JP4986721B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、複数層の配線を有する半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a plurality of layers of wiring and a method for manufacturing the same.
半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板の表層部に形成された機能素子と、半導体基板上に形成された多層配線構造とを備えている。多層配線構造は、複数層の配線を層間絶縁膜を介在させて積層した構造であって、異なる配線層間の接続は層間絶縁膜に形成されたコンタクト孔を介して達成されるようになっている。
配線材料として従来から用いられてきたアルミニウムは、低抵抗化に限界があり、半導体装置の微細化に伴って断面積が少なくなるにつれて、その配線抵抗が問題となってきている。そのため、とくに、グランドラインや電源ラインの低抵抗化が望まれている。
The semiconductor device includes a semiconductor substrate, a functional element formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate, and a multilayer wiring structure formed on the semiconductor substrate. The multilayer wiring structure is a structure in which a plurality of wiring layers are stacked with an interlayer insulating film interposed therebetween, and connection between different wiring layers is achieved through a contact hole formed in the interlayer insulating film. .
Aluminum that has been conventionally used as a wiring material has a limit in reducing the resistance, and the wiring resistance becomes a problem as the cross-sectional area decreases as the semiconductor device is miniaturized. For this reason, in particular, it is desired to reduce the resistance of the ground line and the power supply line.
そこで、たとえば、本願の発明者は、下記特許文献1において、最上層の配線に金層を適用し、配線を低抵抗化することを提案している。
この先行技術では、コンタクト孔を介して電気接続されるアルミニウム配線層と金層からなる最上層の配線層との間には、チタン薄膜からなるバリア層が介在されており、このバリア層によってアルミニウムのマイグレーションの防止が図られている。
In this prior art, a barrier layer made of a titanium thin film is interposed between an aluminum wiring layer electrically connected via a contact hole and the uppermost wiring layer made of a gold layer. Prevention of migration is attempted.
ところが、金はきわめて拡散しやすい材料であるため、たとえば、アロイ処理時の高温下に長時間置かれると(たとえば、400℃、30分〜1時間)、アルミニウム配線層側へと容易に拡散してしまう。
したがって、チタン薄膜は、実際には、バリア層としての機能をほとんど有しておらず、層間絶縁膜と金層との間の接着、およびアルミニウム配線層と金層との接着に寄与する接着層として機能しているにすぎない。
However, since gold is an extremely diffusive material, for example, when it is placed for a long time at a high temperature during alloy processing (for example, 400 ° C., 30 minutes to 1 hour), it easily diffuses to the aluminum wiring layer side. End up.
Therefore, the titanium thin film actually has almost no function as a barrier layer, and contributes to the adhesion between the interlayer insulating film and the gold layer and the adhesion between the aluminum wiring layer and the gold layer. It is only functioning as.
チタン以外にも、TiW薄膜をバリア層として用いることが考えられるが、このTiW膜もチタン薄膜と同様であり、金層とアルミニウム配線層との間の相互拡散を阻止する機能はほとんどなく、接着層としての役割を果たすにすぎない。
バリア効果を期待できる導電性材料でバリア層を構成すべきであるが、いずれの材料を用いても、均一な膜厚の良好なバリア層を形成することが困難である。具体的には、層間絶縁膜に形成されるコンタクト孔の底部(とくにその角部)において膜厚が小さくなり、カバレッジ不良となりやすい。そのため、とくに高温の熱処理時において、充分なバリア効果が発揮されないという問題がある。
In addition to titanium, it is conceivable to use a TiW thin film as a barrier layer, but this TiW film is also similar to the titanium thin film, and has almost no function of preventing mutual diffusion between the gold layer and the aluminum wiring layer, and is bonded. It only serves as a layer.
Although the barrier layer should be composed of a conductive material that can be expected to have a barrier effect, it is difficult to form a good barrier layer with a uniform thickness regardless of which material is used. Specifically, the film thickness is reduced at the bottom (particularly the corner) of the contact hole formed in the interlayer insulating film, and coverage is likely to be poor. Therefore, there is a problem that a sufficient barrier effect is not exhibited particularly during heat treatment at a high temperature.
そこで、この発明の目的は、金層からなる配線を用いながら、金の拡散を効果的に抑制または防止できる半導体装置およびその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of effectively suppressing or preventing gold diffusion while using a wiring made of a gold layer, and a method for manufacturing the same.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、半導体基板(11)上に形成された第1配線層(14)と、この第1配線層上に形成された層間絶縁膜(16)と、上記第1配線層と上記層間絶縁膜との間に介在され、上記層間絶縁膜に形成された層間接続用開口(H)の領域を含み当該層間接続用開口の領域よりも広い領域に渡って上記第1配線層上に形成されたバリア層(30)と、上記層間絶縁膜上に形成され、上記層間接続用開口内において上記バリア層を介して上記第1配線層に電気接続され、金層からなる最上層配線層としての第2配線層(19)と、上記バリア層とは異なる材料の導電性材料からなり、上記層間絶縁膜と上記第2配線層との間に介在され、さらに上記層間接続用開口内において上記バリア層と上記第2配線層との間に介在されるように形成されており、上記第2配線層を上記層間絶縁膜およびバリア層に接着する接着層とを含み、上記層間絶縁膜が、上記第1配線層上に形成された第1膜(16U)と、この第1膜上に形成された窒化シリコン膜からなる第2膜(16S)とを含み、上記バリア層が窒化膜を有していることを特徴とする半導体装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is the first wiring layer (14) formed on the semiconductor substrate (11) and the interlayer insulating film (16) formed on the first wiring layer. ) And a region wider than the region of the interlayer connection opening, including the region of the interlayer connection opening (H) formed in the interlayer insulation film, between the first wiring layer and the interlayer insulation film A barrier layer (30) formed on the first wiring layer, and an electrical connection to the first wiring layer through the barrier layer in the interlayer connection opening formed on the interlayer insulating film. A second wiring layer (19) as the uppermost wiring layer made of a gold layer and a conductive material of a material different from the barrier layer, and interposed between the interlayer insulating film and the second wiring layer. Further, the barrier layer and the second arrangement are disposed in the interlayer connection opening. And an adhesive layer that adheres the second wiring layer to the interlayer insulating film and the barrier layer, and the interlayer insulating film is formed on the first wiring layer. wherein the first layer formed (16U), seen including a second film made of the first layer silicon nitride film formed on the (16S), that the barrier layer has a nitride film This is a semiconductor device. The alphanumeric characters in parentheses indicate corresponding components in the embodiments described later. The same applies hereinafter.
上記の構成によれば、第1配線層上に層間接続用開口よりも広い領域に渡ってバリア層が形成されている。このバリア層は、層間絶縁膜上に形成されるのではなく、第1配線層と層間絶縁膜との間に形成されるので、層間絶縁膜に形成された層間接続用開口におけるカバレッジ不良の問題が生じることがなく、至るところで均一な膜厚を有するように良好に形成することができる。 According to said structure, the barrier layer is formed over the area | region wider than the opening for interlayer connection on the 1st wiring layer. Since this barrier layer is not formed on the interlayer insulating film but between the first wiring layer and the interlayer insulating film, there is a problem of poor coverage in the interlayer connection opening formed in the interlayer insulating film. Can be satisfactorily formed so as to have a uniform film thickness everywhere.
よって、このような均一な膜厚のバリア層によって、第1配線層の材料と金層からなる第2配線層との間の材料の拡散を効果的に抑制または阻止することができる。
また、金層からなる第2配線層は充分な耐腐食性を有しており、かつ、層間絶縁膜の第2膜がパッシベーション効果の高い窒化シリコン膜からなっているので、半導体装置は、全体として充分な耐腐食性を有することができる。
Therefore, the diffusion of the material between the material of the first wiring layer and the second wiring layer made of the gold layer can be effectively suppressed or prevented by the barrier layer having such a uniform film thickness.
In addition, the second wiring layer made of the gold layer has sufficient corrosion resistance, and the second film of the interlayer insulating film is made of a silicon nitride film having a high passivation effect. It can have sufficient corrosion resistance.
また、この発明では、バリア層とは異なる材料の導電性材料からなる接着層の働きにより、第2配線層は、バリア層に電気的に接続されるとともに、層間絶縁膜およびバリア層に対して良好に接着することになる。 In the present invention , the second wiring layer is electrically connected to the barrier layer by the action of the adhesive layer made of a conductive material different from the barrier layer, and is connected to the interlayer insulating film and the barrier layer. Will adhere well.
バリア層は、窒化膜の単層であってもよいし、窒化膜と他の導電性材料膜との積層膜であってもよい。上記窒化膜としては、TiNおよびTaNを例示できる。
このほか、シリコンなどの導電性材料も上記バリア層として適用可能である。
The barrier layer may be a single layer of a nitride film or a laminated film of a nitride film and another conductive material film. Examples of the nitride film include TiN and TaN.
In addition, a conductive material such as silicon can also be used as the barrier layer.
また、上記第1配線層としては、アルミニウム配線(アルミニウム単体からなるもののほか、Al−Si合金やAl−Cu合金等のアルミニウム合金からなるものを含む。)を例示できる。
請求項2記載の発明は、上記バリア層を構成する窒化膜が、反射防止膜としての性質を有する膜であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置である。
Examples of the first wiring layer include aluminum wiring (including those made of aluminum alone and those made of an aluminum alloy such as an Al—Si alloy and an Al—Cu alloy).
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the nitride film constituting the barrier layer is a film having properties as an antireflection film.
この構成によれば、バリア層を構成する窒化膜を、第1配線層をパターニングするためのフォトリソグラフィ工程における露光時の反射防止膜として兼用できる。
一般に、半導体装置の製造装置には、反射防止膜を形成するための設備が備えられているから、このような反射防止膜の成膜設備をバリア層を構成する窒化膜の形成に流用することが可能であり、既存の生産設備を用いて本発明の半導体装置を製造することができる。
According to this configuration, the nitride film constituting the barrier layer can also be used as an antireflection film during exposure in the photolithography process for patterning the first wiring layer.
In general, since a semiconductor device manufacturing apparatus is equipped with equipment for forming an antireflection film, such an antireflection film deposition equipment should be used for forming a nitride film constituting a barrier layer. The semiconductor device of the present invention can be manufactured using existing production equipment.
上記バリア層は、請求項3に記載のように、上記第1配線層と同じ形状に形成されており、少なくとも上記層間接続用開口領域の近傍において平面状に(すなわち、平坦に)形成されていることが好ましい。上記バリア層に含まれる窒化膜が、そのような形状に形成されていてもよい。
請求項4記載の発明は、上記バリア層が、200Åないし1000Å(好ましくは、500Åないし1000Å)の範囲の膜厚を有していることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置である。
請求項5記載の発明は、上記第1膜が上記バリア層を覆うように形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体装置である。
請求項6記載の発明は、上記第1膜が非ドープケイ酸ガラスからなることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体装置である。
請求項7記載の発明は、上記バリア層がTiNによって形成されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置である。
請求項8記載の発明は、上記接着層がTiWによって形成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の半導体装置である。
According to a third aspect of the present invention, the barrier layer is formed in the same shape as the first wiring layer, and is formed in a planar shape (that is, flat) at least in the vicinity of the interlayer connection opening region. Preferably it is. The nitride film included in the barrier layer may be formed in such a shape.
Invention according to claim 4, the barrier layer, to no 200 Å 1000 Å (preferably, 500 Å to 1000 Å) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it has a thickness in the range of It is a semiconductor device.
A fifth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first film is formed so as to cover the barrier layer.
A sixth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first film is made of undoped silicate glass.
A seventh aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the barrier layer is made of TiN.
The invention according to claim 8 is the semiconductor device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the adhesive layer is made of TiW.
このような膜厚範囲の窒化膜は、熱処理プロセスにおいても、金層からなる第2配線層からの拡散を確実に阻止することができ、層間接続用開口の際のエッチングのときにも貫通したりすることがない。
一般に、反射防止膜を構成する窒化膜は、300Å以下の膜厚に形成されるが、金の拡散を防止するためには、上記のような膜厚範囲の窒化膜を用いることが好ましい。
The nitride film having such a film thickness range can reliably prevent diffusion from the second wiring layer made of the gold layer even in the heat treatment process, and can penetrate even during etching at the opening for interlayer connection. There is nothing to do.
In general, the nitride film constituting the antireflection film is formed with a film thickness of 300 mm or less. However, in order to prevent the diffusion of gold, it is preferable to use a nitride film having a film thickness range as described above.
請求項9記載の発明は、半導体基板(11)上に第1配線層(14)を形成する工程と、上記第1配線層上に、層間絶縁膜(16)に形成される層間接続用開口(H)の領域を含むように定められ当該層間接続用開口の領域よりも広い領域に渡るバリア層(30)を形成する工程と、上記バリア層上に上記層間絶縁膜を形成する工程と、上記層間絶縁膜の所定位置に上記バリア層を部分的に露出させる複数の上記層間接続用開口(H)を形成する工程と、上記層間絶縁膜上および上記層間接続用開口内に、上記バリア層とは異なる材料の導電性材料からなる接着層(20)を、上記層間絶縁膜および上記開口内で露出する上記バリア層に接するように形成する工程と、上記接着層上に、上記層間接続用開口内において上記バリア層を介して上記第1配線層に電気接続されるように、金層からなる最上層配線層としての第2配線層(19)を形成する工程とを含み、上記層間絶縁膜を形成する工程が、上記第1配線層上に第1膜(16U)を形成する工程と、この第1膜上に窒化シリコン膜からなる第2膜(16S)を形成する工程とを含み、上記第1配線層を形成する工程および上記バリア層を形成する工程は、上記第1配線層を構成する金属材料膜(140)を上記半導体基板上に形成する工程と、上記金属材料膜上に上記バリア層を形成する工程と、上記バリア層上に上記第1配線層に対応したパターンのレジストパターン膜(40)を形成するレジストパターン膜形成工程と、このレジストパターン膜を共通のマスクとして上記金属材料膜およびバリア層をエッチングすることにより、上記第1配線層を形成し、この第1配線層を被覆するように上記バリア層をパターニングする工程とを含み、上記レジストパターン膜形成工程は、上記バリア層を覆うようにレジスト膜(40)を全面に形成する工程と、このレジスト膜を上記第1配線層に対応したパターンに露光する露光工程とを含み、上記バリア層を形成する工程は、上記露光工程において上記第1配線層からの反射光を遮光する反射防止機能を有する窒化物材料で上記バリア層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。 The invention according to claim 9 is the step of forming the first wiring layer (14) on the semiconductor substrate (11), and the interlayer connection opening formed in the interlayer insulating film (16) on the first wiring layer. A step of forming a barrier layer (30) defined to include the region of (H) and extending over a region wider than the region of the interlayer connection opening; and a step of forming the interlayer insulating film on the barrier layer; Forming a plurality of interlayer connection openings (H) that partially expose the barrier layer at predetermined positions of the interlayer insulating film; and the barrier layer on the interlayer insulating film and in the interlayer connection openings Forming an adhesive layer (20) made of a conductive material different from that of the interlayer insulating film and the barrier layer exposed in the opening; and on the adhesive layer, for the interlayer connection Through the barrier layer in the opening Forming a second wiring layer (19) as a top wiring layer made of a gold layer so as to be electrically connected to the first wiring layer, and the step of forming the interlayer insulating film includes the step of forming the interlayer insulating film. forming a first layer (16U) on the wiring layer, seen including a step of forming a second film made of a silicon nitride film on the first film (16S), forming the first wiring layer A step of forming a metal material film (140) constituting the first wiring layer on the semiconductor substrate, and a step of forming the barrier layer on the metal material film. Forming a resist pattern film (40) having a pattern corresponding to the first wiring layer on the barrier layer; and etching the metal material film and the barrier layer using the resist pattern film as a common mask. To do Forming the first wiring layer, and patterning the barrier layer so as to cover the first wiring layer, and the resist pattern film forming step includes a resist film ( 40) on the entire surface and an exposure step of exposing the resist film to a pattern corresponding to the first wiring layer, and the step of forming the barrier layer includes the first wiring layer in the exposure step. the step of forming the barrier layer of a nitride material having an anti-reflection function of shielding the light reflected from a method of manufacturing a semiconductor device according to claim containing Mukoto.
この方法によれば、第1配線層上の広い領域にバリア層が形成され、その上に層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜に形成される層間接続用開口からバリア層が露出することになる。したがって、バリア層は、層間接続用開口付近のカバレッジの問題とは無関係であり、均一な膜厚に形成でき、金層からなる第2配線層に対して良好なバリア効果を発揮することができる。 According to this method, the barrier layer is formed in a wide area on the first wiring layer, the interlayer insulating film is formed thereon, and the barrier layer is exposed from the interlayer connection opening formed in the interlayer insulating film. become. Therefore, the barrier layer is unrelated to the problem of coverage in the vicinity of the interlayer connection opening, can be formed with a uniform film thickness, and can exhibit a good barrier effect on the second wiring layer made of the gold layer. .
また、金層からなる第2配線層は充分な耐腐食性を有しており、かつ、層間絶縁膜の第2膜がパッシベーション効果の高い窒化シリコン膜からなっているので、半導体装置は、全体として充分な耐腐食性を有することができる。 In addition, the second wiring layer made of the gold layer has sufficient corrosion resistance, and the second film of the interlayer insulating film is made of a silicon nitride film having a high passivation effect. It can have sufficient corrosion resistance .
また、前記方法によれば、第1配線層およびバリア層が共通のレジストパターン膜をマスクとしたエッチングによってパターニングされ、第1配線層全体を覆うバリア層が形成される。このようなバリア層は、均一な膜厚を有することができ、第2配線層に対して良好なバリア効果を有することができる。 Further , according to the method, the first wiring layer and the barrier layer are patterned by etching using the common resist pattern film as a mask, and the barrier layer covering the entire first wiring layer is formed. Such a barrier layer can have a uniform film thickness and can have a good barrier effect on the second wiring layer .
さらに、前記方法によれば、第1配線層を覆うように形成される窒化膜を反射防止膜として兼用でき、これにより、レジストパターン膜を良好に形成することができる。
Furthermore, according to the above method, the nitride film formed so as to cover the first wiring layer can also be used as an antireflection film, whereby the resist pattern film can be formed satisfactorily.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、フィールド酸化膜12が形成されたシリコン基板11の上に、ポリシリコンからなる配線15を有している。
フィールド酸化膜12およびポリシリコン配線15を覆うように層間絶縁膜13が全面に形成されていて、この層間絶縁膜13上に第1配線層としてのアルミニウム配線層14が形成されている。このアルミニウム配線層14の表面は、導電性の窒化膜としてのTiN(窒化チタン)膜30(バリア層)で被覆されている。このTiN膜30は、この実施形態では、アルミニウム配線層14と同一パターンに形成されていて、このアルミニウム配線層14の全面を被覆している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. This semiconductor device has a
An interlayer insulating
TiN膜30および層間絶縁膜13は、USG(非ドープケイ酸ガラス)層16Uとその表層部の全面を覆うように形成された窒化シリコン膜16Sとの積層膜からなる層間絶縁膜16で全面が覆われている。すなわち、TiN膜30は、層間絶縁膜16の下に形成されており、アルミニウム配線層14と層間絶縁膜16との間に介在されることになる。
層間絶縁膜16上には、最上層配線層である第2配線層としての金配線層(金層で構成された配線層)19が形成されている。この金配線層19および層間絶縁膜16は、ポリイミド樹脂膜18によって全体が被覆されていて、このポリイミド樹脂膜18の表面は平坦面となっている。
The entire surface of the
On the
層間絶縁膜16の所定位置には、層間絶縁膜16の下層であるTiN膜30の一部を露出させるコンタクト孔Hが形成されており、このコンタクト孔Hを介して、アルミニウム配線層14と金配線層19とのTiN膜30を介する層間電気接続が達成されるようになっている。この場合、TiN膜30は、金配線層19の材料金属である金の拡散を防止するバリア層としての機能を有することになる。このTiN膜30は、コンタクト孔Hの領域を含み、このコンタクト孔Hの領域よりも広い領域に渡ってアルミニウム配線層14上に平坦に(すなわち平面状に)形成されており、コンタクト孔Hにおけるカバレッジの問題とは無縁であるので、良好な膜厚均一性を有している。
A contact hole H that exposes a part of the
金配線層19とTiN膜30との間、および金配線層19と層間絶縁膜16との間には、金配線層19をTiN膜30および層間絶縁膜16に接着するための導電性の接着層として機能するTiW膜20が介在されている。
このような構成により、当該装置の作製後のアロイ処理時において、当該装置が高温環境下に置かれた場合であっても、TiN膜30の働きによって、金配線層19を構成する金がアルミニウム配線層14側へと拡散することを効果的に防止できる。また、窒化膜の一種であるTiN膜30は、耐腐食性の良好な膜であり、プレッシャー・クッカー・テスト時のような環境下においても良好な耐腐食性を示すことができる。
Conductive adhesion for bonding the
With such a configuration, the gold constituting the
TiN膜30に良好なバリア効果を発揮させるとともに、コンタクト孔Hの形成のためのエッチング時に貫通しないようにするためには、このTiN膜30の膜厚は、200Å〜1000Åとすることが好ましく、500Å〜1000Åとすることがさらに好ましい。
図2は、上記半導体装置の製造工程を工程順に示す断面図である。まず、図2(a)に示すようにシリコン基板11表面に素子分離膜12を形成して素子領域を形成するとともに、この素子領域内にポリシリコン膜からなる配線15を形成する。
In order to exert a good barrier effect on the
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing steps of the semiconductor device in the order of steps. First, as shown in FIG. 2A, an
次に、図2(b)に示すように、この上層にBPSG膜からなる層間絶縁膜13を形成し、図示しないコンタクト孔を介してポリシリコン配線15と接続するアルミニウム配線材料膜140を全面に形成し、さらに、その全面に膜厚500Å〜1000ÅのTiN膜30を形成してアルミニウム配線材料膜140を被覆する。アルミニウム配線材料膜140およびTiN膜30の形成は、スパッタ法によって行うことができる。たとえば、アルミニウム配線材料膜140をスパッタ法によって形成した後、基板を真空中に保持したままで、アルミニウム配線材料膜140上にTiN膜30をスパッタ法によって形成するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 2B, an
さらに、図2(c)に示されているように、TiN膜30上にレジスト40を塗布し、アルミニウム配線層14のパターンに対応したマスク41でレジスト40を露光する。このとき、TiN膜30は、反射防止膜として機能し、アルミニウム配線材料膜140からの反射光を遮光し、反射光によるレジスト40の不所望な露光を防止する。これにより、レジスト40を良好に露光することができ、その後の現像工程を経て、所望のパターンにパターニングすることができる。
Further, as shown in FIG. 2C, a resist 40 is applied on the
そして、図2(d)に示されているように、パターニングされたレジスト40を共通のマスクとして、TiN膜30およびアルミニウム配線層14が、エッチングによってパターニングされる。こうして、アルミニウム配線層14の全面を覆い、このアルミニウム配線層14と同パターンのTiN膜30が得られる。
この後、図2(e)に示すように、CVD法(化学的気相成長法)等によりUSG(非ドープケイ酸ガラス)を堆積させることによりUSG層16Uを形成し、更にこの上層にプラズマCVD法により窒化シリコン膜16Sを形成する。これにより、層間絶縁膜16が形成される。この層間絶縁膜16には、ドライエッチングによって、所定位置にコンタクト孔Hが形成される。シリコン基板11上に形成される複数のコンタクト孔Hの大きさは、たとえば、3μm以下の径にそろえておくことが好ましく、これにより、基板11の各部においてエッチングレートを均一化できるとともに、TiN膜30に対する窒化シリコン膜16Sの選択比を大きくとることができる。
Then, as shown in FIG. 2D, the
Thereafter, as shown in FIG. 2 (e),
その後、図2(f)に拡大して示すように、たとえば、スパッタリング法により、全面にTiW膜20が形成される。
次いで、図2(g)に示すように、金のシード層19Sが全面に形成される。このシード層19Sの形成は、上記TiW膜20の形成のための処理室内で、ターゲットを金に切り換えて行う連続スパッタによって実行することもできる。
Thereafter, as shown in an enlarged view in FIG. 2 (f), the
Next, as shown in FIG. 2G, a
次に、シード層19Sを覆うようにレジスト24が全面に形成される。このレジスト24には、金配線層19に対応した開口24aが形成される。この状態で金の電解めっきを行うことによって、開口24a内に金配線層19が成長する。
その後、レジスト24を剥離し、金配線層19以外の部分のシード層19SおよびTiW膜20をエッチング除去するとともに、塗布法により、たとえば膜厚2μmのポリイミド樹脂膜18からなるパッシベーション膜を形成すると、図1の構成の半導体装置が得られる。
Next, a resist 24 is formed on the entire surface so as to cover the
Thereafter, the resist 24 is peeled off, and the
さらに、たとえば、ポリイミド樹脂膜18において金配線層19の上方の所定位置を開口して、金配線層19と外部接続端子(図示せず)とをボンディングワイヤで接続したりしてもよい。
図3は、この発明の他の実施形態に係る半導体装置の構成を説明するための断面図である。この図3において、上述の図1に示された各部に対応する部分には、図1の場合と同一の参照符号を付して示す。
Further, for example, a predetermined position above the
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. 3, portions corresponding to the respective portions shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
この実施形態では、ポリイミド樹脂膜18に代えて、窒化シリコン膜25によって、パッシベーション膜を形成している。すなわち、図2(g)の状態から、レジスト24を剥離し、シード層19SおよびTiW膜20の不要部分をエッチング除去した後に、たとえば、プラズマCVD法によって窒化シリコン膜25を全面に形成することによって、図3の構成の半導体装置が得られる。
In this embodiment, a passivation film is formed by a
この構成では、緻密でパッシベーション効果の高い窒化シリコン膜25を用いているので、耐腐食性をさらに向上できる。プラズマCVD法によって窒化シリコン膜25を形成するとき、半導体装置は高温環境下に置かれることになるが、その場合でも、TiN膜30の働きにより、金配線層19からアルミニウム配線層14への金の拡散が生じることはない。
In this configuration, since the
以上、この発明の2つの実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、図1の構成ではポリイミド樹脂膜18をパッシベーション膜として用い、図3の構成では窒化シリコン膜25をパッシベーション膜として適用しているが、これらがいずれも設けられていない構成、すなわち、パッシベーション膜のない構成としてもよい。この場合でも、表面に露出することになる金配線層19は充分な耐腐食性を有しており、層間絶縁膜16の表面もパッシベーション効果の高い窒化シリコン膜16Sからなっていて、しかも、TiN膜30の耐腐食性も良好であるので、半導体装置は、全体として充分な耐腐食性を有することができる。
As mentioned above, although two embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, the
また、層間絶縁膜13としては、BPSGの他、たとえばPSG(リンをドーピングしたシリコン酸化膜)やUSG膜も適用可能である。
さらに、堆積したUSG層16Uの上に、SOG(Spin On Glass)法を用いて、厚肉を形成しやすいケイ素化合物からなる有機絶縁物(有機SOG)で構成された有機SOG層26(図1および図3など参照)を塗布し、USG層16Uの上面の凹部を埋めたのち、高密度プラズマCVD法により窒化シリコン膜16Sを形成するようにしてもよい。
In addition to BPSG, for example, PSG (phosphorus-doped silicon oxide film) or USG film can be used as the
Furthermore, on the deposited
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
11 シリコン基板
12 フィールド酸化膜
13 層間絶縁膜
14 アルミニウム配線層
15 ポリシリコン配線
16 層間絶縁膜
16S 窒化シリコン膜
16U USG層
18 ポリイミド樹脂膜
19 金配線層
19S シード層
20 TiW膜
24 レジスト
24a 開口
25 窒化シリコン膜
26 有機SOG層
30 TiN膜
H コンタクト孔
DESCRIPTION OF
Claims (9)
この第1配線層上に形成された層間絶縁膜と、
上記第1配線層と上記層間絶縁膜との間に介在され、上記層間絶縁膜に形成された層間接続用開口の領域を含み当該層間接続用開口の領域よりも広い領域に渡って上記第1配線層上に形成されたバリア層と、
上記層間絶縁膜上に形成され、上記層間接続用開口内において上記バリア層を介して上記第1配線層に電気接続され、金層からなる最上層配線層としての第2配線層と、
上記バリア層とは異なる材料の導電性材料からなり、上記層間絶縁膜と上記第2配線層との間に介在され、さらに上記層間接続用開口内において上記バリア層と上記第2配線層との間に介在されるように形成されており、上記第2配線層を上記層間絶縁膜およびバリア層に接着する接着層と
を含み、
上記層間絶縁膜が、上記第1配線層上に形成された第1膜と、この第1膜上に形成された窒化シリコン膜からなる第2膜とを含み、
上記バリア層が窒化膜を有している
ことを特徴とする半導体装置。 A first wiring layer formed on the semiconductor substrate;
An interlayer insulating film formed on the first wiring layer;
The first wiring layer is interposed between the first wiring layer and the interlayer insulating film, and includes a region of an opening for interlayer connection formed in the interlayer insulating film, and extends over a region wider than the region of the opening for interlayer connection. A barrier layer formed on the wiring layer;
A second wiring layer formed on the interlayer insulating film, electrically connected to the first wiring layer through the barrier layer in the interlayer connection opening, and serving as a top wiring layer made of a gold layer;
The barrier layer is made of a conductive material different from that of the barrier layer, interposed between the interlayer insulating film and the second wiring layer, and further between the barrier layer and the second wiring layer in the interlayer connection opening. And an adhesive layer that adheres the second wiring layer to the interlayer insulating film and the barrier layer.
The interlayer insulating film, seen containing a first film formed on said first wiring layer and a second layer consisting of the first layer silicon nitride film formed on,
The semiconductor device , wherein the barrier layer includes a nitride film .
上記第1配線層上に、層間絶縁膜に形成される層間接続用開口の領域を含むように定められ当該層間接続用開口の領域よりも広い領域に渡るバリア層を形成する工程と、
上記バリア層上に上記層間絶縁膜を形成する工程と、
上記層間絶縁膜の所定位置に上記バリア層を部分的に露出させる複数の上記層間接続用開口を形成する工程と、
上記層間絶縁膜上および上記層間接続用開口内に、上記バリア層とは異なる材料の導電性材料からなる接着層を、上記層間絶縁膜および上記開口内で露出する上記バリア層に接するように形成する工程と、
上記接着層上に、上記層間接続用開口内において上記バリア層を介して上記第1配線層に電気接続されるように、金層からなる最上層配線層としての第2配線層を形成する工程とを含み、
上記層間絶縁膜を形成する工程が、上記第1配線層上に第1膜を形成する工程と、この第1膜上に窒化シリコン膜からなる第2膜を形成する工程とを含み、
上記第1配線層を形成する工程および上記バリア層を形成する工程は、
上記第1配線層を構成する金属材料膜を上記半導体基板上に形成する工程と、
上記金属材料膜上に上記バリア層を形成する工程と、
上記バリア層上に上記第1配線層に対応したパターンのレジストパターン膜を形成するレジストパターン膜形成工程と、
このレジストパターン膜を共通のマスクとして上記金属材料膜およびバリア層をエッチングすることにより、上記第1配線層を形成し、この第1配線層を被覆するように上記バリア層をパターニングする工程とを含み、
上記レジストパターン膜形成工程は、
上記バリア層を覆うようにレジスト膜を全面に形成する工程と、
このレジスト膜を上記第1配線層に対応したパターンに露光する露光工程とを含み、
上記バリア層を形成する工程は、上記露光工程において上記第1配線層からの反射光を遮光する反射防止機能を有する窒化物材料で上記バリア層を形成する工程を含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first wiring layer on the semiconductor substrate;
Forming a barrier layer on the first wiring layer so as to include a region of an interlayer connection opening formed in the interlayer insulating film and extending over a region wider than the region of the interlayer connection opening;
Forming the interlayer insulating film on the barrier layer;
Forming a plurality of interlayer connection openings that partially expose the barrier layer at predetermined positions of the interlayer insulating film;
An adhesive layer made of a conductive material different from the barrier layer is formed on the interlayer insulating film and in the interlayer connection opening so as to be in contact with the interlayer insulating film and the barrier layer exposed in the opening. And a process of
Forming a second wiring layer as a top wiring layer made of a gold layer on the adhesive layer so as to be electrically connected to the first wiring layer via the barrier layer in the opening for interlayer connection; Including
The step of forming the interlayer insulating film, forming a first film on said first wiring layer, seen including a step of forming a second film made of a silicon nitride film on the first film,
The step of forming the first wiring layer and the step of forming the barrier layer include
Forming a metal material film constituting the first wiring layer on the semiconductor substrate;
Forming the barrier layer on the metal material film;
Forming a resist pattern film having a pattern corresponding to the first wiring layer on the barrier layer;
Etching the metal material film and the barrier layer using the resist pattern film as a common mask to form the first wiring layer and patterning the barrier layer so as to cover the first wiring layer; Including
The resist pattern film forming step includes
Forming a resist film over the entire surface so as to cover the barrier layer;
And exposing the resist film to a pattern corresponding to the first wiring layer,
The step of forming the barrier layer, a semiconductor characterized by containing Mukoto the step of forming the barrier layer of a nitride material having an anti-reflection function of shielding the light reflected from the first wiring layer in the exposure step Device manufacturing method.
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