench TR1 and on the bottom and side surfaces of the via hole VH1. In the present embodiment, the metal film MF3 is provided, for example, on the bottom surface and the side surface of the wiring trench TR1 via the metal film MF1, and is provided on the side surface of the via hole VH1 via the metal film MF2 and the metal film MF4. The metal film MF3 is in direct contact with the conductive film CF1 at the bottom of the via hole VH1.
The metal film MF3 is made of Ti or Ta, for example. Thereby, it is possible to suppress the diffusion of Cu constituting the conductive film CF2 into the interlayer insulating film II2 or the interlayer insulating film II3 while ensuring the adhesion of the metal film MF3 to the conductive film CF2.

配線溝TR1内およびビア孔VH1内には、導電膜CF2が埋め込まれている。導電膜CF2は、たとえばCuにより構成される。本実施形態において、導電膜CF2は、デュアルダマシン構造を有する配線IC2とビアプラグVP2を構成することとなる。   A conductive film CF2 is embedded in the wiring trench TR1 and the via hole VH1. The conductive film CF2 is made of Cu, for example. In the present embodiment, the conductive film CF2 forms a wiring IC2 having a dual damascene structure and a via plug VP2.

図1に示す例において、ビア孔VH1および配線溝TR1と、導電膜CF2と、の間には、各金属膜により構成されるバリアメタル膜BF2が設けられることとなる。バリアメタル膜BF2のうち配線溝TR1の底面上および側面上に位置する部分は、金属膜MF1と、金属膜MF3と、の積層膜により構成される。この場合、導電膜CF2、層間絶縁膜II2および層間絶縁膜II3に対し密着性の高いバリアメタル膜BF2を実現できる。また、バリアメタル膜BF2のうちビア孔VH1の側面上に位置する部分は、金属膜MF2と、金属膜MF4と、金属膜MF3と、を順に積層した積層膜により構成される。この場合においても、導電膜CF2および層間絶縁膜II2に対し密着性の高いバリアメタル膜BF2を実現できる。   In the example shown in FIG. 1, a barrier metal film BF2 composed of each metal film is provided between the via hole VH1 and the wiring trench TR1 and the conductive film CF2. Portions of the barrier metal film BF2 located on the bottom and side surfaces of the wiring trench TR1 are configured by a laminated film of the metal film MF1 and the metal film MF3. In this case, the barrier metal film BF2 having high adhesion to the conductive film CF2, the interlayer insulating film II2, and the interlayer insulating film II3 can be realized. In addition, the portion of the barrier metal film BF2 located on the side surface of the via hole VH1 is configured by a stacked film in which the metal film MF2, the metal film MF4, and the metal film MF3 are stacked in order. Even in this case, the barrier metal film BF2 having high adhesion to the conductive film CF2 and the interlayer insulating film II2 can be realized.

次に、本実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法について説明する。
まず、図4(a)に示すように、トランジスタMT1が設けられた半導体基板SB1上に、導電膜CF1が埋め込まれた層間絶縁膜II1を形成する。層間絶縁膜II1は、他の配線層を介して半導体基板SB1上に形成されていてもよい。図4(a)においては、半導体基板SB1およびトランジスタMT1の構成は省略されている。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to this embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 4A, an interlayer insulating film II1 in which a conductive film CF1 is embedded is formed on a semiconductor substrate SB1 provided with a transistor MT1. The interlayer insulating film II1 may be formed on the semiconductor substrate SB1 via another wiring layer. In FIG. 4A, the configurations of the semiconductor substrate SB1 and the transistor MT1 are omitted.

次に、導電膜CF1上に金属膜MF2を形成する。これにより、導電膜CF1を構成するCuが層間絶縁膜II2中へ拡散することを抑制できる。また、後述する凹部RC1を形成する工程において、エッチングされた金属膜MF2の一部をビア孔VH1の側面上に付着させることができる。これにより、凹部RC1を形成する際に、エッチングされた導電膜CF1を構成するCuがビア孔VH1の側面に直接接触することを回避することが可能となる。金属膜MF2は、たとえばスパッタリングにより形成される。   Next, a metal film MF2 is formed over the conductive film CF1. Thereby, it can suppress that Cu which comprises electrically conductive film CF1 diffuses into interlayer insulation film II2. Further, in the step of forming the recess RC1 described later, a part of the etched metal film MF2 can be attached on the side surface of the via hole VH1. Thereby, when forming the recess RC1, it is possible to avoid the Cu constituting the etched conductive film CF1 from coming into direct contact with the side surface of the via hole VH1. The metal film MF2 is formed by sputtering, for example.

金属膜MF2は、たとえばTiNまたはTaNにより構成される。これにより、金属膜MF2の層間絶縁膜II2に対する密着性を確保しつつ、導電膜CF1を構成するCuが層間絶縁膜II2中へ拡散することを抑制できる。
金属膜MF2は、後述する金属膜MF1を形成する工程において成膜される金属膜MF1よりも薄い膜厚を有する。これにより、凹部RC1を形成する工程において金属膜MF2の一部および導電膜CF1の一部を除去する際に、配線溝TR1の底面を金属膜MF1により確実に保護することができる。当該工程において成膜される金属膜MF2の膜厚は、とくに限定されないが、たとえば10Å以上40Å以下である。
The metal film MF2 is made of, for example, TiN or TaN. Accordingly, Cu constituting the conductive film CF1 can be prevented from diffusing into the interlayer insulating film II2 while ensuring the adhesion of the metal film MF2 to the interlayer insulating film II2.
The metal film MF2 has a smaller film thickness than the metal film MF1 formed in the step of forming the metal film MF1 described later. Thereby, when removing a part of the metal film MF2 and a part of the conductive film CF1 in the step of forming the recess RC1, the bottom surface of the wiring trench TR1 can be reliably protected by the metal film MF1. The film thickness of the metal film MF2 formed in this step is not particularly limited, but is, for example, 10 to 40 mm.

金属膜MF2は、たとえば次のように形成される。まず、図4(b)に示すように、導電膜CF1の上部を選択的にエッチングし、導電膜CF1の上面を層間絶縁膜II1の上面よりも低くする。次いで、図4(c)に示すように、導電膜CF1上および層間絶縁膜II1上に、金属膜MF2を形成する。次いで、図4(d)に示すように、金属膜MF2に対しCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行い、層間絶縁膜II1上の金属膜MF2を除去する。本実施形態の一例においては、たとえばこのようにして導電膜CF1上に金属膜MF2が形成される。   The metal film MF2 is formed as follows, for example. First, as shown in FIG. 4B, the upper portion of the conductive film CF1 is selectively etched to make the upper surface of the conductive film CF1 lower than the upper surface of the interlayer insulating film II1. Next, as shown in FIG. 4C, a metal film MF2 is formed on the conductive film CF1 and the interlayer insulating film II1. Next, as illustrated in FIG. 4D, the metal film MF2 over the interlayer insulating film II1 is removed by performing CMP (Chemical Mechanical Polishing) on the metal film MF2. In an example of the present embodiment, for example, the metal film MF2 is formed on the conductive film CF1 in this way.

図7は、図4に示す半導体装置SD1の製造方法の変形例を示す断面図であり、図4とは異なる金属膜MF2の形成方法を示している。
図7に示す例において、金属膜MF2は、次のように形成される。まず、図7(b)に示すように、導電膜CF1上および層間絶縁膜II1上に金属膜MF2を形成する。このとき、導電膜CF1の上面と層間絶縁膜II1の上面は、図7(a)に示すように互いに同一平面を構成している。次いで、レジスト膜を露光および現像によりパターニングして得られたレジストマスクを用いて金属膜MF2をドライエッチングすることにより、金属膜MF2をパターニングする。これにより、図7(c)に示すように、導電膜CF1上のみに金属膜MF2を残存させる。本変形例においては、このようにして導電膜CF1上に金属膜MF2が形成される。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modification of the method for manufacturing the semiconductor device SD1 shown in FIG. 4, and shows a method for forming the metal film MF2 different from FIG.
In the example shown in FIG. 7, the metal film MF2 is formed as follows. First, as shown in FIG. 7B, a metal film MF2 is formed on the conductive film CF1 and the interlayer insulating film II1. At this time, the upper surface of the conductive film CF1 and the upper surface of the interlayer insulating film II1 constitute the same plane as shown in FIG. 7A. Next, the metal film MF2 is patterned by dry etching the metal film MF2 using a resist mask obtained by patterning the resist film by exposure and development. As a result, as shown in FIG. 7C, the metal film MF2 is left only on the conductive film CF1. In the present modification, the metal film MF2 is formed on the conductive film CF1 in this way.

次に、導電膜CF1が埋め込まれた層間絶縁膜II1上に、層間絶縁膜II2を形成する。本実施形態においては、たとえば金属膜MF2を介して導電膜CF1上に層間絶縁膜II2が形成される。   Next, an interlayer insulating film II2 is formed on the interlayer insulating film II1 in which the conductive film CF1 is embedded. In the present embodiment, for example, the interlayer insulating film II2 is formed over the conductive film CF1 via the metal film MF2.

次に、層間絶縁膜II2上に、平面視において導電膜CF1と重なる開口部OP1を有する金属膜MF1を形成する。金属膜MF1は、層間絶縁膜II2に設けられる配線溝TR1の少なくとも底面を覆うバリアメタル膜BF2として機能する。このため、金属膜MF1は、配線溝TR1の形状に合わせてパターニングされる。本実施形態において、金属膜MF1は、たとえば第1方向に延在した平面形状を有することができる。
本実施形態においては、たとえばスパッタリング等により層間絶縁膜II2上に成膜された金属膜MF1を、レジストマスク等を用いたドライエッチングによってパターニングすることにより、開口部OP1を有する金属膜MF1が形成される。
これにより、図5(a)に示す構造が得られることとなる。
Next, a metal film MF1 having an opening OP1 that overlaps the conductive film CF1 in plan view is formed over the interlayer insulating film II2. The metal film MF1 functions as a barrier metal film BF2 that covers at least the bottom surface of the wiring trench TR1 provided in the interlayer insulating film II2. For this reason, the metal film MF1 is patterned in accordance with the shape of the wiring trench TR1. In the present embodiment, the metal film MF1 can have, for example, a planar shape extending in the first direction.
In the present embodiment, for example, the metal film MF1 formed on the interlayer insulating film II2 by sputtering or the like is patterned by dry etching using a resist mask or the like, thereby forming the metal film MF1 having the opening OP1. The
Thereby, the structure shown in FIG. 5A is obtained.

金属膜MF1は、たとえばTiNまたはTaNにより構成される。これにより、金属膜MF1の層間絶縁膜II2に対する密着性を確保しつつ、導電膜CF2を構成するCuが層間絶縁膜II2中へ拡散することを抑制できる。当該工程において形成される金属膜MF1の膜厚は、とくに限定されないが、たとえば20Å以上80Å以下である。
金属膜MF1は、たとえば導電膜CF1により構成される配線IC1の配線幅よりも大きい幅を有するように設けられる。これにより、層間絶縁膜II2に形成される配線溝TR1の目合わせズレに対するマージンを得ることが容易となる。
The metal film MF1 is made of, for example, TiN or TaN. Accordingly, Cu constituting the conductive film CF2 can be prevented from diffusing into the interlayer insulating film II2 while ensuring the adhesion of the metal film MF1 to the interlayer insulating film II2. The film thickness of the metal film MF1 formed in this process is not particularly limited, but is, for example, 20 to 80 mm.
The metal film MF1 is provided so as to have a width larger than the wiring width of the wiring IC1 constituted by, for example, the conductive film CF1. This facilitates obtaining a margin for misalignment of the wiring trench TR1 formed in the interlayer insulating film II2.

次に、図5(b)に示すように、金属膜MF1上および層間絶縁膜II2上に、層間絶縁膜II3を形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, an interlayer insulating film II3 is formed on the metal film MF1 and the interlayer insulating film II2.

次に、図5(c)に示すように、層間絶縁膜II3に金属膜MF1および開口部OP1と重なる配線溝TR1を形成するとともに、層間絶縁膜II2に開口部OP1と重なるビア孔VH1を形成する。ビア孔VH1と配線溝TR1は、互いに接続するように層間絶縁膜II2と層間絶縁膜II3にそれぞれ設けられる。
配線溝TR1およびビア孔VH1の平面形状は、とくに限定されない。本実施形態において、配線溝TR1は、たとえば第1方向に延在する平面形状を有することができる。
Next, as shown in FIG. 5C, the metal film MF1 and the wiring trench TR1 overlapping the opening OP1 are formed in the interlayer insulating film II3, and the via hole VH1 overlapping the opening OP1 is formed in the interlayer insulating film II2. To do. The via hole VH1 and the wiring trench TR1 are respectively provided in the interlayer insulating film II2 and the interlayer insulating film II3 so as to be connected to each other.
The planar shapes of the wiring trench TR1 and the via hole VH1 are not particularly limited. In the present embodiment, the wiring trench TR1 can have a planar shape extending in the first direction, for example.

本実施形態においては、たとえば次のように配線溝TR1およびビア孔VH1を形成することができる。まず、層間絶縁膜II3上に、レジスト膜を露光および現像によりパターニングして得られたレジストマスクを形成する。次いで、当該レジストマスクを用いて層間絶縁膜II2をドライエッチングすることにより、配線溝TR1を形成する。次いで、上記レジストマスクおよび金属膜MF1をエッチングマスクとして層間絶縁膜II2をドライエッチングすることにより、ビア孔VH1を形成する。これにより、配線溝TR1およびビア孔VH1が形成されることとなる。本実施形態によれば、このようにデュアルダマシン構造を構成する配線溝TR1およびビア孔VH1を同時に形成することできる。また、ビア孔VH1を形成するためのレジストマスクを新たに形成せずとも、開口部OP1を有する金属膜MF1を利用して層間絶縁膜II2にビア孔VH1を形成することができる。なお、金属膜MF2は、たとえばビア孔VH1を形成する際のエッチングストッパとして機能することができる。   In the present embodiment, for example, the wiring trench TR1 and the via hole VH1 can be formed as follows. First, a resist mask obtained by patterning a resist film by exposure and development is formed on the interlayer insulating film II3. Next, the wiring trench TR1 is formed by dry etching the interlayer insulating film II2 using the resist mask. Next, the via hole VH1 is formed by dry etching the interlayer insulating film II2 using the resist mask and the metal film MF1 as an etching mask. As a result, the wiring trench TR1 and the via hole VH1 are formed. According to the present embodiment, the wiring trench TR1 and the via hole VH1 constituting the dual damascene structure can be formed at the same time. Further, the via hole VH1 can be formed in the interlayer insulating film II2 using the metal film MF1 having the opening OP1 without newly forming a resist mask for forming the via hole VH1. The metal film MF2 can function as an etching stopper when the via hole VH1 is formed, for example.

配線溝TR1およびビア孔VH1を形成する上記工程において、配線溝TR1は、たとえば金属膜MF1の外縁部PP1が層間絶縁膜II3により覆われるように形成される。すなわち、層間絶縁膜II3のうち配線溝TR1の周囲に位置する一部は、金属膜MF1の外縁部PP1上に設けられることとなる。これにより、配線溝TR1を形成する際に目合わせズレが生じても、配線溝TR1底面において層間絶縁膜II2が露出することを抑制できる。このため、配線溝TR1の底面を金属膜MF1により確実に保護し、配線溝TR1の底面に凹凸が生じることを抑制できる。   In the above step of forming the wiring trench TR1 and the via hole VH1, the wiring trench TR1 is formed, for example, so that the outer edge portion PP1 of the metal film MF1 is covered with the interlayer insulating film II3. That is, a part of the interlayer insulating film II3 located around the wiring trench TR1 is provided on the outer edge portion PP1 of the metal film MF1. Thereby, even if misalignment occurs when forming the wiring trench TR1, it is possible to suppress the exposure of the interlayer insulating film II2 on the bottom surface of the wiring trench TR1. For this reason, the bottom surface of the wiring trench TR1 can be reliably protected by the metal film MF1, and the occurrence of unevenness on the bottom surface of the wiring trench TR1 can be suppressed.

次に、図6(a)に示すように、導電膜CF1のうちのビア孔VH1と重なる一部を除去する。これにより、導電膜CF1上面に凹部RC1が形成される。このため、配線における低抵抗化および接続信頼性の向上を図ることができる。
本実施形態においては、配線溝TR1およびビア孔VH1が形成された状態において、配線溝TR1の底面は金属膜MF1により覆われている。この場合、導電膜CF1のうちのビア孔VH1と重なる一部を除去する当該工程において、配線溝TR1の底面は金属膜MF1により保護される。このため、配線溝TR1の底面に凹凸が生じることを抑制し、配線溝TR1における導電膜CF2の埋め込み性を良好なものとすることができる。
Next, as shown in FIG. 6A, a part of the conductive film CF1 overlapping the via hole VH1 is removed. Thereby, the recess RC1 is formed on the upper surface of the conductive film CF1. For this reason, it is possible to reduce the resistance and improve the connection reliability in the wiring.
In the present embodiment, the bottom surface of the wiring trench TR1 is covered with the metal film MF1 in a state where the wiring trench TR1 and the via hole VH1 are formed. In this case, the bottom surface of the wiring trench TR1 is protected by the metal film MF1 in the step of removing a part of the conductive film CF1 overlapping the via hole VH1. For this reason, it can suppress that an unevenness | corrugation arises in the bottom face of wiring trench TR1, and can make the embedding property of conductive film CF2 in wiring trench TR1 favorable.

導電膜CF1の一部を除去する上記工程においては、金属膜MF1の表面部分がエッチングにより除去されて配線溝TR1の側面上に付着する。このため、金属膜MF1は、配線溝TR1の側面上および底面上に設けられることとなる。
金属膜MF1のうちの外縁部PP1が層間絶縁膜II3により覆われる場合、外縁部PP1は導電膜CF1の一部を除去する上記工程においてエッチングされない。この場合、金属膜MF1のうちの外縁部PP1の膜厚は、金属膜MF1のうち配線溝TR1の底面に位置する部分の膜厚よりも大きくなる。
In the above-described step of removing a part of the conductive film CF1, the surface portion of the metal film MF1 is removed by etching and attached on the side surface of the wiring trench TR1. For this reason, the metal film MF1 is provided on the side surface and the bottom surface of the wiring trench TR1.
When the outer edge portion PP1 of the metal film MF1 is covered with the interlayer insulating film II3, the outer edge portion PP1 is not etched in the above step of removing a part of the conductive film CF1. In this case, the film thickness of the outer edge portion PP1 in the metal film MF1 is larger than the film thickness of the portion located on the bottom surface of the wiring trench TR1 in the metal film MF1.

導電膜CF1上に金属膜MF2が設けられている場合、導電膜CF1の一部を除去する上記工程は、金属膜MF2のうちのビア孔VH1と重なる一部を除去するとともに導電膜CF1のうちのビア孔VH1と重なる一部を除去する。これにより、凹部RC1を有する導電膜CF1が実現される。この場合、金属膜MF2のうちビア孔VH1と重なる部分がエッチングにより除去され、ビア孔VH1の側面上に付着する。このため、金属膜MF2は、ビア孔VH1の側面上および導電膜CF1の上面上に設けられる。
図6に示す例においては、凹部RC1を形成する際にエッチングにより除去された導電膜CF1の一部は、たとえばビア孔VH1の側面上に設けられた金属膜MF2上に付着し、金属膜MF4を構成する。
When the metal film MF2 is provided over the conductive film CF1, the above step of removing a part of the conductive film CF1 removes a part of the metal film MF2 that overlaps the via hole VH1 and A portion overlapping the via hole VH1 is removed. Thereby, the conductive film CF1 having the recess RC1 is realized. In this case, the portion of the metal film MF2 that overlaps the via hole VH1 is removed by etching, and is deposited on the side surface of the via hole VH1. For this reason, the metal film MF2 is provided on the side surface of the via hole VH1 and the upper surface of the conductive film CF1.
In the example shown in FIG. 6, a part of the conductive film CF1 removed by etching when the recess RC1 is formed adheres to, for example, the metal film MF2 provided on the side surface of the via hole VH1, and the metal film MF4. Configure.

次に、図6(b)に示すように、配線溝TR1の内壁、ビア孔VH1の内壁、および層間絶縁膜II3の上面を覆う金属膜MF3を形成する。これにより、後述する導電膜CF2を形成する工程において、層間絶縁膜II3の上面上に設けられた導電膜CF2を構成するCuが層間絶縁膜II3中へ拡散することを抑制することができる。金属膜MF3は、たとえばスパッタリングにより形成される。   Next, as shown in FIG. 6B, a metal film MF3 that covers the inner wall of the wiring trench TR1, the inner wall of the via hole VH1, and the upper surface of the interlayer insulating film II3 is formed. Thereby, in the step of forming the conductive film CF2 to be described later, it is possible to suppress the diffusion of Cu constituting the conductive film CF2 provided on the upper surface of the interlayer insulating film II3 into the interlayer insulating film II3. The metal film MF3 is formed by sputtering, for example.

次に、図6(c)に示すように、配線溝TR1内およびビア孔VH1内に導電膜CF2を埋め込む。本実施形態においては、配線溝TR1内、ビア孔VH1内、および層間絶縁膜II3上に、金属膜MF3を介して導電膜CF2が形成される。導電膜CF2は、たとえばCuシード膜を成膜した後、当該Cuシード膜を用いためっき法を用いて形成される。   Next, as shown in FIG. 6C, a conductive film CF2 is embedded in the wiring trench TR1 and the via hole VH1. In the present embodiment, the conductive film CF2 is formed in the wiring trench TR1, the via hole VH1, and the interlayer insulating film II3 via the metal film MF3. The conductive film CF2 is formed using, for example, a plating method using a Cu seed film after forming a Cu seed film.

次に、導電膜CF2のうちの層間絶縁膜II3上に位置する部分を、CMPを用いて除去する。次いで、金属膜MF3のうちの層間絶縁膜II3上に位置する部分を、CMPを用いて除去する。これにより、配線溝TR1内に埋め込まれた導電膜CF2により構成される配線IC2と、ビア孔VH1内に埋め込まれた導電膜CF2により構成されるビアプラグVP2と、が形成される。このようにして、配線IC2およびビアプラグVP2により構成されるデュアルダマシン配線構造が得られることとなる。
本実施形態においては、たとえばこのようにして半導体装置SD1が製造される。
Next, a portion of the conductive film CF2 located on the interlayer insulating film II3 is removed using CMP. Next, a portion of the metal film MF3 located on the interlayer insulating film II3 is removed using CMP. As a result, the wiring IC2 constituted by the conductive film CF2 embedded in the wiring trench TR1 and the via plug VP2 constituted by the conductive film CF2 embedded in the via hole VH1 are formed. In this way, a dual damascene wiring structure constituted by the wiring IC2 and the via plug VP2 is obtained.
In the present embodiment, for example, the semiconductor device SD1 is manufactured in this way.

次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態によれば、配線溝TR1およびビア孔VH1が形成された状態において、配線溝TR1の底面は金属膜MF1により覆われることとなる。この場合、導電膜CF1のうちのビア孔VH1と重なる一部を除去する工程において、配線溝TR1の底面を金属膜MF1により保護することができる。このため、配線溝TR1の底面に凹凸が生じることを抑制し、配線溝TR1における導電膜CF2の埋め込み性を良好なものとすることができる。したがって、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
Next, the effect of this embodiment will be described.
According to the present embodiment, the bottom surface of the wiring trench TR1 is covered with the metal film MF1 in a state where the wiring trench TR1 and the via hole VH1 are formed. In this case, the bottom surface of the wiring trench TR1 can be protected by the metal film MF1 in the step of removing a part of the conductive film CF1 overlapping the via hole VH1. For this reason, it can suppress that an unevenness | corrugation arises in the bottom face of wiring trench TR1, and can make the embedding property of conductive film CF2 in wiring trench TR1 favorable. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be realized.

(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態に係る半導体装置SD2の配線構造を示す断面図である。図9〜10は、本実施形態に係る半導体装置SD2の製造方法を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置SD2は、金属膜MF5を備える点を除いて第1の実施形態に係る半導体装置SD1と同様の構成を有する。以下、本実施形態に係る半導体装置SD1の構成、および製造方法につき詳細に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a wiring structure of the semiconductor device SD2 according to the second embodiment. 9 to 10 are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device SD2 according to this embodiment.
The semiconductor device SD2 according to this embodiment has the same configuration as that of the semiconductor device SD1 according to the first embodiment, except that the semiconductor device SD2 includes the metal film MF5. Hereinafter, the configuration and manufacturing method of the semiconductor device SD1 according to the present embodiment will be described in detail.

半導体装置SD2は、金属膜MF5を備えている。金属膜MF5は、配線溝TR1の側面上およびビア孔VH1の側面上を覆うように設けられている。図8に示す例において、金属膜MF1は、金属膜MF5を介して配線溝TR1の側面上に設けられる。また、金属膜MF2は、金属膜MF5を介してビア孔VH1の側面上に設けられる。
金属膜MF5は、たとえばTiNまたはTaNにより構成される。これにより、層間絶縁膜II2および層間絶縁膜II3に対する金属膜MF5の密着性を良好なものとすることができる。金属膜MF5は、たとえばバリアメタル膜BF2の一部として機能する。
The semiconductor device SD2 includes a metal film MF5. The metal film MF5 is provided so as to cover the side surface of the wiring trench TR1 and the side surface of the via hole VH1. In the example shown in FIG. 8, the metal film MF1 is provided on the side surface of the wiring trench TR1 via the metal film MF5. The metal film MF2 is provided on the side surface of the via hole VH1 via the metal film MF5.
The metal film MF5 is made of, for example, TiN or TaN. Thereby, the adhesion of the metal film MF5 to the interlayer insulating film II2 and the interlayer insulating film II3 can be improved. The metal film MF5 functions as a part of the barrier metal film BF2, for example.

次に、本実施形態に係る半導体装置SD2の製造方法を説明する。
まず、導電膜CF1が埋め込まれた層間絶縁膜II1上に、層間絶縁膜II2、金属膜MF1、および層間絶縁膜II3を形成した後、配線溝TR1およびビア孔VH1を形成する。本実施形態に係る半導体装置SD2の製造方法は、層間絶縁膜II3に配線溝TR1を形成するとともに、層間絶縁膜II2にビア孔VH1を形成する工程までを、第1の実施形態と同様に行うことができる。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device SD2 according to the present embodiment will be described.
First, after forming the interlayer insulating film II2, the metal film MF1, and the interlayer insulating film II3 on the interlayer insulating film II1 in which the conductive film CF1 is embedded, the wiring trench TR1 and the via hole VH1 are formed. In the method for manufacturing the semiconductor device SD2 according to the present embodiment, the process of forming the wiring trench TR1 in the interlayer insulating film II3 and forming the via hole VH1 in the interlayer insulating film II2 is performed in the same manner as in the first embodiment. be able to.

次に、図9(a)に示すように、配線溝TR1の内壁およびビア孔VH1の内壁を覆う金属膜MF5を形成する。本実施形態においては、たとえば配線溝TR1の内壁、ビア孔VH1の内壁、および層間絶縁膜II3の上面上に金属膜MF5が形成される。   Next, as shown in FIG. 9A, a metal film MF5 that covers the inner wall of the wiring trench TR1 and the inner wall of the via hole VH1 is formed. In the present embodiment, for example, the metal film MF5 is formed on the inner wall of the wiring trench TR1, the inner wall of the via hole VH1, and the upper surface of the interlayer insulating film II3.

次に、図9(b)に示すように、導電膜CF1のうちのビア孔VH1と重なる一部を除去する。本実施形態においては、金属膜MF5のうちのビア孔VH1と重なる一部を除去するとともに、導電膜CF1のうちのビア孔VH1と重なる一部が除去されることとなる。これにより、上面に凹部RC1を有する導電膜CF1が実現される。このとき、金属膜MF5のうちの層間絶縁膜II3の上面上に設けられた部分についても同時に除去される。   Next, as shown in FIG. 9B, a part of the conductive film CF1 overlapping the via hole VH1 is removed. In the present embodiment, a part of the metal film MF5 that overlaps the via hole VH1 is removed, and a part of the conductive film CF1 that overlaps the via hole VH1 is removed. Thereby, the conductive film CF1 having the concave portion RC1 on the upper surface is realized. At this time, the portion of the metal film MF5 provided on the upper surface of the interlayer insulating film II3 is also removed at the same time.

次に、図10(a)に示すように、配線溝TR1の内壁、ビア孔VH1の内壁、および層間絶縁膜II3の上面上に、金属膜MF3を形成する。金属膜MF3は、第1の実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法と同様に形成することができる。
次に、図10(b)に示すように、配線溝TR1内およびビア孔VH1内に導電膜CF2を埋め込む。導電膜CF2は、第1の実施形態に係る半導体装置SD1の製造方法と同様に配線溝TR1内およびビア孔VH1内に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 10A, a metal film MF3 is formed on the inner wall of the wiring trench TR1, the inner wall of the via hole VH1, and the upper surface of the interlayer insulating film II3. The metal film MF3 can be formed in the same manner as the method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the first embodiment.
Next, as shown in FIG. 10B, a conductive film CF2 is embedded in the wiring trench TR1 and the via hole VH1. The conductive film CF2 can be formed in the wiring trench TR1 and the via hole VH1 similarly to the method for manufacturing the semiconductor device SD1 according to the first embodiment.

次に、導電膜CF2のうちの層間絶縁膜II3上に位置する部分を、CMPを用いて除去する。次いで、金属膜MF3のうちの層間絶縁膜II3上に位置する部分を、CMPを用いて除去する。これにより、配線溝TR1内に埋め込まれた導電膜CF2により構成される配線IC2と、ビア孔VH1内に埋め込まれた導電膜CF2により構成されるビアプラグVP2と、が形成される。このようにして、配線IC2およびビアプラグVP2により構成されるデュアルダマシン配線構造が得られることとなる。
本実施形態においては、たとえばこのようにして半導体装置SD2が製造される。
Next, a portion of the conductive film CF2 located on the interlayer insulating film II3 is removed using CMP. Next, a portion of the metal film MF3 located on the interlayer insulating film II3 is removed using CMP. As a result, the wiring IC2 constituted by the conductive film CF2 embedded in the wiring trench TR1 and the via plug VP2 constituted by the conductive film CF2 embedded in the via hole VH1 are formed. In this way, a dual damascene wiring structure constituted by the wiring IC2 and the via plug VP2 is obtained.
In the present embodiment, for example, the semiconductor device SD2 is manufactured in this way.

本実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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いうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

SD1、SD2 半導体装置
CF1、CF2 導電膜
IC1、IC2 配線
VP2 ビアプラグ
VH1 ビア孔
TR1 配線溝
II1、II2、II3、II4 層間絶縁膜
BF1、BF2 バリアメタル膜
MF1、MF2、MF3、MF4、MF5 金属膜
RC1 凹部
OP1 開口部
PP1 外縁部
SB1 半導体基板
MT1 トランジスタ
EL1 素子分離膜
GI1 ゲート絶縁膜
GE1 ゲート電極
DR1 ソース・ドレイン領域
SW1 サイドウォール
CP1 コンタクトプラグ
SD1, SD2 Semiconductor device CF1, CF2 Conductive film IC1, IC2 Wiring VP2, Via plug VH1, Via hole TR1, Wiring trench II1, II2, II3, II4 Interlayer insulating film BF1, BF2 Barrier metal film MF1, MF2, MF3, MF4, MF5 Metal film RC1 Recessed portion OP1 Opening portion PP1 Outer edge portion SB1 Semiconductor substrate MT1 Transistor EL1 Element isolation film GI1 Gate insulating film GE1 Gate electrode DR1 Source / drain region SW1 Side wall CP1 Contact plug

Claims (11)

第1導電膜が埋め込まれた第1層間絶縁膜上に、第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜上に、前記第1導電膜と重なる開口部を有する第1金属膜を形成する工程と、
前記第1金属膜上および前記第2層間絶縁膜上に、第3層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第3層間絶縁膜に前記第1金属膜および前記開口部と重なる配線溝を形成するとともに、前記第2層間絶縁膜に前記開口部と重なるビア孔を形成する工程と、
前記第1導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する工程と、
前記配線溝内および前記ビア孔内に第2導電膜を埋め込む工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
Forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film embedded with the first conductive film;
Forming a first metal film having an opening overlapping the first conductive film on the second interlayer insulating film;
Forming a third interlayer insulating film on the first metal film and the second interlayer insulating film;
Forming a wiring groove overlapping the first metal film and the opening in the third interlayer insulating film, and forming a via hole overlapping the opening in the second interlayer insulating film;
Removing a portion of the first conductive film overlapping the via hole;
Burying a second conductive film in the wiring trench and the via hole;
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、
前記第2層間絶縁膜を形成する前記工程の前において、前記第1導電膜上に第1金属膜よりも膜厚が薄い第2金属膜を形成する工程を備えており、
前記第1導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する前記工程は、前記第2金属膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去するとともに前記第1導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
Before the step of forming the second interlayer insulating film, comprising a step of forming a second metal film having a thickness smaller than that of the first metal film on the first conductive film;
The step of removing a portion of the first conductive film that overlaps the via hole removes a portion of the second metal film that overlaps the via hole and at the same time removes the portion of the first conductive film. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a part overlapping with a via hole is removed.
請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2金属膜は、TiNまたはTaNにより構成される半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 2,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second metal film is made of TiN or TaN.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線溝および前記ビア孔を形成する前記工程において、前記第1金属膜の外縁が前記第3層間絶縁膜により覆われるように前記配線溝が形成される半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step of forming the wiring groove and the via hole, the wiring groove is formed so that an outer edge of the first metal film is covered with the third interlayer insulating film.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する前記工程の後であって、前記配線溝内および前記ビア孔内に第2導電膜を埋め込む前記工程の前において、前記配線溝の内壁、前記ビア孔の内壁、および前記第3層間絶縁膜の上面を覆う第3金属膜を形成する工程を備え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 step of removing a portion of the first conductive film overlapping the via hole and before the step of filling the second conductive film in the wiring groove and in the via hole, the wiring A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a third metal film that covers an inner wall of a groove, an inner wall of the via hole, and an upper surface of the third interlayer insulating film.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1金属膜は、TiNまたはTaNにより構成される半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first metal film is made of TiN or TaN.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記配線溝および前記ビア孔を形成する工程の後であって、前記第1導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する前記工程の前において、前記配線溝の内壁および前記ビア孔の内壁を覆う第4金属膜を形成する工程を備え、
前記第1導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去する前記工程は、前記第4金属膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去するとともに前記第1導電膜のうちの前記ビア孔と重なる一部を除去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 step of forming the wiring groove and the via hole, and before the step of removing a portion of the first conductive film overlapping the via hole, the inner wall of the wiring groove and the via hole Forming a fourth metal film covering the inner wall of
The step of removing a part of the first conductive film that overlaps the via hole removes a part of the fourth metal film that overlaps the via hole, and also removes the part of the first conductive film. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a part overlapping with a via hole is removed.
第1導電膜が埋め込まれた第1層間絶縁膜と、
前記第1層間絶縁膜上に設けられており、かつ前記第1導電膜と重なるビア孔を有する第2層間絶縁膜と、
少なくとも前記第2層間絶縁膜上のうちの前記ビア孔の周囲に設けられた第1金属膜と、
前記第2層間絶縁膜上に設けられ、前記ビア孔と重なる配線溝を有し、かつ前記配線溝の周囲に位置する一部が前記第1金属膜上に位置する第3層間絶縁膜と、
前記配線溝内および前記ビア孔内に埋め込まれた第2導電膜と、
を備える半導体装置。
A first interlayer insulating film embedded with a first conductive film;
A second interlayer insulating film provided on the first interlayer insulating film and having a via hole overlapping the first conductive film;
A first metal film provided at least around the via hole on the second interlayer insulating film;
A third interlayer insulating film provided on the second interlayer insulating film, having a wiring groove overlapping the via hole, and a part positioned around the wiring groove being positioned on the first metal film;
A second conductive film embedded in the wiring trench and in the via hole;
A semiconductor device comprising:
請求項8に記載の半導体装置において、
前記第1導電膜上には、第2金属膜が形成されている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8,
A semiconductor device in which a second metal film is formed on the first conductive film.
請求項9に記載の半導体装置において、
前記第2金属膜は、TiNまたはTaNにより構成される半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
The second metal film is a semiconductor device made of TiN or TaN.
請求項9に記載の半導体装置において、
前記配線溝および前記ビア孔と、前記第2導電膜と、の間にはバリア膜が設けられ、
前記バリア膜のうち前記配線溝の底面上および側面上に位置する部分は、前記第1金属膜と、前記第1金属膜と異なる材料により構成される第3金属膜と、の積層膜により構成される半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
A barrier film is provided between the wiring trench and the via hole, and the second conductive film,
Portions of the barrier film located on the bottom surface and the side surface of the wiring trench are configured by a laminated film of the first metal film and a third metal film made of a material different from the first metal film. Semiconductor device.
JP2013106477A 2013-05-20 2013-05-20 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method Pending JP2014229667A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013106477A JP2014229667A (en) 2013-05-20 2013-05-20 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013106477A JP2014229667A (en) 2013-05-20 2013-05-20 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014229667A true JP2014229667A (en) 2014-12-08

Family

ID=52129286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013106477A Pending JP2014229667A (en) 2013-05-20 2013-05-20 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014229667A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10763163B2 (en) 2018-07-19 2020-09-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated circuit device and method of manufacturing the same
US11043445B2 (en) 2018-11-07 2021-06-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having a through silicon via and methods of manufacturing the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10763163B2 (en) 2018-07-19 2020-09-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated circuit device and method of manufacturing the same
US11488860B2 (en) 2018-07-19 2022-11-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated circuit device and method of manufacturing the same
US11043445B2 (en) 2018-11-07 2021-06-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having a through silicon via and methods of manufacturing the same
US11600552B2 (en) 2018-11-07 2023-03-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having a through silicon via and methods of manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3790469B2 (en) Semiconductor device
JP5134193B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6376750B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US20080042268A1 (en) Void boundary structures, semiconductor devices having the void boundary structures and methods of forming the same
JP2013125826A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR20130088543A (en) Semiconductor device with conductive plug and method of manufacturing the same
US20070152338A1 (en) Method of forming FPGA of multi-parallel structure and FPGA structure thereof
JP2010118637A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR20080106066A (en) Semiconductor device, and method for manufacturing such semiconductor device
JP6138439B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2014229667A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP4573784B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
TWI497574B (en) Semiconductor structure
US11488864B2 (en) Self-aligned supervia and metal direct etching process to manufacture self-aligned supervia
JP4302505B2 (en) Semiconductor device
KR20180006740A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2008124070A (en) Semiconductor device
KR100590205B1 (en) Interconnection Structure For Semiconductor Device And Method Of Forming The Same
JP2010171291A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device
JP2009212262A (en) Integrated circuit and method for manufacturing the same
JP2008277546A (en) Semiconductor device
JP2014175525A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2009071283A (en) Semiconductor device
KR101196484B1 (en) Semiconductor Device Having Filling Pattern Adjacent to Storage Structure And Methods Of Forming The Same
JP2006073635A (en) Semiconductor device and its manufacturing method