JP3173597B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JP3173597B2 JP3173597B2 JP33583698A JP33583698A JP3173597B2 JP 3173597 B2 JP3173597 B2 JP 3173597B2 JP 33583698 A JP33583698 A JP 33583698A JP 33583698 A JP33583698 A JP 33583698A JP 3173597 B2 JP3173597 B2 JP 3173597B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング停止膜
を貫通し、層間を電気的に接合する金属接続孔構造また
は埋め込み金属配線構造を有する半導体装置に関し、特
に半導体デバイス製造の最終工程で行われるフォーミン
グガスによるアニーリング時に水素が多層配線の内部に
まで到達する水素拡散経路を確保し、アニーリング効果
の向上を図った半導体装置に関する。
を貫通し、層間を電気的に接合する金属接続孔構造また
は埋め込み金属配線構造を有する半導体装置に関し、特
に半導体デバイス製造の最終工程で行われるフォーミン
グガスによるアニーリング時に水素が多層配線の内部に
まで到達する水素拡散経路を確保し、アニーリング効果
の向上を図った半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイス製造の最終工程におい
て、シリコンの結晶欠陥を不活性化させ、半導体装置の
電気的特性を安定化させる目的で、水素ガスを含むフォ
ーミングガス雰囲気中において、アニーリング処理が行
われている。このアニーリング処理により、例えばゲー
ト酸化膜とシリコン基板の界面に直接水素原子が導入さ
れ、シリコン−酸素の結合欠陥であるダングリングボン
ドが解消されたり、またゲート酸化膜中の固定電荷が中
性化される。
て、シリコンの結晶欠陥を不活性化させ、半導体装置の
電気的特性を安定化させる目的で、水素ガスを含むフォ
ーミングガス雰囲気中において、アニーリング処理が行
われている。このアニーリング処理により、例えばゲー
ト酸化膜とシリコン基板の界面に直接水素原子が導入さ
れ、シリコン−酸素の結合欠陥であるダングリングボン
ドが解消されたり、またゲート酸化膜中の固定電荷が中
性化される。
【０００３】ところが、自己整合的プロセスを用いて、
ＬＳＩ上に多層配線を形成する場合には、ＬＳＩ素子領
域上にシリコン窒化膜に代表されるエッチング停止膜を
形成する必要があり、このエッチング停止膜が実質的
に、水素拡散バリアとして働くために、フォーミングガ
スによる効果的なアニーリングが出来ないといった問題
が発生している。
ＬＳＩ上に多層配線を形成する場合には、ＬＳＩ素子領
域上にシリコン窒化膜に代表されるエッチング停止膜を
形成する必要があり、このエッチング停止膜が実質的
に、水素拡散バリアとして働くために、フォーミングガ
スによる効果的なアニーリングが出来ないといった問題
が発生している。
【０００４】図１０を用いて説明する。図１０は、ＳＲ
ＡＭにおいてＭＯＳトランジスタに電気的に接合するコ
ンタクトを形成する際に、シリコン窒化膜を用いて自己
整合的にコンタクトを形成する場合の通常の工程断面図
を示す。
ＡＭにおいてＭＯＳトランジスタに電気的に接合するコ
ンタクトを形成する際に、シリコン窒化膜を用いて自己
整合的にコンタクトを形成する場合の通常の工程断面図
を示す。
【０００５】図１０（ａ）に示すように、ＭＯＳトラン
ジスタが形成されているシリコン基板１に、ポリシリコ
ンで形成されたゲート電極２、及びゲート電極のサイド
ウォール５が形成されており、これらの素子上にシリコ
ン酸化膜３、及びエッチング停止膜４としてのシリコン
窒化膜、さらに層間絶縁膜６として、ＢＰＳＧ膜が形成
されている。このＢＰＳＧ膜の所定の位置に、通常のフ
ォトリソグラフィー工程により、エッチングを行うと、
エッチング停止膜４ａのところで止まるように開孔７が
形成される。
ジスタが形成されているシリコン基板１に、ポリシリコ
ンで形成されたゲート電極２、及びゲート電極のサイド
ウォール５が形成されており、これらの素子上にシリコ
ン酸化膜３、及びエッチング停止膜４としてのシリコン
窒化膜、さらに層間絶縁膜６として、ＢＰＳＧ膜が形成
されている。このＢＰＳＧ膜の所定の位置に、通常のフ
ォトリソグラフィー工程により、エッチングを行うと、
エッチング停止膜４ａのところで止まるように開孔７が
形成される。
【０００６】さらにこの開孔の底部に露出するエッチン
グ停止膜、及びこのエッチング停止膜の下層のシリコン
酸化膜も除去し、接続孔を形成するとともに、例えばタ
ングステン等の金属を埋め込むことにより、図１０
（ｂ）に示すように、金属接続孔８が完成する。
グ停止膜、及びこのエッチング停止膜の下層のシリコン
酸化膜も除去し、接続孔を形成するとともに、例えばタ
ングステン等の金属を埋め込むことにより、図１０
（ｂ）に示すように、金属接続孔８が完成する。
【０００７】このように通常の工程を用いて金属接続孔
を形成した場合、金属コンタクトの周辺を実質的に水素
バリアとして働くシリコン窒化膜が覆っているために、
アニーリング処理時に水素ガスがシリコン基板までに到
達しえず、その結果ダングリングボンド等の解消がなさ
れないといった問題が発生するのである。
を形成した場合、金属コンタクトの周辺を実質的に水素
バリアとして働くシリコン窒化膜が覆っているために、
アニーリング処理時に水素ガスがシリコン基板までに到
達しえず、その結果ダングリングボンド等の解消がなさ
れないといった問題が発生するのである。
【０００８】このような問題は、金属接続孔のみなら
ず、例えばダマシン配線法に代表される埋め込み金属配
線により多層配線を形成する場合においても発生する。
ず、例えばダマシン配線法に代表される埋め込み金属配
線により多層配線を形成する場合においても発生する。
【０００９】例えば、特開平９−２０９４２に多層間を
相互接続用銅合金で埋め込む多層配線方法が紹介されて
いるが、埋め込み配線の周辺は、水素が実質拡散しな
い、シリコン窒化膜で遮断されているために、図１０に
示した場合と同様にフォーミングガスによる効果的なア
ニーリングが出来ないといった問題が発生する。
相互接続用銅合金で埋め込む多層配線方法が紹介されて
いるが、埋め込み配線の周辺は、水素が実質拡散しな
い、シリコン窒化膜で遮断されているために、図１０に
示した場合と同様にフォーミングガスによる効果的なア
ニーリングが出来ないといった問題が発生する。
【００１０】このような問題を解決するために、特開平
１０−５０９６４においては、水素を拡散させるための
プラグをエッチング停止膜を貫通して形成することによ
り、問題の解決を図っている。確かにこの構造をとるこ
とにより水素拡散経路が確保されるが、窒化膜に開孔す
るための新たなフォトリソグラフィー工程、マスク工程
必要となり、コストアップの要因となるとともに、配線
密度低下の要因ともなる。
１０−５０９６４においては、水素を拡散させるための
プラグをエッチング停止膜を貫通して形成することによ
り、問題の解決を図っている。確かにこの構造をとるこ
とにより水素拡散経路が確保されるが、窒化膜に開孔す
るための新たなフォトリソグラフィー工程、マスク工程
必要となり、コストアップの要因となるとともに、配線
密度低下の要因ともなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、エッチング
停止膜を貫通し、層間を電気的に接合する金属接続孔構
造または埋め込み金属配線構造を有する半導体装置にお
いて、フォトリソグラフィー工程の増加を抑えた簡便な
方法により、水素拡散経路を確保した半導体装置及びそ
の半導体装置の製造方法を提供することにある。より具
体的には、本発明の目的は、上述する半導体デバイス製
造の最終段階において、半導体装置の電気的特性を安定
化させる目的で実施される、水素ガスを含むフォーミン
グガス雰囲気中において、アニーリング処理に利用され
る水素拡散経路を確保し、かかるアニーリング処理を施
される構成要素をその内部に有する半導体装置を簡便な
方法により、製造する方法と、その方法を用いることで
初めて製造可能な半導体装置を提供することにある。
停止膜を貫通し、層間を電気的に接合する金属接続孔構
造または埋め込み金属配線構造を有する半導体装置にお
いて、フォトリソグラフィー工程の増加を抑えた簡便な
方法により、水素拡散経路を確保した半導体装置及びそ
の半導体装置の製造方法を提供することにある。より具
体的には、本発明の目的は、上述する半導体デバイス製
造の最終段階において、半導体装置の電気的特性を安定
化させる目的で実施される、水素ガスを含むフォーミン
グガス雰囲気中において、アニーリング処理に利用され
る水素拡散経路を確保し、かかるアニーリング処理を施
される構成要素をその内部に有する半導体装置を簡便な
方法により、製造する方法と、その方法を用いることで
初めて製造可能な半導体装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に、層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の下部に接して形成
されている水素バリア性を有する膜と、前記層間絶縁膜
及び前記水素バリア性を有する膜の両方を貫通するよう
に形成された開口を導電性材料で埋めた構造を有する半
導体装置であって、少なくとも、前記開口を形成する際
に露出する水素バリア性を有する膜の端面と、その後工
程で前記開口を導電性材料を埋めた構造の側壁との間に
水素拡散膜が形成されており、該水素拡散膜により、前
記水素バリア性を有する膜の下部への水素拡散経路が確
保されていることを特徴とする半導体装置に関する。
に、層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の下部に接して形成
されている水素バリア性を有する膜と、前記層間絶縁膜
及び前記水素バリア性を有する膜の両方を貫通するよう
に形成された開口を導電性材料で埋めた構造を有する半
導体装置であって、少なくとも、前記開口を形成する際
に露出する水素バリア性を有する膜の端面と、その後工
程で前記開口を導電性材料を埋めた構造の側壁との間に
水素拡散膜が形成されており、該水素拡散膜により、前
記水素バリア性を有する膜の下部への水素拡散経路が確
保されていることを特徴とする半導体装置に関する。
【００１３】さらに本発明は、半導体基板上に、層間絶
縁膜と、前記層間絶縁膜の下部に接して形成された下部
窒化膜と、前記層間絶縁膜の上部に接して形成された上
部窒化膜と、前記層間絶縁膜、下部窒化膜、上部窒化膜
のすべてを貫通するように形成された配線溝を金属で埋
め込んで形成した金属配線を有する半導体装置であっ
て、前記金属配線の側壁の全面が水素拡散膜で被覆され
ており、該水素拡散膜により、前記下部窒化膜の下部へ
の水素拡散経路が確保されていることを特徴とする半導
体装置に関する。
縁膜と、前記層間絶縁膜の下部に接して形成された下部
窒化膜と、前記層間絶縁膜の上部に接して形成された上
部窒化膜と、前記層間絶縁膜、下部窒化膜、上部窒化膜
のすべてを貫通するように形成された配線溝を金属で埋
め込んで形成した金属配線を有する半導体装置であっ
て、前記金属配線の側壁の全面が水素拡散膜で被覆され
ており、該水素拡散膜により、前記下部窒化膜の下部へ
の水素拡散経路が確保されていることを特徴とする半導
体装置に関する。
【００１４】さらに本発明は、半導体基板上に、層間絶
縁膜と、前記層間絶縁膜の下部に接して形成されている
窒化膜と、前記層間絶縁膜及び前記窒化膜の両方を貫通
するように形成された接続孔を導電性材料で埋めて形成
した導電性接続孔とを有する半導体装置の製造方法であ
って、前記層間絶縁膜を貫通し、窒化膜に到る開孔を形
成する工程と、この開孔の底部に露出した前記窒化膜を
少なくとも等方性エッチングを含むエッチングにより除
去し、接続孔を形成するとともに、前記窒化膜を前記開
孔の壁面より後退させる工程と、次いで前記エッチング
停止膜の少なくとも開孔壁面より後退した部分に水素拡
散膜を形成する工程と、次いでこの水素拡散膜が形成さ
れた接続孔を導電性材料で埋めて導電性接続孔を形成す
る工程とを含む半導体装置の製造方法に関する。
縁膜と、前記層間絶縁膜の下部に接して形成されている
窒化膜と、前記層間絶縁膜及び前記窒化膜の両方を貫通
するように形成された接続孔を導電性材料で埋めて形成
した導電性接続孔とを有する半導体装置の製造方法であ
って、前記層間絶縁膜を貫通し、窒化膜に到る開孔を形
成する工程と、この開孔の底部に露出した前記窒化膜を
少なくとも等方性エッチングを含むエッチングにより除
去し、接続孔を形成するとともに、前記窒化膜を前記開
孔の壁面より後退させる工程と、次いで前記エッチング
停止膜の少なくとも開孔壁面より後退した部分に水素拡
散膜を形成する工程と、次いでこの水素拡散膜が形成さ
れた接続孔を導電性材料で埋めて導電性接続孔を形成す
る工程とを含む半導体装置の製造方法に関する。
【００１５】さらに本発明は、少なくとも、半導体基板
上に形成された任意の層（下部層と称する）上に、下部
窒化膜を形成する工程と、この下部窒化膜上に層間絶縁
膜を形成する工程と、この層間絶縁膜上に上部窒化膜を
形成する工程と、この上部窒化膜上に、シリコン酸化膜
を形成する工程と、次いで前記シリコン酸化膜、前記上
部窒化膜、前記層間絶縁膜及び前記下部窒化膜を貫通
し、前記下部層に接続する開孔を形成する工程と、前記
開孔の内部及び前記シリコン酸化膜の全面に水素拡散膜
を形成する工程と、次いで少なくとも、開孔の底部に形
成された水素拡散膜を除去し、下部層を露出し、接続孔
を形成する工程と、この接続孔に金属を埋め込む工程
と、次いでＣＭＰ法により、前記上部窒化膜が露出する
まで研磨し、前記水素拡散膜のテーパー部を完全に除去
する工程とを含む半導体装置の製造方法に関する。
上に形成された任意の層（下部層と称する）上に、下部
窒化膜を形成する工程と、この下部窒化膜上に層間絶縁
膜を形成する工程と、この層間絶縁膜上に上部窒化膜を
形成する工程と、この上部窒化膜上に、シリコン酸化膜
を形成する工程と、次いで前記シリコン酸化膜、前記上
部窒化膜、前記層間絶縁膜及び前記下部窒化膜を貫通
し、前記下部層に接続する開孔を形成する工程と、前記
開孔の内部及び前記シリコン酸化膜の全面に水素拡散膜
を形成する工程と、次いで少なくとも、開孔の底部に形
成された水素拡散膜を除去し、下部層を露出し、接続孔
を形成する工程と、この接続孔に金属を埋め込む工程
と、次いでＣＭＰ法により、前記上部窒化膜が露出する
まで研磨し、前記水素拡散膜のテーパー部を完全に除去
する工程とを含む半導体装置の製造方法に関する。
【００１６】さらに本発明は、少なくとも、半導体基板
上に形成された任意の層（下部層と称する）上に、下部
窒化膜を形成する工程と、この下部窒化膜上に層間絶縁
膜を形成する工程と、この層間絶縁膜上に上部窒化膜を
形成する工程と、次いで前記上部窒化膜、前記層間絶縁
膜及び下部窒化膜を貫通し、前記下部層に接続する開孔
を形成する工程と、前記開孔の内部及び前記上部窒化膜
の全面に水素拡散膜を形成する工程と、次いで少なくと
も、開孔の底部に形成された水素拡散膜を除去し、下部
層を露出し、接続孔を形成する工程と、この接続孔に金
属を埋め込む工程と、次いでＣＭＰ法により、前記上部
窒化膜を研磨し、前記水素拡散膜のテーパー部を完全に
除去する工程とを含む半導体装置の製造方法に関する。
上に形成された任意の層（下部層と称する）上に、下部
窒化膜を形成する工程と、この下部窒化膜上に層間絶縁
膜を形成する工程と、この層間絶縁膜上に上部窒化膜を
形成する工程と、次いで前記上部窒化膜、前記層間絶縁
膜及び下部窒化膜を貫通し、前記下部層に接続する開孔
を形成する工程と、前記開孔の内部及び前記上部窒化膜
の全面に水素拡散膜を形成する工程と、次いで少なくと
も、開孔の底部に形成された水素拡散膜を除去し、下部
層を露出し、接続孔を形成する工程と、この接続孔に金
属を埋め込む工程と、次いでＣＭＰ法により、前記上部
窒化膜を研磨し、前記水素拡散膜のテーパー部を完全に
除去する工程とを含む半導体装置の製造方法に関する。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１（ｂ）は、本発明の一実施形
態である層間に水素拡散経路を確保した半導体装置の導
電性材料を埋め込んだ構造部分の拡大断面図である。こ
の図において、下部層は、半導体装置の多層配線構造に
おける任意の層を表し、最下層のシリコン基板であって
もよい。
態である層間に水素拡散経路を確保した半導体装置の導
電性材料を埋め込んだ構造部分の拡大断面図である。こ
の図において、下部層は、半導体装置の多層配線構造に
おける任意の層を表し、最下層のシリコン基板であって
もよい。
【００１８】図１（ｂ）に示す構造は、以下のようにし
て作製する。まず、図１（ａ）に示すように、下部層に
接して下部層の上部に水素バリア性を有する膜４を形成
し、この水素バリア性を有する膜４に接して層間絶縁膜
６を形成した後、層間絶縁膜及び水素バリア性を有する
膜の両方を貫通する形で、開口１８を形成する。この開
口は、その後の工程で、接続孔となるべき孔であって
も、また、金属埋込配線になるべき溝であってもよい。
次に、少なくとも、この開口を形成する際に露出する水
素バリア性を有する膜の端面１９を水素拡散膜で被覆
し、その後に導電性材料で埋める。このようにすること
により、該端面１９とその後の工程で、導電性材料で埋
め込んだ構造の側壁の間に、図１（ｂ）に示すように水
素拡散膜が形成された構造となる。このような構造をと
ることにより、フォーミンングガス処理時に、水素ガス
が下部層へ拡散する経路が確保され、効果的なフォーミ
ンングガスによるアニーリング処理が可能となる。
て作製する。まず、図１（ａ）に示すように、下部層に
接して下部層の上部に水素バリア性を有する膜４を形成
し、この水素バリア性を有する膜４に接して層間絶縁膜
６を形成した後、層間絶縁膜及び水素バリア性を有する
膜の両方を貫通する形で、開口１８を形成する。この開
口は、その後の工程で、接続孔となるべき孔であって
も、また、金属埋込配線になるべき溝であってもよい。
次に、少なくとも、この開口を形成する際に露出する水
素バリア性を有する膜の端面１９を水素拡散膜で被覆
し、その後に導電性材料で埋める。このようにすること
により、該端面１９とその後の工程で、導電性材料で埋
め込んだ構造の側壁の間に、図１（ｂ）に示すように水
素拡散膜が形成された構造となる。このような構造をと
ることにより、フォーミンングガス処理時に、水素ガス
が下部層へ拡散する経路が確保され、効果的なフォーミ
ンングガスによるアニーリング処理が可能となる。
【００１９】導電性材料を埋め込んだ構造２０は、コン
タクトプラグに代表される導電性接続孔であっても、ダ
マシン配線に代表される金属配線であってもよい。例え
ば、金属接続孔においては、導電性材料としてタングス
テン等が用いられる。例えば、金属配線においては、導
電性材料として、銅または、銅合金が用いられる。
タクトプラグに代表される導電性接続孔であっても、ダ
マシン配線に代表される金属配線であってもよい。例え
ば、金属接続孔においては、導電性材料としてタングス
テン等が用いられる。例えば、金属配線においては、導
電性材料として、銅または、銅合金が用いられる。
【００２０】導電性材料を埋め込んだ構造２０が導電性
接続孔である場合、例えば、等方性エッチングにより、
水素バリア性を有する膜４を後退させることができるた
め、その後退した部分に水素拡散膜を形成することによ
り、水素拡散経路を確保することもできる。
接続孔である場合、例えば、等方性エッチングにより、
水素バリア性を有する膜４を後退させることができるた
め、その後退した部分に水素拡散膜を形成することによ
り、水素拡散経路を確保することもできる。
【００２１】水素拡散膜としては、シリコン酸化膜、Ｓ
ｉＯＮ膜、アモルファスシリコン膜、多結晶シリコン膜
が挙げられるが、特にシリコン酸化膜は通常の酸化膜Ｃ
ＶＤで形成可能であり、最も好ましい。以下の水素拡散
膜についても、同様の材料が好適な例として用いられ
る。
ｉＯＮ膜、アモルファスシリコン膜、多結晶シリコン膜
が挙げられるが、特にシリコン酸化膜は通常の酸化膜Ｃ
ＶＤで形成可能であり、最も好ましい。以下の水素拡散
膜についても、同様の材料が好適な例として用いられ
る。
【００２２】水素バリア性を有する膜は、実質的に水素
を拡散しない膜を意味し、層間絶縁膜に開口を形成する
際のエッチング停止膜として機能するＳｉ3Ｎ4等の窒化
膜を挙げることが出来る。この膜の場合、厚みが、１０
０Åを超えると実質的に水素が拡散しないことが知られ
ている。
を拡散しない膜を意味し、層間絶縁膜に開口を形成する
際のエッチング停止膜として機能するＳｉ3Ｎ4等の窒化
膜を挙げることが出来る。この膜の場合、厚みが、１０
０Åを超えると実質的に水素が拡散しないことが知られ
ている。
【００２３】層間絶縁膜としては、通常用いられるＢＰ
ＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＳＯＧ膜、ＨＳＱ（Hydrogen Sili
sesqioxane）膜、ＳｉＯ2膜またはＳｉＯＮ膜等の実質
的に水素が拡散する膜を層間絶縁膜として用いることが
できる（以下の層間絶縁膜も同様）。
ＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＳＯＧ膜、ＨＳＱ（Hydrogen Sili
sesqioxane）膜、ＳｉＯ2膜またはＳｉＯＮ膜等の実質
的に水素が拡散する膜を層間絶縁膜として用いることが
できる（以下の層間絶縁膜も同様）。
【００２４】図２ないし図４に、水素バリア性を有する
膜であるエッチング停止膜を用いて、自己整合的に金属
接続孔を形成するプロセスにより製造される半導体装置
の断面図を示す。
膜であるエッチング停止膜を用いて、自己整合的に金属
接続孔を形成するプロセスにより製造される半導体装置
の断面図を示す。
【００２５】これらの図において、下部層は、半導体装
置の多層配線構造における任意の層を表し、最下層のシ
リコン基板であってもよい。この下部層に接して下部層
の上部にエッチング停止膜４ａが形成され、このエッチ
ング停止膜に接して層間絶縁膜６が形成されている。
置の多層配線構造における任意の層を表し、最下層のシ
リコン基板であってもよい。この下部層に接して下部層
の上部にエッチング停止膜４ａが形成され、このエッチ
ング停止膜に接して層間絶縁膜６が形成されている。
【００２６】さらに、層間絶縁膜及びエッチング停止膜
を貫通して金属接続孔８が設けられ、下部層と層間絶縁
膜の上部に形成された配線（不図示）と電気的に接続す
る。エッチング停止膜としては、通常シリコン窒化膜
（Ｓｉ3Ｎ4あるいはＳｉＮ）が用いられる。（以下のエ
ッチング停止膜も同様）。厚みが１００Åを超えると実
質的に水素が拡散せず、拡散バリアとして働くために、
効果的にフォーミングガスアニーリングを行うために
は、水素拡散膜を設ける必要がある。
を貫通して金属接続孔８が設けられ、下部層と層間絶縁
膜の上部に形成された配線（不図示）と電気的に接続す
る。エッチング停止膜としては、通常シリコン窒化膜
（Ｓｉ3Ｎ4あるいはＳｉＮ）が用いられる。（以下のエ
ッチング停止膜も同様）。厚みが１００Åを超えると実
質的に水素が拡散せず、拡散バリアとして働くために、
効果的にフォーミングガスアニーリングを行うために
は、水素拡散膜を設ける必要がある。
【００２７】図２においては、水素拡散膜１０が、少な
くとも金属接続孔８の側壁とエッチング停止膜の間に形
成されており、金属接続孔が、層間絶縁膜６に接してい
るか、または水素拡散膜に接した構造となっている。つ
まり、水素拡散膜を酸化膜ＣＶＤ等の手法を用いて形成
した場合、開孔全面につける必要はなく、開孔を形成し
た際に、露出するエッチング停止膜の端面の部分が、水
素拡散膜により被覆され、下部層へ水素拡散経路が確保
されていればよい。
くとも金属接続孔８の側壁とエッチング停止膜の間に形
成されており、金属接続孔が、層間絶縁膜６に接してい
るか、または水素拡散膜に接した構造となっている。つ
まり、水素拡散膜を酸化膜ＣＶＤ等の手法を用いて形成
した場合、開孔全面につける必要はなく、開孔を形成し
た際に、露出するエッチング停止膜の端面の部分が、水
素拡散膜により被覆され、下部層へ水素拡散経路が確保
されていればよい。
【００２８】図３は、水素拡散膜１０が、金属接続孔８
の側壁の全面を被覆した場合であり、水素拡散経路が確
実に確保できる。
の側壁の全面を被覆した場合であり、水素拡散経路が確
実に確保できる。
【００２９】図４は、層間絶縁膜を貫通し、エッチング
停止膜にいたる接続孔を開孔した後、エッチング停止膜
４ａを選択的に接続孔の壁面から後退させ、この後退し
た部分に水素拡散膜を形成することにより作製すること
ができる。このような構造は、層間絶縁膜を貫通する接
続孔を開孔した後、エッチング停止膜に対して、エッチ
ングレートの高いエッチング剤を用いて、少なくとも等
方性エッチングを含むエッチングにより、エッチング停
止膜を選択的に後退させることができる。このような等
方性エッチングとしては、例えば、ウエットエッチン
グ、等方性ドライエッチングが挙げられる。
停止膜にいたる接続孔を開孔した後、エッチング停止膜
４ａを選択的に接続孔の壁面から後退させ、この後退し
た部分に水素拡散膜を形成することにより作製すること
ができる。このような構造は、層間絶縁膜を貫通する接
続孔を開孔した後、エッチング停止膜に対して、エッチ
ングレートの高いエッチング剤を用いて、少なくとも等
方性エッチングを含むエッチングにより、エッチング停
止膜を選択的に後退させることができる。このような等
方性エッチングとしては、例えば、ウエットエッチン
グ、等方性ドライエッチングが挙げられる。
【００３０】本発明の目的とする構造は、水素拡散経路
が確保されていればよく、図２〜図４のいずれの場合で
もよく、またそれらの組み合わせの構造でもよい。
が確保されていればよく、図２〜図４のいずれの場合で
もよく、またそれらの組み合わせの構造でもよい。
【００３１】図５（ａ）に、下部窒化膜をエッチングス
トッパーとして自己整合的に配線溝を形成し、そこに金
属を埋込金属配線を形成するプロセスにより製造される
半導体装置の断面図を示す。
トッパーとして自己整合的に配線溝を形成し、そこに金
属を埋込金属配線を形成するプロセスにより製造される
半導体装置の断面図を示す。
【００３２】この図において、下部層は、半導体装置の
多層配線構造における任意の層を表し、最下層のシリコ
ン基板であってもよい。この下部層に接して下部層の上
部に下部窒化膜４ｂが形成され、この下部窒化膜に接し
て層間絶縁膜６が形成され、この層間絶縁膜に接して上
部窒化膜１３が形成されている。この上部窒化膜、層間
絶縁膜及び下部窒化膜を貫通して金属接続孔８が設けら
れ、下部層と層間絶縁膜の上部に形成された配線（不図
示）と電気的に接続する。上部窒化膜としては、下部窒
化膜同様に、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4あるいはＳｉ
Ｎ）を好適に用いることができる。また、下部窒化膜と
共通化させることにより、工程が煩雑にならずにすむと
いった利点が挙げられる。
多層配線構造における任意の層を表し、最下層のシリコ
ン基板であってもよい。この下部層に接して下部層の上
部に下部窒化膜４ｂが形成され、この下部窒化膜に接し
て層間絶縁膜６が形成され、この層間絶縁膜に接して上
部窒化膜１３が形成されている。この上部窒化膜、層間
絶縁膜及び下部窒化膜を貫通して金属接続孔８が設けら
れ、下部層と層間絶縁膜の上部に形成された配線（不図
示）と電気的に接続する。上部窒化膜としては、下部窒
化膜同様に、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4あるいはＳｉ
Ｎ）を好適に用いることができる。また、下部窒化膜と
共通化させることにより、工程が煩雑にならずにすむと
いった利点が挙げられる。
【００３３】図５のように金属配線の側壁が水素拡散膜
によって被覆されていることが好ましい。また、水素拡
散膜の上部窒化膜に接している部分の近傍１７において
水素拡散膜の厚みが一定であることが好ましい。図５
（ｂ）に、水素拡散膜の上部窒化膜に接している部分の
近傍１７の拡大図を示す。水素拡散膜の厚みが一定であ
るとは、上部窒化膜の近傍において、水素拡散膜に、テ
ーパーが形成されないことを意味する。
によって被覆されていることが好ましい。また、水素拡
散膜の上部窒化膜に接している部分の近傍１７において
水素拡散膜の厚みが一定であることが好ましい。図５
（ｂ）に、水素拡散膜の上部窒化膜に接している部分の
近傍１７の拡大図を示す。水素拡散膜の厚みが一定であ
るとは、上部窒化膜の近傍において、水素拡散膜に、テ
ーパーが形成されないことを意味する。
【００３４】すなわち、水素拡散膜としてシリコン酸化
膜を酸化膜ＣＶＤ法により形成した場合、配線溝の入り
口のところで水素拡散膜にテーパーが形成される。この
状態で、金属を埋め込むと、図５（ｃ）に示すように、
このテーパー部の上部に金属層が形成されるために、充
分な水素拡散経路を確保出来ないことになる。したがっ
て、図５（ｂ）に示すように、テーパーが形成されない
ように、水素拡散膜を形成する必要がある。
膜を酸化膜ＣＶＤ法により形成した場合、配線溝の入り
口のところで水素拡散膜にテーパーが形成される。この
状態で、金属を埋め込むと、図５（ｃ）に示すように、
このテーパー部の上部に金属層が形成されるために、充
分な水素拡散経路を確保出来ないことになる。したがっ
て、図５（ｂ）に示すように、テーパーが形成されない
ように、水素拡散膜を形成する必要がある。
【００３５】なお、図１〜図５を用いて、水素拡散膜を
形成することにより、フォーミングガスアニーリング時
に、水素拡散経路が確保されることを説明したが、実質
的な効果を得るためには、水素拡散膜は最も薄いところ
で、１００Å以上の厚みがあることが好ましく、１００
Å〜５００Åの厚みが最適である。
形成することにより、フォーミングガスアニーリング時
に、水素拡散経路が確保されることを説明したが、実質
的な効果を得るためには、水素拡散膜は最も薄いところ
で、１００Å以上の厚みがあることが好ましく、１００
Å〜５００Åの厚みが最適である。
【００３６】（実施例１）本発明の製造方法の一実施形
態として、図６及び図７を用いて、ＳＲＡＭ構造におい
て水素拡散経路を確保する工程を説明する。
態として、図６及び図７を用いて、ＳＲＡＭ構造におい
て水素拡散経路を確保する工程を説明する。
【００３７】図６（ａ）は、ＭＯＳトランジスタが形成
されているシリコン基板１に、ポリシリコンで形成され
たゲート電極２、及びゲート電極の側壁部分にサイドウ
ォール５が形成されていることを示す。このサイドウォ
ール５の中にあらかじめ、シリコン窒化膜からなるエッ
チング停止膜５ａが形成されている。このサイドウォー
ル中のエッチング停止膜は、後の開孔工程において、サ
イドウォールがオーバーエッチングされない目的のため
に設けたものであり、本発明の必須要件ではない。
されているシリコン基板１に、ポリシリコンで形成され
たゲート電極２、及びゲート電極の側壁部分にサイドウ
ォール５が形成されていることを示す。このサイドウォ
ール５の中にあらかじめ、シリコン窒化膜からなるエッ
チング停止膜５ａが形成されている。このサイドウォー
ル中のエッチング停止膜は、後の開孔工程において、サ
イドウォールがオーバーエッチングされない目的のため
に設けたものであり、本発明の必須要件ではない。
【００３８】これらの素子上にシリコン酸化膜３、及び
エッチング停止膜４ａとしてのシリコン窒化膜、さらに
層間絶縁膜６として、ＢＰＳＧ膜が形成されている。
エッチング停止膜４ａとしてのシリコン窒化膜、さらに
層間絶縁膜６として、ＢＰＳＧ膜が形成されている。
【００３９】図６（ｂ）に示すように、ＢＰＳＧ膜の所
定の位置に、通常のフォトリソグラフィー工程を用い
て、開孔７を形成する。この際、エッチング停止膜がエ
ッチングストッパーとして機能し、開孔底部にエッチン
グ停止膜が露出する。
定の位置に、通常のフォトリソグラフィー工程を用い
て、開孔７を形成する。この際、エッチング停止膜がエ
ッチングストッパーとして機能し、開孔底部にエッチン
グ停止膜が露出する。
【００４０】ついで、図６（ｃ）に示すように、エッチ
ング停止膜に対して、エッチングレートの高いエッチン
グ剤を用いて、少なくとも等方性エッチングを含むエッ
チングにより、エッチング停止膜を選択的に後退させた
後退部分９を形成することができる。
ング停止膜に対して、エッチングレートの高いエッチン
グ剤を用いて、少なくとも等方性エッチングを含むエッ
チングにより、エッチング停止膜を選択的に後退させた
後退部分９を形成することができる。
【００４１】すなわち、開孔７を形成した後に、異方性
エッチングにより開孔底部に露出したエッチング停止膜
を除去し、さらに等方性エッチングにより、エッチング
停止膜を後退させるか、または開孔７を形成した後に、
等方性エッチングのみにより、エッチング停止膜を後退
させる等の方法が挙げられる。
エッチングにより開孔底部に露出したエッチング停止膜
を除去し、さらに等方性エッチングにより、エッチング
停止膜を後退させるか、または開孔７を形成した後に、
等方性エッチングのみにより、エッチング停止膜を後退
させる等の方法が挙げられる。
【００４２】次いで図６（ｄ）に示すようにエッチング
停止膜除去後に、エッチング停止膜の下層に接して形成
されているシリコン酸化膜３を異方性エッチングにより
除去する。この際にサイドウォール中のエッチング停止
膜５ａの部分で、エッチングは停止する。
停止膜除去後に、エッチング停止膜の下層に接して形成
されているシリコン酸化膜３を異方性エッチングにより
除去する。この際にサイドウォール中のエッチング停止
膜５ａの部分で、エッチングは停止する。
【００４３】次いで図７（ｅ）に示すように、水素拡散
膜１０を形成する。形成方法は、ＣＶＤ法、スパッタ法
等水素拡散膜の種類に応じて、適宜選択することができ
る。本実施例では、最も簡便な方法として、シリコン酸
化膜を酸化膜ＣＶＤにより形成する。この工程により、
図６（ｃ）の工程で形成した後退部分９にもシリコン酸
化膜が形成されるとともに、開孔の内壁部分にも、シリ
コン酸化膜が形成される。
膜１０を形成する。形成方法は、ＣＶＤ法、スパッタ法
等水素拡散膜の種類に応じて、適宜選択することができ
る。本実施例では、最も簡便な方法として、シリコン酸
化膜を酸化膜ＣＶＤにより形成する。この工程により、
図６（ｃ）の工程で形成した後退部分９にもシリコン酸
化膜が形成されるとともに、開孔の内壁部分にも、シリ
コン酸化膜が形成される。
【００４４】次いで図７（ｆ）に示すように、開孔の底
部に形成されたシリコン酸化膜を異方性エッチングによ
り除去し、シリコン基板に形成したＭＯＳトランジスタ
に接合する接続孔を形成する。
部に形成されたシリコン酸化膜を異方性エッチングによ
り除去し、シリコン基板に形成したＭＯＳトランジスタ
に接合する接続孔を形成する。
【００４５】次いで図７（ｇ）に示すように、金属を埋
め込んで、金属接続孔を完成する。この金属接続孔を埋
め込む金属としては、例えば、タングステンが好適な金
属として挙げられる。この図に示すように、このタング
ステンを埋め込む前に、接続孔の壁面をＴｉ／ＴｉＮ膜
で被覆した状態で、金属を埋め込むことも可能である。
め込んで、金属接続孔を完成する。この金属接続孔を埋
め込む金属としては、例えば、タングステンが好適な金
属として挙げられる。この図に示すように、このタング
ステンを埋め込む前に、接続孔の壁面をＴｉ／ＴｉＮ膜
で被覆した状態で、金属を埋め込むことも可能である。
【００４６】さらに、図７（ｈ）に示すように、Ｔｉ／
ＴｉＮを成膜し、ＡｌＣｕ等の配線を形成しても良い。
ＴｉＮを成膜し、ＡｌＣｕ等の配線を形成しても良い。
【００４７】以上説明した工程により、簡便な方法によ
り、水素拡散経路が確保され、充分なアニーリング効果
が得られる。
り、水素拡散経路が確保され、充分なアニーリング効果
が得られる。
【００４８】（実施例２）本発明の製造方法の一実施形
態として、図８及び図９を用いて、ダマシン配線による
多層配線構造を有する半導体装置において水素拡散経路
を確保する工程を説明する。
態として、図８及び図９を用いて、ダマシン配線による
多層配線構造を有する半導体装置において水素拡散経路
を確保する工程を説明する。
【００４９】図８（ａ）はＭＯＳトランジスタが形成さ
れているシリコン基板１に、ポリシリコンで形成された
ゲート電極２、及びゲート電極の側壁部分には、サイド
ウォール５が形成されてるいることを示している。この
素子領域に接して上部に層間絶縁膜６が形成され、さら
に、層間絶縁膜を貫通する金属接続孔が設けられてい
る。以下、この金属接続孔に電気的に接続するダマシン
配線を形成する際に、水素拡散経路を確保する工程につ
いて説明する。
れているシリコン基板１に、ポリシリコンで形成された
ゲート電極２、及びゲート電極の側壁部分には、サイド
ウォール５が形成されてるいることを示している。この
素子領域に接して上部に層間絶縁膜６が形成され、さら
に、層間絶縁膜を貫通する金属接続孔が設けられてい
る。以下、この金属接続孔に電気的に接続するダマシン
配線を形成する際に、水素拡散経路を確保する工程につ
いて説明する。
【００５０】次いで図８（ｂ）に示すように、この金属
接続孔８が形成された層間絶縁膜上に下部窒化膜４ｂ、
層間絶縁膜６、上部窒化膜１３を順次形成する。さら
に、この上部窒化膜上にシリコン酸化膜１４を形成す
る。このシリコン酸化膜は、後の工程で形成される水素
拡散膜のテーパー部の高さを調整するためのものであ
り、最終的な金属配線の上面部分の高さより高い位置に
テーパー部を形成する必要があり、そのためにはシリコ
ン酸化膜の厚みを５００Å以上であることが好ましい。
接続孔８が形成された層間絶縁膜上に下部窒化膜４ｂ、
層間絶縁膜６、上部窒化膜１３を順次形成する。さら
に、この上部窒化膜上にシリコン酸化膜１４を形成す
る。このシリコン酸化膜は、後の工程で形成される水素
拡散膜のテーパー部の高さを調整するためのものであ
り、最終的な金属配線の上面部分の高さより高い位置に
テーパー部を形成する必要があり、そのためにはシリコ
ン酸化膜の厚みを５００Å以上であることが好ましい。
【００５１】次いで、異方性エッチングにより、上部窒
化膜、層間絶縁膜、エッチング停止膜を順次エッチング
し、下部層であるところの金属接続孔が形成された層間
絶縁膜にいたる配線溝を形成し、さらに図８（ｃ）に示
すように、開孔内及びシリコン酸化膜１４上に水素拡散
膜１０を形成する。この水素拡散膜には、テーパー部１
５が存在するが、図に示すようにシリコン酸化膜の厚み
を調整することにより、テーパー部の位置を調整でき
る。
化膜、層間絶縁膜、エッチング停止膜を順次エッチング
し、下部層であるところの金属接続孔が形成された層間
絶縁膜にいたる配線溝を形成し、さらに図８（ｃ）に示
すように、開孔内及びシリコン酸化膜１４上に水素拡散
膜１０を形成する。この水素拡散膜には、テーパー部１
５が存在するが、図に示すようにシリコン酸化膜の厚み
を調整することにより、テーパー部の位置を調整でき
る。
【００５２】次いで図８（ｄ）に示すように、異方性エ
ッチングにより、配線溝底部に形成された水素拡散膜を
除去する。
ッチングにより、配線溝底部に形成された水素拡散膜を
除去する。
【００５３】次いで図９（ｅ）に示すように、金属を埋
め込む。この金属は通常にダマシン法で用いられる銅、
銅合金、タングステン等を用いることも可能であり特に
限定されない。
め込む。この金属は通常にダマシン法で用いられる銅、
銅合金、タングステン等を用いることも可能であり特に
限定されない。
【００５４】次いで、図９（ｆ）に示すようにＣＭＰ法
により、ＣＭＰ研磨線（シリコン酸化膜１４を完全除去
し、上部窒化膜が現れるまで）まで研磨する。このと
き、シリコン酸化膜の厚みを５００Å以上にすることに
より、水素拡散膜のテーパー部がＣＭＰ研磨線の上部に
位置するために、ＣＭＰ研磨により完全に除去される。
したがって、水素拡散膜の上部窒化膜に接している部分
の近傍において、水素拡散膜の厚みは一定に保たれ、水
素拡散経路が確保される。
により、ＣＭＰ研磨線（シリコン酸化膜１４を完全除去
し、上部窒化膜が現れるまで）まで研磨する。このと
き、シリコン酸化膜の厚みを５００Å以上にすることに
より、水素拡散膜のテーパー部がＣＭＰ研磨線の上部に
位置するために、ＣＭＰ研磨により完全に除去される。
したがって、水素拡散膜の上部窒化膜に接している部分
の近傍において、水素拡散膜の厚みは一定に保たれ、水
素拡散経路が確保される。
【００５５】次いで、図９（ｇ）、図９（ｈ）に示すよ
うに、上記工程を繰り返すことにより、多層配線が完成
する。
うに、上記工程を繰り返すことにより、多層配線が完成
する。
【００５６】上記例では、シリコン酸化膜を水素拡散膜
のテーパー位置調整用に用いたが、このシリコン酸化膜
を形成する代わりに、上部窒化膜を５００Å以上の厚さ
に形成しても、本発明の目的を達成することができる。
この場合、図９（ｆ）で、ＣＭＰ研磨をする際のＣＭＰ
研磨線を特定することが難しい反面、図８（ｃ）で、開
孔を形成する際のエッチング工程を減らせるといった利
点を有する。
のテーパー位置調整用に用いたが、このシリコン酸化膜
を形成する代わりに、上部窒化膜を５００Å以上の厚さ
に形成しても、本発明の目的を達成することができる。
この場合、図９（ｆ）で、ＣＭＰ研磨をする際のＣＭＰ
研磨線を特定することが難しい反面、図８（ｃ）で、開
孔を形成する際のエッチング工程を減らせるといった利
点を有する。
【００５７】以上説明した工程により、簡便な方法によ
り、水素拡散経路が確保され、充分なアニーリング効果
が得られる。
り、水素拡散経路が確保され、充分なアニーリング効果
が得られる。
【００５８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、エッチング停止膜を貫通し、層間を電気的に接合
する金属接続孔構造または埋め込み金属配線構造を有す
る半導体装置において、金属接続孔構造または金属配線
構造を形成する際に、同時に水素拡散経路を確保するこ
とが可能となる。このような構造を採用することによ
り、フォトリソグラフィー工程の増加を抑えた簡便な工
程により水素拡散経路を確保することができ、フォーミ
ングガスのアニーリング効果の向上が図れる。
れば、エッチング停止膜を貫通し、層間を電気的に接合
する金属接続孔構造または埋め込み金属配線構造を有す
る半導体装置において、金属接続孔構造または金属配線
構造を形成する際に、同時に水素拡散経路を確保するこ
とが可能となる。このような構造を採用することによ
り、フォトリソグラフィー工程の増加を抑えた簡便な工
程により水素拡散経路を確保することができ、フォーミ
ングガスのアニーリング効果の向上が図れる。
【図１】本発明の一実施形態である層間に水素拡散経路
を確保した半導体装置の導電性材料を埋め込んだ構造部
分の拡大断面図である。
を確保した半導体装置の導電性材料を埋め込んだ構造部
分の拡大断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である層間に水素拡散経路
を確保した半導体装置の金属接続孔部分の拡大断面図で
ある。
を確保した半導体装置の金属接続孔部分の拡大断面図で
ある。
【図３】本発明の一実施形態である層間に水素拡散経路
を確保した半導体装置の金属接続孔部分の拡大断面図で
ある。
を確保した半導体装置の金属接続孔部分の拡大断面図で
ある。
【図４】本発明の一実施形態である多層配線の層間に水
素拡散経路を確保した半導体装置の金属接続孔部分の拡
大断面図である。
素拡散経路を確保した半導体装置の金属接続孔部分の拡
大断面図である。
【図５】本発明の一実施形態である多層配線の層間に水
素拡散経路を確保した半導体装置の金属接続孔部分の拡
大断面図である。
素拡散経路を確保した半導体装置の金属接続孔部分の拡
大断面図である。
【図６】本発明の製造方法の一実施形態として、ＳＲＡ
Ｍ構造において水素拡散経路を確保する前段の工程を示
す工程断面図である。
Ｍ構造において水素拡散経路を確保する前段の工程を示
す工程断面図である。
【図７】本発明の製造方法の一実施形態として、ＳＲＡ
Ｍ構造を有する半導体装置において水素拡散経路を確保
する後段の工程を示す工程断面図である。
Ｍ構造を有する半導体装置において水素拡散経路を確保
する後段の工程を示す工程断面図である。
【図８】本発明の製造方法の一実施形態として、ダマシ
ン配線による多層配線構造を有する半導体装置において
水素拡散経路を確保する前段の工程を示す工程断面図で
ある。
ン配線による多層配線構造を有する半導体装置において
水素拡散経路を確保する前段の工程を示す工程断面図で
ある。
【図９】本発明の製造方法の一実施形態として、ダマシ
ン配線による多層配線構造を有する半導体装置において
水素拡散経路を確保する後段の工程を示す工程断面図で
ある。
ン配線による多層配線構造を有する半導体装置において
水素拡散経路を確保する後段の工程を示す工程断面図で
ある。
【図１０】シリコン基板に形成されたＭＯＳトランジス
タに電気的に接合するコンタクトプラグを形成する際
に、シリコン窒化膜を用いて自己整合的に形成する場合
の従来工程を示す工程断面図である。
タに電気的に接合するコンタクトプラグを形成する際
に、シリコン窒化膜を用いて自己整合的に形成する場合
の従来工程を示す工程断面図である。
１ シリコン基板 ２ ゲート電極 ３ シリコン酸化膜 ４ 水素バリア性を有する膜 ４ａ エッチング停止膜 ４ｂ 下部窒化膜 ５ サイドウォール ５ａ サイドウォールに形成されたエッチング停止膜 ６ 層間絶縁膜 ７ 開孔 ８ 金属接続孔 ８ａ タングステン ８ｂ Ｔｉ／ＴｉＮ膜 ９ 後退部分 １０ 水素拡散膜 １１ ＴｉＮ膜 １２ ＡｌＣｕ １３ 上部窒化膜 １４ 水素拡散膜のテーパー位置調整用シリコン酸化膜 １５ 水素拡散膜テーパー部 １６ 埋込金属 １７ 水素拡散膜のＣＭＰ膜に接している部分の近傍 １８ 開口 １９ 開口を形成する際に露出する水素バリア性を有す
る膜の端面 ２０ 開口を導電性材料で埋めた構造
る膜の端面 ２０ 開口を導電性材料で埋めた構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768
Claims (27)
- 【請求項１】 半導体基板上に、層間絶縁膜と、前記層
間絶縁膜の下部に接して形成されている窒化膜と、前記
層間絶縁膜及び前記窒化膜の両方を貫通するように形成
された接続孔を導電性材料で埋めて形成した導電性接続
孔とを有する半導体装置の製造方法であって、 前記層間絶縁膜を貫通し、窒化膜に到る開孔を形成する
工程と、 この開孔の底部に露出した前記窒化膜を少なくとも等方
性エッチングを含むエッチングにより除去し、接続孔を
形成するとともに、前記窒化膜を前記開孔の壁面より後
退させる工程と、 次いで前記エッチング停止膜の少なくとも開孔壁面より
後退した部分に水素拡散膜を形成する工程と、 次いでこの水素拡散膜が形成された接続孔を導電性材料
で埋めて導電性接続孔を形成する工程と、 前記水素拡散膜により確保される水素拡散経路を利用
し、その内部に水素を供給しつつアニーリング処理を施
す工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記窒化膜が、Ｓｉ3Ｎ4膜であることを
特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記接続孔を埋める金属が、タングステ
ンであることを特徴とする請求項１または２に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 半導体基板上に、層間絶縁膜と、前記層
間絶縁膜の下部に接して形成されている窒化膜と、前記
層間絶縁膜及び前記窒化膜の両方を貫通するように形成
された接続孔を導電性材料で埋めて形成した導電性接続
孔とを有する半導体装置の製造方法であって、 少なくとも、半導体基板上に形成された任意の層（下部
層と称する）上に、下部窒化膜を形成する工程と、 この下部窒化膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、 この層間絶縁膜上に上部窒化膜を形成する工程と、 この上部窒化膜上に、シリコン酸化膜を形成する工程
と、 次いで前記シリコン酸化膜、前記上部窒化膜、前記層間
絶縁膜及び前記下部窒化膜を貫通し、前記下部層に接続
する開孔を形成する工程と、 前記開孔の内部及び前記シリコン酸化膜の全面に水素拡
散膜を形成する工程と、 次いで少なくとも、開孔の底部に形成された水素拡散膜
を除去し、下部層を露出し、接続孔を形成する工程と、 この接続孔に金属を埋め込む工程と、 次いでＣＭＰ法により、前記上部窒化膜が露出するまで
研磨し、前記水素拡散膜のテーパー部を完全に除去する
工程と、 前記水素拡散膜により確保される水素拡散経路を利用
し、その内部に水素を供給しつつアニーリング処理を施
す工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記シリコン酸化膜を形成する工程にお
いて、その後の工程において形成する水素拡散膜のテー
パー部が、最終的な金属配線の高さよりも上になるよう
にシリコン酸化膜を充分な厚み形成することを特徴とす
る請求項４に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記シリコン酸化膜の厚みが、５００Å
以上であることを特徴とする請求項４または５に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 半導体基板上に、層間絶縁膜と、前記層
間絶縁膜の下部に接して形成されている窒化膜と、前記
層間絶縁膜及び前記窒化膜の両方を貫通するように形成
された接続孔を金属で埋めて形成した金属配線とを有す
る半導体装置の製造方法であって、 少なくとも、半導体基板上に形成された任意の層（下部
層と称する）上に、下部窒化膜を形成する工程と、 この下部窒化膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、 この層間絶縁膜上に上部窒化膜を形成する工程と、 次いで前記上部窒化膜、前記層間絶縁膜及び下部窒化膜
を貫通し、前記下部層に接続する開孔を形成する工程
と、 前記開孔の内部及び前記上部窒化膜の全面に水素拡散膜
を形成する工程と、 次いで少なくとも、開孔の底部に形成された水素拡散膜
を除去し、下部層を露出し、接続孔を形成する工程と、 この接続孔に金属を埋め込む工程と、 次いでＣＭＰ法により、前記上部窒化膜を研磨し、前記
水素拡散膜のテーパー部を完全に除去する工程と、 前記水素拡散膜により確保される水素拡散経路を利用
し、その内部に水素を供給しつつアニーリング処理を施
す工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 前記上部窒化膜を形成する工程におい
て、その後の工程において形成する水素拡散膜のテーパ
ー部が、最終的な金属配線の高さよりも上になるように
上部窒化膜を充分な厚み形成することを特徴とする請求
項７に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記上部窒化膜の厚みが、５００Å以上
であることを特徴とする請求項７または８に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記上部窒化膜及び前記下部窒化膜
が、Ｓｉ3Ｎ4膜であることを特徴とする請求項４〜９の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記層間絶縁膜が、ＢＰＳＧ膜、ＰＳ
Ｇ膜、ＳＯＧ膜、ＨＳＱ膜、ＳｉＯ2膜またはＳｉＯＮ
膜のいずれかであることを特徴とする請求項１〜１１の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 前記水素拡散膜が、ＳｉＯ2膜、Ｓｉ
ＯＮ膜、アモルファスＳｉ膜または多結晶Ｓｉ膜である
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】 半導体基板上に、層間絶縁膜と、前記
層間絶縁膜の下部に接して形成されている水素バリア性
を有する膜と、前記層間絶縁膜及び前記水素バリア性を
有する膜の両方を貫通するように形成された開口を導電
性材料で埋めた構造を有する半導体装置であって、 少なくとも前記開口を形成する際に露出する水素バリア
性を有する膜の端面と、その後の工程において前記開口
を埋めた構造とされた導電性材料の側壁面との間に水素
拡散膜が設けられており、 前記水素バリア性を有する膜が、かかる開口部の壁面よ
り後退しており、少なくとも前記後退した部分にも水素
拡散膜は形成されており、 前記水素拡散膜の存在により、前記水素バリア性を有す
る膜の下部への水素拡散経路が確保されており、 前記導電性材料で埋めた構造を形成された後、前記水素
拡散膜によって確保されている水素拡散経路を介して、
フォーミングガスに含有される水素によるアニーリング
処理が施された構成要素を、前記水素バリア性を有する
膜より下方に有していることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１４】 前記開口を導電性材料を埋めた構造の
側壁面の全面が水素拡散膜で被覆されていることを特徴
とする請求項１３に記載の半導体装置。 - 【請求項１５】 前記水素バリア性を有する膜が、窒化
膜であることを特徴とする請求項１３または１４に記載
の半導体装置。 - 【請求項１６】 前記窒化膜が、Ｓｉ3Ｎ4膜であること
を特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。 - 【請求項１７】 前記導電性材料を埋めた構造が、導電
性接続孔であることを特徴とする請求項１３〜１６のい
ずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項１８】 前記導電性材料が、金属であることを
特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。 - 【請求項１９】 前記導電性材料が、タングステンであ
ることを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置。 - 【請求項２０】 前記導電性材料を埋めた構造が、金属
配線であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれ
かに記載の半導体装置。 - 【請求項２１】 前記導電性材料が、銅または銅合金で
あることを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置。 - 【請求項２２】 半導体基板上に、層間絶縁膜と、前記
層間絶縁膜の下部に接して形成された下部窒化膜と、前
記層間絶縁膜の上部に接して形成された上部窒化膜と、
前記層間絶縁膜、下部窒化膜、上部窒化膜のすべてを貫
通するように形成された配線溝を金属で埋め込んで形成
した金属配線を有する半導体装置であって、 前記金属配線の側壁全面を被覆する水素拡散膜が設けら
れており、 前記水素拡散膜の上部窒化膜に接している部分の近傍に
おいて、該水素拡散膜の厚みが一定であり、 前記水素拡散膜により、前記下部窒化膜の下部への水素
拡散経路が確保されており、 前記金属で埋めた構造を形成された後、前記水素拡散膜
によって確保されている水素拡散経路を介して、フォー
ミングガスに含有される水素によるアニーリング処理が
施された構成要素を、前記下部窒化膜より下方に有して
いることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２３】 前記水素拡散膜の上部窒化膜に接して
いる部分の近傍のみでなく、層間絶縁膜ならびに下部窒
化膜と接する部分をも含め、該水素拡散膜の厚みが一定
であることを特徴とする請求項２２に記載の半導体装
置。 - 【請求項２４】 前記上部窒化膜及び前記下部窒化膜
が、Ｓｉ3Ｎ4膜であることを特徴とする請求項２２また
は２３に記載の半導体装置。 - 【請求項２５】 前記接続孔を埋める金属が、銅または
銅合金であることを特徴とする請求項２２〜２４のいず
れかに記載の半導体装置。 - 【請求項２６】 前記層間絶縁膜が、ＢＰＳＧ膜、ＰＳ
Ｇ膜、ＳＯＧ膜、ＨＳＱ膜、ＳｉＯ2膜またはＳｉＯＮ
膜のいずれかであることを特徴とする請求項１３〜２５
のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項２７】 前記水素拡散膜が、ＳｉＯ2膜、Ｓｉ
ＯＮ膜、アモルファスＳｉ膜または多結晶Ｓｉ膜である
ことを特徴とする請求項１３〜２６のいずれかに記載の
半導体装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP33583698A JP3173597B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP33583698A JP3173597B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP2000164704A JP2000164704A (ja) | 2000-06-16 |
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| JP33583698A Expired - Fee Related JP3173597B2 (ja) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
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-
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- 1998-11-26 JP JP33583698A patent/JP3173597B2/ja not_active Expired - Fee Related
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