JP3597379B2 - Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路装置の製造方法および半導体集積回路装置技術に関し、特に、絶縁膜に形成された溝または接続孔内に配線用導体膜を埋め込むことで形成される埋込配線技術に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路装置の配線形成方法として、ダマシン(Damascene )法と呼ばれるプロセスがある。この方法は、絶縁膜に配線形成用の溝を形成した後、半導体基板全面に配線形成用の導体膜を堆積し、さらに、その溝以外の領域の導体膜を化学的機械的研磨法(CMP;Chemical Mechanical Polishing )によって除去することにより、配線形成用の溝内に埋込配線を形成する方法である。この方法の場合は、特に、微細なエッチング加工が困難な銅系の導体材料(銅または銅合金)からなる埋込配線の形成方法として適している。
【0003】
また、ダマシン法の応用としてデュアルダマシン(Dual−Damascene)法がある。この方法は、絶縁膜に配線形成用の溝および下層配線との接続を行うための接続孔を形成した後、半導体基板全面に配線形成用の導体膜を堆積し、さらに、その溝以外の領域の導体膜をCMPによって除去することにより、配線形成用の溝内に埋め込み配線を形成し、かつ、接続孔内にプラグを形成する方法である。この方法の場合は、特に、多層配線構造を有する半導体集積回路装置において、工程数の削減が可能であり、配線コストの低減が可能である。
【0004】
このようなダマシン法等を用いた配線形成技術については、例えば(1).K.Abe et.al,in Extended Abstracts 1994 SSDM,pp937 −940 (沖電気)、(2).Valery M.Dubin et.al, in Proceedings 1997 VMIC,pp69 −74に記載がある。
【0005】
上記(1) の文献には、絶縁膜に溝を形成した後、銅をスパッタリング法により堆積し、さらに熱処理を施して配線形成用の溝を良好に埋め込む技術が開示されている。また、上記(2) の文献には、絶縁膜に形成した溝および接続孔内に、銅をスパッタリング法により被着した後、さらに銅をメッキ法によって埋め込む方法が開示されている。
【0006】
また、特開平8−78525号公報には、半導体基板上に被着された絶縁膜に半導体基板の一部が露出するような接続孔を形成する工程と、その絶縁膜の上に配線層をスパッタリング法によって形成する工程と、配線上にメッキ法による金属層を形成する工程と、この配線層および金属層をパターニングする工程とを有する半導体集積回路装置の通常の配線形成技術が開示されている。
【0007】
この公報に記載の技術は、ダマシンプロセスを前提とした本願とは適用プロセスが異なり、比較的緩いデザインルールの低アスペクトの接続孔にメッキを適用している。しかし、微細で高アスペクト比の接続孔やダマシン構造に適用する場合、通常のスパッタリング法を用いる当該公報の技術では、スパッタリング法による導体膜の接続孔内におけるステップカバレッジが低いため、たとえメッキ法を適用したとしても、配線形成用の導体膜を完全に埋め込むことができず、接続孔内にボイドが生じてしまう。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、埋込配線技術においては、配線溝や接続孔の微細化やアスペクト比の増大に伴い、以下の課題があることを本発明者は見出した。
【0009】
すなわち、配線溝や接続孔をスパッタリング法単独で埋め込むのは困難であり、その溝あるいは接続孔を充分に埋め込むことができず、埋込配線(配線部分および接続孔部分を含む)において良好な電気的特性を確保することできない。
【0010】
また、メッキ法を用いた場合には埋め込み能力は高いが、この場合にも下地金属膜が必要であり、当該下地金属膜のカバレッジで埋め込みの限界が決まってしまうので、埋込配線(配線部分および接続孔部分を含む)の微細化を阻害する課題がある。
【0011】
本発明の目的は、絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法において、その配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部に埋込配線形成用の導体膜を良好に埋め込むことのできる技術を提供することにある。
【0012】
また、本発明の目的は、絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法において、その埋込配線の微細化を推進することのできる技術を提供することにある。
【0013】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0015】
すなわち、本発明は、半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を、指向性を有し、かつ、第1導体膜の粒子がターゲットと半導体基板との間で散乱し難い条件で物理的気相成長法により被着する工程と、
(c)前記第1導体膜形成後に、銅または銅を含む導体材料からなる第2導体膜をメッキ法により被着する工程と、
(d)前記第1導体膜および第2導体膜を削ることにより、前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部に第1導体膜および第2導体膜からなる埋込配線を形成する工程とを有するものである。
【0016】
また、本発明は、前記第1導体膜にプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀の少なくとも1つを含有させるか、または、前記第1導体膜上に、プラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀の少なくとも1つを含む第3導体膜を被着した後、前記第2導体膜を被着するものである。
【0017】
また、本発明は、前記第1導体膜の被着前または被着中の半導体基板を冷却するものである。
【0018】
また、本発明は、半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を物理的気相成長法により被着する最中または被着後に半導体基板の温度を上昇させて、前記第1導体膜を配線溝の底部に移動させる工程とを有するものである。
【0019】
また、本発明は、半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上にプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀の少なくとも1つを含む第3導体膜を被着する工程と、
(c)前記第3導体膜形成後に、銅または銅を含む導体材料からなる第2導体膜をメッキ法により被着する工程と、
(d)前記第2導体膜および第3導体膜を削ることにより、前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部に第2導体膜および第3導体膜からなる埋込配線を形成する工程とを有するものである。
【0020】
また、本発明は、半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を物理的気相成長法により被着する際に、成膜作用とエッチング作用との両方が行われるようにする工程と、
(c)前記第1導体膜形成後に、銅または銅を含む導体材料からなる第2導体膜をメッキ法により被着する工程と、
(d)前記第1導体膜および第2導体膜を削ることにより、前記配線溝内に第1導体膜および第2導体膜からなる埋込配線を形成する工程とを有するものである。
【0021】
本発明者が検討したさらに他の手段のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0022】
すなわち、その手段は、半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を物理的気相成長法により被着する最中または被着後に半導体基板の温度を上昇させて、前記第1導体膜を配線溝の底部に移動させる工程と、
(c)前記(b)工程後に、前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記第1導体膜上に、銅、銅合金、プラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀の少なくとも1つを含む導体膜を物理的気相成長法により被着する工程と、
(d)前記(c)工程後に、銅または銅を含む導体材料からなる第2導体膜をメッキ法により被着する工程と、
(e)前記(d)工程後に、第2導体膜および第1導体膜を削り、前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部に前記第1導体膜、第2導体膜および導体膜からなる埋込配線を形成する工程とを有するものである。これにより、配線溝または接続孔のアスペクト比を小さくすることができるので、その後のメッキ処理による導体膜の埋め込みを良好に行うことが可能となる。
【0023】
また、続くメッキ法による銅または銅合金からなる導体膜を触媒作用により良好に被着することも可能となる。
【0024】
また、他の手段は、半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を物理的気相成長法により被着する最中または被着後に半導体基板の温度を上昇させて、前記第1導体膜を配線溝の底部に移動させる工程と、
(c)前記(b)工程後に、銅または銅を含む導体材料からなる第2導体膜をメッキ法により被着する工程と、
(d)前記(c)工程後に、第2導体膜および第1導体膜を削り、前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部に前記第1導体膜、第2導体膜および導体膜からなる埋込配線を形成する工程とを有するものである。これにより、配線溝または接続孔のアスペクト比を小さくすることができるので、その後のメッキ処理による導体膜の埋め込みを良好に行うことが可能となる。
【0025】
また、他の手段は、半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を物理的気相成長法により被着する最中または被着後に半導体基板の温度を上昇させて、前記第1導体膜を配線溝の底部に移動させる工程と、
(c)前記(b)工程後に、前記絶縁膜上の第1導体膜を除去する工程と、
(d)前記(c)工程後に、前記第1導体膜の除去工程により配線溝内に残された第1導体膜上に、銅または銅を含有する第2導体膜をメッキ法により選択的に被着する工程とを有するものである。これにより、配線溝または接続孔のアスペクト比を小さくすることができるので、その後のメッキ処理による導体膜の埋め込みを良好に行うことが可能となる。また、導体膜の除去工程を施さなくとも埋込配線を形成できる。
【0026】
また、他の手段は、半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を物理的気相成長法により被着する工程と、
(c)前記(b)工程後に、銅または銅を含む導体材料からなる第2導体膜をメッキ法により被着する工程と、
(d)前記(c)工程後に、第2導体膜および第1導体膜を削り、前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部に前記第1導体膜、第2導体膜および導体膜からなる埋込配線を形成する工程とを有し、
前記第1導体膜の被着前または被着中にスパッタエッチング処理を施す工程を有するものである。これにより、配線溝または接続孔上部にテーパを形成し、スパッタリング粒子が配線溝または接続孔の底部まで到達し易いようにすることや、配線溝また接続孔内部の前記第1導体膜を再スパッタすることにより、ステップカバレージを改善することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する(なお、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する)。
【0028】
(実施の形態1)
図1〜図16は本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図、図17〜図21は本発明のスパッタリング条件設定を説明するための説明図、図22および図23は本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部拡大断面図、図49および図50は本発明者が検討した埋込配線形成時における不具合を説明するための説明図である。
【0029】
まず、本実施の形態1の半導体集積回路装置の製造方法を図1〜図16によって説明する。
【0030】
図1は半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図を示している。半導体基板1は、例えば支持基板1a上に絶縁層1bを介して素子形成用の半導体層1cを設けているSOI基板が用いられている。
【0031】
支持基板1aは、例えばシリコン単結晶からなり、絶縁層1bは、例えばシリコン酸化膜からなる。半導体層1cは、例えばp形のシリコン単結晶からなり、その素子分離領域には半導体層1cの主面から絶縁層1bに達する溝2aが掘られている。この溝2aの内部には、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜2bが埋め込まれている。
【0032】
また、半導体層1cには、例えばnチャネル形のMOS・FETQが形成されている。このMOS・FETQは、一対の半導体領域3aと、ゲート絶縁膜3bと、ゲート電極3cとを有している。一対の半導体領域3aは、例えばリンまたはヒ素が半導体層1cに導入されてn形に設定されている。なお、中央の半導体領域3aは、隣接するMOS・FETQに共有の領域となっている。
【0033】
ゲート絶縁膜3bは、例えばシリコン酸化膜からなる。ゲート電極3cは、例えば低抵抗ポリシリコンの単体膜からなる。ただし、ゲート電極3cは低抵抗ポリシリコンの単体膜に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば低抵抗ポリシリコン膜上にシリサイド膜を形成した、いわゆるポリサイド構造としても良いし、また、例えば低抵抗ポリシリコン上に窒化チタンまたは窒化タングステン等のようなバリア金属膜を介してタングステン等のような金属膜を形成した、いわゆるポリメタル構造としても良い。
【0034】
このゲート電極3cの表面はキャップ絶縁膜4aおよびサイドウォール4bによって覆われている。このキャップ絶縁膜4aおよびサイドウォール4bは、例えばシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜からなる。なお、キャップ絶縁膜4aおよびサイドウォール4bをシリコン窒化膜で形成し、選択エッチング処理を採用することで、層間絶縁膜の接続孔を自己整合的に形成することができる。
【0035】
この半導体層1cの主面上には、例えばシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜5aが被着されている。層間絶縁膜5aは、SOG(Spin On Glass )法等による塗布膜、有機膜、フッ素を添加したCVD酸化膜、シリコン窒化膜あるいは種々の絶縁膜を組み合わせたものであっても良い。この層間絶縁膜5aには、半導体領域3aの一部が露出するような接続孔6aが形成されている。
【0036】
まず、本実施の形態1においては、図2に示すように、層間絶縁膜5aの上面および接続孔6a内に、バリアメタル7aを、CVD法、スパッタリング法またはメッキ法等によって被着する。
【0037】
バリアメタル7aは、層間絶縁膜5aと配線形成用の導体膜との密着性を改善し、かつ、配線形成用の導体膜形成用のCVD原料ガスや導体膜の構成原子やシリコンの拡散を抑制する機能を有しており、例えば窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、窒化チタンシリサイドまたは窒化タングステンシリサイド等、その他の金属あるいはその化合物からなる。
【0038】
続いて、バリアメタル7a上に、バリアメタル7aに比して相対的に厚い配線形成用の導体膜8aをCVD法等によって被着する。これにより、接続孔6aを埋め込む。導体膜8aは、例えばタングステンまたはその合金等からなる。
【0039】
その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing )処理を施すことにより、層間絶縁膜5a上面が露出する程度まで導体膜8aおよびバリアメタル7aを削る。これにより、図3に示すように、接続孔6a内にバリアメタル7aおよび導体膜8aからなるプラグ9aを形成する。
【0040】
次いで、図5に示すように、例えばシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜5bをCVD法等によって被着し、これを平坦化した後、その層間絶縁膜5bに配線溝10aをフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術により形成する。なお、図5の左2つの配線溝10aの底面にはプラグ9aの上面が露出されている。また、層間絶縁膜5bは上記層間絶縁膜5aと同様に形成しても良い。
【0041】
配線溝10aの幅は、例えば0.13〜1.0μm程度、特に限定されないが、例えば0.25μm程度、その深さは、例えば0.15〜1.0 μm程度、特に限定されないが、例えば0.4 μm程度、配線ピッチは、例えば0.26〜2.0μm程度、特に限定されないが、例えば0.5μm程度である。
【0042】
続いて、図6に示すように、層間絶縁膜5a, 5bの上面および配線溝10a内に、バリアメタル(バリア導体膜)7bを、CVD法、スパッタリング法またはメッキ法等によって被着した後、図7に示すように、そのバリアメタル7b上に、例えば銅または銅合金からなる配線形成用の導体膜(第1導体膜)8bをスパッタリング法等により被着する。
【0043】
バリアメタル7bの機能および構成材料は上記バリアメタル7aと同じである。このバリアメタル7bはなくてもよい場合もある。配線形成用の導体膜8bは、この後にメッキ法により被着する導体膜の種結晶層であり、配線溝10aを埋め込まないように比較的薄く被着する。導体膜8bの厚さは、例えば500〜1500Å程度である。
【0044】
この配線形成用の導体膜8bを被着するためのスパッタリング処理は、配線溝10aに対するスパッタリング粒子の入射角度が垂直またはそれに近い値となるような条件(指向性する条件)で、かつ、スパッタリング粒子が半導体基板の主面とターゲットの主面(スパッタリング面)との間で散乱され難い条件で行う。なお、このスパッタリング条件の設定については後ほど詳細に説明する。
【0045】
このような条件で配線形成用の導体膜8bを被着することにより、当該導体膜8bを、配線溝10aの上部ではオーバーハングの小さいまたは無い状態で、配線溝10a内では、薄く、かつ、むらのない状態で被着できる。すなわち、導体膜8bを高いステップカバレッジで被着できる。なお、バリアメタル7bも同様のスパッタリング条件により被着しても良い。
【0046】
また、バリアメタル7b内に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金、銀または銅を添加しても良い。また、導体膜8bに、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀を添加しても良い。さらに、この導体膜8bの上面(溝や孔内を含む)に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀からなる薄い導体膜を被着しても良い。このようにすることで、続くメッキ法による銅または銅合金からなる導体膜を触媒作用により良好に被着することが可能となる。なお、この方法は、無電解メッキ法を用いる場合に特に有効である。
【0047】
その後、図8に示すように、導体膜8b上に、例えば銅または銅合金からなる配線形成用の導体膜(第2導体膜)8cをメッキ法等により被着する。これにより、微細でアスペクト比の高い配線溝10aを充分に埋め込むことができる。
【0048】
なお、この場合のメッキ法は、電解メッキ法、無電解メッキ法またはその組合せ(この場合は基本的に無電解メッキ後に電解メッキ)のいずれでも良い。また、層間絶縁膜5bの上面(溝や孔以外の平坦領域)において、導体膜8cの厚さは、導体膜8bの厚さよりも厚い。導体膜8cの厚さは、例えば0.5〜1.0μm程度である。
【0049】
次いで、CMP処理を施すことにより、層間絶縁膜5b上面が露出する程度まで導体膜8c, 8bおよびバリアメタル7bを削る。これにより、図9に示すように、配線溝10a内にバリアメタル7bおよび導体膜8b, 8cからなる埋込配線11aを形成する。なお、この埋込配線11aは図9の紙面に対して垂直な方向に延在している。
【0050】
続いて、図10に示すように、層間絶縁膜5bおよび埋込配線11a上に、例えばシリコン窒化膜等からなるバリア絶縁膜12をCVD法等によって被着した後、その上に、図11に示すように、例えばシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜5cをCVD法等により被着する。なお、層間絶縁膜5cは上記した層間絶縁膜5aと同様に形成しても良い。
【0051】
その後、その層間絶縁膜5cの上部に、配線溝10bをフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術により形成した後、図12に示すように、配線溝10bの底部から埋込配線11aに達し埋込配線11aの一部が露出する接続孔6bをフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術により形成する。
【0052】
配線溝10bの寸法や配線ピッチについては上記配線溝10aと同じである。また、接続孔6bの直径は、例えば0.13〜1.0μm程度、特に限定されないが、例えば0.25μm程度、その深さは、例えば0.15〜2.0μm程度、特に限定されないが、例えば0.6μm程度である。
【0053】
この接続孔6bの形成に際しては、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とのエッチング選択比が大きくなる条件でエッチング処理を施す。すなわち、初めはシリコン酸化膜の方がシリコン窒化膜よりもエッチングされ易い条件でエッチング処理を施した後、接続孔6bの底部からシリコン窒化膜からなるバリア絶縁膜12が露出した時点で、エッチング条件を変えてシリコン窒化膜の方がシリコン酸化膜よりもエッチングされ易い条件でエッチング処理を施す。これにより、接続孔6bの形成時に埋込配線11aが除去されないようにすることができる。
【0054】
次いで、図13に示すように、層間絶縁膜5cの上面、配線溝10bおよび接続孔6b内に、バリアメタル(バリア導体膜)7bを、CVD法、スパッタリング法またはメッキ法等によって被着した後、図14に示すように、そのバリアメタル7b上に、例えば銅または銅合金からなる配線形成用の導体膜(第1導体膜)8bをスパッタリング法等により被着する。
【0055】
バリアメタル7bの機能および構成材料は上記バリアメタル7aと同じである。配線形成用の導体膜8bは、この後にメッキ法により被着する導体膜の種結晶層であり、接続孔6bおよび配線溝10bを埋め込まないように比較的薄く被着する。この導体膜8bの厚さは、例えば500〜1500Å程度である。
【0056】
この配線形成用の導体膜8bを被着するためのスパッタリング処理は、配線溝10bに対するスパッタリング粒子の入射角度が垂直またはそれに近い値となるような条件(指向性する条件)で、かつ、スパッタリング粒子が半導体基板の主面とターゲットの主面(スパッタリング面)との間で散乱され難い条件で行う。なお、このスパッタリング条件の設定については後ほど詳細に説明する。
【0057】
このような条件で配線形成用の導体膜8bを被着することにより、当該導体膜8bを、配線溝10bの上部ではオーバーハングの小さいまたは無い状態で、接続孔6bおよび配線溝10b内では、薄く、かつ、むらのない状態で被着できる。すなわち、導体膜8bを高いステップカバレッジで被着できる。なお、このバリアメタル7bも同様のスパッタリング条件により被着しても良い。
【0058】
また、ここでも、バリアメタル7b内に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金、銀または銅を添加しても良い。また、この導体膜8bに、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀を添加しても良い。さらに、この導体膜8bの上面(溝や孔内を含む)に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀からなる薄い導体膜を被着しても良い。このようにすることで、続くメッキ法による銅または銅合金からなる導体膜を触媒作用により良好に被着することが可能となる。なお、この方法は、無電解メッキ法を用いる場合に特に有効である。
【0059】
その後、図15に示すように、導体膜8b上に、例えば銅または銅合金からなる配線形成用の導体膜(第2導体膜)8cをメッキ法等により被着する。これにより、微細でアスペクト比の高い接続孔6bおよび配線溝10bを充分に埋め込むことができる。なお、この場合のメッキ法は、電解メッキ法、無電解メッキ法またはその組合せ(この場合は基本的に無電解メッキ後に電解メッキ)のいずれでも良い。この導体膜8cの厚さは、例えば0.5〜1.0μm程度である。
【0060】
次いで、CMP処理を施すことにより、層間絶縁膜5c上面が露出する程度まで導体膜8c, 8bおよびバリアメタル7bを削る。これにより、図16に示すように、接続孔6bおよび配線溝10b内にバリアメタル7bおよび導体膜8b, 8cからなる埋込配線11bを形成する。
【0061】
なお、埋込配線11bの配線溝10b内部分は、図16の紙面に垂直な方向に延在している。また、埋込配線11bの接続孔6b内部分は、図16の紙面に垂直な方向には延在していないが、図16の上下方向に延在して埋込配線11a, 11bを電気的に接続している。
【0062】
次に、溝や孔内に導体膜をスパッタリング法で被着する場合の問題点を説明した後、上記した配線形成用の導体膜8bのスパッタリング条件の設定技術について説明する。
【0063】
図49は上記した指向性を有せず、かつ、スパッタリング粒子の散乱を考慮しない通常のスパッタリング法で成膜処理をした場合の層間絶縁膜50に形成された配線溝51の断面図を示している。
【0064】
層間絶縁膜50の上面および配線溝51の表面には、例えば窒化チタン等からなるバリアメタル52が被着されている。上記通常のスパッタリング法を用いて銅または銅合金等からなる導体膜53を被着した場合、配線溝51内に銅または銅合金の粒子が入り込めず、配線溝51の内側面において導体膜53に非連続部やカバレッジ不足が生じたり、配線溝51の底部に導体膜53のカバレッジ不足が生じたり、配線溝51の上部において導体膜53によるオーバーハングが大きくなったりする。
【0065】
このような状態で、図50に示すように、銅または銅合金からなる導体膜54をメッキ処理により被着すると、上記した非連続性やカバレッジ不足に起因して配線溝51の内側面にボイドが生じたり、上記したオーバーハングに起因して配線溝51の中央に大きなボイドが生じたりしてしまう。このような問題は、配線溝51だけでなく、接続孔等でも同様に生じる。
【0066】
そこで、本実施の形態では、次のようなスパッタリング条件で導体膜8bを被着する。
【0067】
第1の手段を図17により説明する。ここでの条件は、スパッタリング装置におけるターゲットTGの主面(スパッタリング面)と半導体基板1の主面との間の距離TSを、ターゲットTGの実効半径R1と半導体基板1の半径R2 との和を3の平方根で割った値以上とし、かつ、放電時の導体膜8bのスパッタリング粒子の平均自由程を、長さL1=TS/COS(arctan(R1+R2)/TS)以上にすることである。
【0068】
これにより、半導体基板1の主面に対して垂直な方向を零(0)度とした場合において、スパッタリング粒子の半導体基板1に入射する角度の最大角が30度以下になるように制限する。当該入射角度を約30度以下に制限することにより、無散乱で飛来するスパッタリング粒子を、アスペクト比=1の孔(または溝)の底中央部に100%の確率で到達させることが可能となる。また、アスペクト比=2の孔(または溝)の底のコーナー部に50%の確率で到達する。
【0069】
なお、当該入射角度は厳密には26.6度以下にすることが好ましいが、その場合、30度でも効果が得られるので、約30度以下としている。逆に、30度であれば、アスペクト比0.87に対して、スパッタリング粒子を、孔(または溝)の底の中央で100%、また、アスペクト比1.73に対して、スパッタリング粒子を、孔(または溝)の底の周辺で50%の確率で到達させることができる。
【0070】
また、特に限定されないが、この場合のTSは、例えば300mm程度、R1 は、例えば125mm程度、R2 は、例えば62.5mm程度、圧力は、例えば0.025 Pa程度であり、(R1 +R2 )を3の平方根で割った値が、例えば108mm程度、従って、TS/COS(arctan((R1 +R2 )/TS))は、例えば350mm程度、平均自由行程は、例えば470mm程度である。
【0071】
第2の手段を図18および図19により説明する。ここでの条件は、スパッタリング装置におけるターゲットTGの主面(スパッタリング面)と半導体基板1との間の距離TSを、半導体基板1の半径(または直径)以上にすることである。
【0072】
ここで、図18では、半導体基板1の主面に対して垂直な方向を零(0)度とした場合において、スパッタリング粒子の半導体基板1に入射する角度の最大角が30度以下になるように制限する。これにより、第1手段と同じ効果が得られる。
【0073】
なお、ここでも当該入射角度は厳密には26.6度以下にすることが好ましいが、上述と同様の理由で約30度以下としている。逆に、30度であれば、アスペクト比0.87/1.73に対して、スパッタリング粒子を、孔(または溝)の底の中央で100%、周辺で50%の確率で到達させることができる。
【0074】
また、図19では、半径R1 =半径R2 の場合を示しており、当該入射角度を45度以下になるように制限する。当該入射角度を約45度以下に制限することにより、無散乱で飛来するスパッタリング粒子を、アスペクト比=0.5 の孔(又は溝)の底部の中央部に100%の確率で到達させることができる。また、アスペクト比=1の孔(または溝)のコーナー部に50%の確率で到達させることができる。
【0075】
特に限定されないが、この場合のTSは、例えば170mm程度、R1 は、例えば125mm程度、R2 は、例えば62.5mm程度、圧力は、例えば0.025 Pa程度であり、半導体基板1の直径は、例えば125mm程度、平均自由行程は、例えば470mm程度である。
【0076】
第3の手段を図20および図21により説明する。ここでの条件は、スパッタリング装置におけるターゲットTGの主面(スパッタリング面)と半導体基板1との間の距離を、半導体基板1の直径×2以上にすることである。
【0077】
ここで、図20では、半導体基板1の主面に対して垂直な方向を零(0)度とした場合において、スパッタリング粒子の半導体基板1に入射する角度の最大角が14度以下になるように制限する。当該入射角度を約14度以下に制限することにより、スパッタリング粒子が主にターゲットTGの中央から半導体基板1の主面に飛来し、無散乱で飛来するスパッタリング粒子を、アスペクト比=2の孔(または溝)の底中央部に100%の確率で到達させることが可能となる。また、アスペクト比=4の孔(または溝)の底のコーナー部に50%の確率で到達する。
【0078】
また、図21では、当該入射角度を30度以下になるように制限する。これにより、第1手段と同様の効果が得られる。
【0079】
なお、当該入射角度は厳密には26.6度以下にすることが好ましいが、上述と同様の理由で、約30度以下としている。逆に、30度であれば、アスペクト比0.87/1.73に対して、スパッタリング粒子を、孔(または溝)の底の中央で100%、周辺で50%の確率で到達させることができる。
【0080】
また、特に限定されないが、この場合のTS、R1 、R2 、圧力、平均自由行程等は、第1手段と同じである。
【0081】
第4の手段として導体膜8b(図7等参照)を被着するためのスパッタリング処理に際して、スパッタリングチャンバ内の圧力を低くする。本実施の形態においては、特に限定されないが、スパッタリングチャンバ内の圧力を、上記TSが300mmの場合において、例えば0.1Pa以下、好ましくは0.025 Pa程度とした。これにより、スパッタリング粒子の散乱をさらに抑制できるので、当該導体膜8bを、配線溝10a, 10bの上部ではオーバーハングの小さいまたは無い状態で、接続孔6bおよび配線溝10a, 10b内では、薄く、かつ、むらのない状態で被着できる。すなわち、導体膜8bを高いステップカバレッジで被着できる。
【0082】
第5の手段として、上記した第1〜第4の手段の少なくとも1つと組み合わせて、導体膜8bの被着のためのスパッタリング処理前または処理中に、半導体基板1を冷却する。本実施の形態においては、特に限定されないが、半導体基板1の温度を、例えば30℃以下、好ましくは0℃とした。これにより、導体膜8bを構成する銅または銅合金の成膜状態が固体状態となり、銅または銅合金の凝集を抑制することができるので、導体膜8bに非連続部が形成されるのを抑制することが可能となる。
【0083】
図22は、上記した手段またはこれらの組合せにより導体膜8bを被着した場合の断面図を示している。導体膜8bは、配線溝10a内に、薄く、かつ、むらのない状態で被着されている。すなわち、配線溝10aの内側面(矢印A)および底面(矢印B)において導体膜8bの非連続部は形成されないし、カバレッジ不足も生じない。また、配線溝10aの上部(矢印C)で顕著なオーバーハングが形成されることもない。
【0084】
図23は、このような状態で、銅または銅合金等からなる導体膜8cをメッキ法により被着した状態を示している。配線溝10a内は、導体膜8cにより充填されておりボイドが生じていない。したがって、埋込配線の不良を発生率を大幅に低減でき、半導体集積回路装置の歩留まりおよび信頼性を向上できる。
【0085】
このように、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることが可能となる。
【0086】
(1).微細な配線溝10a, 10bまたは接続孔6bの内部にボイドを生じることなく導体膜8b, 8cを充填することが可能となる。
【0087】
(2).上記(1) により、埋込配線11a, 11bの電気抵抗の設定精度を向上させることが可能となる。
【0088】
(3).バリアメタル7bに、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金、銀または銅を添加したり、導体膜8bに、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀を添加したり、導体膜8b上に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀からなる薄い導体膜を形成したりすることにより、続くメッキ法による銅または銅合金からなる導体膜8cを触媒作用により良好に被着することが可能となる。これにより、微細な配線溝10a, 10bまたは接続孔6bの内部にボイドを生じることなく導体膜8b, 8cを充填することが可能となる。
【0089】
(4).上記(1) 、(2) または(3) により、埋込配線(接続孔部を含む)11a, 11bでの不良発生率を低減できるので、半導体集積回路装置の歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能となる。
【0090】
(5).上記(1) により、配線溝10a, 10bまたは接続孔6bの微細化を推進することが可能となる。このため、素子集積度を向上させることができ、半導体集積回路装置の小形・高機能化を推進することが可能となる。
【0091】
(実施の形態2)
図24〜図29は本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【0092】
図24は、層間絶縁膜5b(または層間絶縁膜5c:以下、層間絶縁膜5bで代表する)に配線溝10a(または配線溝10b、接続孔6b:以下、配線溝10aで代表する)を形成した状態を示している。
【0093】
このような層間絶縁膜5b上に、図25に示すように、例えば銅または銅合金からなる導体膜8b1 をスパッタリング法により成膜するが、本実施の形態2においては、導体膜8b1 が目標成膜値に達していない段階で成膜処理を中断する。この場合のスパッタリング法は、前記実施の形態1のスパッタリング条件を付加したスパッタリング法でも良いし、当該スパッタリング条件を付加しない通常のスパッタリング法でも良い。なお、導体膜8b1 の被着に先立って、上記したバリアメタルを被着しても良い。
【0094】
続いて、配線溝10aの上方が開口したままの状態で熱処理を施すことにより、図26に示すように、配線溝10aの内側面の導体膜8b1 を配線溝10aの底部に流動させて配線溝10aの内側面の導体膜8bを分断する。
【0095】
また、配線溝8bの底部に所定の厚さの導体膜8b1 を堆積する。これにより、配線溝10aを浅くすることができる。すなわち、配線溝10aのアスペクト比を小さくできるので、配線溝10aを、続くメッキ法による導体膜で良好に埋め込むことが可能となる。
【0096】
その後、上記したスパッタリング法による銅または銅合金等からなる導体膜の成膜処理を再開することにより、図27に示すように、導体膜8b1 の上面および配線溝10aの側面に導体膜8b2 を被着する。
【0097】
また、ここでも、上記バリアメタル内に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金、銀または銅を添加しても良いし、また、この導体膜8b2に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀を添加しても良い。さらに、この導体膜8b2を、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀からなる薄い導体膜で形成しても良い。このようにすることで、続くメッキ法による銅または銅合金からなる導体膜を触媒作用により良好に被着することが可能となる。なお、この方法は、無電解メッキ法を用いる場合に特に有効である。
【0098】
その後、図28に示すように、導体膜8b2 上に導体膜8cを前記実施の形態1と同様にメッキ法等で被着する。これにより、微細でアスペクト比の高い配線溝10aを充分に埋め込むことができる。なお、層間絶縁膜5bの上面(溝や孔以外の略平坦領域)において、導体膜8cの厚さは、導体膜8b1,8b2 の和の厚さよりも厚い。
【0099】
次いで、前記実施の形態1と道央にCMP処理等を施すことにより、導体膜8c, 8b2,8b1 (バリアメタルがあればバリアメタルも)を削り、図29に示すように、配線溝10a内に導体膜8b1,8b2,8cからなる埋込配線11a(または埋込配線11b)を形成する。
【0100】
このような本実施の形態2においても前記実施の形態1で得られた効果の他に、以下の効果を得ることが可能となる。
【0101】
(1).配線溝10bの底部に所定の厚さの導体膜8b1 を堆積することにより、配線溝10aを浅くすることができ、配線溝10aのアスペクト比を小さくすることができるので、配線溝10aを、続くメッキ法による導体膜8cで良好に埋め込むことが可能となる。
【0102】
(実施の形態3)
図30および図31は本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【0103】
本実施の形態3においては、前記実施の形態2の図26までの処理は同じであり、その後の工程において、前記実施の形態2で説明した導体膜8b2 (図27参照)を被着せず、図30に示すように、層間絶縁膜5b上(配線溝10a内を含む)に、導体膜8cを前記実施の形態1, 2と同様のメッキ法等で被着する。配線溝10a内は導体膜8cで埋め込む。
【0104】
その後、図31に示すように、前記実施の形態1, 2と同様にCMP処理等を施すことにより導体膜8c, 8b1 (バリアメタルがあればバリアメタルも)を削り、図32に示すように、配線溝10a内に導体膜8b1,8cからなる埋込配線11a(または埋込配線11b)を形成する。
【0105】
また、このような実施の形態3の変形例として、導体膜8b1 を前記実施の形態1, 2で説明したスパッタリング法により成膜する最中に半導体基板1の温度を上昇させて、導体膜8b1 を配線溝10aの途中位置まで埋め込み配線溝10aのアスペクト比を小さくした後、前記実施の形態1, 2と同様のメッキ法により導体膜8cを被着して配線溝10aを埋め込むようにしても良い。
【0106】
このような本実施の形態3およびその変形例においては、前記実施の形態1, 2と同様の効果を得ることが可能となる。
【0107】
(実施の形態4)
図32は本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【0108】
本実施の形態4においては、前記実施の形態2の図26までの処理は同じであり、その後、前記実施の形態2で説明した導体膜8b1 (図26参照)において層間絶縁膜5bの上面(配線溝10a内を除く、略平坦領域)の導体膜8b1 をCMP法等により除去する。
【0109】
この処理工程後においては、図32に示すように、配線溝10aの底部のみに導体膜8b1 が残されている。
【0110】
これにより、層間絶縁膜5bの上面(配線溝10a内を除く、略平坦領域)に導体膜8b1 がない分、前記実施の形態2, 3の場合よりもさらに配線溝10aを浅くすることができる。すなわち、配線溝10aのアスペクト比をさらに小さくすることができるので、配線溝10a内を、続くメッキ法による導体膜でさらに良好に埋め込むことが可能となる。
【0111】
続いて、例えば銅または銅合金からなる配線形成用の導体膜を前記実施の形態1〜3と同様のメッキ法等により被着することにより、当該導体膜を配線溝10a内のみに選択的に成長させることが可能となる。これにより、微細でアスペクト比の高い配線溝10aを充分に埋め込むことができる。なお、本実施の形態4での完成図は図31と同じであり、当該導体膜は導体膜8cに該当する。
【0112】
このような本実施の形態4においては、前記実施の形態1〜3で得られた効果の他に、以下の効果を得ることが可能となる。
【0113】
(1).配線溝10aの底部に所定の厚さの導体膜8b1 を堆積し、かつ、層間絶縁膜5b上の導体膜8b1 を除去することにより、層間絶縁膜5b上に導体膜が無い分、配線溝10aをさらに浅くすることができるので、配線溝10aのアスペクト比をさらに小さくすることができ、配線溝10aを、続くメッキ法による導体膜8cで良好に埋め込むことが可能となる。
【0114】
(2).配線溝10aの底部のみに導体膜8b1 を被着しておくことにより、続くメッキ法による導体膜8cの被着処理に際して、導体膜8cを配線溝10a内のみに選択的に成長させることが可能となる。
【0115】
(実施の形態5)
図33〜図36は本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【0116】
本実施の形態5においては、図24までは前記実施の形態1〜4と同じであり、続く工程において、例えば銅または銅合金からなる導体膜をスパッタリング法により成膜する前または成膜中にスパッタエッチング処理を施すことにより、図33に示すように、配線溝10aの上部における層間絶縁膜5bをエッチングし、微細な配線溝10aの上部において層間絶縁膜5bの上面と配線溝10aの内側面とのなす角部にテーパ(傾斜)を形成する。
【0117】
これにより、微細な配線溝10aの開口面積(開口部の幅)を広げることができるので、配線溝10a内における銅または銅合金等からなる導体膜のステップカバレッジを向上させることができる。
【0118】
このような層間絶縁膜5b上に、図34に示すように、導体膜8bを前記実施の形態1,2と同様のスパッタリング法により成膜した後、図35に示すように、導体膜8b上に、導体膜8cを前記実施の形態1〜4と同様のメッキ法等により被着する。これにより、微細でアスペクト比の高い配線溝10aを充分に埋め込むことができる。
【0119】
その後、前記実施の形態1等と同様にCMP処理等を施すことにより、導体膜8c, 8b1 (バリアメタルがあればバリアメタルも)を削り、図36に示すように、配線溝10a内に導体膜8b, 8cからなる埋込配線11a(または埋込配線11b)を形成する。
【0120】
このような本実施の形態5においては、前記実施の形態1〜4で得られた効果の他に、以下の効果を得ることが可能となる。
【0121】
(1).銅または銅合金からなる導体膜8bをスパッタリング法により成膜する前または成膜中にスパッタエッチング処理を施し、微細な配線溝10aの上部角にテーパ(傾斜)を形成することにより、微細な配線溝10aの上部の開口面積を広げることができるので、配線溝10a内における導体膜8bのステップカバレッジを向上させることができる。これにより、配線溝10aを、続くメッキ法による導体膜8cで良好に埋め込むことが可能となる。
【0122】
(実施の形態6)
図37〜図40は本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【0123】
本実施の形態6においては、前記実施の形態2の図24までの処理は同じであり、その後の工程において、図37に示すように、例えば銅または銅合金からなる導体膜8bをスパッタリング法により成膜する際に、半導体基板1側(スパッタリング装置の下部電極)にバイアス電圧を印加することで、成膜とスパッタエッチングとの両方の作用を生じさせながら成膜処理を行うようにする(いわゆるバイアススパッタリング法を用いる)。
【0124】
このような方法によれば、配線溝10aの開口上部に被着される導体膜8bのオーバーハング部分(破線で示す部分)をスパッタエッチング作用により除去できるので、図38に示すように、導体膜8bを、微細な配線溝10a内に、薄く、かつ、むらのない状態で被着することが可能となる。すなわち、配線溝10a内における導体膜8bのステップカバレッジを向上させることができる。
【0125】
ただし、上記したバイアススパッタリング法に際しても、前記実施の形態1で説明したスパッタリング条件を付加しても良い。これにより、さらに配線溝10a内における導体膜8bのステップカバレッジを向上させることができる。また、導体膜8bの被着に先立って上記したバリアメタルを被着しても良い。
【0126】
その後、図39に示すように、導体膜8b上に、導体膜8cを前記実施の形態1〜5と同様のメッキ法等により被着する。これにより、微細でアスペクト比の高い配線溝10aを充分に埋め込むことができる。
【0127】
次いで、前記実施の形態1と同様にCMP処理を施すことにより、導体膜8c, 8b(バリアメタルがあればバリアメタルも)を削り、図40に示すように、配線溝10a内に導体膜8b, 8cからなる埋込配線11a(または埋込配線11b)を形成する。
【0128】
このような本実施の形態6においては、前記実施の形態1等で得られた効果の他に、以下の効果を得ることが可能となる。
【0129】
(1).銅または銅合金からなる導体膜8bをバイアススパッタリング法により成膜することにより、配線溝10aの上部に形成される導体膜8bのオーバーハング部分を除去したり、再スパッタにより膜厚の薄い部分に追加成膜できるので、配線溝10a内における導体膜8bのステップカバレッジを向上させることができる。これにより、配線溝10aを、続くメッキ法による導体膜8cで良好に埋め込むことが可能となる。
【0130】
(実施の形態7)
図41〜図43は本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【0131】
本実施の形態7においては、前記実施の形態1, 2の図24までの処理は同じであり、その後の工程において、図41に示すように、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀からなる薄い導体膜8dをCVD法、スパッタリング法またはメッキ法等によって被着する。このようにすることで、続くメッキ法による銅または銅合金からなる導体膜を触媒作用により良好に被着することが可能となる。
【0132】
また、この導体膜8dは、この後にメッキ法により被着する導体膜の種結晶層であり、配線溝10aを埋め込まないように比較的薄く被着する。この導体膜8dをスパッタリング法で形成する場合、前記実施の形態1のスパッタリング条件を付加しても良い。これにより、薄い導体膜8dのステップカバレッジを向上させることが可能となる。
【0133】
なお、導体膜8dの被着に先立って、配線溝10a内を含む層間絶縁膜5bの上面に、バリアメタルを被着しても良い。その方法は、前記実施の形態1と同様に被着すれば良い。また、そのバリアメタル内に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金、銀または銅を添加しても良い。
【0134】
続いて、図42に示すように、導体膜8d上に、導体膜8cを前記実施の形態1〜6と同様にメッキ法等で被着した後、前記実施の形態1〜6と同様にCMP処理等を施すことにより導体膜8c, 8dおよびバリアメタル7bを削り、図43に示すように、配線溝10a内にバリアメタル7bおよび導体膜8d, 8cからなる埋込配線11aを形成する。
【0135】
このような本実施の形態7によれば、前記実施の形態1等と同様の効果を得ることが可能となる。
【0136】
(実施の形態8)
図44および図45は本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【0137】
本実施の形態8においては、図44に示すように、第1層目の埋込配線11aがバリアメタル7b、導体膜8b(図9参照)、導体膜8cおよび導体膜8dで構成されている。この導体膜8dは、例えば例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀からなり、導体膜8cの上面を被覆するように、すなわち、埋込配線11aの上部に形成されている。そして、この導体膜8dは、接続孔6bの底部から露出されている。なお、このような構造では導体膜8dの被着に際してステップカバレッジのことを考慮する必要がない。
【0138】
このように導体膜8dを設けることにより、続くメッキ法による銅または銅合金からなる導体膜を触媒作用により良好に被着することが可能となる。なお、この方法は、続く銅または銅合金等からなる導体膜を無電解メッキ法で形成する場合に特に有効である。
【0139】
その後、図45に示すように、導体膜8d上に、導体膜8cを前記実施の形態4と同様のメッキ法等により被着することにより、接続孔6bおよび配線溝10a内に選択的に導体膜8cを形成する。これにより、微細でアスペクト比の高い配線溝10aを充分に埋め込み、接続孔6bおよび配線溝10a内に導体膜8cからなる埋込配線11aを形成する。
【0140】
このような本実施の形態8によれば、前記実施の形態1等と同様の効果を得ることが可能となる。
【0141】
(実施の形態9)
図46〜図48は本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【0142】
本実施の形態9においては、図46に示すように、バリアメタル7bを前記実施の形態1と同様に被着した後、その上に、導体膜8bを前記実施の形態1と同様により被着するが、導体膜8bの厚さを、前記実施の形態1の場合よりも厚くし、層間絶縁膜5b上面(略平坦領域)において、後述のメッキ法による銅または銅合金等からなる導体膜よりも厚くする。ここでの導体膜8bの厚さは、例えば5000〜6000Å程度である。ただし、配線溝10aの内部を導体膜8bで完全に埋め込むことはしない。これにより、配線溝10aの底部に導体膜8bが厚めに被着されるようにする。
【0143】
続いて、図47に示すように、導体膜8b上に、導体膜8cを前記実施の形態1等と同様のメッキ法等により被着する。これにより、微細でアスペクト比の高い配線溝10aを充分に埋め込む。なお、層間絶縁膜5bの上面(略平坦領域)において、導体膜8cの厚さは、導体膜8bの厚さよりも薄い。この導体膜8cの厚さは、例えば1000Å〜2000Å程度である。また、導体膜8bの被着に先立って前記実施の形態6等で説明した導体膜8d(図41参照)を被着しても良い。
【0144】
その後、前記実施の形態1等と同様にCMP処理を施すことにより、導体膜8c, 8bを削り、図48に示すように、配線溝10a内にバリアメタル7bおよび導体膜8b, 8cからなる埋込配線11aを形成する。
【0145】
このような本実施の形態9によれば、前記実施の形態1と同様の効果を得ることが可能となる。
【0146】
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。
【0147】
例えば前記実施の形態1〜9においては、半導体基板としてSOI基板を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば半導体単体のみで構成される通常の半導体基板を用いても良し、半導体基板上に薄いエピタキシャル層を設けるエピタキシャル基板を用いても良い。
【0148】
また、前記実施の形態6においては、銅または銅合金からなる導体膜をバイアススパッタリング法により成膜する方法を採用したが、これに限定されるものではなく、例えば当該導体膜を、スパッタリング粒子をイオン化して成膜を行っても良いし、蒸着法で成膜しても良い。
【0149】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である半導体集積回路装置技術に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えば液晶基板の形成技術等に適用できる。
【0150】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0151】
(1).本発明によれば、微細な配線溝または接続孔の内部にボイドを生じることなく導体膜を充填することが可能となる。
【0152】
(2).本発明によれば、第1導体膜に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀を添加したり、第1導体膜上に、例えばプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀からなる薄い導体膜を形成したりすることにより、続くメッキ法による銅または銅合金からなる第2導体膜を触媒作用により良好に被着することが可能となる。これにより、微細な配線溝または接続孔の内部にボイドを生じることなく導体膜を充填することが可能となる。
【0153】
(3).本発明によれば、第1導体膜の成膜前または成膜中に半導体基板を冷却することにより、第1導体膜を構成する銅または銅合金の成膜状態が固体状態となり、銅または銅合金の凝集を抑制することができるので、第1導体膜に非連続部が形成されるのを抑制することが可能となる。
【0154】
(4).本発明によれば、配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を物理的気相成長法により被着する最中または被着後に半導体基板の温度を上昇させて、前記第1導体膜を配線溝の底部に移動させることにより、配線溝または接続孔のアスペクト比を小さくすることができるので、続く導体膜を配線溝または接続孔内に良好に埋め込むことができる。
【0155】
(5).本発明によれば、第1導体膜を成膜とエッチングとの両方を作用させた状態で被着することにより、配線溝または接続孔の上部に被着される導体膜部分のオーバーハングを少なくすることができるので、続く導体膜を配線溝または接続孔内に良好に埋め込むことができる。
【0156】
(6).上記(1) 、(2) 、(3) 、(4) または(5) により、埋込配線(接続孔部を含む)での不良発生率を低減できるので、半導体集積回路装置の歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能となる。
【0157】
(7).上記(1) 、(2) 、(3) 、(4) または(5) により、配線溝または接続孔の微細化を推進することが可能となる。このため、素子集積度を向上させることができ、半導体集積回路装置の小形・高機能化を推進することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図2】図1に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図3】図2に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図4】図3に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図5】図4に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図6】図5に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図7】図6に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図8】図7に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図9】図8に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図10】図9に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図11】図10に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図12】図11に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図13】図12に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図14】図13に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図15】図14に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図16】図15に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図17】本発明のスパッタリング条件設定を説明するための説明図である。
【図18】本発明のスパッタリング条件設定を説明するための説明図である。
【図19】本発明のスパッタリング条件設定を説明するための説明図である。
【図20】本発明のスパッタリング条件設定を説明するための説明図である。
【図21】本発明のスパッタリング条件設定を説明するための説明図である。
【図22】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部拡大断面図である。
【図23】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部拡大断面図である。
【図24】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図25】図24に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図26】図25に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図27】図26に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図28】図27に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図29】図28に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図30】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図31】図30に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図32】本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図33】本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図34】図33に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図35】図34に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図36】図35に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図37】本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図38】図37に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図39】図38に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図40】図39に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図41】本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図42】図41に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図43】図42に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図44】本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図45】図44に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図46】本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図47】図46に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図48】本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図49】本発明者が検討した埋込配線形成時における不具合を説明するための説明図である。
【図50】本発明者が検討した埋込配線形成時における不具合を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
1a 支持基板
1b 絶縁層
1c 半導体層
2a 溝
2b 絶縁膜
3a 半導体領域
3b ゲート絶縁膜
3c ゲート電極
4a サイドウォール
4b キャップ絶縁膜
5a 層間絶縁膜
5b 層間絶縁膜
5c 層間絶縁膜
6a 接続孔
6b 接続孔
7a バリアメタル
7b バリアメタル(バリア導体膜)
8a 導体膜
8b 導体膜(第1導体膜)
8b1 導体膜
8b2 導体膜
8c 導体膜(第2導体膜)
8d 導体膜(第3導体膜)
9a プラグ
10a, 10b 配線溝
11a, 11b 埋込配線
12 バリア絶縁膜
Q MOS・FET
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device manufacturing method and a semiconductor integrated circuit device technology, and more particularly, to an embedded wiring technology formed by embedding a wiring conductor film in a groove or a connection hole formed in an insulating film. And effective technology.
[0002]
[Prior art]
As a method for forming wiring in a semiconductor integrated circuit device, there is a process called a damascene method. According to this method, after a trench for forming a wiring is formed in an insulating film, a conductor film for forming a wiring is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate, and the conductor film in a region other than the trench is chemically and mechanically polished (CMP). A method of forming a buried interconnect in a trench for forming an interconnect by removing the buried interconnect by chemical mechanical polishing. This method is particularly suitable as a method for forming an embedded wiring made of a copper-based conductor material (copper or copper alloy), which is difficult to perform fine etching.
[0003]
Further, there is a dual-damascene method as an application of the damascene method. In this method, after forming a groove for forming a wiring and a connection hole for connecting with a lower layer wiring in an insulating film, a conductor film for forming a wiring is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate, and further, a region other than the groove is formed. By removing the conductive film by CMP, a buried wiring is formed in a wiring forming groove, and a plug is formed in a connection hole. In the case of this method, particularly in a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure, the number of steps can be reduced, and the wiring cost can be reduced.
[0004]
The wiring forming technique using such a damascene method is described in, for example, (1). K. Abe et. al, in Extended Abstracts 1994 SSDM, pp937-940 (Oki Electric), (2). Valley M. Dubin et. al, in Proceedings 1997 VMIC, pp 69-74.
[0005]
The above-mentioned document (1) discloses a technique of forming a groove in an insulating film, depositing copper by a sputtering method, and further performing a heat treatment to satisfactorily fill the groove for forming a wiring. Further, the above-mentioned document (2) discloses a method in which copper is deposited by sputtering in grooves and connection holes formed in an insulating film, and then copper is buried by plating.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-78525 discloses a process of forming a connection hole such that a part of a semiconductor substrate is exposed in an insulating film attached on a semiconductor substrate, and forming a wiring layer on the insulating film. A general wiring forming technique of a semiconductor integrated circuit device including a step of forming by a sputtering method, a step of forming a metal layer on a wiring by a plating method, and a step of patterning the wiring layer and the metal layer is disclosed. .
[0007]
The technique described in this publication has a different application process from that of the present application which presupposes a damascene process, and applies plating to a low aspect connection hole having a relatively loose design rule. However, when applied to fine and high aspect ratio connection holes and damascene structures, the technology of the publication using a normal sputtering method has a low step coverage in the connection holes of the conductor film by the sputtering method. Even if it is applied, the conductor film for forming the wiring cannot be completely buried, and voids occur in the connection holes.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the present inventor has found that the embedded wiring technology has the following problems with the miniaturization of wiring grooves and connection holes and the increase in aspect ratio.
[0009]
That is, it is difficult to embed the wiring groove or the connection hole by the sputtering method alone, the groove or the connection hole cannot be sufficiently buried, and the electric power is excellent in the buried wiring (including the wiring portion and the connection hole portion). Can not secure the proper characteristics.
[0010]
In addition, when the plating method is used, the embedding ability is high, but also in this case, a base metal film is required, and the embedding limit is determined by the coverage of the base metal film. And connection hole portions).
[0011]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film, It is an object of the present invention to provide a technique capable of satisfactorily embedding a conductive film for forming an embedded wiring.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film, and to promote the miniaturization of the buried wiring. It is to provide the technology that can do it.
[0013]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0015]
That is, the present invention is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) forming a first conductive film made of copper or a conductive material containing copper on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulating film, having directivity and particles of the first conductive film; Is deposited by physical vapor deposition under conditions that are difficult to scatter between the target and the semiconductor substrate,
(C) applying a second conductor film made of copper or a conductor material containing copper by a plating method after the formation of the first conductor film;
(D) forming a buried interconnect made of the first conductor film and the second conductor film in at least one of the interconnection groove and the connection hole by shaving the first conductor film and the second conductor film. Have
[0016]
Further, according to the present invention, the first conductive film contains at least one of platinum, palladium, nickel, chromium, gold or silver, or contains platinum, palladium, nickel, chromium, After depositing a third conductor film containing at least one of gold and silver, the second conductor film is deposited.
[0017]
Further, the present invention is to cool the semiconductor substrate before or during the deposition of the first conductor film.
[0018]
The present invention is also a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) During or during the deposition of a first conductor film made of copper or a conductor material containing copper on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulation film by a physical vapor deposition method. Raising the temperature of the semiconductor substrate to move the first conductive film to the bottom of the wiring groove.
[0019]
The present invention is also a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) depositing a third conductor film containing at least one of platinum, palladium, nickel, chromium, gold or silver on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulating film;
(C) applying a second conductor film made of copper or a conductor material containing copper by a plating method after the formation of the third conductor film;
(D) forming a buried interconnect made of the second conductor film and the third conductor film in at least one of the interconnection groove and the connection hole by shaving the second conductor film and the third conductor film. Have
[0020]
The present invention is also a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) forming a first conductive film made of copper or a conductive material containing copper on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulating film by physical vapor deposition; Causing both the action and the etching action to take place;
(C) applying a second conductor film made of copper or a conductor material containing copper by a plating method after the formation of the first conductor film;
(D) forming a buried interconnect made of the first conductor film and the second conductor film in the wiring groove by shaving the first conductor film and the second conductor film.
[0021]
The following is a brief description of an outline of a typical one of the other means examined by the present inventors.
[0022]
That is, the means is a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) During or during the deposition of a first conductor film made of copper or a conductor material containing copper on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulation film by a physical vapor deposition method. Raising the temperature of the semiconductor substrate later to move the first conductive film to the bottom of the wiring groove;
(C) After the step (b), at least one of copper, copper alloy, platinum, palladium, nickel, chromium, gold or silver is provided inside at least one of the wiring groove or the connection hole and on the first conductive film. Depositing a conductive film containing a by physical vapor deposition,
(D) after the step (c), applying a second conductive film made of copper or a conductive material containing copper by a plating method;
(E) After the step (d), the second conductor film and the first conductor film are shaved, and at least one of the wiring groove or the connection hole is filled with the first conductor film, the second conductor film, and the conductor film. And forming a built-in wiring. As a result, the aspect ratio of the wiring groove or the connection hole can be reduced, so that it is possible to satisfactorily embed the conductor film by the subsequent plating process.
[0023]
In addition, a conductive film made of copper or a copper alloy formed by a subsequent plating method can be satisfactorily applied by a catalytic action.
[0024]
Another means is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) During or during the deposition of a first conductor film made of copper or a conductor material containing copper on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulation film by a physical vapor deposition method. Raising the temperature of the semiconductor substrate later to move the first conductive film to the bottom of the wiring groove;
(C) after the step (b), applying a second conductive film made of copper or a conductive material containing copper by a plating method;
(D) After the step (c), the second conductor film and the first conductor film are shaved, and at least one of the wiring groove and the connection hole is filled with the first conductor film, the second conductor film, and the conductor film. And forming a built-in wiring. As a result, the aspect ratio of the wiring groove or the connection hole can be reduced, so that it is possible to satisfactorily embed the conductor film by the subsequent plating process.
[0025]
Another means is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) During or during the deposition of a first conductor film made of copper or a conductor material containing copper on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulation film by a physical vapor deposition method. Raising the temperature of the semiconductor substrate later to move the first conductive film to the bottom of the wiring groove;
(C) after the step (b), removing the first conductor film on the insulating film;
(D) After the step (c), copper or a second conductor film containing copper is selectively plated on the first conductor film left in the wiring groove by the step of removing the first conductor film by a plating method. Attaching step. As a result, the aspect ratio of the wiring groove or the connection hole can be reduced, so that it is possible to satisfactorily embed the conductor film by the subsequent plating process. Also, the embedded wiring can be formed without performing the conductor film removing step.
[0026]
Another means is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) depositing a first conductive film made of copper or a conductive material containing copper on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulating film by a physical vapor deposition method;
(C) after the step (b), applying a second conductive film made of copper or a conductive material containing copper by a plating method;
(D) After the step (c), the second conductor film and the first conductor film are shaved, and at least one of the wiring groove and the connection hole is filled with the first conductor film, the second conductor film, and the conductor film. Forming a built-in wiring,
A step of performing a sputter etching process before or during the deposition of the first conductive film. Thereby, a taper is formed in the upper part of the wiring groove or the connection hole, so that the sputtered particles can easily reach the bottom of the wiring groove or the connection hole, or the first conductive film inside the wiring groove or the connection hole is re-sputtered. By doing so, step coverage can be improved.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. (Note that components having the same function are denoted by the same reference numerals throughout the drawings for describing the embodiments, and repetitive description thereof will be omitted.) Do).
[0028]
(Embodiment 1)
1 to 16 are cross-sectional views of a main part during a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 17 to 21 are explanatory diagrams for explaining setting of sputtering conditions of the present invention. 22 and 23 are enlarged cross-sectional views of a main part of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention during a manufacturing process, and FIGS. 49 and 50 illustrate defects at the time of forming embedded wiring studied by the present inventors. FIG.
[0029]
First, a method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0030]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part during a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device. As the semiconductor substrate 1, for example, an SOI substrate in which a semiconductor layer 1c for element formation is provided on a support substrate 1a via an insulating layer 1b is used.
[0031]
The support substrate 1a is made of, for example, silicon single crystal, and the insulating layer 1b is made of, for example, a silicon oxide film. The semiconductor layer 1c is made of, for example, p-type silicon single crystal, and a trench 2a extending from the main surface of the semiconductor layer 1c to the insulating layer 1b is dug in the element isolation region. An insulating film 2b made of, for example, a silicon oxide film is embedded in the trench 2a.
[0032]
In the semiconductor layer 1c, for example, an n-channel type MOSFET Q is formed. This MOS • FETQ has a pair of semiconductor regions 3a, a gate insulating film 3b, and a gate electrode 3c. For example, phosphorus or arsenic is introduced into the semiconductor layer 1c, and the pair of semiconductor regions 3a is set to be n-type. Note that the central semiconductor region 3a is a region shared by the adjacent MOSFETs Q.
[0033]
The gate insulating film 3b is made of, for example, a silicon oxide film. The gate electrode 3c is made of, for example, a single film of low-resistance polysilicon. However, the gate electrode 3c is not limited to a single film of low-resistance polysilicon and can be variously changed. For example, a so-called polycide structure in which a silicide film is formed on a low-resistance polysilicon film may be used. For example, a so-called polymetal structure in which a metal film such as tungsten is formed on a low-resistance polysilicon via a barrier metal film such as titanium nitride or tungsten nitride.
[0034]
The surface of the gate electrode 3c is covered with a cap insulating film 4a and a side wall 4b. The cap insulating film 4a and the side wall 4b are made of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. Note that by forming the cap insulating film 4a and the side walls 4b with a silicon nitride film and employing a selective etching process, the connection holes of the interlayer insulating film can be formed in a self-aligned manner.
[0035]
On the main surface of the semiconductor layer 1c, an interlayer insulating film 5a made of, for example, a silicon oxide film is applied. The interlayer insulating film 5a may be a coating film formed by an SOG (Spin On Glass) method, an organic film, a CVD oxide film doped with fluorine, a silicon nitride film, or a combination of various insulating films. A connection hole 6a is formed in the interlayer insulating film 5a such that a part of the semiconductor region 3a is exposed.
[0036]
First, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, a barrier metal 7a is deposited on the upper surface of the interlayer insulating film 5a and in the connection hole 6a by a CVD method, a sputtering method, a plating method, or the like.
[0037]
The barrier metal 7a improves the adhesion between the interlayer insulating film 5a and the conductive film for forming the wiring, and suppresses the diffusion of the CVD source gas for forming the conductive film for forming the wiring, the constituent atoms of the conductive film, and silicon. It is made of other metals or compounds thereof, for example, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, tungsten, tungsten nitride, titanium nitride silicide or tungsten nitride silicide.
[0038]
Subsequently, a conductor film 8a for forming a wiring which is relatively thicker than the barrier metal 7a is deposited on the barrier metal 7a by a CVD method or the like. Thereby, the connection hole 6a is buried. The conductor film 8a is made of, for example, tungsten or an alloy thereof.
[0039]
After that, by performing a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process, the conductive film 8a and the barrier metal 7a are shaved until the upper surface of the interlayer insulating film 5a is exposed. Thereby, as shown in FIG. 3, a plug 9a composed of the barrier metal 7a and the conductor film 8a is formed in the connection hole 6a.
[0040]
Next, as shown in FIG. 5, an interlayer insulating film 5b made of, for example, a silicon oxide film or the like is deposited by a CVD method or the like, and after this is planarized, a wiring groove 10a is formed in the interlayer insulating film 5b by a photolithography technique. It is formed by a dry etching technique. The upper surface of the plug 9a is exposed at the bottom surface of the two left wiring grooves 10a in FIG. Further, the interlayer insulating film 5b may be formed in the same manner as the above-described interlayer insulating film 5a.
[0041]
The width of the wiring groove 10a is, for example, about 0.13 to 1.0 μm, and is not particularly limited. For example, about 0.25 μm, and the depth is, for example, about 0.15 to 1.0 μm. The wiring pitch is, for example, about 0.26 to 2.0 μm, and is not particularly limited, but is, for example, about 0.5 μm.
[0042]
Subsequently, as shown in FIG. 6, after a barrier metal (barrier conductor film) 7b is deposited on the upper surfaces of the interlayer insulating films 5a and 5b and in the wiring grooves 10a by a CVD method, a sputtering method, a plating method, or the like. As shown in FIG. 7, a conductive film (first conductive film) 8b made of, for example, copper or a copper alloy for forming a wiring is deposited on the barrier metal 7b by a sputtering method or the like.
[0043]
The function and constituent material of the barrier metal 7b are the same as those of the barrier metal 7a. The barrier metal 7b may not be required in some cases. The conductor film 8b for forming a wiring is a seed crystal layer of a conductor film to be deposited later by a plating method, and is deposited relatively thin so as not to fill the wiring groove 10a. The thickness of the conductor film 8b is, for example, about 500 to 1500 °.
[0044]
The sputtering process for depositing the conductor film 8b for forming the wiring is performed under such a condition that the incident angle of the sputtered particles to the wiring groove 10a is perpendicular or close to the value (directivity condition), and Is performed under such a condition that scattering between the main surface of the semiconductor substrate and the main surface (sputtering surface) of the target is difficult. The setting of the sputtering conditions will be described later in detail.
[0045]
By applying the conductor film 8b for forming a wiring under such conditions, the conductor film 8b is thinner and thinner in the wiring groove 10a with little or no overhang above the wiring groove 10a. Can be applied evenly. That is, the conductor film 8b can be applied with high step coverage. Note that the barrier metal 7b may be deposited under the same sputtering conditions.
[0046]
Further, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, silver or copper may be added to the barrier metal 7b. Further, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, or silver may be added to the conductor film 8b. Further, a thin conductive film made of, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, or silver may be formed on the upper surface (including the inside of the groove or the hole) of the conductive film 8b. By doing so, it becomes possible to satisfactorily apply a conductive film made of copper or a copper alloy by a subsequent plating method by a catalytic action. This method is particularly effective when using an electroless plating method.
[0047]
Thereafter, as shown in FIG. 8, a conductor film (second conductor film) 8c for forming a wiring made of, for example, copper or a copper alloy is applied on the conductor film 8b by a plating method or the like. Thereby, the fine wiring trench 10a having a high aspect ratio can be sufficiently buried.
[0048]
In this case, the plating method may be any of an electrolytic plating method, an electroless plating method, and a combination thereof (in this case, electroplating is basically performed after the electroless plating). On the upper surface of the interlayer insulating film 5b (a flat region other than the groove and the hole), the thickness of the conductor film 8c is larger than the thickness of the conductor film 8b. The thickness of the conductor film 8c is, for example, about 0.5 to 1.0 μm.
[0049]
Next, by performing a CMP process, the conductor films 8c and 8b and the barrier metal 7b are shaved until the upper surface of the interlayer insulating film 5b is exposed. As a result, as shown in FIG. 9, a buried wiring 11a composed of the barrier metal 7b and the conductor films 8b and 8c is formed in the wiring groove 10a. The buried wiring 11a extends in a direction perpendicular to the plane of FIG.
[0050]
Subsequently, as shown in FIG. 10, a barrier insulating film 12 made of, for example, a silicon nitride film or the like is deposited on the interlayer insulating film 5b and the embedded wiring 11a by a CVD method or the like. As shown, an interlayer insulating film 5c made of, for example, a silicon oxide film is deposited by a CVD method or the like. Note that the interlayer insulating film 5c may be formed in the same manner as the above-described interlayer insulating film 5a.
[0051]
Thereafter, a wiring groove 10b is formed on the interlayer insulating film 5c by a photolithography technique and a dry etching technique, and then reaches the buried wiring 11a from the bottom of the wiring groove 10b as shown in FIG. Is formed by photolithography and dry etching.
[0052]
The dimensions and the wiring pitch of the wiring groove 10b are the same as those of the wiring groove 10a. The diameter of the connection hole 6b is, for example, about 0.13 to 1.0 μm, and is not particularly limited, but is, for example, about 0.25 μm, and its depth is, for example, about 0.15 to 2.0 μm, but is not particularly limited. For example, it is about 0.6 μm.
[0053]
In forming the connection hole 6b, an etching process is performed under conditions that increase the etching selectivity between the silicon oxide film and the silicon nitride film. That is, first, the silicon oxide film is etched under the condition that the silicon oxide film is more easily etched than the silicon nitride film, and then, when the barrier insulating film 12 made of the silicon nitride film is exposed from the bottom of the connection hole 6b, the etching condition is changed. The etching process is performed under the condition that the silicon nitride film is more easily etched than the silicon oxide film. Thereby, it is possible to prevent the buried wiring 11a from being removed when the connection hole 6b is formed.
[0054]
Next, as shown in FIG. 13, after a barrier metal (barrier conductor film) 7b is deposited on the upper surface of the interlayer insulating film 5c, the wiring groove 10b and the connection hole 6b by a CVD method, a sputtering method, a plating method, or the like. As shown in FIG. 14, a conductor film (first conductor film) 8b made of, for example, copper or a copper alloy for forming a wiring is deposited on the barrier metal 7b by a sputtering method or the like.
[0055]
The function and constituent material of the barrier metal 7b are the same as those of the barrier metal 7a. The conductor film 8b for forming a wiring is a seed crystal layer of a conductor film to be deposited later by a plating method, and is deposited relatively thin so as not to fill the connection hole 6b and the wiring groove 10b. The thickness of the conductor film 8b is, for example, about 500 to 1500 °.
[0056]
The sputtering process for depositing the wiring-forming conductor film 8b is performed under conditions (directivity conditions) such that the incident angle of the sputtered particles with respect to the wiring groove 10b is perpendicular or a value close thereto. Is performed under such a condition that scattering between the main surface of the semiconductor substrate and the main surface (sputtering surface) of the target is difficult. The setting of the sputtering conditions will be described later in detail.
[0057]
By depositing the conductor film 8b for wiring formation under such conditions, the conductor film 8b is formed in the connection hole 6b and the wiring groove 10b with little or no overhang above the wiring groove 10b. It can be applied in a thin and even state. That is, the conductor film 8b can be applied with high step coverage. The barrier metal 7b may be applied under the same sputtering conditions.
[0058]
Also here, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, silver or copper may be added to the barrier metal 7b. Further, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold or silver may be added to the conductor film 8b. Further, a thin conductive film made of, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, or silver may be formed on the upper surface (including the inside of the groove or the hole) of the conductive film 8b. By doing so, it becomes possible to satisfactorily apply a conductive film made of copper or a copper alloy by a subsequent plating method by a catalytic action. This method is particularly effective when using an electroless plating method.
[0059]
Thereafter, as shown in FIG. 15, a conductor film (second conductor film) 8c for forming a wiring made of, for example, copper or a copper alloy is deposited on the conductor film 8b by a plating method or the like. Thereby, the fine connection holes 6b and the wiring grooves 10b having a high aspect ratio can be sufficiently buried. In this case, the plating method may be any of an electrolytic plating method, an electroless plating method, and a combination thereof (in this case, electroplating is basically performed after the electroless plating). The thickness of the conductor film 8c is, for example, about 0.5 to 1.0 μm.
[0060]
Next, by performing a CMP process, the conductor films 8c and 8b and the barrier metal 7b are shaved until the upper surface of the interlayer insulating film 5c is exposed. As a result, as shown in FIG. 16, a buried wiring 11b including the barrier metal 7b and the conductor films 8b and 8c is formed in the connection hole 6b and the wiring groove 10b.
[0061]
The portion inside the wiring groove 10b of the embedded wiring 11b extends in a direction perpendicular to the plane of the paper of FIG. The portion inside the connection hole 6b of the embedded wiring 11b does not extend in the direction perpendicular to the plane of FIG. 16, but extends in the vertical direction in FIG. 16 to electrically connect the embedded wirings 11a and 11b. Connected to
[0062]
Next, after describing a problem in a case where a conductor film is deposited in a groove or a hole by a sputtering method, a technique of setting the sputtering conditions of the conductor film 8b for forming a wiring will be described.
[0063]
FIG. 49 is a cross-sectional view of the wiring groove 51 formed in the interlayer insulating film 50 when the film is formed by a normal sputtering method that does not have the above-described directivity and does not consider scattering of sputtered particles. I have.
[0064]
On the upper surface of the interlayer insulating film 50 and the surface of the wiring groove 51, a barrier metal 52 made of, for example, titanium nitride or the like is adhered. When the conductor film 53 made of copper or a copper alloy or the like is deposited by using the above-mentioned ordinary sputtering method, copper or copper alloy particles cannot enter the wiring groove 51, and the conductor film 53 is formed on the inner surface of the wiring groove 51. In this case, a discontinuous portion or insufficient coverage may occur, the coverage of the conductor film 53 may be insufficient at the bottom of the wiring groove 51, or the overhang due to the conductor film 53 above the wiring groove 51 may increase.
[0065]
In such a state, as shown in FIG. 50, when a conductive film 54 made of copper or a copper alloy is applied by plating, voids are formed on the inner surface of the wiring groove 51 due to the discontinuity and insufficient coverage described above. Or a large void is formed at the center of the wiring groove 51 due to the overhang described above. Such a problem similarly occurs not only in the wiring groove 51 but also in the connection hole and the like.
[0066]
Thus, in the present embodiment, the conductor film 8b is deposited under the following sputtering conditions.
[0067]
The first means will be described with reference to FIG. The condition here is that the distance TS between the main surface (sputtering surface) of the target TG and the main surface of the semiconductor substrate 1 in the sputtering apparatus is the sum of the effective radius R1 of the target TG and the radius R2 of the semiconductor substrate 1. At least the value obtained by dividing by the square root of 3, and the mean freedom of the sputtered particles of the conductor film 8b during discharge. line The length L1 = TS / COS (arctan (R1 + R2) / TS ) Less It is to be on.
[0068]
Thus, when the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1 is set to zero (0) degrees, the maximum angle of the angle at which the sputtered particles enter the semiconductor substrate 1 is limited to 30 degrees or less. By limiting the incident angle to about 30 degrees or less, it becomes possible for the sputtered particles that fly without scattering to reach the bottom center of a hole (or groove) with an aspect ratio of 1 with a probability of 100%. . In addition, it reaches the bottom corner of the hole (or groove) having the aspect ratio = 2 with a probability of 50%.
[0069]
Note that the incident angle is preferably strictly 26.6 degrees or less. In this case, the effect is obtained even at 30 degrees. Conversely, if the angle is 30 degrees, the sputtered particles for the aspect ratio of 0.87 are 100% at the center of the bottom of the hole (or groove), and the sputtered particles are for the aspect ratio of 1.73. It can be reached with a 50% probability around the bottom of the hole (or groove).
[0070]
Although not particularly limited, the TS in this case is, for example, about 300 mm, R1 is, for example, about 125 mm, R2 is, for example, about 62.5 mm, the pressure is, for example, about 0.025 Pa, and (R1 + R2) is The value divided by the square root of 3 is, for example, about 108 mm. Therefore, TS / COS (arctan ((R1 + R2) / TS)) is, for example, about 350 mm, and the mean free path is, for example, about 470 mm.
[0071]
The second means will be described with reference to FIGS. The condition here is that the distance TS between the main surface (sputtering surface) of the target TG and the semiconductor substrate 1 in the sputtering apparatus is equal to or larger than the radius (or diameter) of the semiconductor substrate 1.
[0072]
Here, in FIG. 18, when the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1 is set to zero (0) degrees, the maximum angle of the angle at which the sputtered particles enter the semiconductor substrate 1 is 30 degrees or less. Restrict to Thereby, the same effect as the first means is obtained.
[0073]
Here, the incident angle is preferably strictly set to 26.6 degrees or less, but is set to about 30 degrees or less for the same reason as described above. Conversely, if the angle is 30 degrees, the sputtered particles can reach 100% at the center of the bottom of the hole (or groove) and 50% at the periphery with respect to the aspect ratio of 0.87 / 1.73. it can.
[0074]
FIG. 19 shows a case where radius R1 = radius R2, and the incident angle is limited to be 45 degrees or less. By restricting the incident angle to about 45 degrees or less, it is possible for the sputtered particles that fly without scattering to reach the center of the bottom of the hole (or groove) with an aspect ratio of 0.5 with a probability of 100%. it can. In addition, it is possible to reach the corner of a hole (or groove) having an aspect ratio of 1 with a probability of 50%.
[0075]
Although not particularly limited, the TS in this case is, for example, about 170 mm, R1 is, for example, about 125 mm, R2 is, for example, about 62.5 mm, the pressure is, for example, about 0.025 Pa, and the diameter of the semiconductor substrate 1 is, For example, about 125 mm, and the mean free path is, for example, about 470 mm.
[0076]
The third means will be described with reference to FIGS. The condition here is that the distance between the main surface (sputtering surface) of the target TG and the semiconductor substrate 1 in the sputtering apparatus is equal to or larger than the diameter of the semiconductor substrate 1 × 2.
[0077]
Here, in FIG. 20, when the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 1 is set to zero (0) degrees, the maximum angle at which the sputtered particles enter the semiconductor substrate 1 is 14 degrees or less. Restrict to By restricting the incident angle to about 14 degrees or less, the sputtered particles mainly fly from the center of the target TG to the main surface of the semiconductor substrate 1, and the non-scattered sputtered particles are formed into holes (with an aspect ratio = 2). Alternatively, it is possible to reach the bottom central portion of the groove with a probability of 100%. Also, it reaches the bottom corner of a hole (or groove) having an aspect ratio = 4 with a probability of 50%.
[0078]
In FIG. 21, the incident angle is limited to 30 degrees or less. Thereby, the same effect as the first means is obtained.
[0079]
The incident angle is preferably strictly 26.6 degrees or less, but is set to about 30 degrees or less for the same reason as described above. Conversely, if the angle is 30 degrees, the sputtered particles can reach 100% at the center of the bottom of the hole (or groove) and 50% at the periphery with respect to the aspect ratio of 0.87 / 1.73. it can.
[0080]
Further, although not particularly limited, TS, R1, R2, pressure, mean free path, and the like in this case are the same as those of the first means.
[0081]
As a fourth means, the pressure in the sputtering chamber is reduced during the sputtering process for applying the conductor film 8b (see FIG. 7 and the like). In the present embodiment, although not particularly limited, the pressure in the sputtering chamber is, for example, 0.1 Pa or less, preferably about 0.025 Pa when the TS is 300 mm. As a result, the scattering of sputtered particles can be further suppressed. In addition, it can be applied evenly. That is, the conductor film 8b can be applied with high step coverage.
[0082]
As a fifth means, in combination with at least one of the above-described first to fourth means, the semiconductor substrate 1 is cooled before or during the sputtering processing for applying the conductor film 8b. In the present embodiment, although not particularly limited, the temperature of the semiconductor substrate 1 is, for example, 30 ° C. or lower, preferably 0 ° C. Thus, the copper or copper alloy forming the conductor film 8b is in a solid state and the aggregation of the copper or copper alloy can be suppressed, so that the formation of a discontinuous portion in the conductor film 8b is suppressed. It is possible to do.
[0083]
FIG. 22 is a sectional view showing a case where the conductor film 8b is applied by the above-described means or a combination thereof. The conductor film 8b is thinly and uniformly applied in the wiring groove 10a. That is, a discontinuous portion of the conductor film 8b is not formed on the inner side surface (arrow A) and the bottom surface (arrow B) of the wiring groove 10a, and insufficient coverage does not occur. Also, no remarkable overhang is formed at the upper part (arrow C) of the wiring groove 10a.
[0084]
FIG. 23 shows a state in which a conductor film 8c made of copper or a copper alloy or the like is applied by plating in such a state. The inside of the wiring groove 10a is filled with the conductor film 8c, and no void is generated. Therefore, the incidence of embedded wiring failure can be significantly reduced, and the yield and reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved.
[0085]
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0086]
(1). The conductor films 8b and 8c can be filled without generating voids in the fine wiring grooves 10a and 10b or the connection holes 6b.
[0087]
(2). According to the above (1), it is possible to improve the setting accuracy of the electric resistance of the embedded wirings 11a and 11b.
[0088]
(3). For example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, silver, or copper is added to the barrier metal 7b. For example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, or silver is added to the conductive film 8b. To form a thin conductive film made of, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold or silver, so that a conductive film 8c made of copper or a copper alloy can be satisfactorily deposited by a subsequent plating method. Becomes possible. Thus, the conductor films 8b and 8c can be filled without generating voids in the fine wiring grooves 10a and 10b or the connection holes 6b.
[0089]
(4). According to the above (1), (2) or (3), the occurrence rate of defects in the buried wirings (including the connection holes) 11a and 11b can be reduced, so that the yield and reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved. Becomes possible.
[0090]
(5). According to the above (1), miniaturization of the wiring grooves 10a, 10b or the connection holes 6b can be promoted. For this reason, the degree of element integration can be improved, and miniaturization and high functionality of the semiconductor integrated circuit device can be promoted.
[0091]
(Embodiment 2)
24 to 29 are main-portion cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention during a manufacturing step.
[0092]
FIG. 24 shows the formation of a wiring groove 10a (or a wiring groove 10b, a connection hole 6b; hereinafter, typically represented by a wiring groove 10a) in an interlayer insulating film 5b (or an interlayer insulating film 5c; hereinafter, represented by an interlayer insulating film 5b). FIG.
[0093]
As shown in FIG. 25, a conductor film 8b1 made of, for example, copper or a copper alloy is formed on such an interlayer insulating film 5b by a sputtering method. In the second embodiment, the conductor film 8b1 is formed as a target film. The film forming process is interrupted when the film value has not been reached. In this case, the sputtering method may be a sputtering method with the sputtering conditions of the first embodiment added, or a normal sputtering method without the sputtering conditions. Note that the barrier metal described above may be applied prior to the application of the conductor film 8b1.
[0094]
Subsequently, heat treatment is performed while the upper portion of the wiring groove 10a remains open, so that the conductor film 8b1 on the inner side surface of the wiring groove 10a is caused to flow to the bottom of the wiring groove 10a as shown in FIG. The conductor film 8b on the inner surface of 10a is divided.
[0095]
Further, a conductor film 8b1 having a predetermined thickness is deposited on the bottom of the wiring groove 8b. Thereby, the wiring groove 10a can be made shallow. That is, since the aspect ratio of the wiring groove 10a can be reduced, the wiring groove 10a can be satisfactorily embedded with a conductive film formed by a subsequent plating method.
[0096]
Thereafter, by restarting the process of forming a conductive film made of copper or a copper alloy by the above-described sputtering method, the conductive film 8b2 is coated on the upper surface of the conductive film 8b1 and the side surfaces of the wiring groove 10a as shown in FIG. To wear.
[0097]
Also here, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, silver or copper may be added to the barrier metal. Also, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, or the like may be added to the conductor film 8b2. Gold or silver may be added. Further, the conductor film 8b2 may be formed of a thin conductor film made of, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, or silver. By doing so, it becomes possible to satisfactorily apply a conductive film made of copper or a copper alloy by a subsequent plating method by a catalytic action. This method is particularly effective when using an electroless plating method.
[0098]
Thereafter, as shown in FIG. 28, a conductor film 8c is deposited on the conductor film 8b2 by plating or the like as in the first embodiment. Thereby, the fine wiring trench 10a having a high aspect ratio can be sufficiently buried. Note that on the upper surface of the interlayer insulating film 5b (substantially flat region other than the grooves and holes), the thickness of the conductor film 8c is larger than the sum of the thicknesses of the conductor films 8b1 and 8b2.
[0099]
Next, the conductor films 8c, 8b2, and 8b1 (and barrier metal if there is a barrier metal) are removed by performing a CMP process or the like on the center in the first embodiment, and as shown in FIG. The buried wiring 11a (or the buried wiring 11b) including the conductor films 8b1, 8b2, and 8c is formed.
[0100]
In the second embodiment as well, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the first embodiment.
[0101]
(1). By depositing the conductor film 8b1 having a predetermined thickness on the bottom of the wiring groove 10b, the wiring groove 10a can be made shallower and the aspect ratio of the wiring groove 10a can be reduced. It is possible to satisfactorily bury the conductive film 8c by the plating method.
[0102]
(Embodiment 3)
FIG. 30 and FIG. 31 are cross-sectional views of essential parts during a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention.
[0103]
In the third embodiment, the processing up to FIG. 26 of the second embodiment is the same, and in the subsequent steps, the conductor film 8b2 (see FIG. 27) described in the second embodiment is not applied. As shown in FIG. 30, a conductor film 8c is deposited on the interlayer insulating film 5b (including the inside of the wiring groove 10a) by the same plating method as in the first and second embodiments. The inside of the wiring groove 10a is filled with a conductor film 8c.
[0104]
Thereafter, as shown in FIG. 31, the conductor films 8c and 8b1 (and barrier metal if there is a barrier metal) are removed by performing a CMP process or the like as in the first and second embodiments, as shown in FIG. Then, buried wiring 11a (or buried wiring 11b) formed of conductor films 8b1 and 8c is formed in wiring groove 10a.
[0105]
Further, as a modification of the third embodiment, the temperature of the semiconductor substrate 1 is increased while the conductor film 8b1 is formed by the sputtering method described in the first and second embodiments, and the conductor film 8b1 is formed. Is embedded to the middle of the wiring groove 10a, the aspect ratio of the wiring groove 10a is reduced, and then the conductive film 8c is applied by the same plating method as in the first and second embodiments to fill the wiring groove 10a. good.
[0106]
According to the third embodiment and the modification thereof, it is possible to obtain the same effects as those of the first and second embodiments.
[0107]
(Embodiment 4)
FIG. 32 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention during a manufacturing step.
[0108]
In the fourth embodiment, the processing up to FIG. 26 of the second embodiment is the same, and thereafter, the upper surface (see FIG. 26) of the interlayer insulating film 5b in the conductor film 8b1 (see FIG. 26) described in the second embodiment. The conductor film 8b1 in the substantially flat region (excluding the inside of the wiring groove 10a) is removed by a CMP method or the like.
[0109]
After this processing step, as shown in FIG. 32, the conductor film 8b1 is left only at the bottom of the wiring groove 10a.
[0110]
Thus, since the conductor film 8b1 is not provided on the upper surface of the interlayer insulating film 5b (substantially flat region except inside the wiring groove 10a), the wiring groove 10a can be made shallower than in the case of the second and third embodiments. . That is, since the aspect ratio of the wiring groove 10a can be further reduced, the inside of the wiring groove 10a can be satisfactorily buried with a conductive film formed by a subsequent plating method.
[0111]
Subsequently, a conductor film for forming a wiring made of, for example, copper or a copper alloy is applied by the same plating method or the like as in the first to third embodiments, so that the conductor film is selectively provided only in the wiring groove 10a. It is possible to grow. Thereby, the fine wiring trench 10a having a high aspect ratio can be sufficiently buried. The completed drawing in the fourth embodiment is the same as FIG. 31, and the conductor film corresponds to the conductor film 8c.
[0112]
According to the fourth embodiment, in addition to the effects obtained in the first to third embodiments, the following effects can be obtained.
[0113]
(1). By depositing a conductive film 8b1 having a predetermined thickness on the bottom of the wiring groove 10a and removing the conductive film 8b1 on the interlayer insulating film 5b, the wiring groove 10a is removed to the extent that there is no conductive film on the interlayer insulating film 5b. Can be further reduced, so that the aspect ratio of the wiring groove 10a can be further reduced, and the wiring groove 10a can be satisfactorily buried with the conductor film 8c by the subsequent plating method.
[0114]
(2). By depositing the conductor film 8b1 only on the bottom of the wiring groove 10a, it is possible to selectively grow the conductor film 8c only in the wiring groove 10a during the subsequent deposition processing of the conductor film 8c by plating. It becomes.
[0115]
(Embodiment 5)
33 to 36 are main-portion cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention during a manufacturing step.
[0116]
In the fifth embodiment, the steps up to FIG. 24 are the same as those in the first to fourth embodiments. In the subsequent step, for example, before or during formation of a conductor film made of copper or a copper alloy by a sputtering method, By performing the sputter etching process, as shown in FIG. 33, the interlayer insulating film 5b above the wiring groove 10a is etched, and the upper surface of the interlayer insulating film 5b and the inner surface of the wiring groove 10a above the fine wiring groove 10a. Is formed at the corner formed by the above.
[0117]
Thus, the opening area (width of the opening) of the fine wiring groove 10a can be increased, so that the step coverage of the conductor film made of copper or a copper alloy in the wiring groove 10a can be improved.
[0118]
As shown in FIG. 34, a conductor film 8b is formed on such an interlayer insulating film 5b by the same sputtering method as in the first and second embodiments, and then, as shown in FIG. Then, a conductive film 8c is applied by the same plating method as in the first to fourth embodiments. Thereby, the fine wiring trench 10a having a high aspect ratio can be sufficiently buried.
[0119]
Thereafter, the conductor films 8c and 8b1 (and barrier metal if there is a barrier metal) are removed by performing a CMP process or the like in the same manner as in the first embodiment and the like, and as shown in FIG. The buried wiring 11a (or the buried wiring 11b) including the films 8b and 8c is formed.
[0120]
In the fifth embodiment, in addition to the effects obtained in the first to fourth embodiments, the following effects can be obtained.
[0121]
(1). Before or during the formation of the conductor film 8b made of copper or a copper alloy by sputtering, sputter etching is performed to form a taper (inclination) at the upper corner of the fine wiring groove 10a, thereby providing fine wiring. Since the opening area above the groove 10a can be increased, the step coverage of the conductor film 8b in the wiring groove 10a can be improved. This makes it possible to satisfactorily fill the wiring groove 10a with the conductor film 8c formed by the subsequent plating method.
[0122]
(Embodiment 6)
37 to 40 are fragmentary cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention during the manufacturing steps thereof.
[0123]
In the sixth embodiment, the processing up to FIG. 24 of the second embodiment is the same, and in the subsequent steps, as shown in FIG. 37, a conductor film 8b made of, for example, copper or a copper alloy is formed by sputtering. At the time of film formation, a bias voltage is applied to the semiconductor substrate 1 side (the lower electrode of the sputtering apparatus) so that the film formation process is performed while causing both the film formation and the sputter etching. Bias sputtering is used).
[0124]
According to such a method, the overhang portion (portion shown by a broken line) of the conductor film 8b deposited on the upper portion of the opening of the wiring groove 10a can be removed by the sputter etching action, so that as shown in FIG. 8b can be thinly and evenly applied in the fine wiring groove 10a. That is, the step coverage of the conductor film 8b in the wiring groove 10a can be improved.
[0125]
However, the sputtering conditions described in the first embodiment may be added to the above-described bias sputtering method. Thereby, the step coverage of the conductor film 8b in the wiring groove 10a can be further improved. Further, the above-described barrier metal may be applied before the conductor film 8b is applied.
[0126]
Thereafter, as shown in FIG. 39, a conductor film 8c is deposited on the conductor film 8b by the same plating method as in the first to fifth embodiments. Thereby, the fine wiring trench 10a having a high aspect ratio can be sufficiently buried.
[0127]
Next, the conductor films 8c and 8b (and the barrier metal if there is a barrier metal) are removed by performing a CMP process in the same manner as in the first embodiment, and the conductor film 8b is formed in the wiring groove 10a as shown in FIG. , 8c (or embedded wiring 11b).
[0128]
In the sixth embodiment, in addition to the effects obtained in the first embodiment and the like, the following effects can be obtained.
[0129]
(1). By forming a conductive film 8b made of copper or a copper alloy by a bias sputtering method, an overhang portion of the conductive film 8b formed above the wiring groove 10a is removed, or a thin film is formed by re-sputtering. Since the additional film can be formed, the step coverage of the conductor film 8b in the wiring groove 10a can be improved. This makes it possible to satisfactorily fill the wiring groove 10a with the conductor film 8c formed by the subsequent plating method.
[0130]
(Embodiment 7)
41 to 43 are fragmentary cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention during the manufacturing process thereof.
[0131]
In the seventh embodiment, the processing up to FIG. 24 of the first and second embodiments is the same, and in the subsequent steps, as shown in FIG. 41, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold or silver A thin conductor film 8d made of is deposited by a CVD method, a sputtering method, a plating method, or the like. By doing so, it becomes possible to satisfactorily apply a conductive film made of copper or a copper alloy by a subsequent plating method by a catalytic action.
[0132]
The conductor film 8d is a seed crystal layer of a conductor film to be deposited later by a plating method, and is deposited relatively thin so as not to fill the wiring groove 10a. When the conductive film 8d is formed by a sputtering method, the sputtering conditions of the first embodiment may be added. This makes it possible to improve the step coverage of the thin conductor film 8d.
[0133]
Prior to the deposition of the conductor film 8d, a barrier metal may be deposited on the upper surface of the interlayer insulating film 5b including the inside of the wiring groove 10a. The method may be applied in the same manner as in the first embodiment. Further, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, silver or copper may be added to the barrier metal.
[0134]
Subsequently, as shown in FIG. 42, after a conductor film 8c is deposited on the conductor film 8d by plating or the like in the first to sixth embodiments, the CMP is performed in the same manner as in the first to sixth embodiments. By performing processing or the like, the conductive films 8c and 8d and the barrier metal 7b are shaved, and as shown in FIG. 43, an embedded wiring 11a including the barrier metal 7b and the conductive films 8d and 8c is formed in the wiring groove 10a.
[0135]
According to the seventh embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the first embodiment.
[0136]
(Embodiment 8)
44 and 45 are fragmentary cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention during the manufacturing steps thereof.
[0137]
In the eighth embodiment, as shown in FIG. 44, buried wiring 11a of the first layer includes barrier metal 7b, conductor film 8b (see FIG. 9), conductor film 8c, and conductor film 8d. . The conductor film 8d is made of, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, or silver, and is formed so as to cover the upper surface of the conductor film 8c, that is, over the embedded wiring 11a. The conductor film 8d is exposed from the bottom of the connection hole 6b. In such a structure, it is not necessary to consider step coverage when applying the conductor film 8d.
[0138]
By providing the conductor film 8d in this manner, a conductor film made of copper or a copper alloy by a subsequent plating method can be satisfactorily applied by a catalytic action. This method is particularly effective when a conductive film made of copper or a copper alloy or the like is formed by electroless plating.
[0139]
Thereafter, as shown in FIG. 45, a conductor film 8c is deposited on the conductor film 8d by the same plating method as in the fourth embodiment, so that the conductor film 8c is selectively formed in the connection hole 6b and the wiring groove 10a. The film 8c is formed. Thus, the fine wiring groove 10a having a high aspect ratio is sufficiently buried, and the buried wiring 11a made of the conductor film 8c is formed in the connection hole 6b and the wiring groove 10a.
[0140]
According to the eighth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0141]
(Embodiment 9)
46 to 48 are fragmentary cross-sectional views of a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention during the manufacturing steps thereof.
[0142]
In the ninth embodiment, as shown in FIG. 46, after a barrier metal 7b is deposited in the same manner as in the first embodiment, a conductive film 8b is deposited thereon in the same manner as in the first embodiment. However, the thickness of the conductor film 8b is made thicker than in the first embodiment, and the upper surface (substantially flat region) of the interlayer insulating film 5b is made of a conductive film made of copper or a copper alloy by a plating method described later. Also thicken. Here, the thickness of the conductor film 8b is, for example, about 5000 to 6000 °. However, the inside of the wiring groove 10a is not completely filled with the conductor film 8b. As a result, the conductor film 8b is thickly applied to the bottom of the wiring groove 10a.
[0143]
Subsequently, as shown in FIG. 47, a conductor film 8c is deposited on the conductor film 8b by the same plating method as in the first embodiment and the like. Thereby, the fine wiring trench 10a having a high aspect ratio is sufficiently buried. Note that, on the upper surface (substantially flat region) of the interlayer insulating film 5b, the thickness of the conductor film 8c is smaller than the thickness of the conductor film 8b. The thickness of the conductor film 8c is, for example, about 1000 to 2000 degrees. Further, prior to the deposition of the conductor film 8b, the conductor film 8d (see FIG. 41) described in the sixth embodiment or the like may be deposited.
[0144]
After that, the conductor films 8c and 8b are cut by performing a CMP process in the same manner as in the first embodiment and the like, and as shown in FIG. 48, the wiring trench 10a is filled with the barrier metal 7b and the conductor films 8b and 8c. The embedded wiring 11a is formed.
[0145]
According to the ninth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0146]
As described above, the invention made by the 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 gist of the invention. Needless to say.
[0147]
For example, in the first to ninth embodiments, the case where the SOI substrate is used as the semiconductor substrate has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a normal semiconductor substrate including only a semiconductor alone may be used. Alternatively, an epitaxial substrate provided with a thin epitaxial layer on a semiconductor substrate may be used.
[0148]
Further, in the sixth embodiment, a method in which a conductive film made of copper or a copper alloy is formed by a bias sputtering method is employed. However, the present invention is not limited to this. For example, the conductive film may be formed by sputtering particles. The film may be formed by ionization or may be formed by an evaporation method.
[0149]
In the above description, the case where the invention made by the inventor is mainly applied to the semiconductor integrated circuit device technology which is the application field as the background has been described. However, the present invention is not limited thereto. And so on.
[0150]
【The invention's effect】
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0151]
(1). ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to fill a conductive film without generating a void inside a fine wiring groove or a connection hole.
[0152]
(2). According to the present invention, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, or silver is added to the first conductive film, or the first conductive film is formed of, for example, platinum, palladium, nickel, chromium, gold, or silver. By forming a thin conductor film or the like, it becomes possible to satisfactorily apply the second conductor film made of copper or a copper alloy by a subsequent plating method by a catalytic action. This makes it possible to fill the conductive film without generating voids in the fine wiring grooves or connection holes.
[0153]
(3). According to the present invention, by cooling the semiconductor substrate before or during the formation of the first conductor film, the film formation state of copper or a copper alloy constituting the first conductor film becomes a solid state, and Since the aggregation of the alloy can be suppressed, it is possible to suppress the formation of the discontinuous portion in the first conductor film.
[0154]
(4). According to the present invention, a first conductive film made of copper or a conductive material containing copper is deposited by physical vapor deposition on at least one of the wiring grooves or the connection holes and on the insulating film. By raising the temperature of the semiconductor substrate after the deposition and moving the first conductive film to the bottom of the wiring groove, the aspect ratio of the wiring groove or the connection hole can be reduced. Alternatively, it can be well embedded in the connection hole.
[0155]
(5). According to the present invention, the first conductor film is deposited in a state where both the film formation and the etching are applied, so that the overhang of the conductor film portion deposited on the wiring groove or the connection hole is reduced. Therefore, the subsequent conductive film can be satisfactorily embedded in the wiring groove or the connection hole.
[0156]
(6). According to the above (1), (2), (3), (4) or (5), the occurrence rate of defects in the embedded wiring (including the connection hole) can be reduced, so that the yield and reliability of the semiconductor integrated circuit device can be reduced. It is possible to improve the performance.
[0157]
(7). According to the above (1), (2), (3), (4) or (5), miniaturization of wiring grooves or connection holes can be promoted. For this reason, the degree of element integration can be improved, and miniaturization and high functionality of the semiconductor integrated circuit device can be promoted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention during a manufacturing step thereof;
FIG. 2 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 1;
3 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 2;
FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 3;
5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 4;
6 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 5;
7 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 6;
8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 7;
9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 8;
10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 9;
11 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 10;
12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 11;
13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 12;
14 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 13;
15 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 14;
16 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 15;
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining sputtering condition setting of the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining sputtering condition setting of the present invention.
FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining sputtering condition setting of the present invention.
FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating the setting of sputtering conditions according to the present invention.
FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining sputtering condition setting of the present invention.
FIG. 22 is an essential part enlarged cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device of one embodiment of the present invention during a manufacturing step;
FIG. 23 is an enlarged cross-sectional view of a main part during a manufacturing step of the semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention;
FIG. 24 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention during a manufacturing step thereof;
25 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 24;
26 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 25;
27 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 26;
FIG. 28 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following FIG. 27;
FIG. 29 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following FIG. 28;
FIG. 30 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor integrated circuit device according to another embodiment of the present invention during a manufacturing step thereof;
FIG. 31 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following FIG. 30;
FIG. 32 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device of another embodiment of the present invention during a manufacturing step;
FIG. 33 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device of another embodiment of the present invention during a manufacturing step;
34 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 33;
FIG. 35 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following FIG. 34;
36 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 35;
FIG. 37 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device of another embodiment of the present invention during a manufacturing step;
38 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 37;
39 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 38;
40 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 39;
FIG. 41 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device of another embodiment of the present invention during a manufacturing step;
42 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 41;
FIG. 43 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following that of FIG. 42;
FIG. 44 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device of another embodiment of the present invention during a manufacturing step;
FIG. 45 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following FIG. 44;
FIG. 46 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor integrated circuit device according to still another embodiment of the present invention during a manufacturing step thereof;
FIG. 47 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device during a manufacturing step following FIG. 46;
FIG. 48 is an essential part cross sectional view of the semiconductor integrated circuit device of another embodiment of the present invention during a manufacturing step;
FIG. 49 is an explanatory diagram for explaining a problem at the time of forming a buried wiring examined by the present inventors.
FIG. 50 is an explanatory diagram for explaining a problem at the time of forming a buried wiring examined by the present inventors.
[Explanation of symbols]
1 semiconductor substrate
1a Support substrate
1b Insulating layer
1c Semiconductor layer
2a groove
2b insulating film
3a Semiconductor area
3b Gate insulating film
3c Gate electrode
4a Side wall
4b Cap insulating film
5a Interlayer insulating film
5b Interlayer insulating film
5c interlayer insulating film
6a Connection hole
6b Connection hole
7a barrier metal
7b Barrier metal (barrier conductor film)
8a Conductive film
8b Conductive film (first conductive film)
8b1 Conductive film
8b2 Conductive film
8c Conductive film (second conductive film)
8d conductor film (third conductor film)
9a plug
10a, 10b Wiring groove
11a, 11b embedded wiring
12 Barrier insulating film
Q MOS ・ FET

Claims (7)

半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を、前記半導体基板の主面と前記第1導体膜形成用のターゲットの主面との間の距離TSが、前記ターゲットの実効半径R 1 と前記半導体基板の半径R 2 との和を3の平方根で割った値以上であり、かつ、放電時の第1導体膜の粒子の平均自由行程がTS/COS(arctan(R 1 +R 2 )/TS)以上である条件で物理的気相成長法により被着する工程と、
(c)前記第1導体膜形成後に、銅または銅を含む導体材料からなる第2導体膜をメッキ法により被着する工程と、
(d)前記第1導体膜および第2導体膜を削ることにより、前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部に第1導体膜および第2導体膜からなる埋込配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) forming a first conductive film made of copper or a conductive material containing copper on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulating film for forming the first conductive film on the main surface of the semiconductor substrate; distance TS between the main surface of the target, and a value obtained by dividing more than the sum of the square root of 3 of the radius R 2 of the effective radius R 1 and the semiconductor substrate of the target, and the first time of discharging Depositing by physical vapor deposition under the condition that the mean free path of the particles of the conductive film is not less than TS / COS (arctan (R 1 + R 2 ) / TS) ;
(C) applying a second conductor film made of copper or a conductor material containing copper by a plating method after the formation of the first conductor film;
(D) forming a buried interconnect made of the first conductor film and the second conductor film in at least one of the interconnection groove and the connection hole by shaving the first conductor film and the second conductor film. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第1導体膜にプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀の少なくとも1つを含有させるか、または、前記第1導体膜上に、プラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀の少なくとも1つを含む第3導体膜を被着した後、前記第2導体膜を被着することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the first conductive film contains at least one of platinum, palladium, nickel, chromium, gold, and silver, or on the first conductive film, A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: depositing a third conductor film containing at least one of platinum, palladium, nickel, chromium, gold, and silver, and then depositing the second conductor film. 半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝または接続孔の少なくとも一方に埋込配線を設ける構造を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記絶縁膜に配線溝または接続孔の少なくとも一方を形成する工程と、
(b)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上にバリア導体膜を被着する工程と、
(c)前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部および前記絶縁膜上に、銅または銅を含む導体材料からなる第1導体膜を、前記半導体基板の主面と前記第1導体膜形成用のターゲットの主面との間の距離TSが、前記ターゲットの実効半径R 1 と前記半導体基板の半径R 2 との和を3の平方根で割った値以上であり、かつ、放電時の第1導体膜の粒子の平均自由行程がTS/COS(arctan(R 1 +R 2 )/TS)以上である条件で物理的気相成長法により被着する工程と、
(d)前記第1導体膜形成後に、銅または銅を含む導体材料からなる第2導体膜をメッキ法により被着する工程と、
(e)前記第1導体膜および第2導体膜を削ることにより、前記配線溝または接続孔の少なくとも一方の内部に第1導体膜および第2導体膜からなる埋込配線を形成する工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a structure in which a buried wiring is provided in at least one of a wiring groove or a connection hole formed in an insulating film on a semiconductor substrate,
(A) forming at least one of a wiring groove and a connection hole in the insulating film;
(B) depositing a barrier conductor film inside at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulating film;
(C) forming a first conductive film made of copper or a conductive material containing copper on at least one of the wiring groove or the connection hole and on the insulating film for forming the first conductive film on the main surface of the semiconductor substrate; distance TS between the main surface of the target, and a value obtained by dividing more than the sum of the square root of 3 of the radius R 2 of the effective radius R 1 and the semiconductor substrate of the target, and the first time of discharging Depositing by physical vapor deposition under the condition that the mean free path of the particles of the conductive film is not less than TS / COS (arctan (R 1 + R 2 ) / TS) ;
(D) after forming the first conductive film, applying a second conductive film made of copper or a conductive material containing copper by a plating method;
(E) forming a buried interconnect made of the first conductor film and the second conductor film in at least one of the interconnection groove and the connection hole by shaving the first conductor film and the second conductor film. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
請求項3記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記バリア導体膜にプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀の少なくとも1つを含有させるか、前記第1導体膜にプラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀の少なくとも1つを含有させるか、または、前記バリア導体膜上に、プラチナ、パラジウム、ニッケル、クロム、金または銀の少なくとも1つを含む第3導体膜を被着した後、前記第1導体膜を被着することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。4. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 3, wherein said barrier conductor film contains at least one of platinum, palladium, nickel, chromium, gold and silver, or said first conductor film contains platinum, palladium and nickel. Containing at least one of chromium, gold or silver, or after depositing a third conductor film containing at least one of platinum, palladium, nickel, chromium, gold or silver on the barrier conductor film And a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising applying the first conductive film. 請求項1または3記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第1導体膜の被着中の半導体基板を冷却することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1 or 3, wherein, the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device characterized by cooling the semiconductor substrate during deposition of the first conductive film. 請求項1、2、3、4または5記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記第1導体膜の被着中または被着後に半導体基板の温度を上昇させて、前記第1導体膜を配線溝の底部に移動させる工程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein, by increasing the temperature of the semiconductor substrate after deposition during or deposition of the first conductive layer, the first conductive film A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising a step of moving to a bottom of a wiring groove. 請求項1または3記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前4. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein 記第1導体膜の被着中に、前記半導体基板にバイアス電圧を印加することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein a bias voltage is applied to the semiconductor substrate during the deposition of the first conductive film.
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