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JP2001291766A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2001291766A
JP2001291766A JP2000103014A JP2000103014A JP2001291766A JP 2001291766 A JP2001291766 A JP 2001291766A JP 2000103014 A JP2000103014 A JP 2000103014A JP 2000103014 A JP2000103014 A JP 2000103014A JP 2001291766 A JP2001291766 A JP 2001291766A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plug
connection hole
insulating layer
film
wiring layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000103014A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Iida
里志 飯田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2000103014A priority Critical patent/JP2001291766A/en
Publication of JP2001291766A publication Critical patent/JP2001291766A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a highly reliable semiconductor device having a multilayer wiring structure for connecting its upper and lower-layer wiring layers via a plug, by preventing its side-etch from occurring in the interface between its upper-layer wiring layer of a border-less portion and the plug in the case of the etching performed when patterning its upper-layer wiring layer. SOLUTION: By the burying of a connection hole 14 provided in an interlayer insulation film 13, a metallic film for a plug is formed. Then, after covering with a resist mask having its size somewhat larger than the size of the connection hole 14 the region to form therein the connection hole 14, the metallic film for a plug is so etched to its predetermined thickness by an anisotropic etching as to obtain the metallic film having a partially protruded portion thereon and extinguish naturally the resist mask. Thereafter, by the expansive etchback of the metallic film, a plug 15 protruded in the form of a dome from the surface of the interlayer insulation film 13 is formed. As a result, the film thickness of an upper-layer wiring layer 17 is made small above the region to form the plug 15.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に関
し、特に多層配線の電極構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and, more particularly, to an electrode structure of a multilayer wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】多層配線構造を有する半導体集積回路装
置では、素子構成された半導体基板上に下層配線層を形
成し、その上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜に下
層配線層と上層配線層との接続を行うための接続孔を形
成した後、この接続孔内にプラグ用金属膜を埋め込むよ
うに成膜し、該金属膜をエッチバックにより接続孔内に
のみ残存させてプラグを形成する。その後、上層配線層
を形成し、プラグを介して接続された上下配線層で構成
される多層配線構造を得る。従来の多層配線構造の形成
方法を、図14および図15に基づいて以下に説明す
る。まず、素子構成された半導体基板1(以下、基板1
と称す)上の全面に、バリアメタルとなるTiN膜2a
を約100nmの膜厚で成膜し、その上にAlCu膜2
bを約400nmの膜厚で、さらにその上に反射防止膜
となるTiN膜2cを約30nmの膜厚で成膜する。続
いてレジストマスクを用いて、TiN膜2c、AlCu
膜2bおよびTiN膜2aを順次ドライエッチングし
て、TiN膜2c/AlCu膜2b/TiN膜2aで構
成される積層構造の下層配線層2を形成する。次に、例
えば、高密度プラズマCVD酸化膜から成る層間絶縁膜
3を、下層配線層2を覆って全面に約1.2μmの膜厚
で成膜した後、CMP法により研磨して、下層配線層2
上の層間絶縁膜3の膜厚が約750nmになるように平
坦化処理を施す。その後、層間絶縁膜3に下層配線層2
に達する接続孔4を、ホール径約0.28μmで形成す
る(図14(a))。
2. Description of the Related Art In a semiconductor integrated circuit device having a multilayer wiring structure, a lower wiring layer is formed on a semiconductor substrate in which elements are formed, an interlayer insulating film is formed thereon, and the lower wiring layer is formed on the interlayer insulating film. After forming a connection hole for making a connection with the upper wiring layer, a film is formed so as to embed a plug metal film in the connection hole, and the metal film is left only in the connection hole by etch-back so that a plug is formed. To form Thereafter, an upper wiring layer is formed, and a multilayer wiring structure including upper and lower wiring layers connected via plugs is obtained. A conventional method for forming a multilayer wiring structure will be described below with reference to FIGS. First, a semiconductor substrate 1 (hereinafter referred to as a substrate
A TiN film 2a to be a barrier metal
Is formed to a thickness of about 100 nm, and an AlCu film 2 is formed thereon.
b is formed to a thickness of about 400 nm, and a TiN film 2c serving as an antireflection film is formed thereon to a thickness of about 30 nm. Subsequently, using a resist mask, the TiN film 2c, AlCu
The film 2b and the TiN film 2a are sequentially dry-etched to form the lower wiring layer 2 having a laminated structure composed of the TiN film 2c / AlCu film 2b / TiN film 2a. Next, an interlayer insulating film 3 made of, for example, a high-density plasma CVD oxide film is formed to a thickness of about 1.2 μm on the entire surface so as to cover the lower wiring layer 2 and then polished by a CMP method to form a lower wiring. Layer 2
A flattening process is performed so that the thickness of the upper interlayer insulating film 3 becomes about 750 nm. Then, the lower wiring layer 2 is formed on the interlayer insulating film 3.
Is formed with a hole diameter of about 0.28 μm (FIG. 14A).

【0003】次に、接続孔4を埋め込むように層間絶縁
膜3上の全面に、バリアメタルとなるTiN膜5を、例
えば、スパッタリング法により約100nmの膜厚で成
膜し、その上の全面にプラグ用金属膜としてのタングス
テン膜6aを、例えば熱CVDにより約400nmの膜
厚で成膜する(図14(b))。次に、タングステン膜
6aを全面エッチバックして、接続孔4内のみに残存さ
せてプラグ6を形成する。尚、この場合、層間絶縁膜3
上にTiN膜5を上層配線層のバリアメタルとして残存
させる例を示す。この時、TiN膜5上にタングステン
膜6aの残渣が生じないように、ある程度オーバーエッ
チングを実施する。これにより、プラグ6は、接続孔4
の開口面(この場合、TiN膜5上面位置)よりも後退
し、100〜200nm程度のリセス7を生じて接続孔
4内に充填される(図14(c))。
Next, a TiN film 5 serving as a barrier metal is formed to a thickness of about 100 nm by, for example, a sputtering method on the entire surface of the interlayer insulating film 3 so as to fill the connection hole 4. Next, a tungsten film 6a as a plug metal film is formed to a thickness of about 400 nm by, for example, thermal CVD (FIG. 14B). Next, a plug 6 is formed by etching back the entire surface of the tungsten film 6a and leaving it only in the connection hole 4. In this case, the interlayer insulating film 3
An example in which a TiN film 5 is left as a barrier metal of an upper wiring layer thereon is shown. At this time, over-etching is performed to some extent so that the residue of the tungsten film 6a does not occur on the TiN film 5. Thereby, the plug 6 is connected to the connection hole 4.
(In this case, the upper surface of the TiN film 5), and a recess 7 of about 100 to 200 nm is generated to fill the connection hole 4 (FIG. 14C).

【0004】次に、全面にAlCu膜8aを、例えば1
40℃程度にて約400nmの膜厚で成膜した後、45
0℃程度でリフロー処理を行ってリセス7内部の埋め込
み性を向上させる。続いてAlCu膜8a上の全面に反
射防止膜となるTiN膜8bを約30nmの膜厚で成膜
する。次に、全面にホトレジスト膜9を形成して、ホト
リソグラフィ技術を用いてパターニングし(図15
(a))、このレジストパターン9をマスクとして下地
のTiN膜8b、AlCu膜8aおよびTiN膜5を順
次ドライエッチングして、TiN膜8b/AlCu膜8
a/TiN膜5で構成される積層構造の上層配線層8を
形成する(図15(b))。
Then, an AlCu film 8a is formed on the entire surface,
After forming a film with a thickness of about 400 nm at about 40 ° C.,
A reflow process is performed at about 0 ° C. to improve the filling property inside the recess 7. Subsequently, a TiN film 8b serving as an anti-reflection film is formed on the entire surface of the AlCu film 8a to a thickness of about 30 nm. Next, a photoresist film 9 is formed on the entire surface and is patterned using a photolithography technique (FIG. 15).
(A)) Using the resist pattern 9 as a mask, the underlying TiN film 8b, AlCu film 8a and TiN film 5 are sequentially dry-etched to obtain a TiN film 8b / AlCu film 8
An upper wiring layer 8 having a laminated structure composed of a / TiN film 5 is formed (FIG. 15B).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の多層配線構造は
以上のように形成されているため、接続孔4に埋め込み
形成されるプラグ6は、開口面よりも後退してリセス7
を生じるものであり、このため、上層配線層8のAlC
u膜8aが、プラグ形成領域でその膜厚が厚いものとな
っていた。即ち、図15(a)に示すように、AlCu
膜8aのプラグ形成領域での膜厚t2が、それ以外の領
域での膜厚t1よりも厚いものとなる。これにより、上
層配線層8のパターニング時に、マスク合わせずれなど
により図15(b)に示すようなボーダレス構造となっ
た場合、以下のような問題点が生じるものであった。上
層配線層8のパターニングのためのドライエッチングの
終盤において、AlCu膜8aがプラグ6上にのみ残存
し、他の領域では既にエッチング除去されているオーバ
ーエッチングの段階で、残存しているAlCu膜8aに
対してメインエッチング中よりも側壁保護効果が極端に
低下する。これは、メインエッチング中では、ホトレジ
スト膜9の分解物の供給、AlCu膜8aとエッチング
ガスCl2との反応生成物の供給、さらにそれらが重合
した生成物の供給などがあるが、オーバーエッチング中
には、殆どがホトレジスト膜9の分解物の供給に限られ
るからである。ところが、オーバーエッチング中では、
エッチャントは殆ど消費されずに過剰状態であるため、
側壁保護膜は容易に破れて、図に示すように、AlCu
膜8aとプラグ6との界面でサイドエッチ10が発生し
易くなる。このようなサイドエッチ10が発生すると、
プラグ6と上層配線層8との接触抵抗が高くなる、ま
た、局所的な電流密度の上昇に伴う発熱によりヒロック
が発生することもあり、半導体装置の特性および信頼性
を著しく低下させるものであった。
Since the conventional multilayer wiring structure is formed as described above, the plug 6 buried in the connection hole 4 retreats from the opening surface and is recessed.
Therefore, the AlC of the upper wiring layer 8
The thickness of the u film 8a is large in the plug formation region. That is, as shown in FIG.
The film thickness t2 of the film 8a in the plug formation region is larger than the film thickness t1 in the other regions. As a result, when the upper wiring layer 8 is patterned into a borderless structure as shown in FIG. 15B due to misalignment of the mask or the like, the following problems occur. At the end of the dry etching for patterning the upper wiring layer 8, the AlCu film 8a remains only on the plug 6, and the remaining AlCu film 8a remains at the over-etching stage which has already been removed by etching in other regions. In contrast, the side wall protection effect is extremely lower than during the main etching. This is because during the main etch, the supply of the degradation products of the photoresist film 9, the supply of the reaction products of AlCu film 8a and the etching gas Cl 2, there are such further supply of products to which they are polymerized, in overetching This is because most is limited to the supply of the decomposition product of the photoresist film 9. However, during over-etching,
Since the etchant is almost consumed and in excess,
The sidewall protective film is easily broken, and as shown in the figure, AlCu
The side etch 10 easily occurs at the interface between the film 8a and the plug 6. When such a side etch 10 occurs,
The contact resistance between the plug 6 and the upper wiring layer 8 is increased, and hillocks may be generated due to heat generated by a local increase in current density, which significantly reduces the characteristics and reliability of the semiconductor device. Was.

【0006】この発明は、上記のような問題点を解消す
るために成されたものであって、プラグを介して上下配
線層を接続する多層配線構造において、上層配線層のパ
ターニング時のエッチングの際に、ボーダレス部の上層
配線層とプラグとの界面にサイドエッチが発生するのを
防止して、上層配線層とプラグとの間の接触抵抗を低減
し、信頼性の高い半導体装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. In a multilayer wiring structure in which upper and lower wiring layers are connected via plugs, an etching for patterning an upper wiring layer is performed. To prevent a side etch from occurring at the interface between the upper wiring layer and the plug at the borderless portion, reduce the contact resistance between the upper wiring layer and the plug, and obtain a highly reliable semiconductor device With the goal.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項1
記載の半導体装置は、半導体基板上に、絶縁層を介して
積層され、該絶縁層に設けられた接続孔内に充填された
プラグにより互いに接続された上下配線層を有する装置
構成であって、上記プラグを、上記上層配線層とは異種
の導電材料で構成して、その上部をドーム状あるいは先
細り状の突出部として上記絶縁層表面から突出させたも
のである。
Means for Solving the Problems Claim 1 according to the present invention.
The semiconductor device according to the present invention has a device configuration having upper and lower wiring layers stacked on a semiconductor substrate via an insulating layer and connected to each other by plugs filled in connection holes provided in the insulating layer, The plug is made of a conductive material different from that of the upper wiring layer, and an upper portion thereof is projected from the surface of the insulating layer as a dome-shaped or tapered projection.

【0008】またこの発明に係る請求項2記載の半導体
装置は、半導体基板上に、絶縁層を介して積層され、該
絶縁層に設けられた接続孔内に充填されたプラグにより
互いに接続された上下配線層を有する装置構成であっ
て、上記絶縁層の膜厚を上記接続孔周囲部分のみ厚くし
て該接続孔開口面を上記絶縁層表面より高く形成したも
のである。
According to a second aspect of the present invention, the semiconductor device is stacked on a semiconductor substrate with an insulating layer interposed therebetween, and is connected to each other by a plug filled in a connection hole provided in the insulating layer. A device configuration having upper and lower wiring layers, wherein the thickness of the insulating layer is increased only in the peripheral portion of the connection hole, and the opening surface of the connection hole is formed higher than the surface of the insulating layer.

【0009】またこの発明に係る請求項3記載の半導体
装置は、請求項1または2において、絶縁層上に形成さ
れた上層配線層の膜厚が、プラグ形成領域で薄くなるも
のである。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the thickness of the upper wiring layer formed on the insulating layer is reduced in the plug formation region.

【0010】またこの発明に係る請求項4記載の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線
層を覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に
上記下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程
と、該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面にプラグ
用金属膜を形成する第3の工程と、該プラグ用金属膜
を、上記接続孔サイズより若干大きいレジストマスクで
上記接続孔形成領域を覆って所定の厚さまで選択的にエ
ッチング除去し、その後全面エッチバックすることによ
り、上記接続孔内にプラグを、その上部をドーム状ある
いは先細り状の突出部として上記絶縁層表面から突出さ
せて形成する第4の工程と、上記絶縁層上に、上記プラ
グと異なる導電材料から成る上層配線層を該プラグと接
触するように形成する第5の工程とを含むものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate is provided, and the lower wiring is formed on the insulating layer. A second step of opening a connection hole reaching the layer, a third step of filling the connection hole and forming a plug metal film on the entire surface of the insulating layer, The connection hole forming region is covered with a resist mask slightly larger than the hole size, and is selectively etched and removed to a predetermined thickness. Thereafter, the entire surface is etched back, whereby a plug is formed in the connection hole, and the upper portion thereof is dome-shaped or tapered. A fourth step of protruding from the surface of the insulating layer to form a protruding portion having a shape, and forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the plug on the insulating layer so as to be in contact with the plug. It is intended to include a fifth step.

【0011】またこの発明に係る請求項5記載の半導体
装置の製造方法は、請求項4における第4の工程におい
て、レジストマスクを用いた選択的エッチングの際、異
方性エッチングを用い、該レジストマスクが自然消滅す
るようにしたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, in the fourth step, the selective etching using a resist mask employs anisotropic etching. The mask is designed to disappear naturally.

【0012】またこの発明に係る請求項6記載の半導体
装置の製造方法は、請求項4における第4の工程におい
て、レジストマスクを用いた選択的エッチングの際、等
方性エッチングを用い、該エッチング後に上記レジスト
マスクを除去するものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, in the fourth step, isotropic etching is used in the selective etching using a resist mask. The resist mask is removed later.

【0013】またこの発明に係る請求項7記載の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線
層を覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記下層配線
層に接続する接続孔の形成予定領域を覆うように上記絶
縁層上に該接続孔サイズより若干大きいレジストマスク
を形成して、上記絶縁層を所定の厚さまで等方性エッチ
ングにより選択的にエッチング除去する第2の工程と、
上記絶縁層の上記接続孔形成予定領域を開口して、該開
口部周囲部分のみ上記絶縁層が厚くなるように上記接続
孔を形成する第3の工程と、上記接続孔内にプラグを埋
め込み形成する第4の工程と、上記絶縁層上に上記プラ
グと異なる導電材料から成る上層配線層を該プラグと接
触するように形成する第5の工程とを含むものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and connecting to the lower wiring layer. Forming a resist mask slightly larger than the connection hole size on the insulating layer so as to cover a region where the connection hole is to be formed, and selectively removing the insulating layer by isotropic etching to a predetermined thickness; Process and
A third step of opening the region where the connection hole is to be formed in the insulating layer and forming the connection hole so that the thickness of the insulating layer is increased only around the opening; and forming a plug in the connection hole. And a fifth step of forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the plug on the insulating layer so as to be in contact with the plug.

【0014】またこの発明に係る請求項8記載の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線
層を覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に
上記下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程
と、上記接続孔サイズより若干大きいレジストを該接続
孔を埋め込んで上記絶縁層上に形成し、該レジストマス
クを用いた等方性エッチングにより、上記絶縁層を上記
接続孔周囲部分のみ厚くなるように選択的に所定の厚さ
までエッチング除去する第3の工程と、上記接続孔内に
プラグを埋め込み形成する第4の工程と、上記絶縁層上
に上記プラグと異なる導電材料から成る上層配線層を該
プラグと接触するように形成する第5の工程とを含むも
のである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and forming the lower wiring on the insulating layer. A second step of opening a connection hole reaching the layer, a resist slightly larger than the connection hole size is formed on the insulating layer by filling the connection hole, and isotropic etching using the resist mask, A third step of selectively removing the insulating layer by etching to a predetermined thickness so as to increase the thickness only at a portion around the connection hole, a fourth step of burying a plug in the connection hole, Forming an upper wiring layer made of a conductive material different from that of the plug so as to be in contact with the plug.

【0015】またこの発明に係る請求項9記載の半導体
装置の製造方法は、請求項7または8において、絶縁層
を選択的に等方性エッチングする際、エッチング後の該
絶縁層表面の高さが、後工程で形成するプラグ表面の高
さよりも低くなるようにエッチング厚さを設定するもの
である。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh or eighth aspect, when the insulating layer is selectively isotropically etched, the height of the surface of the insulating layer after the etching is increased. However, the etching thickness is set so as to be lower than the height of the plug surface formed in a later step.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1を図について説明する。図1は、この発明
の実施の形態1による半導体装置の構造を示す断面図で
ある。図において、11は半導体基板(以下、基板11
と称す)、12は基板11上に形成された下層配線層
で、バリアメタルとなるTiN膜12a、AlCu膜1
2bおよび反射防止膜となるTiN膜12cから成る積
層構造で構成される。また、13は下層配線層を覆って
形成された絶縁層としての層間絶縁膜、14は層間絶縁
膜13に設けられた接続孔、15は接続孔14内に、バ
リアメタルとなるTiN膜16を介して充填形成された
タングステン膜から成るプラグ、17はプラグ15と接
触するように層間絶縁膜13上に形成された上層配線層
で、TiN膜16、AlCu膜17aおよび反射防止膜
となるTiN膜17bから成る積層構造で構成される。
尚、便宜上、半導体装置の配線構造部分のみを図示し、
ここでは上層配線層17が、マスク合わせずれなどによ
りボーダレス構造となった場合を示したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a
Reference numeral 12 denotes a lower wiring layer formed on the substrate 11, and a TiN film 12 a serving as a barrier metal and an AlCu film 1.
2b and a laminated structure composed of a TiN film 12c serving as an antireflection film. Reference numeral 13 denotes an interlayer insulating film as an insulating layer formed to cover the lower wiring layer, reference numeral 14 denotes a connection hole provided in the interlayer insulating film 13, reference numeral 15 denotes a connection hole 14 in which a TiN film 16 serving as a barrier metal is formed. A plug made of a tungsten film filled and interposed therebetween. Reference numeral 17 denotes an upper wiring layer formed on the interlayer insulating film 13 so as to be in contact with the plug 15, and includes a TiN film 16, an AlCu film 17a, and a TiN film serving as an anti-reflection film. 17b.
For convenience, only the wiring structure of the semiconductor device is shown in FIG.
Here, a case where the upper wiring layer 17 has a borderless structure due to misalignment of a mask or the like is shown.

【0017】図に示すように、接続孔14内にプラグ1
5が充填形成されて上下配線層12、17を接続するも
のであるが、このように接続孔14内にTiN膜16を
介して充填されるプラグ15は、その上部がドーム状に
盛り上がった突出部15aとして開口面(この場合、T
iN膜16の上面位置)よりも突出して形成される。こ
のため、プラグ15と接触する上層配線層17のAlC
u膜17aは、その膜厚がプラグ15形成領域で薄いも
のとなっている。
As shown in FIG.
The plug 15 is filled and formed to connect the upper and lower wiring layers 12 and 17. The plug 15 filled in the connection hole 14 via the TiN film 16 in this manner has a protruding dome-shaped upper part. The opening surface (in this case, T
(the upper surface position of the iN film 16). For this reason, the AlC of the upper wiring layer 17 in contact with the plug 15
The thickness of the u film 17a is small in the region where the plug 15 is formed.

【0018】このように構成される半導体装置の製造方
法を図2および図3に基づいて以下に示す。まず、素子
構成された基板11上の全面に、バリアメタルとなるT
iN膜12aを約100nmの膜厚で成膜し、その上に
AlCu膜12bを約400nmの膜厚で、さらにその
上に反射防止膜となるTiN膜12cを約30nmの膜
厚で成膜する。続いてレジストマスクを用いて、TiN
膜12c、AlCu膜12bおよびTiN膜12aを順
次ドライエッチングして、TiN膜12c/AlCu膜
12b/TiN膜12aで構成される積層構造の下層配
線層12を形成する。次に、例えば、高密度プラズマC
VD酸化膜から成る層間絶縁膜13を、下層配線層12
を覆って全面に約1.2μmの膜厚で成膜した後、CM
P法により研磨して、下層配線層12上の層間絶縁膜1
3の膜厚が約750nmになるように平坦化処理を施
す。その後、層間絶縁膜13に下層配線層12に達する
接続孔14を、ホール径約0.28μmで形成する。次
に、接続孔14を埋め込むように層間絶縁膜13上の全
面に、バリアメタルとなるTiN膜16を、例えば、ス
パッタリング法により約100nmの膜厚で成膜し、そ
の上の全面にプラグ用金属膜としてのタングステン膜1
5bを、例えば熱CVD法により約400nmの膜厚で
成膜する。その後、全面にホトレジスト膜18を形成
し、ホトリソグラフィ技術を用いてパターニングして、
接続孔14のサイズより若干大きいレジストパターン1
8を接続孔14形成領域を覆うように形成する(図2
(a))。
A method of manufacturing the semiconductor device having the above structure will be described below with reference to FIGS. First, the T as a barrier metal is formed on the entire surface of the substrate 11 on which the elements are formed.
An iN film 12a is formed with a thickness of about 100 nm, an AlCu film 12b is formed thereon with a thickness of about 400 nm, and a TiN film 12c serving as an antireflection film is formed thereon with a thickness of about 30 nm. . Subsequently, using a resist mask, TiN
The film 12c, the AlCu film 12b, and the TiN film 12a are sequentially dry-etched to form the lower wiring layer 12 having a multilayer structure including the TiN film 12c / AlCu film 12b / TiN film 12a. Next, for example, high density plasma C
An interlayer insulating film 13 made of a VD oxide film is
After forming a film with a thickness of about 1.2 μm on the entire surface
The interlayer insulating film 1 on the lower wiring layer 12 is polished by the P method.
The flattening process is performed so that the film thickness of No. 3 becomes about 750 nm. Thereafter, a connection hole 14 reaching the lower wiring layer 12 is formed in the interlayer insulating film 13 with a hole diameter of about 0.28 μm. Next, a TiN film 16 serving as a barrier metal is formed to a thickness of about 100 nm by, for example, a sputtering method on the entire surface of the interlayer insulating film 13 so as to fill the connection hole 14, and a plug Tungsten film 1 as a metal film
5b is formed to a thickness of about 400 nm by, for example, a thermal CVD method. Thereafter, a photoresist film 18 is formed on the entire surface, and is patterned using a photolithography technique.
Resist pattern 1 slightly larger than the size of connection hole 14
8 are formed so as to cover the connection hole 14 formation region (FIG. 2).
(A)).

【0019】次に、レジストパターン18をマスクとし
て、下地のタングステン膜15bを、例えば、約250
nmの厚さT1で異方性エッチングによりエッチング除
去し、タングステン膜15bを接続孔14形成領域で突
出させる。またこのエッチングの際、レジストパターン
18を自然消滅させる。これは、前工程のホトレジスト
膜18形成時に、自然消滅するに適した膜厚に形成する
ことで可能になる。例えば、タングステン膜15bの対
ホトレジスト選択比が0.6である異方性エッチング条
件を用いた場合、レジストパターン18形成時の膜厚は
250/0.6(μm)程度とする。またレジストパタ
ーン18は平坦部よりも角部の方がエッチングレートが
速いため、タングステン膜15bはドーム状に盛り上が
った形状で突出する(図2(b))。
Next, using the resist pattern 18 as a mask, the underlying tungsten film 15b
Etching is removed by anisotropic etching at a thickness T 1 of nm, and the tungsten film 15 b is made to protrude in the connection hole 14 formation region. At the time of this etching, the resist pattern 18 naturally disappears. This can be achieved by forming the photoresist film 18 to a thickness suitable for natural disappearance at the time of forming the photoresist film 18 in the previous step. For example, when using an anisotropic etching condition in which the selectivity of the tungsten film 15b to the photoresist is 0.6, the film thickness when the resist pattern 18 is formed is about 250 / 0.6 (μm). Further, since the etching rate of the resist pattern 18 is higher at the corners than at the flat parts, the tungsten film 15b protrudes in a dome-shaped protruding shape (FIG. 2B).

【0020】次に、タングステン膜15bを等方性エッ
チングにより全面エッチバックして、接続孔14内に残
存させてプラグ15を形成する。尚、この場合、層間絶
縁膜13上のTiN膜16を上層配線層17のバリアメ
タルとして残存させる例を示す。この時、TiN膜16
上にタングステン膜15bの残渣が生じないように、あ
る程度オーバーエッチングを実施する。このように接続
孔14形成領域で突出したタングステン膜15bを全面
エッチバックすることにより、プラグ15は、その上部
が接続孔14の開口面(この場合、TiN膜16上面位
置)からドーム状に盛り上がって突出し、約120nm
の厚さの突出部15aを有して形成される。この時、突
出部15aの厚さは、前工程でタングステン膜15bを
レジストマスク18を用いてエッチングして突出させた
厚さT1からオーバーエッチング量を差し引いたものと
なる(図3(a))。
Next, the entire surface of the tungsten film 15b is etched back by isotropic etching, and the tungsten film 15b is left in the connection hole 14 to form a plug 15. In this case, an example in which the TiN film 16 on the interlayer insulating film 13 is left as a barrier metal of the upper wiring layer 17 is shown. At this time, the TiN film 16
Over-etching is performed to some extent so that a residue of the tungsten film 15b is not formed thereon. By etching back the entire surface of the tungsten film 15b protruding in the region where the connection hole 14 is formed, the upper portion of the plug 15 rises in a dome shape from the opening surface of the connection hole 14 (in this case, the upper surface of the TiN film 16). About 120nm
It has a projection 15a having a thickness of In this case, the thickness of the protruding portion 15a is formed of a tungsten film 15b in the previous step from the thickness T 1 which projects by etching using a resist mask 18 and minus the amount of over-etching (FIGS. 3 (a) ).

【0021】次に、全面にAlCu膜17aを、例えば
140℃程度にて約400nmの膜厚でスパッタリング
法により成膜した後、リフロー処理を450℃程度で約
2分間行う。続いてAlCu膜17a上の全面に反射防
止膜となるTiN膜17bを約30nmの膜厚で成膜す
る。次に、全面にホトレジスト膜19を形成して、ホト
リソグラフィ技術を用いてパターニングし(図3
(b))、このレジストパターン19をマスクとして下
地のTiN膜17b、AlCu膜17aおよびTiN膜
16を順次ドライエッチングして、TiN膜17b/A
lCu膜17a/TiN膜16で構成される積層構造の
上層配線層17を形成する(図1参照)。この後、所定
の処理を施して半導体装置を完成する。
Next, an AlCu film 17a is formed on the entire surface by, for example, a sputtering method at about 140 ° C. to a thickness of about 400 nm, and then a reflow process is performed at about 450 ° C. for about 2 minutes. Subsequently, a TiN film 17b serving as an antireflection film is formed on the entire surface of the AlCu film 17a to a thickness of about 30 nm. Next, a photoresist film 19 is formed on the entire surface and is patterned using a photolithography technique (FIG. 3).
(B)) Using the resist pattern 19 as a mask, the underlying TiN film 17b, AlCu film 17a and TiN film 16 are sequentially dry-etched to obtain a TiN film 17b / A
An upper wiring layer 17 having a laminated structure composed of the lCu film 17a / TiN film 16 is formed (see FIG. 1). Thereafter, predetermined processing is performed to complete the semiconductor device.

【0022】以上のように形成される半導体装置では、
接続孔14に充填形成するプラグ15を接続孔14の開
口面よりもドーム状に突出させて形成する。このため、
プラグ15と接触して形成される上層配線層17のAl
Cu膜17aは、その膜厚がプラグ15形成領域でその
他の領域に比べて薄く形成される。即ち、AlCu膜1
7aのプラグ形成領域での膜厚t2が、それ以外の領域
での膜厚t1よりも薄いものとなる(図3(b)参
照)。これにより、上層配線層17のパターニング時
に、マスク合わせずれなどにより図1に示すようなボー
ダレス構造となった場合でも、良好なエッチングによる
パターニングが行える。これについて以下に詳細に説明
する。
In the semiconductor device formed as described above,
The plug 15 to be filled in the connection hole 14 is formed so as to protrude in a dome shape from the opening surface of the connection hole 14. For this reason,
Al of upper wiring layer 17 formed in contact with plug 15
The Cu film 17a is formed to be thinner in the plug 15 formation region than in other regions. That is, the AlCu film 1
The film thickness t2 in the plug formation region 7a is smaller than the film thickness t1 in the other regions (see FIG. 3B). Thus, even when the upper wiring layer 17 is patterned, even if the borderless structure as shown in FIG. This will be described in detail below.

【0023】上層配線層17のパターニングのためのド
ライエッチングにおいて、プラグ突出部15aが露出し
始めても、プラグ15形成領域以外では、全面にAlC
u膜17aが残存している。このようにプラグ形成領域
でのAlCu膜17aのエッチングは、その他の領域で
はオーバーエッチングに至る前のメインエッチング中で
の処理となる。このため、AlCu膜17aとプラグ1
5との界面に対して、ホトレジスト膜19の分解物の供
給、AlCu膜17aとエッチングガスCl2との反応
生成物の供給、さらにそれらが重合した生成物の供給な
どによりそれらが側壁保護膜として付着する。さらに、
メインエッチング中ではエッチャントは、プラグ突出部
15a以外のAlCu膜17aおよびその下のTiN膜
16とのエッチング反応に消費されるため、エッチャン
ト過剰状態になることはなく、側壁保護膜に対するアタ
ッキングは抑制される。このようにプラグ15に突出部
15aを形成して、その部分で上層配線層17のAlC
u膜17aの膜厚が薄くなるようにしたため、上層配線
層17のパターニングの際のドライエッチング時に、プ
ラグ15との界面に形成される側壁保護膜による保護効
果が向上し、サイドエッチの発生を防止することができ
る。
In the dry etching for patterning the upper wiring layer 17, even if the plug protruding portion 15a starts to be exposed, AlC
The u film 17a remains. As described above, the etching of the AlCu film 17a in the plug formation region is a process during the main etching before over-etching is performed in other regions. Therefore, the AlCu film 17a and the plug 1
To the interface between the 5, supply of the degradation products of the photoresist film 19, as they sidewall protective film due supply of feed, further product they are polymerized reaction products of AlCu film 17a and the etching gas Cl 2 Adhere to. further,
During the main etching, the etchant is consumed in the etching reaction with the AlCu film 17a other than the plug protrusion 15a and the TiN film 16 therebelow, so that the etchant does not become excessive and the attack on the sidewall protection film is suppressed. You. In this manner, the protrusion 15a is formed on the plug 15, and the AlC of the upper wiring layer 17 is formed at that portion.
Since the thickness of the u film 17a is reduced, the protection effect of the sidewall protection film formed at the interface with the plug 15 is improved during dry etching during patterning of the upper wiring layer 17, thereby reducing the occurrence of side etching. Can be prevented.

【0024】以上のように、上層配線層17のパターニ
ング時に、ボーダレス構造における上層配線層17とプ
ラグ15との界面でのサイドエッチの発生を防止するこ
とができるため、プラグ15と上層配線層17との接触
抵抗を安定して低減することができ、また、局所的な電
流密度の上昇による発熱によりヒロックが発生すること
もなく、半導体装置の特性および信頼性を向上できる。
また、プラグ15と上層配線層17との接触を、プラグ
突出部15aでの接触とするため、接触面積の増大によ
る接触抵抗の低減効果、さらにボーダレス構造における
アライメント精度の緩和効果も有し、信頼性を一層向上
できる。
As described above, at the time of patterning the upper wiring layer 17, the occurrence of side etching at the interface between the upper wiring layer 17 and the plug 15 in the borderless structure can be prevented. The contact resistance between the semiconductor device and the semiconductor device can be stably reduced, and hillocks do not occur due to heat generation due to a local increase in current density, so that the characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved.
In addition, since the contact between the plug 15 and the upper wiring layer 17 is made at the plug protrusion 15a, the effect of reducing the contact resistance by increasing the contact area and the effect of reducing the alignment accuracy in the borderless structure are obtained. Properties can be further improved.

【0025】また、この実施の形態では、プラグ15形
成時に、タングステン膜15bを接続孔サイズより若干
大きいレジストマスク18で接続孔14形成領域を覆っ
て、該レジストマスク18が自然消滅するように所定の
厚さT1で異方性エッチングを行った後、全面エッチバ
ックしたため、突出部15aの形状がドーム状に盛り上
がったものになる。通常、突出部のある下地の上に成膜
する際、カバレジが悪くなり易いものであるが、プラグ
突出部15aをドーム状に形成したため、上層配線層1
7のAlCu膜17aの形成が、リフロー処理により突
出部15a領域を良好なカバレジで覆うことができ、信
頼性が一層向上する。また、レジストマスク10を自然
消滅するようにしたため、工程数が削減できると共に、
異方性エッチングにより容易に突出部15aをドーム状
に形成することができる。さらに、通常、酸素雰囲気で
のアッシングにより行うレジスト除去工程を省略できる
ため、タングステン膜15bが酸素に晒されることな
く、表面酸化により形成される変質層に起因した上層配
線層との接触抵抗不良などの悪影響が防止できて信頼性
が向上する。
In this embodiment, when forming the plug 15, the tungsten film 15b is covered with a resist mask 18 slightly larger than the size of the connection hole so as to cover the region where the connection hole 14 is formed, so that the resist mask 18 naturally disappears. after thickness anisotropic etching by T 1 of, for the entire surface is etched back, the shape of the protrusion 15a is one raised in a dome shape. Usually, when a film is formed on a base having a protruding portion, the coverage tends to be poor. However, since the plug protruding portion 15a is formed in a dome shape, the upper wiring layer 1 is formed.
The formation of the AlCu film 17a of No. 7 can cover the region of the protruding portion 15a with good coverage by the reflow treatment, and the reliability is further improved. In addition, since the resist mask 10 is naturally eliminated, the number of steps can be reduced, and
The protruding portion 15a can be easily formed in a dome shape by anisotropic etching. Further, since the resist removal step usually performed by ashing in an oxygen atmosphere can be omitted, the tungsten film 15b is not exposed to oxygen, and the contact resistance with the upper wiring layer caused by the altered layer formed by the surface oxidation can be reduced. Adverse effects can be prevented and reliability is improved.

【0026】なお、接続孔14開口面から突出させるプ
ラグ突出部15aの厚さは、突出させない従来のもので
形成されるリセス7の深さと同程度あるいは若干厚く形
成するのが望ましい。また、この実施の形態では、プラ
グ15形成時の異方性エッチングの際に用いるレジスト
マスク18は、自然消滅させるものとしたが、残存させ
て、アッシングにより除去することも可能である。
The thickness of the plug protruding portion 15a protruding from the opening surface of the connection hole 14 is desirably formed to be approximately the same as or slightly larger than the depth of the recess 7 formed by a conventional one that does not protrude. Further, in this embodiment, the resist mask 18 used in the anisotropic etching at the time of forming the plug 15 is made to disappear spontaneously. However, the resist mask 18 can be left and removed by ashing.

【0027】実施の形態2.次に、この発明の実施の形
態2を図について説明する。図4は、この発明の実施の
形態2による半導体装置の構造を示す断面図である。
尚、ここでも便宜上半導体装置の配線構造部分のみを図
示し、上層配線層17が、マスク合わせずれなどにより
ボーダレス構造となった場合を示す。上記実施の形態1
では、接続孔14内に充填形成されるプラグ15が、ド
ーム状に盛り上がった突出部15aを有するものではあ
ったが、この実施の形態2では、図に示すように、先細
り状の突出部20aを有したプラグ20を形成する。
Embodiment 2 FIG. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
Here, for convenience, only the wiring structure of the semiconductor device is shown, and a case where the upper wiring layer 17 has a borderless structure due to misalignment of a mask or the like is shown. Embodiment 1
In this embodiment, the plug 15 filled in the connection hole 14 has the dome-shaped protruding portion 15a. However, in the second embodiment, as shown in FIG. Is formed.

【0028】このように構成される半導体装置の製造方
法を図5および図6に基づいて以下に示す。まず、実施
の形態1と同様に、素子構成された基板11上の全面
に、TiN膜12c/AlCu膜12b/TiN膜12
aで構成される積層構造の下層配線層12を形成し、層
間絶縁膜13を成膜した後、CMP法により平坦化処理
を施す。その後、層間絶縁膜13に接続孔14を形成
し、接続孔14を埋め込むように全面にTiN膜16を
成膜し、その上の全面にプラグ用金属膜としてのタング
ステン膜20bを成膜する。その後、全面にホトレジス
ト膜21を形成し、ホトリソグラフィ技術を用いてパタ
ーニングして、接続孔14のサイズより若干大きいレジ
ストパターン21を接続孔14形成領域を覆うように形
成する。ここで形成されるレジストパターン21は、実
施の形態1で用いた、後工程でのエッチング時に自然消
滅するレジストパターン18と比較して、幅および厚さ
が大きいものとする(図5(a))。
A method of manufacturing the semiconductor device having the above structure will be described below with reference to FIGS. First, as in the first embodiment, the TiN film 12c / AlCu film 12b / TiN film 12
After forming the lower wiring layer 12 of the laminated structure composed of a and forming the interlayer insulating film 13, a planarization process is performed by the CMP method. Thereafter, a connection hole 14 is formed in the interlayer insulating film 13, a TiN film 16 is formed on the entire surface so as to fill the connection hole 14, and a tungsten film 20b as a plug metal film is formed on the entire surface. Thereafter, a photoresist film 21 is formed on the entire surface, and is patterned using photolithography to form a resist pattern 21 slightly larger than the size of the connection hole 14 so as to cover the connection hole 14 formation region. The width and thickness of the resist pattern 21 formed here are larger than those of the resist pattern 18 used in Embodiment 1 and which disappears naturally during etching in a later step (FIG. 5A). ).

【0029】次に、レジストパターン21をマスクとし
て、下地のタングステン膜20bを、例えば、約250
nmの厚さT2で等方性エッチングによりエッチング除
去し(図5(b))、その後、レジストパターン21を
除去してタングステン膜20bを接続孔14形成領域で
先細り状に突出させる。次に、上記実施の形態1と同様
に、タングステン膜20bを等方性エッチングにより全
面エッチバックして、接続孔14内に残存させてプラグ
20を形成すると、プラグ20は、その上部が接続孔1
4の開口面(この場合、TiN膜16上面位置)から先
細り状に突出し、約120nmの厚さの突出部20aを
有して形成される(図6(a))。この後、上記実施の
形態1と同様に、全面にAlCu膜17aを成膜した
後、リフロー処理を施して、その上にTiN膜17bを
成膜し、レジストパターン19を形成し(図6
(b))、このレジストパターン19をマスクとしたド
ライエッチングにより上層配線層17を形成する(図4
参照)。この後、所定の処理を施して半導体装置を完成
する。
Next, using the resist pattern 21 as a mask, the underlying tungsten film 20b is, for example,
Etching is removed by isotropic etching with a thickness T 2 of nm (FIG. 5B), and thereafter, the resist pattern 21 is removed, and the tungsten film 20 b is tapered out in the connection hole 14 formation region. Next, in the same manner as in the first embodiment, the entire surface of the tungsten film 20b is etched back by isotropic etching, and the plug 20 is formed while remaining in the connection hole 14. 1
4 (in this case, the upper surface of the TiN film 16), and is formed to have a protrusion 20a having a thickness of about 120 nm (FIG. 6A). After that, as in the first embodiment, an AlCu film 17a is formed on the entire surface, a reflow process is performed, a TiN film 17b is formed thereon, and a resist pattern 19 is formed (FIG. 6).
(B)), the upper wiring layer 17 is formed by dry etching using the resist pattern 19 as a mask (FIG. 4).
reference). Thereafter, predetermined processing is performed to complete the semiconductor device.

【0030】以上のように形成される半導体装置では、
接続孔14に充填形成するプラグ20を接続孔14の開
口面よりも先細り状に突出させて形成する。このため、
上記実施の形態1と同様に、プラグ20と接触して形成
されるAlCu膜17aは、プラグ20形成領域での膜
厚(t2)が、その他の領域での膜厚(t1)に比べて
薄くなる(図6(b)参照)。これにより、上層配線層
17のパターニング時に、マスク合わせずれなどにより
図4に示すようなボーダレス構造となった場合でも、上
層配線層17とプラグ20との界面でのサイドエッチの
発生を防止することができ、プラグ20と上層配線層1
7との接触抵抗が安定して低減することができ、また、
局所的な電流密度の上昇による発熱によりヒロックが発
生することもなく、半導体装置の特性および信頼性を向
上できる。また、プラグ20と上層配線層17との接触
を、プラグ突出部20aでの接触とするため、接触面積
の増大による接触抵抗の低減効果およびボーダレス構造
におけるアライメント精度の緩和効果も有し、信頼性を
一層向上できる。
In the semiconductor device formed as described above,
The plug 20 to be filled and formed in the connection hole 14 is formed so as to project in a tapered shape from the opening surface of the connection hole 14. For this reason,
As in the first embodiment, the thickness (t2) of the AlCu film 17a formed in contact with the plug 20 in the region where the plug 20 is formed is smaller than the thickness (t1) in the other regions. (See FIG. 6B). Thereby, even when the upper wiring layer 17 is patterned to have a borderless structure as shown in FIG. 4 due to misalignment of the mask or the like, it is possible to prevent the occurrence of side etching at the interface between the upper wiring layer 17 and the plug 20. And the plug 20 and the upper wiring layer 1
7 can be stably reduced, and
Hillocks are not generated by heat generation due to a local increase in current density, and characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, since the contact between the plug 20 and the upper wiring layer 17 is made at the plug protruding portion 20a, the effect of reducing the contact resistance by increasing the contact area and the effect of reducing the alignment accuracy in the borderless structure are obtained. Can be further improved.

【0031】また、この実施の形態では、プラグ20形
成時に、タングステン膜20bを接続孔サイズより若干
大きいレジストマスク21で接続孔14形成領域を覆っ
て等方性エッチングを施したため、図5(b)に示すよ
うに、レジストマスク21の横方向から下層へ回り込ん
でタングステン膜20bがエッチングされてその部分で
先細り状に突出し、その後全面エッチバックして、突出
部20aの形状が先細り状となる。このため、上層配線
層17のAlCu膜17a形成が、リフロー処理により
突出部20a領域を良好なカバレジで覆うことができ、
信頼性が一層向上する。
Further, in this embodiment, when the plug 20 is formed, the tungsten film 20b is isotropically etched by covering the connection hole 14 formation region with the resist mask 21 slightly larger than the connection hole size. As shown in FIG. 7 (b), the tungsten film 20b is etched from the lateral direction of the resist mask 21 to the lower layer, and is projected in a tapered shape at that portion. Thereafter, the entire surface is etched back, and the shape of the projected portion 20a becomes tapered. . Therefore, the formation of the AlCu film 17a of the upper wiring layer 17 can cover the region of the protruding portion 20a with good coverage by the reflow process,
Reliability is further improved.

【0032】実施の形態3.次に、この発明の実施の形
態3を図について説明する。図7は、この発明の実施の
形態3による半導体装置の構造を示す断面図である。
尚、ここでも便宜上半導体装置の配線構造部分のみを図
示し、上層配線層17が、マスク合わせずれなどにより
ボーダレス構造となった場合を示す。図に示すように、
絶縁層としての層間絶縁膜22に設けられた接続孔14
内にプラグ23が充填形成されて上下配線層12、17
を接続するものであるが、層間絶縁膜22の膜厚を接続
孔周囲部分22aのみ厚くして接続孔14の開口面を接
続孔周囲部分22a以外の層間絶縁膜22表面より高く
形成する。
Embodiment 3 FIG. Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
Here, for convenience, only the wiring structure of the semiconductor device is shown, and a case where the upper wiring layer 17 has a borderless structure due to misalignment of a mask or the like is shown. As shown in the figure,
Connection hole 14 provided in interlayer insulating film 22 as an insulating layer
A plug 23 is filled and formed in the upper and lower wiring layers 12 and 17.
In this case, the thickness of the interlayer insulating film 22 is increased only in the peripheral portion 22a of the connection hole, and the opening surface of the connection hole 14 is formed higher than the surface of the interlayer insulating film 22 other than the peripheral portion 22a of the connection hole.

【0033】このように構成される半導体装置の製造方
法を図8〜図11に基づいて以下に示す。まず、実施の
形態1と同様に、素子構成された基板11上の全面に、
TiN膜12c/AlCu膜12b/TiN膜12aで
構成される積層構造の下層配線層12を形成し、層間絶
縁膜22を成膜した後、CMP法により平坦化処理を施
す。その後、全面にホトレジスト膜24を形成し、ホト
リソグラフィ技術を用いてパターニングして、後工程で
形成する接続孔14のサイズより若干大きいレジストパ
ターン24を接続孔14形成予定領域を覆うように形成
する(図8(a))。次に、レジストパターン24をマ
スクとして、下地の層間絶縁膜22を、例えば、約25
0nmの厚さT3で等方性エッチングによりエッチング
除去する。これによりレジストマスク24の横方向から
下層へ回り込んで層間絶縁膜膜22がエッチングされ
て、接続孔14形成予定領域を含んでその周囲部分22
aが突出した形状となる(図8(b))。
A method of manufacturing the semiconductor device having the above structure will be described below with reference to FIGS. First, as in the first embodiment, the entire surface of the substrate
After forming the lower wiring layer 12 having a laminated structure composed of the TiN film 12c / AlCu film 12b / TiN film 12a and forming the interlayer insulating film 22, a flattening process is performed by the CMP method. Thereafter, a photoresist film 24 is formed on the entire surface, and is patterned by using a photolithography technique, so that a resist pattern 24 slightly larger than the size of the connection hole 14 to be formed in a later step is formed so as to cover a region where the connection hole 14 is to be formed. (FIG. 8 (a)). Next, using the resist pattern 24 as a mask, the underlying interlayer insulating film 22 is, for example,
Etching is removed by isotropic etching at a thickness T 3 of 0 nm. As a result, the interlayer insulating film 22 is etched from the lateral direction of the resist mask 24 to the lower layer, and the peripheral portion 22 including the region where the connection hole 14 is to be formed is etched.
a has a protruding shape (FIG. 8B).

【0034】その後、レジストパターン24を除去し、
再度、層間絶縁膜22上に接続孔14形成のためのレジ
ストパターン25を形成し(図9(a))、このレジス
トパターン25をマスクとして下地の層間絶縁膜22を
ドライエッチングによりエッチング除去し、下層配線層
12に到達する接続孔14を開口する。これにより、開
口部周囲部分の層間絶縁膜22aのみが厚く、開口面が
その他の層間絶縁膜22表面より高く形成された接続孔
14が開口される(図9(b))。次に、レジストパタ
ーン25を除去し、上記実施の形態1と同様に接続孔1
4を埋め込むように全面にTiN膜16を成膜し、その
上の全面にプラグ用金属膜としてのタングステン膜23
aを成膜する(図10(a))。
After that, the resist pattern 24 is removed,
Again, a resist pattern 25 for forming the connection hole 14 is formed on the interlayer insulating film 22 (FIG. 9A), and the underlying interlayer insulating film 22 is removed by dry etching using the resist pattern 25 as a mask. A connection hole 14 reaching the lower wiring layer 12 is opened. As a result, only the interlayer insulating film 22a around the opening is thick, and the connection hole 14 whose opening surface is formed higher than the surface of the other interlayer insulating film 22 is opened (FIG. 9B). Next, the resist pattern 25 is removed, and the connection hole 1 is formed in the same manner as in the first embodiment.
4, a TiN film 16 is formed on the entire surface, and a tungsten film 23 as a plug metal film is formed on the entire surface thereof.
a is formed (FIG. 10A).

【0035】次に、タングステン膜23aを等方性エッ
チングにより全面エッチバックして、接続孔14内に残
存させてプラグ23を形成する。尚、この場合も、層間
絶縁膜22上のTiN膜16を上層配線層17のバリア
メタルとして残存させる例を示す。この時、TiN膜1
6上にタングステン膜23aの残渣が生じないように、
ある程度オーバーエッチングを実施する。これにより、
プラグ23は、接続孔14の開口面(この場合、TiN
膜16上面位置)よりも後退し、約120nm程度のリ
セス26を生じて接続孔14内に充填される(図10
(b))。この後、上記実施の形態1と同様に、全面に
AlCu膜17aを成膜した後、リフロー処理を施し
て、その上にTiN膜17bを成膜し、レジストパター
ン19を形成し(図11)、このレジストパターン19
をマスクとしたドライエッチングにより上層配線層17
を形成する(図7参照)。この後、所定の処理を施して
半導体装置を完成する。
Next, the entire surface of the tungsten film 23a is etched back by isotropic etching, and the tungsten film 23a is left in the connection hole 14 to form a plug 23. Also in this case, an example is shown in which the TiN film 16 on the interlayer insulating film 22 is left as a barrier metal of the upper wiring layer 17. At this time, the TiN film 1
6 so that no residue of the tungsten film 23a is formed on
Perform some over-etching. This allows
The plug 23 is connected to the opening surface of the connection hole 14 (in this case, TiN
The recess 26 recedes from the upper surface of the film 16 and forms a recess 26 of about 120 nm to fill the connection hole 14 (FIG. 10).
(B)). Thereafter, as in the first embodiment, an AlCu film 17a is formed on the entire surface, a reflow process is performed, a TiN film 17b is formed thereon, and a resist pattern 19 is formed (FIG. 11). , This resist pattern 19
Wiring layer 17 by dry etching using
Is formed (see FIG. 7). Thereafter, predetermined processing is performed to complete the semiconductor device.

【0036】以上のように形成される半導体装置では、
接続孔14形成に先立って、接続孔14のサイズより若
干大きいレジストマスク24を用いた層間絶縁膜22の
等方性エッチングにより、接続孔14形成予定領域を含
んでその周囲部分22aを突出させ、その後接続孔14
を開口することにより、接続孔14の開口面を接続孔周
囲部分22a以外の層間絶縁膜22表面より高く形成す
る。このため、接続孔14内に充填形成されるプラグ2
3は、開口面から後退してリセス26を有するものであ
るが、プラグ23と接触して形成されるAlCu膜17
aは、プラグ23形成領域での膜厚(t2)が、その他
の領域での膜厚(t1)に比べて、この場合、約130
nm(=250nm−120nm)薄くなる。ここで、
レジストマスク24を用いた層間絶縁膜22の等方性エ
ッチングによるエッチング厚さT3は、後工程で形成さ
れるプラグ23のリセス26の深さよりも大きく設定す
る。即ち、プラグ23表面の高さが、接続孔周囲部分2
2a以外の層間絶縁膜22表面(この場合、TiN膜1
7b表面)より高くなるように設定する。この高さの差
は、リセス26の深さと同程度あるいは若干大きいのが
望ましいものであるが、これによりプラグ23形成領域
でのAlCu膜17aの膜厚(t2)が、その他の領域
での膜厚(t1)に比べて薄くできる(図11参照)。
In the semiconductor device formed as described above,
Prior to the formation of the connection hole 14, the peripheral portion 22 a including the region where the connection hole 14 is to be formed is projected by isotropic etching of the interlayer insulating film 22 using a resist mask 24 slightly larger than the size of the connection hole 14, Then the connection hole 14
Is formed, the opening surface of the connection hole 14 is formed higher than the surface of the interlayer insulating film 22 other than the connection hole peripheral portion 22a. For this reason, the plug 2 filled and formed in the connection hole 14 is formed.
Reference numeral 3 denotes a recess having a recess 26 which is recessed from the opening surface.
In this case, the film thickness (t2) in the region where the plug 23 is formed is about 130 times smaller than the film thickness (t1) in the other region.
nm (= 250 nm-120 nm). here,
Resist etching thickness T 3 by isotropic etching of the interlayer using a mask 24 insulating film 22 is set larger than the depth of the recess 26 of the plug 23 to be formed in a later step. In other words, the height of the surface of the plug 23 is
2a except the surface of the interlayer insulating film 22 (in this case, the TiN film 1
7b surface). This difference in height is desirably about the same as or slightly greater than the depth of the recess 26. This allows the thickness (t2) of the AlCu film 17a in the region where the plug 23 is formed to be reduced in the other regions. It can be made thinner than the thickness (t1) (see FIG. 11).

【0037】これにより、上層配線層17のパターニン
グ時に、マスク合わせずれなどにより図7に示すような
ボーダレス構造となった場合でも、上記実施の形態1と
同様に、上層配線層17とプラグ23との界面でのサイ
ドエッチの発生を防止することができ、プラグ23と上
層配線層17との接触抵抗が安定して低減することがで
き、また、局所的な電流密度の上昇による発熱によりヒ
ロックが発生することもなく、半導体装置の特性および
信頼性を向上できる。
As a result, even when the upper wiring layer 17 is patterned into a borderless structure as shown in FIG. 7 due to misalignment of the mask during patterning, the upper wiring layer 17 and the plug 23 are Can be prevented from occurring at the interface of the semiconductor device, the contact resistance between the plug 23 and the upper wiring layer 17 can be stably reduced, and hillocks can be generated due to heat generation due to a local increase in current density. The characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved without occurrence.

【0038】なお、レジストマスク24を用いた層間絶
縁膜22の等方性エッチングによるエッチング厚さT3
が、後工程で形成されるプラグ23のリセス26の深さ
よりも小さいものであれば、プラグ23形成領域でのA
lCu膜17aの膜厚(t2)は、その他の領域での膜
厚(t1)に比べて若干厚いものとなるが、その差は、
従来のものに比して上記エッチング厚さT3だけ低減さ
れたものである。このため、従来のものに比して、上層
配線層17のパターニングの際のドライエッチング時
に、プラグ23との界面に形成される側壁保護膜による
保護効果が向上し、サイドエッチの発生を抑制する効果
がある。
The etching thickness T 3 of the interlayer insulating film 22 isotropically etched using the resist mask 24.
Is smaller than the depth of the recess 26 of the plug 23 formed in a later step, A
The thickness (t2) of the lCu film 17a is slightly thicker than the thickness (t1) in other regions, but the difference is as follows.
Those which are reduced by the etching thickness T 3 in comparison with the prior art. For this reason, the protection effect of the sidewall protective film formed at the interface with the plug 23 is improved at the time of dry etching at the time of patterning the upper wiring layer 17 as compared with the conventional one, and the occurrence of side etching is suppressed. effective.

【0039】実施の形態4.次に、この発明の実施の形
態4を図について説明する。この実施の形態では、上記
実施の形態3における図7で示した半導体装置につい
て、製造方法の別例を図12および図13に基づいて以
下に示す。まず、実施の形態1と同様に、素子構成され
た基板11上の全面に、TiN膜12c/AlCu膜1
2b/TiN膜12aで構成される積層構造の下層配線
層12を形成し、層間絶縁膜22を成膜した後、CMP
法により平坦化処理を施す。その後、層間絶縁膜22上
に接続孔形成用のレジストパターン27を形成し(図1
2(a))、このレジストパターン27をマスクとして
下地の層間絶縁膜22をドライエッチングによりエッチ
ング除去して下層配線層12に到達する接続孔14を開
口する(図12(b))。
Embodiment 4 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, another example of the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 7 of the third embodiment will be described below with reference to FIGS. First, as in the first embodiment, the TiN film 12c / AlCu film 1
After forming the lower wiring layer 12 having a laminated structure composed of the 2b / TiN film 12a and forming the interlayer insulating film 22, CMP is performed.
A flattening process is performed by a method. Thereafter, a resist pattern 27 for forming a connection hole is formed on the interlayer insulating film 22 (FIG. 1).
2 (a)), using the resist pattern 27 as a mask, the underlying interlayer insulating film 22 is removed by dry etching to open a connection hole 14 reaching the lower wiring layer 12 (FIG. 12 (b)).

【0040】次に、接続孔14を埋め込むように、層間
絶縁膜22上の全面にホトレジスト膜28を形成し、ホ
トリソグラフィ技術を用いてパターニングして、接続孔
14のサイズより若干大きいレジストパターン28を接
続孔14形成領域を覆うように形成する(図13
(a))。次に、レジストパターン28をマスクとし
て、下地の層間絶縁膜22を、例えば、約250nmの
厚さT4で等方性エッチングによりエッチング除去す
る。これによりレジストマスク28の横方向から下層へ
回り込んで層間絶縁膜膜22がエッチングされて、接続
孔周囲部分22aが突出した形状となる(図13
(b))。
Next, a photoresist film 28 is formed on the entire surface of the interlayer insulating film 22 so as to fill the connection holes 14, and is patterned by photolithography to form a resist pattern 28 slightly larger than the size of the connection holes 14. Are formed so as to cover the connection hole 14 formation region (FIG. 13).
(A)). Next, using the resist pattern 28 as a mask, the underlying interlayer insulating film 22 is removed by, for example, isotropic etching with a thickness T 4 of about 250 nm. As a result, the interlayer insulating film 22 is etched from the lateral direction of the resist mask 28 to the lower layer so that the peripheral portion 22a of the connection hole is projected (FIG. 13).
(B)).

【0041】この後、上記実施の形態3と同様に、レジ
ストパターン28を除去し、TiN膜16およびタング
ステン膜23aを順次成膜し(図10(a)参照)、全
面エッチバックにより、接続孔14内にプラグ23を充
填形成する(図10(b)参照)。この後、全面にAl
Cu膜17aを成膜してリフロー処理を施し、その上に
TiN膜17bを成膜して、レジストパターン19を形
成し(図11参照)、このレジストパターン19をマス
クとしたドライエッチングにより上層配線層17を形成
する(図7参照)。この後、所定の処理を施して半導体
装置を完成する。
Thereafter, similarly to the third embodiment, the resist pattern 28 is removed, and a TiN film 16 and a tungsten film 23a are sequentially formed (see FIG. 10A). A plug 23 is filled and formed in 14 (see FIG. 10B). After this, Al
A Cu film 17a is formed, a reflow process is performed, a TiN film 17b is formed thereon, a resist pattern 19 is formed (see FIG. 11), and an upper wiring is formed by dry etching using the resist pattern 19 as a mask. The layer 17 is formed (see FIG. 7). Thereafter, predetermined processing is performed to complete the semiconductor device.

【0042】この実施の形態では、接続孔14を開口し
てから、接続孔14のサイズより若干大きいレジストパ
ターン28を接続孔14形成領域を覆うように形成し
て、層間絶縁膜22の等方性エッチングを行う。これに
より、上記実施の形態3と同様に、接続孔14の開口面
を接続孔周囲部分22a以外の層間絶縁膜22表面より
高く形成でき、上記実施の形態3と同様の効果が得られ
る。また、この場合、層間絶縁膜22の等方性エッチン
グに用いるレジストマスク28は接続孔14を埋め込ん
で形成するため、除去する際に、接続孔14内のものも
除去する必要があるが(図13参照)、接続孔14開口
時には、レジストパターン27下地の層間絶縁膜22に
段差がないため、段差起因のハレーションに伴うレジス
トパターン異常が発生し難く信頼性良く接続孔14が形
成できる(図12参照)。
In this embodiment, after opening the connection hole 14, a resist pattern 28 slightly larger than the size of the connection hole 14 is formed so as to cover the region where the connection hole 14 is formed, and the isotropic formation of the interlayer insulating film 22 is performed. Etching is performed. Thus, similarly to the third embodiment, the opening surface of the connection hole 14 can be formed higher than the surface of the interlayer insulating film 22 other than the connection hole peripheral portion 22a, and the same effect as the third embodiment can be obtained. Further, in this case, since the resist mask 28 used for isotropic etching of the interlayer insulating film 22 is formed by burying the connection hole 14, it is necessary to remove the inside of the connection hole 14 when removing the resist mask 28 (FIG. 13), since there is no step in the interlayer insulating film 22 underlying the resist pattern 27 when the connection hole 14 is opened, the resist pattern abnormality due to halation due to the step hardly occurs, and the connection hole 14 can be formed with high reliability (FIG. 12). reference).

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る請求項1記
載の半導体装置は、半導体基板上に、絶縁層を介して積
層され、該絶縁層に設けられた接続孔内に充填されたプ
ラグにより互いに接続された上下配線層を有する装置構
成であって、上記プラグを、上記上層配線層とは異種の
導電材料で構成して、その上部をドーム状あるいは先細
り状の突出部として上記絶縁層表面から突出させたた
め、上層配線層を良好なカバレジで形成できると共に、
上層配線層のパターニング時に、ボーダレス構造におけ
る上層配線層とプラグとの界面でのサイドエッチの発生
が防止できて、プラグと上層配線層との接触抵抗を安定
して低減でき、ヒロックの発生も防止でき、半導体装置
の特性および信頼性が向上する。また、プラグと上層配
線層との接触面積の増大による接触抵抗の低減効果およ
びボーダレス構造におけるアライメント精度の緩和効果
もあり、信頼性が一層向上する。
As described above, according to the semiconductor device of the first aspect of the present invention, a plug is stacked on a semiconductor substrate via an insulating layer, and is filled in a connection hole provided in the insulating layer. Wherein the plug is made of a conductive material different from that of the upper wiring layer, and the upper portion of the insulating layer is formed as a dome-shaped or tapered projection. Because it protrudes from the surface, the upper wiring layer can be formed with good coverage,
During the patterning of the upper wiring layer, the occurrence of side etching at the interface between the upper wiring layer and the plug in the borderless structure can be prevented, the contact resistance between the plug and the upper wiring layer can be reduced stably, and the occurrence of hillocks is also prevented. As a result, the characteristics and reliability of the semiconductor device are improved. Further, there is an effect of reducing the contact resistance by increasing the contact area between the plug and the upper wiring layer, and an effect of relaxing the alignment accuracy in the borderless structure, so that the reliability is further improved.

【0044】またこの発明に係る請求項2記載の半導体
装置は、半導体基板上に、絶縁層を介して積層され、該
絶縁層に設けられた接続孔内に充填されたプラグにより
互いに接続された上下配線層を有する装置構成であっ
て、上記絶縁層の膜厚を上記接続孔周囲部分のみ厚くし
て該接続孔開口面を上記絶縁層表面より高く形成したた
め、上層配線層のパターニング時に、ボーダレス構造に
おける上層配線層とプラグとの界面でのサイドエッチの
発生が防止でき、プラグと上層配線層との接触抵抗を安
定して低減でき、ヒロックの発生も防止できて、半導体
装置の特性および信頼性が向上する。
According to a second aspect of the present invention, the semiconductor device is stacked on the semiconductor substrate via an insulating layer, and is connected to each other by a plug filled in a connection hole provided in the insulating layer. In the device configuration having upper and lower wiring layers, the thickness of the insulating layer is increased only in the peripheral portion of the connection hole so that the opening surface of the connection hole is formed higher than the surface of the insulating layer. The generation of side etch at the interface between the upper wiring layer and the plug in the structure can be prevented, the contact resistance between the plug and the upper wiring layer can be reduced stably, and the occurrence of hillocks can also be prevented. The performance is improved.

【0045】またこの発明に係る請求項3記載の半導体
装置は、請求項1または2において、絶縁層上に形成さ
れた上層配線層の膜厚が、プラグ形成領域で薄くなるた
め、上層配線層のパターニング時における、ボーダレス
構造の上層配線層とプラグとの界面でのサイドエッチ発
生防止効果が確実に得られ、半導体装置の特性および信
頼性が向上する。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the thickness of the upper wiring layer formed on the insulating layer is reduced in the plug formation region. In patterning, the effect of preventing the occurrence of side etching at the interface between the upper wiring layer and the plug of the borderless structure is reliably obtained, and the characteristics and reliability of the semiconductor device are improved.

【0046】またこの発明に係る請求項4記載の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線
層を覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に
上記下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程
と、該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面にプラグ
用金属膜を形成する第3の工程と、該プラグ用金属膜
を、上記接続孔サイズより若干大きいレジストマスクで
上記接続孔形成領域を覆って所定の厚さまで選択的にエ
ッチング除去し、その後全面エッチバックすることによ
り、上記接続孔内にプラグを、その上部をドーム状ある
いは先細り状の突出部として上記絶縁層表面から突出さ
せて形成する第4の工程と、上記絶縁層上に、上記プラ
グと異なる導電材料から成る上層配線層を該プラグと接
触するように形成する第5の工程とを含むため、上層配
線層を良好なカバレジで形成できると共に、上層配線層
のパターニング時に、ボーダレス構造における上層配線
層とプラグとの界面でのサイドエッチの発生が防止で
き、プラグと上層配線層との接触抵抗を安定して低減で
き、ヒロックの発生も防止できて、半導体装置の特性お
よび信頼性が向上する。また、プラグと上層配線層との
接触面積の増大による接触抵抗の低減効果およびボーダ
レス構造におけるアライメント精度の緩和効果もあり、
信頼性が一層向上する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and forming the lower wiring on the insulating layer. A second step of opening a connection hole reaching the layer, a third step of filling the connection hole and forming a plug metal film on the entire surface of the insulating layer, The connection hole forming region is covered with a resist mask slightly larger than the hole size, and is selectively etched and removed to a predetermined thickness. Thereafter, the entire surface is etched back, whereby a plug is formed in the connection hole, and the upper portion thereof is dome-shaped or tapered. A fourth step of protruding from the surface of the insulating layer to form a protruding portion having a shape, and forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the plug on the insulating layer so as to be in contact with the plug. Since the fifth step is included, the upper wiring layer can be formed with good coverage, and at the time of patterning the upper wiring layer, side etching can be prevented from occurring at the interface between the upper wiring layer and the plug in the borderless structure. The contact resistance between the semiconductor device and the upper wiring layer can be stably reduced, hillocks can be prevented from occurring, and the characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved. It also has the effect of reducing the contact resistance by increasing the contact area between the plug and the upper wiring layer, and the effect of reducing the alignment accuracy in the borderless structure.
Reliability is further improved.

【0047】またこの発明に係る請求項5記載の半導体
装置の製造方法は、請求項4における第4の工程におい
て、レジストマスクを用いた選択的エッチングの際、異
方性エッチングを用い、該レジストマスクが自然消滅す
るようにしたため、プラグ突出部をドーム状に容易に形
成できると共に、工程数も削減できる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect, the selective etching using a resist mask uses anisotropic etching in the fourth step. Since the mask naturally disappears, the plug protrusion can be easily formed in a dome shape, and the number of steps can be reduced.

【0048】またこの発明に係る請求項6記載の半導体
装置の製造方法は、請求項4における第4の工程におい
て、レジストマスクを用いた選択的エッチングの際、等
方性エッチングを用い、該エッチング後に上記レジスト
マスクを除去するため、プラグ突出部を先細り状に容易
に形成できる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, in the fourth step, isotropic etching is used in the selective etching using a resist mask. Since the resist mask is removed later, the plug protrusion can be easily formed in a tapered shape.

【0049】またこの発明に係る請求項7記載の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線
層を覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記下層配線
層に接続する接続孔の形成予定領域を覆うように上記絶
縁層上に該接続孔サイズより若干大きいレジストマスク
を形成して、上記絶縁層を所定の厚さまで等方性エッチ
ングにより選択的にエッチング除去する第2の工程と、
上記絶縁層の上記接続孔形成予定領域を開口して、該開
口部周囲部分のみ上記絶縁層が厚くなるように上記接続
孔を形成する第3の工程と、上記接続孔内にプラグを埋
め込み形成する第4の工程と、上記絶縁層上に上記プラ
グと異なる導電材料から成る上層配線層を該プラグと接
触するように形成する第5の工程とを含むため、上層配
線層のパターニング時に、ボーダレス構造における上層
配線層とプラグとの界面でのサイドエッチの発生が防止
でき、プラグと上層配線層との接触抵抗を安定して低減
でき、ヒロックの発生も防止できて、半導体装置の特性
および信頼性が向上する。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, a first step of forming an insulating layer covering the lower wiring layer formed on the semiconductor substrate, and connecting to the lower wiring layer Forming a resist mask slightly larger than the connection hole size on the insulating layer so as to cover a region where the connection hole is to be formed, and selectively removing the insulating layer by isotropic etching to a predetermined thickness; Process and
A third step of opening the region where the connection hole is to be formed in the insulating layer and forming the connection hole so that the thickness of the insulating layer is increased only around the opening; and forming a plug in the connection hole. And a fifth step of forming an upper wiring layer made of a conductive material different from that of the plug on the insulating layer so as to be in contact with the plug. The generation of side etch at the interface between the upper wiring layer and the plug in the structure can be prevented, the contact resistance between the plug and the upper wiring layer can be reduced stably, and the occurrence of hillocks can also be prevented. The performance is improved.

【0050】またこの発明に係る請求項8記載の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線
層を覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に
上記下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程
と、上記接続孔サイズより若干大きいレジストを該接続
孔を埋め込んで上記絶縁層上に形成し、該レジストマス
クを用いた等方性エッチングにより、上記絶縁層を上記
接続孔周囲部分のみ厚くなるように選択的に所定の厚さ
までエッチング除去する第3の工程と、上記接続孔内に
プラグを埋め込み形成する第4の工程と、上記絶縁層上
に上記プラグと異なる導電材料から成る上層配線層を該
プラグと接触するように形成する第5の工程とを含むた
め、上層配線層のパターニング時に、ボーダレス構造に
おける上層配線層とプラグとの界面でのサイドエッチの
発生が防止でき、プラグと上層配線層との接触抵抗を安
定して低減でき、ヒロックの発生も防止できて、半導体
装置の特性および信頼性が向上する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate; and forming the lower wiring on the insulating layer. A second step of opening a connection hole reaching the layer, a resist slightly larger than the connection hole size is formed on the insulating layer by filling the connection hole, and isotropic etching using the resist mask, A third step of selectively removing the insulating layer by etching to a predetermined thickness so as to increase the thickness only at a portion around the connection hole, a fourth step of burying a plug in the connection hole, Forming an upper wiring layer made of a conductive material different from that of the plug so as to be in contact with the plug, so that when the upper wiring layer is patterned, the upper wiring layer in the borderless structure is formed. Occurrence of side etching at the interface between the plug can be prevented, can stably reduce the contact resistance between the plug and the upper wiring layer, also prevents the occurrence of hillocks, characteristics and reliability of the semiconductor device is improved.

【0051】またこの発明に係る請求項9記載の半導体
装置の製造方法は、請求項7または8において、絶縁層
を選択的に等方性エッチングする際、エッチング後の該
絶縁層表面の高さが、後工程で形成するプラグ表面の高
さよりも低くなるようにエッチング厚さを設定するた
め、上層配線層のパターニング時に、ボーダレス構造に
おける上層配線層とプラグとの界面でのサイドエッチの
発生が確実に防止でき、半導体装置の特性および信頼性
が向上する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the seventh or eighth aspect, when the insulating layer is selectively isotropically etched, the height of the surface of the insulating layer after the etching is selected. However, since the etching thickness is set so as to be lower than the height of the plug surface formed in a later step, side etching occurs at the interface between the upper wiring layer and the plug in the borderless structure during patterning of the upper wiring layer. As a result, the characteristics and reliability of the semiconductor device are improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1による半導体装置の
構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】 この発明の実施の形態1による半導体装置の
製造工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】 この発明の実施の形態1による半導体装置の
製造工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図4】 この発明の実施の形態2による半導体装置の
構造を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図5】 この発明の実施の形態2による半導体装置の
製造工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating a manufacturing step of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図6】 この発明の実施の形態2による半導体装置の
製造工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;

【図7】 この発明の実施の形態3による半導体装置の
構造を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;

【図8】 この発明の実施の形態3による半導体装置の
製造工程を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view illustrating a manufacturing step of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;

【図9】 この発明の実施の形態3による半導体装置の
製造工程を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;

【図10】 この発明の実施の形態3による半導体装置
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;

【図11】 この発明の実施の形態3による半導体装置
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view illustrating a manufacturing step of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;

【図12】 この発明の実施の形態4による半導体装置
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view illustrating a manufacturing step of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention;

【図13】 この発明の実施の形態4による半導体装置
の製造工程を示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view illustrating a manufacturing step of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention;

【図14】 従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
である。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【図15】 従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体基板、12 下層配線層、13 絶縁層と
しての層間絶縁膜、14 接続孔、15 プラグ、15
a 突出部、15b プラグ用金属膜としてのタングス
テン膜、17 上層配線層、17a 上層配線層を構成
するAlCu膜、18 レジストパターン、20 プラ
グ、20a 突出部、20b プラグ用金属膜としての
タングステン膜、21 レジストパターン、22 絶縁
層としての層間絶縁膜、22a 接続孔周囲部分、23
プラグ、23a プラグ用金属膜としてのタングステ
ン膜、24,28 レジストパターン。
Reference Signs List 11 semiconductor substrate, 12 lower wiring layer, 13 interlayer insulating film as insulating layer, 14 connection hole, 15 plug, 15
a protruding portion, 15b tungsten film as a plug metal film, 17 upper wiring layer, 17a AlCu film constituting upper wiring layer, 18 resist pattern, 20 plug, 20a protruding portion, 20b tungsten film as plug metal film, Reference Signs List 21 resist pattern, 22 interlayer insulating film as insulating layer, 22a connection hole peripheral portion, 23
Plug, 23a Tungsten film as metal film for plug, 24, 28 Resist pattern.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、絶縁層を介して積層さ
れ、該絶縁層に設けられた接続孔内に充填されたプラグ
により互いに接続された上下配線層を有する半導体装置
において、上記プラグを、上記上層配線層とは異種の導
電材料で構成して、その上部をドーム状あるいは先細り
状の突出部として上記絶縁層表面から突出させたことを
特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having an upper and lower wiring layers stacked on a semiconductor substrate via an insulating layer and connected to each other by plugs filled in connection holes provided in the insulating layer, A semiconductor device comprising a conductive material different from the upper wiring layer, the upper portion of which is projected from the surface of the insulating layer as a dome-shaped or tapered projection.
【請求項2】 半導体基板上に、絶縁層を介して積層さ
れ、該絶縁層に設けられた接続孔内に充填されたプラグ
により互いに接続された上下配線層を有する半導体装置
において、上記絶縁層の膜厚を上記接続孔周囲部分のみ
厚くして該接続孔開口面を上記絶縁層表面より高く形成
したことを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device comprising an upper and lower wiring layers stacked on a semiconductor substrate via an insulating layer and connected to each other by plugs filled in connection holes provided in the insulating layer. A semiconductor device, wherein the thickness of the contact hole is increased only in the peripheral portion of the connection hole, and the opening surface of the connection hole is formed higher than the surface of the insulating layer.
【請求項3】 絶縁層上に形成された上層配線層の膜厚
が、プラグ形成領域で薄くなることを特徴とする請求項
1または2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the upper wiring layer formed on the insulating layer is reduced in the plug formation region.
【請求項4】 半導体基板上に形成された下層配線層を
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
該接続孔を埋め込んで上記絶縁層上の全面にプラグ用金
属膜を形成する第3の工程と、該プラグ用金属膜を、上
記接続孔サイズより若干大きいレジストマスクで上記接
続孔形成領域を覆って所定の厚さまで選択的にエッチン
グ除去し、その後全面エッチバックすることにより、上
記接続孔内にプラグを、その上部をドーム状あるいは先
細り状の突出部として上記絶縁層表面から突出させて形
成する第4の工程と、上記絶縁層上に、上記プラグと異
なる導電材料から成る上層配線層を該プラグと接触する
ように形成する第5の工程とを含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
4. A first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate, and a second step of opening a connection hole reaching the lower wiring layer in the insulating layer.
A third step of burying the connection hole and forming a plug metal film on the entire surface of the insulating layer; and covering the plug metal film with a resist mask slightly larger than the connection hole size. By selectively etching and removing the plug to a predetermined thickness and then etching back the entire surface, a plug is formed in the connection hole by projecting from the surface of the insulating layer as a dome-shaped or tapered projection at the top. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a fourth step; and a fifth step of forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the plug on the insulating layer so as to be in contact with the plug. .
【請求項5】 第4の工程において、レジストマスクを
用いた選択的エッチングの際、異方性エッチングを用
い、該レジストマスクが自然消滅するようにしたことを
特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
5. The semiconductor according to claim 4, wherein, in the fourth step, anisotropic etching is used in the selective etching using the resist mask, so that the resist mask disappears spontaneously. Device manufacturing method.
【請求項6】 第4の工程において、レジストマスクを
用いた選択的エッチングの際、等方性エッチングを用
い、該エッチング後に上記レジストマスクを除去するこ
とを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
6. The semiconductor device according to claim 4, wherein, in the fourth step, isotropic etching is used in the selective etching using the resist mask, and the resist mask is removed after the etching. Manufacturing method.
【請求項7】 半導体基板上に形成された下層配線層を
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記下層配線層に
接続する接続孔の形成予定領域を覆うように上記絶縁層
上に該接続孔サイズより若干大きいレジストマスクを形
成して、上記絶縁層を所定の厚さまで等方性エッチング
により選択的にエッチング除去する第2の工程と、上記
絶縁層の上記接続孔形成予定領域を開口して、該開口部
周囲部分のみ上記絶縁層が厚くなるように上記接続孔を
形成する第3の工程と、上記接続孔内にプラグを埋め込
み形成する第4の工程と、上記絶縁層上に上記プラグと
異なる導電材料から成る上層配線層を該プラグと接触す
るように形成する第5の工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
7. A first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate, and forming the insulating layer on the insulating layer so as to cover a region where a connection hole to be connected to the lower wiring layer is to be formed. A second step of forming a resist mask slightly larger than the connection hole size, and selectively removing the insulating layer by isotropic etching to a predetermined thickness, and forming the connection hole formation region of the insulating layer. A third step of forming the connection hole such that the insulation layer is thickened only in a portion surrounding the opening, a fourth step of burying a plug in the connection hole, Forming a upper wiring layer made of a conductive material different from that of the plug so as to be in contact with the plug.
【請求項8】 半導体基板上に形成された下層配線層を
覆う絶縁層を形成する第1の工程と、上記絶縁層に上記
下層配線層に到達する接続孔を開口する第2の工程と、
上記接続孔サイズより若干大きいレジストを該接続孔を
埋め込んで上記絶縁層上に形成し、該レジストマスクを
用いた等方性エッチングにより、上記絶縁層を上記接続
孔周囲部分のみ厚くなるように選択的に所定の厚さまで
エッチング除去する第3の工程と、上記接続孔内にプラ
グを埋め込み形成する第4の工程と、上記絶縁層上に上
記プラグと異なる導電材料から成る上層配線層を該プラ
グと接触するように形成する第5の工程とを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A first step of forming an insulating layer covering a lower wiring layer formed on a semiconductor substrate, and a second step of opening a connection hole reaching the lower wiring layer in the insulating layer.
A resist slightly larger than the connection hole size is formed on the insulating layer by filling the connection hole, and the insulating layer is selected by isotropic etching using the resist mask so that only the portion around the connection hole is thickened. A third step of selectively etching and removing the plug to a predetermined thickness, a fourth step of burying a plug in the connection hole, and forming an upper wiring layer made of a conductive material different from the plug on the insulating layer. And a fifth step of forming the semiconductor device so as to be in contact with the semiconductor device.
【請求項9】 絶縁層を選択的に等方性エッチングする
際、エッチング後の該絶縁層表面の高さが、後工程で形
成するプラグ表面の高さよりも低くなるようにエッチン
グ厚さを設定することを特徴とする請求項7または8記
載の半導体装置の製造方法。
9. When the insulating layer is selectively isotropically etched, the etching thickness is set so that the height of the surface of the insulating layer after the etching is lower than the height of the surface of a plug formed in a later step. 9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein:
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