JP3408527B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
の製造方法に関し、特にコンタクトホール又はヴィアホ
ールにタングステン膜を埋め込んでプラグを形成する技
術に関する。
配線と上層配線との接続にはタングステンよりなるプラ
グ(タングステンプラグ)が使用されている。タングス
テンプラグは、層間絶縁膜に形成されたヴィアホールの
底面及び壁面並びに層間絶縁膜の上にチタン膜及び窒化
チタン膜等からなる密着層を堆積した後、該密着層の上
にCVD法によりタングステン膜を堆積し、その後、密
着層及びタングステン膜における層間絶縁膜の上に存在
する余分な部分をCMP(Chemical MechanicalPolishi
ng )法により除去することによって形成される。
題になることは、密着層及びタングステン膜における層
間絶縁膜の上に存在する部分をCMP法により除去する
際に、CMP工程の終点をいかに正確に制御するかであ
る。
を精度良く検出することができない場合には、研磨過多
となってタングステンプラグの接続抵抗が著しく上昇し
たり、又は研磨不足となって隣り合うタングステンプラ
グ同士がショートしたりするなどの問題が発生する。
公報においては、タングステン膜等の金属膜をCMP法
により研磨する際の終点を検出する方法が提案されてい
る。この終点検出方法は、密着層及び金属膜に対する研
磨が進み、層間絶縁膜が露出したときに基板ホルダー又
は定盤の回転トルクが変化する時点を終点とするもので
ある。
縁膜が露出した時点を研磨終点とするため、研磨過多に
なりやすいという問題がある。
膜から密着層に変化したときにおける基板ホルダー又は
定盤の研磨トルクの変化を検知してタングステン膜に対
する研磨の終点を検出し、その後、密着層の厚さと密着
層に対する研磨レートとから密着層を研磨するために要
する時間(研磨時間)を算出し、密着層の研磨時間が終
了したときをCMP工程の終点とする方法が提案されて
いる。
ン膜に対するCMP工程の終点を精度良く検出すること
ができないという問題に直面した。
堆積された密着層の上にCVD法によりタングステン膜
を堆積し、タングステン膜及び密着層に対してCMP法
を行なった場合における、時間経過と回転トルクとの関
係を示している。図8(a)に示す場合には、回転トル
クが急激に増加しているので、被研磨膜がタングステン
膜から密着層に変化したことを確実に検出できるが、図
8(b)に示す場合には、回転トルクの変化が小さいの
で、被研磨膜がタングステン膜から密着層に変化したこ
と、つまりタングステン膜に対するCMP工程の終点を
確実に検出することはできない。
を確実に検出できないと、タングステン膜に対する研磨
量が大きくばらつくので、タングステン膜の研磨残りが
発生したり又はタングステン膜の表面にリセスが形成さ
れたりしてしまう。
た凹部の底面及び壁面並びに絶縁膜の上に第1の金属膜
を堆積した後、該第1の金属膜の上に第2の金属膜を堆
積し、その後、第1の金属膜と第2の金属膜との積層膜
に対してCMP法を行なう場合に、第2の金属膜に対す
るCMP工程の終点を精度良く検出できるようにするこ
とを目的とする。
め、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上の絶縁膜
に形成された凹部の底面及び壁面に堆積された第1の金
属膜と、凹部における第1の金属膜の上に埋め込まれた
第2の金属膜とを備え、第2の金属膜は、結晶面が(1
10)面に配向しているタングステンの多結晶膜よりな
る。
金属膜は、結晶面が(110)面に配向しているタング
ステンの多結晶膜よりなるため、第2の金属膜及び第1
の金属膜に対してCMPを行なう場合、第2の金属膜に
対するCMP工程の終点検出を精度良く行なうことがで
きる。従って、CMP工程における研磨過多及び研磨不
足を防止することができる。
金属膜の結晶面(110)は4°以下の半値幅で配向し
ていることが好ましい。
CMP工程の終点検出をより一層精度良く行なうことが
できる。
金属膜は、結晶面が(0002)面に4°以下の半値幅
で配向しているチタン膜を有していることが好ましい。
ングステン膜の結晶配向性が確実に向上するので、第2
の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層精度
良く行なうことができる。
金属膜は、下層のチタン膜と上層の窒化チタン膜とを有
し、下層のチタン膜の厚さは10nm以上であることが
好ましい。
結晶配向性が向上し、これに伴って、第2の金属膜とな
るタングステン膜の結晶配向性が確実に向上するので、
第2の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層
精度良く行なうことができる。
金属膜は、下層のチタン膜と上層の窒化チタン膜とを有
し、上層の窒化チタン膜は、複数の窒化チタン層の積層
膜よりなり、各窒化チタン層の厚さは4nm以下である
ことが好ましい。
上に成膜される第2の金属膜となるタングステン膜の結
晶配向性が確実に向上するので、第2の金属膜に対する
CMP工程の終点検出をより一層精度良く行なうことが
できる。
金属膜は、In-plane型X線回折装置を用いる2θ法で測
定した場合に結晶面が(220)面に2°以下の半値幅
で配向している窒化チタン膜を有していることが好まし
い。
ングステン膜の結晶配向性が確実に向上するので、第2
の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層精度
良く行なうことができる。
ており、該炭素の濃度は5重量%以下であることが好ま
しい。
ングステン膜の結晶配向性がより確実に向上するので、
第2の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層
精度良く行なうことができる。
タン原料を用いるCVD法により成膜されていることが
好ましい。
ングステン膜の結晶配向性がより確実に向上するので、
第2の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層
精度良く行なうことができる。
導体基板上の絶縁膜に形成された凹部の底面及び壁面並
びに絶縁膜の上に第1の金属膜を堆積する工程と、第1
の金属膜の上に第2の金属膜を凹部が埋め込まれるよう
に堆積する工程と、第2の金属膜及び第1の金属膜にお
ける絶縁膜の上に存在する部分をCMP法により除去す
る工程とを備え、第2の金属膜は、結晶面が(110)
面に配向しているタングステンの多結晶膜よりなる。
と、第2の金属膜は、結晶面が(110)面に配向して
いるタングステンの多結晶膜よりなるため、第2の金属
膜及び第1の金属膜に対してCMPを行なう場合、第2
の金属膜に対するCMP工程の終点検出を精度良く行な
うことができる。従って、CMP工程における研磨過多
及び研磨不足を防止することができる。
て、第2の金属膜の結晶面は4°以下の半値幅で配向し
ていることが好ましい。
CMP工程の終点検出をより一層精度良く行なうことが
できる。
て、第1の金属膜は、結晶面が(0002)面に4°以
下の半値幅で配向しているチタン膜を有していることが
好ましい。
ングステン膜の結晶配向性が確実に向上するので、第2
の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層精度
良く行なうことができる。
て、第1の金属膜は、下層のチタン膜と上層の窒化チタ
ン膜とを有し、下層のチタン膜の厚さは10nm以上で
あることが好ましい。
結晶配向性が向上し、これに伴って、第2の金属膜とな
るタングステン膜の結晶配向性が確実に向上するので、
第2の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層
精度良く行なうことができる。
て、第1の金属膜は、下層のチタン膜と上層の窒化チタ
ン膜とを有し、上層の窒化チタン膜は、複数の窒化チタ
ン層の積層膜よりなり、各窒化チタン層の厚さは4nm
以下であることが好ましい。
上に成膜される第2の金属膜となるタングステン膜の結
晶配向性が確実に向上するので、第2の金属膜に対する
CMP工程の終点検出をより一層精度良く行なうことが
できる。
て、第1の金属膜は、In-plane型X線回折装置を用いる
2θ法で測定した場合に結晶面が(220)面に2°以
下の半値幅で配向している窒化チタン膜を有しているこ
とが好ましい。
ングステン膜の結晶配向性が確実に向上するので、第2
の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層精度
良く行なうことができる。
ており、該炭素の濃度は5重量%以下であることが好ま
しい。
ングステン膜の結晶配向性がより確実に向上するので、
第2の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層
精度良く行なうことができる。
タン原料を用いるCVD法により成膜されていることが
好ましい。
ングステン膜の結晶配向性がより確実に向上するので、
第2の金属膜に対するCMP工程の終点検出をより一層
精度良く行なうことができる。
の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法に
ついて、図1(a)〜(d)及び図2(a)〜(c)を
参照しながら説明する。
板10の上に、第1のチタン膜11、第1の窒化チタン
膜12、第1のアルミニウム膜13及び第2の窒化チタ
ン膜14からなる下層の金属配線を形成した後、該下層
の金属配線の上を含む半導体基板10の上に全面に亘っ
て、ノンドープのシリコン酸化膜(SiO2 )又はフッ
素がドープされたシリコン酸化膜(SiOF)よりなる
層間絶縁膜15を形成する。
膜15の上にハードマスクとなるシリコン酸窒化膜16
を形成した後、層間絶縁膜15に対してシリコン酸窒化
膜16をマスクとして選択的にエッチングを行なって、
層間絶縁膜15にヴィアホール17を形成する。尚、第
1のチタン膜11及び第1の窒化チタン膜12は密着層
となり、第2の窒化チタン膜14はヴィアホール17を
形成する際の反射防止膜となる。また、シリコン酸窒化
膜16は、ハードマスクになると共に、層間絶縁膜15
と後工程で形成される上層の金属配線との密着層として
の機能をも有する。
する工程において、層間絶縁膜15を構成するシリコン
酸化膜と、ハードマスクを構成するシリコン酸窒化膜1
6とのエッチング選択性が十分に高くない場合には、シ
リコン酸窒化膜16の表面が荒れてしまう場合がある。
シリコン酸窒化膜16に表面荒れが発生すると、後工程
で堆積される、第2のチタン膜18(図1(c)を参
照)、第3の窒化チタン膜19(図1(d)を参照)及
びタングステン膜20(図2(a)を参照)の結晶配向
性が低下する恐れがある。
アルゴンによるスパッタエッチングを、熱酸化膜に換算
して10nm以上の厚さに相当する程度に行なって、シ
リコン酸化膜16の表面モフォロジーを改善する。この
ようにすると、ヴィアホール17の底部もエッチングさ
れるので、図1(b)に示すように、ヴィアホール17
の底面は第1のアルミニウム膜13の表面部に後退す
る。
スパッタ法、コリメーションスパッタ法又は遠距離スパ
ッタ法等の高指向性スパッタ法により、ヴィアホール1
7の底面及び壁面並びに層間絶縁膜15の上に、10n
m以上の厚さを持つ第2のチタン膜18を堆積する。こ
のようにすると、最密結晶配向面である(0002)面
の結晶配向性に優れ且つ配向強度の半値幅が4°以下で
ある第2のチタン膜18が得られる。尚、第2のチタン
膜18における最近接原子間の距離は約2.95Åとな
る。
T(Tetrakis-DiMethyl-Amino-Titanium)を原料とする
LPCVD法を複数回行なうことにより、第2のチタン
膜18の上に第3の窒化チタン膜19を堆積する。
DMATの熱分解により、炭素(C)を含有するTiC
N膜を形成する第1ステップと、窒素及び水素の雰囲気
中でプラズマ処理を行なって、TiCN膜中から炭素を
除去する第2ステップとからなり、これら第1ステップ
及び第2ステップを繰り返し行なうことにより、膜厚を
徐々に増大させて所望の膜厚を得る。
を250ml/min(標準状態)に、基板の表面温度
を約450℃に、成長時間を9秒に設定する。第2ステ
ップの条件は、プラズマ処理のチャンバー圧力を17
3.3Paに、基板印加バイアス電力のパワーを800
Wに、プラズマ処理時間を50秒に設定する。この場
合、高周波プラズマの加速電圧の絶対値は30V以上に
なる。
と、約5.0nmの厚さを持つ窒化チタン膜が得られる
ので、第1の実施形態においては、前述のLPCVD法
を2サイクル行なうことにより、約10.0nmの厚さ
を持つ第3の窒化チタン膜19を形成する。
る(0002)面の結晶配向性が優れ且つ配向強度の半
値幅が4°以下であるため、該第2のチタン膜18の上
に堆積される第3の窒化チタン膜19の結晶配向性が向
上する。すなわち、基板の表面に対して垂直方向の配向
面を測定するIn-plane型X線回折装置を用いる2θ法の
測定では、第3の窒化チタン膜19の(220)面の結
晶配向性が優れ且つ配向強度の半値幅は2°以下とな
る。
により、第3の窒化チタン膜19の上にタングステン膜
20を堆積する。タングステン膜20の堆積工程は第1
ステップと第2ステップとからなり、第1ステップとし
ては、WF6 をSiH4 で還元することによりタングス
テン膜の核を形成し、第2ステップとしては、WF6を
H2 で還元することにより、タングステン膜20をヴィ
アホール19に充填する。
れているため、該第3の窒化チタン膜19の上に堆積さ
れるタングステン膜20の最密結晶配向面である(11
0)面の配向が促進され、一般的に用いられているX線
回折法のロッキングカーブ測定では、配向強度の半値幅
が4°以下となる。
テン膜20、第3の窒化チタン膜19及び第2のチタン
膜18に対してCMP法を行なって、これらの積層膜に
おけるシリコン酸窒化膜16の上に存在する部分を除去
することにより、ヴィアホール17の内部に、タングス
テン膜20、第3の窒化チタン膜19及び第2のチタン
膜18よりなるプラグ21を形成する。
1及びシリコン酸窒化膜16の上に、第3のチタン膜2
2、第4の窒化チタン膜23、第2のアルミニウム膜2
4及び第5の窒化チタン膜25からなる上層の金属配線
を形成する。
タ法により10nm以上の厚さを持つ第2のチタン膜1
8を堆積するため、第2のチタン膜18の最密結晶配向
面である(0002)面の結晶配向性が優れ且つ配向強
度の半値幅が4°以下になるので、該第2のチタン膜1
8の上に堆積される第3の窒化チタン膜19の結晶配向
性が優れ、これに伴って、第3の窒化チタン膜19の上
に堆積されるタングステン膜20の最密結晶配向面であ
る(110)面の結晶配向性が向上する。
れた第2のチタン膜18の厚さと、タングステン膜20
の(110)面の配向強度の半値幅との関係を示してお
り、第2のチタン膜18の厚さが10nm以上である
と、タングステン膜20の(110)面の配向強度の半
値幅が4°以下になることが分かる。
P工程の終点検出を精度良く行なえるので、密着層とな
る第3の窒化チタン膜19及び第2のチタン膜18に対
するCMP工程の終点検出も精度良く行なうことがで
き、これによって、研磨過多及び研磨不足を防止するこ
とができる。
りなる場合に、タングステン膜20及び密着層に対して
CMP法を行なった後のシリコン酸窒化膜16の厚さが
100nm以下になると、層間絶縁膜15中の遊離フッ
素が上層の金属配線中にパイルアップするため、上層の
金属配線が層間絶縁膜15から剥がれやすくなる。
P法の終点検出を精度良くできるため、研磨過多が発生
しないので、シリコン酸窒化膜16の厚さを100nm
以上に制御できる。このため、上層の金属配線の層間絶
縁膜15からの剥離を確実に防止することができる。
実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、
図1(a)〜(d)及び図2(a)〜(c)を参照しな
がら説明する。
に示すように、半導体基板10の上に、第1のチタン膜
11、第1の窒化チタン膜12、第1のアルミニウム膜
13及び第2の窒化チタン膜14からなる下層の金属配
線を形成した後、半導体基板10の上に全面に亘って層
間絶縁膜15を形成する。次に、層間絶縁膜15の上に
シリコン酸窒化膜16を形成した後、層間絶縁膜15に
対してシリコン酸窒化膜16をマスクとして選択的にエ
ッチングを行なって、層間絶縁膜15にヴィアホール1
7を形成する。
酸窒化膜16に対して、アルゴンによるスパッタエッチ
ングを行なって、シリコン酸化膜16の表面モフォロジ
ーを改善した後、図1(c)に示すように、高指向性ス
パッタ法により、ヴィアホール17の底面及び壁面並び
に層間絶縁膜15の上に、約5nmの厚さを持つ第2の
チタン膜18を堆積する。
Tを原料とするLPCVD法を複数回行なうことによ
り、第2のチタン膜18の上に第3の窒化チタン膜19
を堆積する。
DMATの熱分解により、炭素(C)を含有するTiC
N膜を形成する第1ステップと、窒素及び水素の雰囲気
中でプラズマ処理を行なって、TiCN膜中から炭素を
除去する第2ステップとからなり、これら第1ステップ
及び第2ステップを繰り返し行なうことにより、膜厚を
徐々に増大させて所望の膜厚を得る。
を250ml/min(標準状態)に、基板の表面温度
を約400℃に、成長時間を7秒に設定する。このよう
に、従来及び第1の実施形態に比べて、基板の表面温度
を少し低くすると共に成長時間を少し短くしているた
め、第1ステップで成長するTiCNの膜厚は、従来及
び第1の実施形態における膜厚(約5.0nm)よりも
薄くなり、約3.5nmになる。これにより、第2ステ
ップにおいてTiCN膜から炭素を引き抜く際の効率が
向上する。すなわち、第1ステップで成長するTiCN
膜の厚さが約3.5nmであるため、第2ステップにお
いてTiCN膜から炭素が効率良く引き抜かれるので、
窒化チタン膜の結晶配向性が向上する。第2ステップの
条件は、プラズマ処理のチャンバー圧力を173.3P
aに、基板印加バイアス電力のパワーを800Wに、プ
ラズマ処理時間を50秒にする。この場合、従来に比べ
て、基板印加バイアス電力のパワーを大きくすると共に
プラズマ処理時間を長くして、窒化チタン膜中の残留炭
素量を減少させる。
プを行なうと、TiCN膜中の残留炭素量は約10%で
あって、窒化チタン膜は最密結晶配向面である(11
1)面に若干配向する程度であるが、第2実施形態の条
件で第1ステップ及び第2ステップを行なうと、TiC
N膜中の残留炭素量を5%以下に減少させることができ
ると共に、窒化チタン膜の結晶配向性が向上する。すな
わち、In-plane型X線回折装置の2θ法で測定した場合
に、窒化チタン膜の結晶面が(220)面に配向し、配
向強度の半値幅としては2°以下になる。
と、約3.5nmの厚さを持つ窒化チタン膜が得られる
ので、第2実施形態においては、前述のLPCVD法を
2サイクル行なうことにより、約7.0nmの厚さを持
つ第3の窒化チタン膜19を形成する。
プで成長するTiCN膜の厚さを約3.5nmにした
が、TiCN膜の厚さが4.0nm以下であれば、第2
ステップにおいてTiCN膜から炭素を効率良く引き抜
くことができる。
件によって第3の窒化チタン膜19を堆積するため、第
3の窒化チタン膜19の結晶配向性が向上すると共に、
(0002)面に高く配向する第2のチタン膜18の最
近接原子間の距離(2.95Å)と、第3の窒化チタン
膜19の(111)面における最近接原子間の距離
(2.99Å)とが非常に近い値になる。このため、第
3の窒化チタン膜19の結晶配向性が一層向上する。
により、第3の窒化チタン膜19の上にタングステン膜
20を堆積する。タングステン膜20の堆積工程は第1
ステップと第2ステップとからなり、第1ステップとし
ては、WF6 をSiH4 で還元することによりタングス
テン膜の核を形成し、第2ステップとしては、WF6を
H2 で還元することにより、タングステン膜20をヴィ
アホール19に充填する。
れているため、該第3の窒化チタン膜19の上に堆積さ
れるタングステン膜20の最密結晶配向面である(11
0)面の結晶配向性が向上し、一般的に用いられている
X線回折法のロッキングカーブ測定では、配向強度の半
値幅が4°以下となる。
テン膜20、第3の窒化チタン膜19及び第2のチタン
膜18に対してCMP法を行なって、これらの積層膜に
おけるシリコン酸窒化膜16の上に存在する部分を除去
する。
1及びシリコン酸窒化膜16の上に、第3のチタン膜2
2、第4の窒化チタン膜23、第2のアルミニウム膜2
4及び第5の窒化チタン膜25からなる上層の金属配線
を形成する。
より堆積された4.0nm以下の厚さを持つ窒化チタン
膜を複数層例えば2層積み上げて、第3の窒化チタン膜
19を堆積するため、第3の窒化チタン膜19の結晶配
向性が向上し、配向強度の半値幅としては4°以下にな
るので、該第3の窒化チタン膜19の上に堆積されるタ
ングステン膜20の最密結晶配向面である(110)面
の結晶配向性が優れる。
サイクルにより成長する窒化チタン膜の厚さと、タング
ステン膜20の(110)面の配向強度の半値幅との関
係を示しており、1サイクルにより成長する窒化チタン
膜の厚さが4nm以下であると、タングステン膜20の
(110)面の配向強度の半値幅が4°以下になること
が分かる。
サイクルにより成長する窒化チタン膜に対するプラズマ
処理時間と、タングステン膜20の(110)面の配向
強度の半値幅との関係を示している。
P工程の終点検出を精度良く行なえるので、密着層とな
る第3の窒化チタン膜19及び第2のチタン膜18に対
するCMP工程の終点検出も精度良く行なうことがで
き、これによって、研磨過多及び研磨不足を防止するこ
とができる。
実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、
図1(a)〜(d)及び図2(a)〜(c)を参照しな
がら説明する。
に示すように、半導体基板10の上に、第1のチタン膜
11、第1の窒化チタン膜12、第1のアルミニウム膜
13及び第2の窒化チタン膜14からなる下層の金属配
線を形成した後、半導体基板10の上に全面に亘って層
間絶縁膜15を形成する。次に、層間絶縁膜15の上に
シリコン酸窒化膜16を形成した後、層間絶縁膜15に
対してシリコン酸窒化膜16をマスクとして選択的にエ
ッチングを行なって、層間絶縁膜15にヴィアホール1
7を形成する。
(b)に示すように、シリコン酸窒化膜16に対して、
アルゴンによるスパッタエッチングを行なって、シリコ
ン酸化膜16の表面モフォロジーを改善した後、図1
(c)に示すように、高指向性スパッタ法により、ヴィ
アホール17の底面及び壁面並びに層間絶縁膜15の上
に、約5nmの厚さを持つ第2のチタン膜18を堆積す
る。
Tを原料とするLPCVD法を複数回行なうことによ
り、第2のチタン膜18の上に第3の窒化チタン膜19
を堆積する。
1の実施形態と同様であって、TDMATの熱分解によ
り、炭素(C)を含有するTiCN膜を形成する第1ス
テップと、窒素及び水素の雰囲気中でプラズマ処理を行
なって、TiCN膜中から炭素を除去する第2ステップ
とからなり、これら第1ステップ及び第2ステップを繰
り返し行なうことにより、約10.0nmの厚さを持つ
第3の窒化チタン膜19を形成する。
化チタン膜19の上にタングステン膜20を堆積する。
ップと第2ステップとからなり、第1ステップとして
は、WF6 をSiH4 で還元することによりタングステ
ン膜の核を形成する。第1ステップの条件としては、W
F6 ガスの流量を40ml/min(標準状態)に、S
iH4 ガスの流量を30ml/min(標準状態)に、
基板の表面温度を約400℃に、成長時間を20秒に設
定すると共に、WF6 ガスはSiH4 ガスよりも1秒間
だけ先に導入する。第2ステップとしては、WF 6 をH
2 で還元することにより、タングステン膜20をヴィア
ホール19に充填する。第2ステップの条件としては、
WF6 ガスの流量を100ml/min(標準状態)
に、H2 ガスの流量を1000ml/min(標準状
態)に設定する。
スの流量比、つまり(SiH4 ガスの流量)/(WF6
ガスの流量)の値を1以下に設定しているため、成膜の
初期段階において、核となるタングステン膜中のシリコ
ンの含有量が減少するので、その上に成長するタングス
テン膜が核の結晶性を引き継ぎ易くなる。このため、タ
ングステン膜20の最密結晶配向面である(110)面
の結晶配向性が向上するので、一般的に用いられている
X線回折法のロッキングカーブ測定では、配向強度の半
値幅が4°以下となる。
テップでWF6 ガスをSiH4 ガスよりも1秒間だけ先
に導入するため、タングステン膜20の(110)面の
結晶配向性が一層向上する。その理由は、成膜の初期段
階において、核となるタングステン膜中のシリコンの含
有量が一層減少するためである。
テン膜20、第3の窒化チタン膜19及び第2のチタン
膜18に対してCMP法を行なって、これらの積層膜に
おけるシリコン酸窒化膜16の上に存在する部分を除去
する。
1及びシリコン酸窒化膜16の上に、第3のチタン膜2
2、第4の窒化チタン膜23、第2のアルミニウム膜2
4及び第5の窒化チタン膜25からなる上層の金属配線
を形成する。
20を堆積する工程の第1ステップで導入するガスの混
合比であるSiH4 /WF6 を1以下に設定しているた
め、タングステン膜20の最密結晶配向面である(11
0)面の結晶配向性が向上し、配向強度の半値幅が4°
以下と優れる。
min(標準状態)で一定に保った状態で、WF6 ガス
の流量を変化させたときに得られるタングステン膜20
の(110)面の配向強度の半値幅との関係を示してい
る。
in(標準状態)で一定に保った状態で、SiH4 ガス
の流量を変化させたときに得られるタングステン膜20
の(110)面の配向強度の半値幅との関係を示してい
る。
P工程の終点検出を精度良く行なえるので、密着層とな
る第3の窒化チタン膜19及び第2のチタン膜18に対
するCMP工程の終点検出も精度良く行なうことがで
き、これによって、研磨過多及び研磨不足を防止するこ
とができる。
スパッタ法により10nm以上の厚さを持つ第2のチタ
ン膜18を堆積することにより、タングステン膜20の
(110)面の結晶配向性を向上させ、第2の実施形態
においては、LPCVD法により成膜された4nm以下
の窒化チタン膜を積層して第3の窒化チタン膜19を成
膜することにより、タングステン膜20の(110)面
の結晶配向性を向上させ、第3の実施形態においては、
第1ステップで導入するガスの混合比であるSiH4 /
WF6 の値を1以下に設定することにより、タングステ
ン膜20の(110)面の結晶配向性を向上させたが、
第1の実施形態、第2の実施形態及び第3の実施形態を
2つ以上組み合わせると、タングステン膜20の(11
0)面の結晶配向性はより一層向上する。
法によると、第2の金属膜及び第1の金属膜に対してC
MPを行なう場合、第2の金属膜に対するCMP工程の
終点検出を精度良く行なうことができるので、CMP工
程における研磨過多及び研磨不足を防止することができ
る。
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
おいて、高指向性スパッタ法により堆積された第2のチ
タン膜の厚さと、タングステン膜の(110)面の配向
強度の半値幅との関係を示す特性図である。
おいて、第3の窒化チタン膜を構成する1サイクルによ
り成長する窒化チタン膜の厚さと、タングステン膜の
(110)面の配向強度の半値幅との関係を示す特性図
である。
おいて、第3の窒化チタン膜を構成する1サイクルによ
り成長する窒化チタン膜に対するプラズマ処理時間と、
タングステン膜の(110)面の配向強度の半値幅との
関係を示す特性図である。
おいて、タングステン膜を成長させる際のWF6 ガスの
流量と、得られるタングステン膜の(110)面の配向
強度の半値幅との関係を示し示す特性図である。
おいて、タングステン膜を成長させる際のSiH4 ガス
の流量と、タングステン膜の(110)面の配向強度の
半値幅との関係を示し示す特性図である。
D法により堆積された密着層の上にCVD法によりタン
グステン膜を堆積し、タングステン膜及び密着層に対し
てCMP法を行なった場合における、時間経過と回転ト
ルクとの関係を示す特性図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 半導体基板上の絶縁膜に形成された凹部
の底面及び壁面並びに前記絶縁膜の上に第1の金属膜を
堆積する工程と、 前記第1の金属膜の上に第2の金属膜を前記凹部が埋め
込まれるように堆積する工程と、 前記第2の金属膜及び前記第1の金属膜における前記絶
縁膜の上に存在する部分をCMP法により除去し、前記
凹部の内部に前記第2の金属膜及び前記第1の金属膜を
形成する工程とを備え、 前記第2の金属膜は、結晶面が(110)面に配向して
いるタングステンの多結晶膜よりなり、かつ前記結晶面
は4°以下の半値幅で配向し、 前記タングステンの多結晶膜に対する前記CMP法は、
回転トルクの変化を検知して研磨の終点を検出する こと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記第1の金属膜を堆積する工程は、フ
ッ素がドープされたシリコン酸化膜からなる前記絶縁膜
と前記絶縁膜上に形成されたシリコン酸窒化膜とに形成
された凹部の底面及び壁面並びに前記シリコン酸窒化膜
の上に前記第1の金属膜を堆積する工程であり、 前記第2の金属膜及び前記シリコン酸窒化膜の上に上層
の金属配線を形成する工程をさらに備えることを特徴と
する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記第1の金属膜は、結晶面が(000
2)面に4°以下の半値幅で配向しているチタン膜を有
していることを特徴とする請求項1または請求項2に記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記第1の金属膜は、下層のチタン膜と
上層の窒化チタン膜とを有し、 前記下層のチタン膜の厚さは10nm以上であることを
特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1つに記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記第1の金属膜は、下層のチタン膜と
上層の窒化チタン膜とを有し、 前記上層の窒化チタン膜は、複数の窒化チタン層の積層
膜よりなり、前記複数の窒化チタン層をそれぞれの厚さが4nm以下
になるように形成した後、プラズマ処理を行なって前記
複数の窒化チタン層に含まれる炭素を除去する 工程をさ
らに備えていることを特徴とする請求項1〜請求項4の
何れか1つ に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記第1の金属膜は、In-plane型X線回
折装置を用いる2θ法で測定した場合に結晶面が(22
0)面に2°以下の半値幅で配向している窒化チタン膜
を有し、 前記窒化チタン膜には炭素が含まれており、該炭素の濃
度は5重量%以下であることを特徴とする請求項1〜請
求項5の何れか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記第1の金属膜は、In-plane型X線回
折装置を用いる2θ法で測定した場合に結晶面が(22
0)面に2°以下の半値幅で配向している窒化チタン膜
を有し、 前記窒化チタン膜は、有機チタン原料を用いるCVD法
により成膜されていることを特徴とする請求項1〜請求
項6の何れか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 半導体基板上の絶縁膜に形成された凹部
の底面及び壁面並びに前記絶縁膜の上に第1の金属膜を
堆積する工程と、 前記第1の金属膜の上に第2の金属膜を前記凹部が埋め
込まれるように堆積する工程と、 前記第2の金属膜及び前記第1の金属膜における前記絶
縁膜の上に存在する部分をCMP法により除去する工程
とを備え、 前記第1の金属膜は、結晶面が(0002)面に4°以
下の半値幅で配向しているチタン膜を有し、 前記第2の金属膜は、結晶面が(110)面に配向して
いるタングステンの多結晶膜よりなることを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記第1の金属膜は、下層のチタン膜と
上層の窒化チタン膜とを有し、 前記下層のチタン膜の厚さは10nm以上であることを
特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記第1の金属膜は、下層のチタン膜
と上層の窒化チタン膜とを有し、 前記上層の窒化チタン膜は、複数の窒化チタン層の積層
膜よりなり、前記複数の窒化チタン層をそれぞれの厚さが4nm以下
になるように形成した後、プラズマ処理を行なって前記
複数の窒化チタン層に含まれる炭素を除去する工程をさ
らに備えていることを特徴とする請求項8または請求項
9 に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記第2の金属膜の結晶面は4°以下
の半値幅で配向し、 前記タングステンの多結晶膜に対する前記CMP法は、
回転トルクの変化を検知して研磨の終点を検出すること
を特徴とする請求項8〜請求項10の何れか1つに記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項12】 半導体基板上の絶縁膜に形成された凹
部の底面及び壁面並びに前記絶縁膜の上に第1の金属膜
を堆積する工程と、 前記第1の金属膜の上に第2の金属膜を前記凹部が埋め
込まれるように堆積する工程と、 前記第2の金属膜及び前記第1の金属膜における前記絶
縁膜の上に存在する部分をCMP法により除去する工程
とを備え、 前記第1の金属膜は、In-plane型X線回折装置を用いる
2θ法で測定した場合に結晶面が(220)面に2°以
下の半値幅で配向している窒化チタン膜を有し、 前記窒化チタン膜には炭素が含まれており、該炭素の濃
度は5重量%以下であり、前記第2の金属膜は、結晶面が(110)面に配向して
いるタングステンの多結晶膜よりなることを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 半導体基板上の絶縁膜に形成された凹
部の底面及び壁面並びに前記絶縁膜の上に第1の金属膜
を堆積する工程と、 前記第1の金属膜の上に第2の金属膜を前記凹部が埋め
込まれるように堆積する工程と、 前記第2の金属膜及び前記第1の金属膜における前記絶
縁膜の上に存在する部分をCMP法により除去する工程
とを備え、 前記第1の金属膜は、In-plane型X線回折装置を用いる
2θ法で測定した場合に結晶面が(220)面に2°以
下の半値幅で配向している窒化チタン膜を有し、 前記窒化チタン膜は、有機チタン原料を用いるCVD法
により成膜されており、前記第2の金属膜は、結晶面が(110)面に配向して
いるタングステンの多結晶膜よりなることを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項14】 前記第2の金属膜の結晶面は4°以下
の半値幅で配向し、 前記タングステンの多結晶膜に対する前記CMP法は、
回転トルクの変化を検知して研磨の終点を検出すること
を特徴とする請求項12または請求項13に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項15】 半導体基板上の絶縁膜に形成された凹
部の底面及び壁面並びに前記絶縁膜の上に第1の金属膜
を堆積する工程と、 前記第1の金属膜の上に第2の金属膜を前記凹部が埋め
込まれるように堆積する工程と、 前記第2の金属膜及び前記第1の金属膜における前記絶
縁膜の上に存在する部分をCMP法により除去する工程
とを備え、 前記第2の金属膜を堆積する工程において、最初のステ
ップで導入するガスの混合比であるSiH 4 /WF 6 の流
量比を1以下に設定することにより、前記第2の金属膜
は、結晶面が(110)面に配向しているタングステン
の多結晶膜よりなることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項16】 前記第2の金属膜の結晶面は4°以下
の半値幅で配向し、 前記タングステンの多結晶膜に対する前記CMP法は、
回転トルクの変化を検知して研磨の終点を検出すること
を特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方
法。
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