JP3914281B2 - Manufacturing method of 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およびその製造技術に関し、特に、多層配線を有する高性能な半導体集積回路に用いる金属薄膜の形成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】
現在、多層配線技術の分野においては、半導体集積回路装置の高集積化に伴って配線層数の増加が進んでおり、配線の構造は、低抵抗化、高信頼度化の観点からアルミニウム合金と高融点金属との積層構造が多く用いられている。一方、ビアホールの形成においては、良好なステップカバレジを確保する必要性からブランケットタングステンCVD(Chemical Vapor Deposition)法の技術が用いられている。
【0003】
ブランケットタングステンCVD法を用いた多層配線技術は、たとえば、1993年10月26日、株式会社工業調査会発行、「やさしいULIS技術」、p166〜p167に記載されているとおり、スパッタタングステン膜/ブランケットタングステンCVD膜/スパッタアルミニウム膜の多層構造とすることができる。ここで、スパッタタングステン膜は下層、スパッタアルミニウム膜は上層である。
【0004】
ブランケットCVD法によるタングステン膜はステップカバレッジが良好であるため、微細なビアホールであっても導通を確保でき、ビアホールを埋め込むことも可能となるため、配線を平坦化でき、多層配線技術として重要である。
【0005】
しかし、ブランケットタングステンCVD膜は、シリコン酸化膜との接着性が悪いため、接着層としてスパッタタングステン膜を必要としている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、配線層を絶縁する層間絶縁膜へのビアホール開孔の際には、接続不良を避けるため、下層配線層に達するまでオーバーエッチングする必要があるが、一般にスパッタアルミニウム膜上に形成されている反射防止膜が削られて薄膜化され、さらにオーバーエッチング量が多い場合には反射防止膜は完全に除去され、その下層のアルミニウム膜が露出する。
【0007】
また、その薄膜化された反射防止膜あるいは露出したアルミニウム膜上に堆積される上層配線層の接着層であるスパッタタングステン膜は、ビアホールの微細化、高アスペクト比化に伴い、ビアホール底面部で充分な膜厚が得られなくなる。すなわち、アスペクト比の増加に伴いスパッタ膜のステップカバレッジは低下し、アスペクト比が2.0を越えるあたりからステップカバレッジは極端に低下してビアホール底面部の膜厚が減少する。これは、ビアホール開口部への薄膜物質の堆積が、ホール内部への物質の輸送を阻害し、極端な場合には開口部を閉塞してしまうことによるものである。
【0008】
これらの事態は、以下の問題点を生じる。すなわち、接着層であるスパッタタングステン膜の堆積の後に続けて形成されるブランケットタングステンCVD膜の成膜時に、原料ガスであるWF6 ガスが、ビアホール底面部において、スパッタ膜および反射防止膜を透過し、下地のアルミニウム膜と反応して絶縁物であるAlF3 が形成され、非導通に至るという問題を生じる。
【0009】
このAlF3 の形成は接続不良を生じ、また、接続不良に至らないにしても信頼性の低下、応答速度等の性能低下を招く原因となる可能性がある。
【0010】
本発明の目的は、ビアホール底面部における絶縁物の形成を抑制して、半導体集積回路装置の不良の発生を防止し、性能を向上することにある。
【0011】
本発明の他の目的は、ビアホール底面部における絶縁物の形成を抑制できる半導体集積回路装置の製造方法を提供することにある。
【0012】
本発明のさらに他の目的は、アルミニウムの拡散を抑制して、前記絶縁物の形成を抑制する半導体集積回路装置の製造方法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】
(1)本発明の半導体集積回路装置は、アルミニウムを主成分とする合金層を含む複数の配線層と、前記配線層を互いに絶縁する層間絶縁層と、前記配線層を互いに接続するために前記層間絶縁層に開孔したアスペクト比が2.0以上のビアホールと、前記ビアホールの底面部および側面部ならびに前記絶縁層の上部に形成され、前記ビアホールの底面部において前記ビアホールの下層配線層と接触し、上層配線層の一部としてスパッタ法により形成されたタングステン薄膜の接着層と、前記接着層上に前記ビアホールの上層配線層の一部として形成されたCVD法により形成されたタングステン層と、を含む半導体集積回路装置であって、前記ビアホールの底面部に形成された前記接着層底面部の膜厚は、前記CVD法により形成されたタングステン層を形成する際に使用する反応性ガスの透過を阻止するに十分な膜厚としたものである。
【0016】
このような半導体集積回路装置によれば、ビアホールの底面部に形成された接着層底面部の膜厚を反応性ガスの透過を阻止するに十分な厚さにするため、反応性ガスはビアホール下層のアルミニウム層に到達せず、絶縁物を形成することがない。その結果、ビアホールの安定した導通を得ることができる。ここで反応性ガスとしてはWF6 を例示することができる。
【0017】
(2)本発明の半導体集積回路装置は、前記(1)記載の半導体集積回路装置であって、接着層をスパッタ法により形成されたタングステン薄膜としたもの、あるいは、接着層底面部の膜厚を30nm以上としたものである。
【0018】
このような半導体集積回路装置によれば、接着層をスパッタ法により形成されたタングステン薄膜とするため、あるいは、接着層底面部の膜厚を30nm以上とするため、反応性ガスたとえばWF6 の透過を効果的に阻止できる。すなわち、タングステンはWF6 に侵されることがないため、WF6 の透過を阻止するに都合がよく、また、WF6 との反応により絶縁性の反応生成物を生成しないため、導通不良を発生することがない。さらに、タングステンは、ブランケットタングステンCVD膜の接着層として大変よい性能を示すものであることも効果的である。
【0019】
なお、接着層底面部の膜厚を30nm以上とすることは、本発明者らの検討により得られた知見に基づくものであり、この値は、反射防止膜がアルミニウム膜上に残存しない最悪の場合においても反応性ガスの透過を阻止するに十分な値である。
【0020】
(3)本発明の半導体集積回路装置は、その下層部にスパッタ法によるタングステンの接着層およびブランケットCVDによるタングステン層と、その中層部にアルミニウムを主成分とする合金層と、その上層部に反射防止膜と、を含む配線層を複数層有し、前記配線層間を絶縁する層間絶縁膜に開孔したアスペクト比が2.0以上のビアホールを介して前記配線層が互いに接続される半導体集積回路装置であって、前記反射防止膜は、タングステン、TiNまたはTiWのいずれかからなり、前記ビアホールの底面部において上層配線層の前記接着層が下層配線層の前記反射防止膜と接触する配線接続領域における前記反射防止膜の膜厚は、前記ブランケットCVDによるタングステン層を形成する際に使用する反応性ガスの透過を阻止するに十分な膜厚とするものである。
【0021】
このような半導体集積回路装置によれば、反射防止膜として、タングステン、TiNまたはTiWを用いるため、反射防止膜として作用すると同時に反応性ガスの透過を阻止することができる。
【0022】
(4)本発明の半導体集積回路装置は、前記(3)記載の半導体集積回路装置であって、反射防止膜の膜厚を100nm以上とするものである。
【0023】
このような半導体集積回路装置によれば、ビアホール開孔の際の反射防止膜のオーバーエッチによりその膜厚が減少したとしても、反射防止膜の膜厚は100nm以上存在するため、オーバーエッチのマージンを十分とることが可能であり、残存した反射防止膜により、ブランケットタングステンCVD層を形成する際に使用する反応性ガスの透過を阻止することができる。
【0024】
(5)本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、アルミニウムを主成分とする合金層と、前記合金層上に形成された反射防止膜と、を含む配線層を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記配線層上に形成した層間絶縁膜に、そのアスペクト比が2.0以上となるようにビアホールを開孔する工程と、
(b)前記層間絶縁膜上および前記ビアホール内に、接着層を、前記ビアホール底面部の膜厚を前記層間絶縁膜上の膜厚に対し20%以上とするとともに30nm以上となるように形成する工程と、
(c)前記接着層上に、WF6 を含む原料ガスを用いてCVD法によりタングステン層を形成する工程と、
を含むものである。
【0025】
このような半導体集積回路装置の製造方法によれば、(b)の工程において接着層のビアホール底面部の膜厚を、(c)の工程において使用する原料ガスの透過を接着層が阻止するに十分な厚さとするため、原料ガスであるWF6 と下層配線層のアルミニウムとの反応を抑制し、導通不良のない半導体集積回路装置の製造が可能である。
【0026】
(6)本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、(5)記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、ビアホール底面部の膜厚を、層間絶縁膜上の膜厚に対し20%以上とするとともに30nm以上とすることを特徴とするものである。
【0027】
このような半導体集積回路装置の製造方法によれば、前記(2)で説明したとおり接着層がWF6 の透過を抑制するに十分な膜厚である30nm以上を有するとともに、ビアホール底面部の膜厚を層間絶縁膜上の膜厚に対し20%以上、すなわち、接着層のボトムカバレッジ(被覆率)を20%以上とするため、ビアホール開口部の膜厚が必要以上に厚くならず、接着層の上層に形成されるタングステン層の被覆性を良好に保つことができる。これは、ビアホールのアスペクト比が2.0以上である本発明の場合には特に有効である。すなわち、ブランケットCVD法を用いたタングステン膜はステップカバレッジに優れているとはいえ、ビアホール開口部が極端に塞がれる状況においては、アスペクト比の増加につれて、急激にステップカバレッジは悪化するからであり、発明者らの検討によりこのステップカバレッジの悪化は、アスペクト比2.0付近より顕著になると考えられるからである。
【0028】
なお、このようなボトムカバレッジを20%以上を達成する成膜方法としてコリメーションスパッタ法あるいはロングスロースパッタ法を例示することができる。
【0029】
(7)本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、アルミニウムを主成分とする合金層と、前記合金層上に形成された反射防止膜と、を含む配線層を有する半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記配線層上に形成した層間絶縁膜に、そのアスペクト比が2.0以上となるようにビアホールを開孔する工程と、
(b)前記層間絶縁膜上および前記ビアホール内に、接着層を被形成表面の温度を室温以下に保持した状態でスパッタ法により形成する工程と、
(c)前記接着層上に、WF6 を含む原料ガスを用いてCVD法によりタングステン層を形成する工程と、を含み、
前記(a)の工程において、前記ビアホールの底面部に位置する前記配線層の前記反射防止膜がオーバーエッチングされるに際して、前記(c)の工程において使用する前記原料ガスの透過を防止するに十分な厚さとなるよう、前記反射防止膜のオーバーエッチングを停止するものである。
さらに、本発明の半導体集積回路装置の製造方法においては、
(イ)前記(b)工程を、コリメーションスパッタ法あるいはロングスロースパッタ法により行うこと、
(ロ)前記接着層として、タングステン、タンタル、モリブデン、またはクロムを用いること、
(ハ)前記反射防止膜として、タングステン、TiNまたはTiWを用いること
ができる。
【0030】
このような半導体集積回路装置の製造方法によれば、ビアホール底面部に位置する下層配線層の反射防止膜がWF6 の透過を防止するに十分な厚さとなるよう反射防止膜のオーバーエッチングを行うため、反射防止膜のオーバーエッチングによる確実な配線層間の接続を実現すると同時に、反射防止膜をWF6 の透過を阻止する阻止膜として作用させることができる。
【0031】
(8)本発明の半導体集積回路装置は、(5)〜(7)に記載の半導体集積回路装置の製造方法であって、接着層を、被形成表面の温度を室温以下に保持した状態でスパッタ法により成膜することを特徴とするものである。
【0032】
このような半導体集積回路装置の製造方法によれば、被形成表面の温度を室温以下に保持するため、接着層形成時のスパッタリングによりプラズマ等の作用による基板温度の上昇を来たすことはなく、アルミニウムのビアホール底面部への拡散を抑制することができる。この結果、ブランケットタングステンCVD膜形成時に、WF6 と前記拡散したアルミニウムとの結合による絶縁物の形成がなく、導通マージンの向上を図ることができる。
【0033】
【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、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0034】
(実施の形態1)
図1は、本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の一例を示した断面図である。
【0035】
半導体基板1の主面にはウェル2およびLOCOS法により形成された厚いフィールド絶縁膜3が形成され、半導体基板1の主面上には、シリコン酸化膜のゲート絶縁膜4を介して不純物が導入された多結晶シリコンからなるゲート電極5が形成されている。
【0036】
ゲート電極5の両側の半導体基板1の主面には低濃度不純物領域6および高濃度不純物領域7からなるソース・ドレインが形成され、ゲート電極5の上面にはシリコン酸化膜のキャップ絶縁膜8、ゲート電極5の側壁にはシリコン酸化物からなるサイドウォールスペーサ9が形成されている。
【0037】
これらゲート電極5および半導体基板1の主面は、シリコン酸化物からなる絶縁膜10で覆われ、その絶縁膜10には、コンタクトホール11が開孔されている。
【0038】
コンタクトホール11の内壁には、スパッタにより形成されたタングステン膜からなる接着層12が形成され、また、コンタクトホール11はブランケットタングステンCVD膜13により埋め込まれている。ブランケットタングステンCVD膜13上にはアルミニウム合金層14が形成され、アルミニウム合金層14の上層にはリソグラフィ時のパターニング不良を防止するための反射防止膜15が形成されている。
【0039】
なお、接着層12、ブランケットタングステンCVD膜13、アルミニウム合金層14および反射防止膜15により配線層16が構成される。
【0040】
配線層16は、層間絶縁膜17で覆われ、その層間絶縁膜17に開口したビアホール18には、前記した配線層16と同様の構成の配線層19が形成されている。
【0041】
接着層12は、接着性の良くないブランケットタングステンCVD膜13を接着性良くコンタクトホール11内に成膜するために形成するものであり、本実施の形態1ではコンタクトホール11の底面部において30nm以上の膜厚を有するものである。このように接着層12の底面部膜厚を30nm以上とすることにより、ブランケットタングステンCVD膜13の成膜時に使用される原料ガスであるWF6 の接着層底面部の透過を阻止することができ、透過の結果形成されるアルミニウムとWF6 との化合物で、絶縁体であるAlF3 の形成を防止することができる。これによりコンタクトホール11底面部での接続不良を防止し、導通マージンを確保して信頼性も向上することができる。
【0042】
なお、接着層12は、ブランケットタングステンCVD膜13の接着不良を防止するために設けられているものであるため、図5に示すように、半導体基板1においてブランケットタングステンCVD膜13の外側となるように形成されるものである。
【0043】
配線層19は、層間絶縁膜20により覆われ、その層間絶縁膜20に開口したビアホール18上にはさらに同様の配線層21が形成され、配線層21を覆う層間絶縁膜22が形成されている。つまり、本実施の形態1の半導体集積回路装置は、同様の配線構造を有する3層の配線層からなる多層配線構造を有するものである。
【0044】
次に、上記半導体集積回路装置の製造方法を図2〜図4を用いて説明する。
【0045】
まず、半導体基板1の主面にウェル2、フィールド絶縁膜3、ゲート絶縁膜4、ゲート電極5、ソース・ドレインを形成する低濃度不純物領域6および高濃度不純物領域7、キャップ絶縁膜8、サイドウォールスペーサ9、絶縁膜10を形成する。これらの形成方法については、公知のイオン注入法、LOCOS法、薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術等を用いることができるので詳細は省略する。
【0046】
次に、絶縁膜10の所定の領域にアスペクト比2.0以上のコンタクトホール11を公知の異方性エッチング技術を用いて形成し、第1層目の配線層である配線層16を形成する。配線層16の形成は、後に形成される配線層19,21と同様の方法により形成することができるため、説明の都合上後に説明する。
【0047】
配線層16は、アルミニウム合金層14を主電導層とし、タングステン膜あるいはTiN膜あるいはTiW膜を反射防止膜15としてアルミニウム合金層14上に成膜した構造を少なくとも持つものである。
【0048】
配線層16をパターニング後、層間絶縁膜17を形成し、そこに、配線層16に達するアスペクト比2.0以上のビアホール18を開孔する(図2)。このとき、ビアホール18の底面部23は、開孔のオーバーエッチングにより、反射防止膜15は、無くなってしまうか薄膜化される(図2においては薄膜化された例を示す)。
【0049】
次に、第2層目の配線層である配線層19を形成する(図3)。
【0050】
まず、ブランケットタングステンCVD膜13の接着層12をスパッタ膜法により成膜する。スパッタ法としては、例えばコリメーションスパッタ法を例示することができる。そのほかにロングスロースパッタ法等を用いることができる。
【0051】
上記のスパッタ法を用いれば、ビアホール18の底面部23に基板平坦部の膜厚の20%以上の膜厚となるよう成膜することができる。このように成膜することにより、ブランケットタングステンCVD膜13の成膜前のビアホール18の底面部23では、下層アルミニウム合金層14は、完全にスパッタ膜である接着層12によって覆われており、続くブランケットタングステンCVD膜13の成膜時においてもその反応ガスであるWF6 ガスのバリア層とすることができる。
【0052】
次に、ブランケットタングステンCVD膜13を形成し、ビアホール18を埋め込み、アルミニウム合金層14を成膜して、さらに反射防止膜15を形成し、第2層目の配線層である配線層19を形成する(図4)。
【0053】
次に、配線層19をパターニングして、層間絶縁膜20を形成し、上記度同様にビアホール24を形成する。
【0054】
次に、第2層目配線層19と同様に第3層目の配線層21を形成し、パターニングして層間絶縁膜22を形成し、図1の半導体集積回路装置がほぼ完成する。
【0055】
このような半導体集積回路装置およびその製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
【0056】
すなわち、接着層12のビアホール18,24における膜厚をコリメーションスパッタ法、あるいはロングスロースパッタ法を用いて30nm以上の膜厚とすることにより、ブランケットタングステンCVD膜13の形成時に用いる原料ガスであるWF6 の透過を防止し、下層配線層のアルミニウム合金層14とWF6 との反応により生成されるAlF3 の生成を防止することができる。これにより配線層間の接続信頼性を向上することができる。
【0057】
(実施の形態2)
本実施の形態2の半導体集積回路装置は、前記した実施の形態1において、タングステン膜、TiN膜あるいはTiW膜等からなる反射防止膜15の膜厚が、たとえば100nm以上と厚く成膜されたものである。反射防止膜15の製造方法としてはたとえばスパッタ法を用いることができる。
【0058】
このような半導体集積回路装置とすることにより、ビアホール18,24の開孔時のオーバーエッチングによって反射防止膜15が完全に削られてしまうことはなくなり、ブランケットタングステンCVD膜13の形成時に使用するWF6 ガスのバリア層となるメタル膜を残すことができる。従って、ビアホール18,24の導通マージンを向上することができる。
【0059】
(実施の形態3)
本実施の形態3の半導体集積回路装置の製造方法は、前記した実施の形態1において、ブランケットタングステンCVD膜13の接着層12として用いるスパッタ膜を常温以下で成膜するものである。
【0060】
これにより、スパッタリング中のプラズマの基板加熱によるアルミニウム合金層14からのビアホール18,24の底面部23へのアルミニウム拡散を抑えることができ、導通マージンの向上を図ることができる。
【0061】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の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言うまでもない。
【0062】
たとえば、接着層12としてタングステンの例を示したが、タンタル、モリブデン、クロム等の他の高融点金属を用いてもよい。
【0063】
また、上記実施の形態では3層配線の例を示したが、2層あるいは4層以上の多層配線であってもよい。
【0064】
【発明の効果】
本願におい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とおりである。
【0065】
(1)微細かつ高アスペクト比のビアホールにおいて、導通マージンの向上および信頼性の向上を図ることができる半導体集積回路装置とその製造方法を提供することができる。
【0066】
(2)ビアホールの底面部に形成された接着層底面部の膜厚を反応性ガスの透過を阻止するに十分な厚さにするため、反応性ガスと下層のアルミニウム層との反応による絶縁物を形成することがなく、安定した導通を得ることができる。
【0067】
(3)接着層をスパッタ法により形成されたタングステン薄膜とするため、あるいは、接着層底面部の膜厚を30nm以上とするため、反応性ガスたとえばWF6 の透過を効果的に阻止できる。
【0068】
(4)反射防止膜として、タングステン、TiNまたはTiWを用いるため、反射防止膜として作用すると同時に反応性ガスの透過を阻止することができる。
【0069】
(5)反射防止膜の膜厚は100nm以上存在するため、ビアホール開孔の際の反射防止膜のオーバーエッチによりその膜厚が減少したとしても、オーバーエッチのマージンを十分とることが可能であり、残存した反射防止膜により、ブランケットタングステンCVD層を形成する際に使用する反応性ガスの透過を阻止することができる。
【0070】
(6)接着層がWF6 の透過を抑制するに十分な膜厚である30nm以上を有するとともに、ビアホール底面部の接着層のボトムカバレッジを20%以上とするため、ビアホール開口部の膜厚が必要以上に厚くならず、接着層の上層に形成されるタングステン層の被覆性を良好に保つことができる。
【0071】
(7)接着層形成時のスパッタリングを、被形成表面の温度を室温以下に保持するため、プラズマ等の作用による基板温度の上昇を来たすことはなく、アルミニウムのビアホール底面部への拡散を抑制することができる。この結果、ブランケットタングステンCVD膜形成時に、WF6 と前記拡散したアルミニウムとの結合による絶縁物の形成がなく、導通マージンの向上を図ることができる。
【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一例を示した断面図である。
【図2】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方法の一例を示した断面図である。
【図3】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方法の一例を示した断面図である。
【図4】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方法の一例を示した断面図である。
【図5】半導体基板上に形成した接着層とブランケットタングステンCVD膜との関係を示す側面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
2 ウェル
3 フィールド絶縁膜
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 低濃度不純物領域
7 高濃度不純物領域
8 キャップ絶縁膜
9 サイドウォールスペーサ
10 絶縁膜
11 コンタクトホール
12 接着層
13 ブランケットタングステンCVD膜
14 アルミニウム合金層
15 反射防止膜
16,19,21 配線層
17,20,22 層間絶縁膜
18,24 ビアホール
23 底面部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a technique effective when applied to the formation of a metal thin film used in a high-performance semiconductor integrated circuit having a multilayer wiring.
[0002]
[Prior art]
Currently, in the field of multi-layer wiring technology, the number of wiring layers is increasing along with the high integration of semiconductor integrated circuit devices, and the wiring structure is made of aluminum alloy from the viewpoint of low resistance and high reliability. A laminated structure with a refractory metal is often used. On the other hand, in the formation of via holes, a blanket tungsten CVD (Chemical Vapor Deposition) technique is used because of the need to ensure good step coverage.
[0003]
The multilayer wiring technique using the blanket tungsten CVD method is, for example, as described in “Easy ULIS Technology”, p. A multilayer structure of CVD film / sputtered aluminum film can be formed. Here, the sputtered tungsten film is the lower layer, and the sputtered aluminum film is the upper layer.
[0004]
The tungsten film by blanket CVD method has good step coverage, so it is possible to ensure conduction even with a minute via hole, and it is also possible to bury the via hole, so that the wiring can be flattened, which is important as a multilayer wiring technique. .
[0005]
However, since the blanket tungsten CVD film has poor adhesion to the silicon oxide film, a sputtered tungsten film is required as an adhesive layer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when a via hole is opened in an interlayer insulating film that insulates the wiring layer, it is necessary to over-etch until reaching the lower wiring layer in order to avoid poor connection, but it is generally formed on a sputtered aluminum film. When the antireflection film is shaved and thinned and the amount of overetching is large, the antireflection film is completely removed and the underlying aluminum film is exposed.
[0007]
The sputtered tungsten film, which is the adhesive layer of the upper wiring layer deposited on the thinned antireflection film or exposed aluminum film, is sufficient at the bottom of the via hole as the via hole becomes finer and the aspect ratio becomes higher. Thickness cannot be obtained. That is, as the aspect ratio increases, the step coverage of the sputtered film decreases, and when the aspect ratio exceeds 2.0, the step coverage drastically decreases and the thickness of the bottom surface of the via hole decreases. This is because the deposition of the thin film material in the opening of the via hole obstructs the transport of the material into the hole, and in an extreme case, the opening is blocked.
[0008]
These situations cause the following problems. That is, when the blanket tungsten CVD film formed after the deposition of the sputtered tungsten film as the adhesive layer is formed, the WF 6 gas as the source gas passes through the sputtered film and the antireflection film at the bottom of the via hole. This causes a problem that AlF 3 that is an insulator is formed by reacting with the underlying aluminum film, leading to non-conduction.
[0009]
The formation of AlF 3 causes connection failure, and even if connection failure does not occur, it may cause a decrease in reliability and performance such as response speed.
[0010]
An object of the present invention is to suppress the formation of an insulator on the bottom portion of the via hole, prevent the occurrence of a defect in the semiconductor integrated circuit device, and improve the performance.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device that can suppress the formation of an insulator on the bottom surface of the via hole.
[0012]
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device that suppresses the diffusion of aluminum and suppresses the formation of the insulator.
[0013]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
[0015]
(1) A semiconductor integrated circuit device of the present invention, a plurality of wiring layers including an alloy layer consisting mainly of aluminum, and an interlayer insulating layer which insulates from each other said wiring layer, wherein in order to connect the wiring layers with each other and an aspect ratio of 2.0 or more via holes and openings in the interlayer insulating layer is formed on top of the bottom portion and side portions and the insulating layer of the via hole, contact with the lower wiring layer of the via hole in the bottom portion of the via hole and, an adhesive layer of tungsten thin film formed by sputtering as a part of the upper wiring layer, and a tungsten layer formed by a CVD method is formed as a part of the upper wiring layer of the via hole on the adhesive layer, a semiconductor integrated circuit device including a film thickness of the formed on the bottom surface of the via hole the adhesive layer bottom face portion, formed by the CVD method Tan To prevent the permeation of the reactive gas used in forming the stent layer is obtained by a sufficient thickness.
[0016]
According to such a semiconductor integrated circuit device, in order to make the thickness of the bottom surface portion of the adhesive layer formed on the bottom surface portion of the via hole sufficient to prevent the permeation of the reactive gas, The aluminum layer is not reached, and an insulator is not formed. As a result, stable conduction of the via hole can be obtained. Here, WF 6 can be exemplified as the reactive gas.
[0017]
(2) The semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the semiconductor integrated circuit device according to (1), wherein the adhesive layer is a tungsten thin film formed by sputtering, or the film thickness of the bottom surface of the adhesive layer Is 30 nm or more.
[0018]
According to such a semiconductor integrated circuit device, in order to make the adhesive layer a tungsten thin film formed by a sputtering method, or to make the film thickness of the bottom surface portion of the adhesive layer 30 nm or more, it is possible to transmit a reactive gas such as WF 6 . Can be effectively prevented. That is, since never tungsten is attacked by WF 6, it is convenient to block the transmission of WF 6, also, because the reaction between WF 6 does not produce an insulating reaction product, to generate a conduction failure There is nothing. Furthermore, it is effective that tungsten exhibits a very good performance as an adhesive layer of the blanket tungsten CVD film.
[0019]
In addition, making the film thickness of the adhesive layer bottom surface portion 30 nm or more is based on the knowledge obtained by the study of the present inventors, and this value is the worst in which the antireflection film does not remain on the aluminum film. Even in this case, the value is sufficient to prevent permeation of the reactive gas.
[0020]
(3) The semiconductor integrated circuit device of the present invention has a tungsten adhesive layer formed by sputtering and a tungsten layer formed by blanket CVD in the lower layer portion, an alloy layer mainly composed of aluminum in the middle layer portion, and a reflection in the upper layer portion. and preventing film, a wiring layer having a plurality of layers comprising a semiconductor integrated circuit in which the wiring layer an aspect ratio that is opened in the interlayer insulating film for insulating the wiring layers via a 2.0 or more via holes are connected to each other an apparatus, the antireflection film, tungsten, consists either TiN or TiW, wire-bonding region in which the adhesive layer of the upper wiring layer is in contact with the antireflection film of the lower wiring layer at the bottom portion of the via hole thickness of the antireflection film in the to prevent the permeation of the reactive gas used in forming the tungsten layer by the blanket CVD It is an sufficient thickness to.
[0021]
According to such a semiconductor integrated circuit device, since tungsten, TiN, or TiW is used as the antireflection film, it can act as an antireflection film and at the same time prevent the passage of reactive gas.
[0022]
(4) A semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the semiconductor integrated circuit device according to (3), wherein the thickness of the antireflection film is 100 nm or more.
[0023]
According to such a semiconductor integrated circuit device, even if the thickness of the antireflection film is reduced due to overetching of the antireflection film when opening the via hole, the thickness of the antireflection film is 100 nm or more. It is possible to prevent the reactive gas used in forming the blanket tungsten CVD layer from passing through the remaining antireflection film.
[0024]
(5) A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a wiring layer including an alloy layer containing aluminum as a main component and an antireflection film formed on the alloy layer. A method,
(A) in an interlayer insulating film formed on the wiring layer, a step of opening the via hole so that the aspect ratio is 2.0 or more,
(B) in the interlayer insulating film and the via hole, formed as a contact adhesive layer, a 30nm or more as well as to the film thickness of the hole bottom portion to the thickness on the
(C) on the adhesive layer, and forming a Rita tungsten layer by the CVD method using a source gas containing WF 6,
Is included.
[0025]
According to such a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, the adhesive layer prevents the thickness of the via hole bottom surface portion of the adhesive layer in the step (b) and the permeation of the source gas used in the step (c). Since the thickness is sufficient, it is possible to suppress the reaction between the source gas WF 6 and the aluminum of the lower wiring layer, and to manufacture a semiconductor integrated circuit device free from poor conduction.
[0026]
(6) A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to (5), wherein the thickness of the bottom portion of the via hole is 20% of the thickness on the interlayer insulating film. In addition to the above, the thickness is 30 nm or more.
[0027]
According to such a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, as described in (2) above, the adhesive layer has a film thickness of 30 nm or more which is sufficient to suppress the transmission of WF 6 and the film on the bottom surface of the via hole. Since the thickness is 20% or more with respect to the film thickness on the interlayer insulating film, that is, the bottom coverage (coverage) of the adhesive layer is 20% or more, the thickness of the via hole opening is not increased more than necessary. The covering property of the tungsten layer formed on the upper layer can be kept good. This is particularly effective in the present invention in which the aspect ratio of the via hole is 2.0 or more. That is, although the tungsten film using the blanket CVD method has excellent step coverage, the step coverage deteriorates rapidly as the aspect ratio increases in a situation where the via hole opening is extremely blocked. This is because the deterioration of the step coverage is considered to be remarkable from the vicinity of the aspect ratio of 2.0 by the inventors' investigation.
[0028]
As a film forming method for achieving such bottom coverage of 20% or more, a collimation sputtering method or a long throw sputtering method can be exemplified.
[0029]
(7) A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a wiring layer including an alloy layer containing aluminum as a main component and an antireflection film formed on the alloy layer. A method,
(A) in an interlayer insulating film formed on the wiring layer, a step of opening the via hole so that the aspect ratio is 2.0 or more,
(B) in the interlayer insulating film and the inside of the via hole, and forming by sputtering the temperature of the contact adhesive layer to be formed the surface being maintained at room temperature or below,
(C) before Kise' adhesive layer, and forming a Rita tungsten layer by the CVD method using a source gas containing WF 6,
In the step of the (a), the antireflection film of Sharing, ABS line layer before positioned on the bottom surface of the via hole during the over-etching, to prevent transmission of the raw material gas used in the process of the (c) The over-etching of the antireflection film is stopped so that the thickness becomes sufficiently large.
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device of the present invention,
(A) performing the step (b) by a collimation sputtering method or a long throw sputtering method;
(B) using tungsten, tantalum, molybdenum, or chromium as the adhesive layer;
(C) Tungsten, TiN or TiW is used as the antireflection film.
Can do.
[0030]
According to such a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, the antireflection film is over-etched so that the antireflection film of the lower wiring layer located on the bottom surface of the via hole has a thickness sufficient to prevent transmission of WF 6. Therefore, reliable connection between the wiring layers by over-etching of the antireflection film can be realized, and at the same time, the antireflection film can act as a blocking film for blocking the transmission of WF 6 .
[0031]
(8) A semiconductor integrated circuit device according to the present invention is the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to any one of (5) to (7), wherein the adhesive layer is held in a state where the temperature of the surface to be formed is kept below room temperature. The film is formed by sputtering.
[0032]
According to such a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, since the temperature of the surface to be formed is kept at room temperature or lower, the substrate temperature does not increase due to the action of plasma or the like due to sputtering during the formation of the adhesive layer. Diffusion to the bottom surface of the via hole can be suppressed. As a result, when forming the blanket tungsten CVD film, there is no formation of an insulator due to the combination of WF 6 and the diffused aluminum, and the conduction margin can be improved.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF 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 symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.
[0034]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
[0035]
A well 2 and a thick
[0036]
A source / drain composed of a low
[0037]
The main surfaces of the
[0038]
An
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
Since the
[0043]
The wiring layer 19 is covered with an
[0044]
Next, a method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device will be described with reference to FIGS.
[0045]
First, a
[0046]
Next, a contact hole 11 having an aspect ratio of 2.0 or more is formed in a predetermined region of the insulating
[0047]
The
[0048]
After patterning the
[0049]
Next, the wiring layer 19 which is the second wiring layer is formed (FIG. 3).
[0050]
First, the
[0051]
If the above sputtering method is used, a film can be formed on the
[0052]
Next, a blanket
[0053]
Next, the wiring layer 19 is patterned to form an
[0054]
Next, a
[0055]
According to such a semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method, the following effects can be obtained.
[0056]
That is, the thickness of the
[0057]
(Embodiment 2)
In the semiconductor integrated circuit device according to the second embodiment, the
[0058]
With such a semiconductor integrated circuit device, the
[0059]
(Embodiment 3)
The manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to the third embodiment is such that the sputtered film used as the
[0060]
Thereby, aluminum diffusion from the
[0061]
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments of the invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
[0062]
For example, although the example of tungsten is shown as the
[0063]
In the above embodiment, an example of a three-layer wiring is shown, but a multilayer wiring having two layers or four or more layers may be used.
[0064]
【The invention's effect】
Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
[0065]
(1) It is possible to provide a semiconductor integrated circuit device capable of improving the conduction margin and improving the reliability in a fine and high aspect ratio via hole and a method for manufacturing the same.
[0066]
(2) Insulator due to reaction between the reactive gas and the lower aluminum layer in order to make the thickness of the bottom surface of the adhesive layer formed on the bottom surface of the via hole sufficient to prevent the permeation of the reactive gas Without being formed, and stable conduction can be obtained.
[0067]
(3) Since the adhesive layer is a tungsten thin film formed by sputtering or the thickness of the bottom surface of the adhesive layer is 30 nm or more, the permeation of reactive gas such as WF 6 can be effectively prevented.
[0068]
(4) Since tungsten, TiN, or TiW is used as the antireflection film, it can act as an antireflection film and at the same time prevent the permeation of reactive gas.
[0069]
(5) Since the film thickness of the antireflection film is 100 nm or more, even if the film thickness is reduced due to overetching of the antireflection film at the time of opening a via hole, it is possible to take a sufficient margin for overetching. The remaining antireflection film can prevent the transmission of the reactive gas used when forming the blanket tungsten CVD layer.
[0070]
(6) Since the adhesive layer has a thickness of 30 nm or more which is sufficient to suppress the transmission of WF 6 and the bottom coverage of the adhesive layer on the bottom surface of the via hole is 20% or more, the thickness of the via hole opening is small. It does not become thicker than necessary, and the covering property of the tungsten layer formed on the adhesive layer can be kept good.
[0071]
(7) Since sputtering at the time of forming the adhesive layer keeps the temperature of the surface to be formed at room temperature or lower, the substrate temperature is not increased by the action of plasma or the like, and diffusion of aluminum to the bottom surface of the via hole is suppressed. be able to. As a result, when forming the blanket tungsten CVD film, there is no formation of an insulator due to the combination of WF 6 and the diffused aluminum, and the conduction margin can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a side view showing the relationship between an adhesive layer formed on a semiconductor substrate and a blanket tungsten CVD film.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
(a)前記配線層上に形成した層間絶縁膜に、そのアスペクト比が2.0以上となるようにビアホールを開孔する工程と、
(b)前記層間絶縁膜上および前記ビアホール内に、接着層を、前記ビアホール底面部の膜厚を前記層間絶縁膜上の膜厚に対し20%以上とするとともに30nm以上となるように形成する工程と、
(c)前記接着層上に、WF6 を含む原料ガスを用いてCVD法によりタングステン層を形成する工程と、
を含む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 wiring layer including an alloy layer mainly composed of aluminum and an antireflection film formed on the alloy layer ,
(A) in an interlayer insulating film formed on the wiring layer, a step of opening the via hole so that the aspect ratio is 2.0 or more,
(B) in the interlayer insulating film and the via hole, formed as a contact adhesive layer, a 30nm or more as well as to the film thickness of the hole bottom portion to the thickness on the interlayer insulating film 20% or more And a process of
(C) on the adhesive layer, and forming a Rita tungsten layer by the CVD method using a source gas containing WF 6,
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
(a)前記配線層上に形成した層間絶縁膜に、そのアスペクト比が2.0以上となるようにビアホールを開孔する工程と、
(b)前記層間絶縁膜上および前記ビアホール内に、接着層を被形成表面の温度を室温以下に保持した状態でスパッタ法により形成する工程と、
(c)前記接着層上に、WF6 を含む原料ガスを用いてCVD法によりタングステン層を形成する工程と、を含み、
前記(a)の工程において、前記ビアホールの底面部に位置する前記配線層の前記反射防止膜がオーバーエッチングされるに際して、前記(c)の工程において使用する前記原料ガスの透過を防止するに十分な厚さとなるよう、前記反射防止膜のオーバーエッチングを停止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 wiring layer including an alloy layer mainly composed of aluminum and an antireflection film formed on the alloy layer ,
(A) in an interlayer insulating film formed on the wiring layer, a step of opening the via hole so that the aspect ratio is 2.0 or more,
(B) in the interlayer insulating film and the inside of the via hole, and forming by sputtering the temperature of the contact adhesive layer to be formed the surface being maintained at room temperature or below,
(C) before Kise' adhesive layer, and forming a Rita tungsten layer by the CVD method using a source gas containing WF 6,
In the step of the (a), the antireflection film of Sharing, ABS line layer before positioned on the bottom surface of the via hole during the over-etching, to prevent transmission of the raw material gas used in the process of the (c) A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein over-etching of the antireflection film is stopped so as to have a sufficient thickness.
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