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JP2016105520A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2016105520A
JP2016105520A JP2016043261A JP2016043261A JP2016105520A JP 2016105520 A JP2016105520 A JP 2016105520A JP 2016043261 A JP2016043261 A JP 2016043261A JP 2016043261 A JP2016043261 A JP 2016043261A JP 2016105520 A JP2016105520 A JP 2016105520A
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film
insulating film
conductive film
photoresist
semiconductor device
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JP2016043261A
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邦彦 長瀬
Kunihiko Nagase
邦彦 長瀬
稔雄 高山
Toshio Takayama
稔雄 高山
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Original Assignee
Socionext Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device, which enables the increase in yield of semiconductor devices.SOLUTION: A method for manufacturing semiconductor device comprises the steps of: forming an insulative film 11 over a semiconductor substrate 1; polishing an upper surface of the insulative film 11 according to a chemical mechanical polishing method; forming holes 11a in the insulative film 11; forming a first conductive film 17 on the upper surface of the insulative film 11, and inner faces of the holes 11a; forming a mask film 41a of photoresist in each hole 11a; removing, by etching, the first conductive film 17 on the upper surface of the insulative film 11; removing the mask film 41a; and forming a second conductive film on the first conductive film 17 in each hole 11a.SELECTED DRAWING: Figure 17

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

LSI等の半導体装置は複数の配線や絶縁膜を積層することにより製造される。その絶縁膜の上面には下地の配線やゲート電極等を反映した凹凸が形成されるが、その凹凸は、絶縁膜のパターニング精度を低下させて半導体装置の微細化を妨げる原因となる。   A semiconductor device such as an LSI is manufactured by laminating a plurality of wirings and insulating films. Irregularities that reflect the underlying wiring, gate electrodes, and the like are formed on the upper surface of the insulating film, but the irregularities reduce the patterning accuracy of the insulating film and prevent miniaturization of the semiconductor device.

そこで、絶縁膜を形成した後に、その絶縁膜に対して化学機械研磨法(CMP: Chemical Mechanical Polishing)で研磨を行うことがある。CMPは、絶縁膜の上面にスラリを供給しながら研磨パッドで絶縁膜を研磨するものであり、その研磨によって絶縁膜の上面を平坦化することができる。   Therefore, after forming an insulating film, the insulating film may be polished by chemical mechanical polishing (CMP). CMP is to polish the insulating film with a polishing pad while supplying slurry to the upper surface of the insulating film, and the upper surface of the insulating film can be flattened by the polishing.

しかしながら、スラリに研磨屑やパーティクル等の異物が混入すると、その異物によって絶縁膜の上面にスクラッチと呼ばれる微細な傷が生じることがある。その傷に導電材料が埋め込まれることで隣接するコンタクトプラグ同士が電気的にショートし、半導体装置の歩留まりが低下してしまう。   However, when foreign matter such as polishing scraps or particles is mixed in the slurry, the foreign matter may cause fine scratches called scratches on the upper surface of the insulating film. When the conductive material is embedded in the scratch, adjacent contact plugs are electrically short-circuited, and the yield of the semiconductor device is reduced.

このようなショートを防止するために、傷に埋め込まれた導電材料を除去する方法が提供されているが、いずれも改善の余地がある。   In order to prevent such a short circuit, methods for removing the conductive material embedded in the scratches have been provided, but there is room for improvement in any case.

例えば、タングステンを材料とするコンタクトプラグを絶縁膜に埋め込んだ後に、プラズマエッチングで絶縁膜の全面をエッチバックすることにより、その絶縁膜の傷に埋め込まれたタングステンを除去する方法が提案されている。しかし、この方法では、コンタクトプラグがエッチング雰囲気に曝されてしまうので、コンタクトプラグの表面が変質してコンタクト不良が発生するおそれがある。   For example, a method has been proposed in which a contact plug made of tungsten is embedded in an insulating film, and then the entire surface of the insulating film is etched back by plasma etching to remove tungsten embedded in the scratches on the insulating film. . However, in this method, since the contact plug is exposed to the etching atmosphere, the surface of the contact plug may be altered and a contact failure may occur.

特開平10−56014号公報JP-A-10-56014

半導体装置の製造方法において、半導体装置の歩留まりを向上させることを目的とする。   An object of the method for manufacturing a semiconductor device is to improve the yield of the semiconductor device.

以下の開示の一観点によれば、半導体基板の上方に第1の絶縁膜を形成する工程と、化学機械研磨法により前記第1の絶縁膜の上面を研磨する工程と、前記研磨の後、前記第1の絶縁膜に第1のホールを形成する工程と、前記第1の絶縁膜の上面と前記第1のホールの内面に第1の導電膜を形成する工程と、前記第1の導電膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、前記フォトレジストを露光する工程と、前記露光の後、前記フォトレジストを現像することにより、前記第1のホール内に前記フォトレジストをマスク膜として残しながら、前記第1の絶縁膜の上方から前記フォトレジストを除去する工程と、前記第1の絶縁膜の前記上面において、前記マスク膜で覆われていない部分の前記第1の導電膜をエッチングして除去する工程と、前記第1の導電膜をエッチングして除去する工程の後、第1のホール内の前記マスク膜を除去する工程と、前記マスク膜を除去する工程の後、前記第1のホール内の前記第1の導電膜の上に第2の導電膜を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。   According to one aspect of the following disclosure, a step of forming a first insulating film above a semiconductor substrate, a step of polishing an upper surface of the first insulating film by a chemical mechanical polishing method, and after the polishing, Forming a first hole in the first insulating film; forming a first conductive film on an upper surface of the first insulating film; and an inner surface of the first hole; and A step of applying a photoresist on the film; a step of exposing the photoresist; and developing the photoresist after the exposure to leave the photoresist as a mask film in the first hole. However, the step of removing the photoresist from above the first insulating film, and etching the portion of the first conductive film that is not covered with the mask film on the upper surface of the first insulating film. Removing the process, After the step of removing the first conductive film by etching, the step of removing the mask film in the first hole and the step of removing the mask film, then the first film in the first hole. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a second conductive film over one conductive film.

以下の開示によれば、第1の絶縁膜の上面の第1の導電膜を除去し、第1のホールの内面に残された第1の導電膜の上に第2の導電膜を形成する。よって、化学機械研磨法による研磨の際に第1の絶縁膜の上面に傷が形成されても、その傷に第1の導電膜や第2の導電膜が埋め込まれなくなる。その結果、傷内の第1の導電膜や第2の導電膜が原因で複数の第1のホール内の第2の導電膜同士が電気的にショートする危険性が低減され、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。   According to the following disclosure, the first conductive film on the upper surface of the first insulating film is removed, and the second conductive film is formed on the first conductive film left on the inner surface of the first hole. . Therefore, even when a scratch is formed on the upper surface of the first insulating film during polishing by the chemical mechanical polishing method, the first conductive film and the second conductive film are not embedded in the scratch. As a result, the risk of an electrical short between the second conductive films in the plurality of first holes due to the first conductive film and the second conductive film in the scratch is reduced, and the yield of the semiconductor device is reduced. Can be improved.

図1(a)、(b)は、調査に使用した半導体装置の製造途中の断面図(その1)である。FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views (part 1) of the semiconductor device used for the investigation in the middle of manufacture. 図2(a)、(b)は、調査に使用した半導体装置の製造途中の断面図(その2)である。FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views (part 2) in the middle of manufacturing the semiconductor device used for the investigation. 図3(a)、(b)は、調査に使用した半導体装置の製造途中の断面図(その3)である。3A and 3B are cross-sectional views (part 3) of the semiconductor device used for the investigation in the course of manufacturing. 図4(a)、(b)は、調査に使用した半導体装置の製造途中の断面図(その4)である。FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views (part 4) in the middle of manufacturing the semiconductor device used for the investigation. 図5(a)、(b)は、調査に使用した半導体装置の製造途中の断面図(その5)である。FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views (part 5) in the middle of manufacturing the semiconductor device used for the investigation. 図6(a)、(b)は、調査に使用した半導体装置の製造途中の断面図(その6)である。6A and 6B are cross-sectional views (part 6) of the semiconductor device used for the investigation in the middle of manufacture. 図7は、調査に使用した半導体装置の製造途中の断面図(その7)である。FIG. 7 is a sectional view (No. 7) of the semiconductor device used for the investigation in the middle of manufacture. 図8は、図4(b)の工程を終了した後の第1の層間絶縁膜の上面のSEM(Scanning Electron Microscope)像を基にして描いた平面図である。FIG. 8 is a plan view drawn based on an SEM (Scanning Electron Microscope) image of the upper surface of the first interlayer insulating film after the process of FIG. 図9(a)、(b)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その1)である。FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views (part 1) in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図10(a)、(b)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その2)である。FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views (part 2) in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図11(a)、(b)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その3)である。FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views (part 3) in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図12は、第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その4)である。FIG. 12 is a cross-sectional view (part 4) of the semiconductor device according to the first embodiment during manufacture. 図13は、第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その5)である。FIG. 13 is a sectional view (No. 5) of the semiconductor device according to the first embodiment in the middle of manufacture. 図14は、第1実施形態において傷が形成された第1の層間絶縁膜の上面を模式的に表す平面図である。FIG. 14 is a plan view schematically showing the upper surface of the first interlayer insulating film in which scratches are formed in the first embodiment. 図15(a)、(b)は、第2実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その1)である。15A and 15B are cross-sectional views (part 1) in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 図16(a)、(b)は、第2実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その2)である。16A and 16B are cross-sectional views (part 2) of the semiconductor device according to the second embodiment during manufacture. 図17(a)、(b)は、第2実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その3)である。FIGS. 17A and 17B are cross-sectional views (part 3) in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment. 図18は、第2実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図(その4)である。FIG. 18 is a cross-sectional view (part 4) of the semiconductor device according to the second embodiment in the middle of manufacture. 図19は、第2実施形態において、ポジ型のフォトレジストを用いた場合の露光光の照射領域を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing an exposure light irradiation region when a positive photoresist is used in the second embodiment.

本実施形態の説明に先立ち、本願発明者の調査結果について説明する。   Prior to the description of the present embodiment, the investigation results of the inventors will be described.

図1〜図7は、その調査に使用した半導体装置の製造途中の断面図である。   1-7 is sectional drawing in the middle of manufacture of the semiconductor device used for the investigation.

この半導体装置を製造するには、まず、図1(a)に示すように、シリコン基板1に素子分離用の溝を形成し、その溝に活性領域を画定する素子分離絶縁膜2として酸化シリコン膜を埋め込む。このような素子分離構造はSTI(Shallow Trench Isolation)と呼ばれるが、これに代えてLOCOS(Local Oxidation of Silicon)により素子分離を行ってもよい。また、シリコン基板1は半導体基板の一例である。   In order to manufacture this semiconductor device, first, as shown in FIG. 1A, an element isolation trench is formed in a silicon substrate 1, and silicon oxide is used as an element isolation insulating film 2 that defines an active region in the trench. Embed the membrane. Such an element isolation structure is called STI (Shallow Trench Isolation). Alternatively, element isolation may be performed by LOCOS (Local Oxidation of Silicon). The silicon substrate 1 is an example of a semiconductor substrate.

次いで、シリコン基板1の活性領域にp型不純物をイオン注入してpウェル3を形成する。   Next, p-type impurities are ion-implanted into the active region of the silicon substrate 1 to form a p-well 3.

更に、活性領域におけるシリコン基板1を熱酸化することにより、ゲート絶縁膜4となる熱酸化膜を形成する。そして、その熱酸化膜の上にCVD法によりポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜をパターニングしてゲート電極5を形成する。   Further, a thermal oxide film to be the gate insulating film 4 is formed by thermally oxidizing the silicon substrate 1 in the active region. Then, a polysilicon film is formed on the thermal oxide film by a CVD method, and the polysilicon film is patterned to form the gate electrode 5.

続いて、ゲート電極5をマスクにし、シリコン基板1にn型不純物をイオン注入してn型ソースドレインエクステンション6を形成する。   Subsequently, using the gate electrode 5 as a mask, an n-type impurity is ion-implanted into the silicon substrate 1 to form an n-type source / drain extension 6.

次いで、シリコン基板1の上側全面に絶縁膜を形成し、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極5の横に絶縁性サイドウォール7を形成する。その絶縁膜として、例えば、CVD法により酸化シリコン膜を形成する。   Next, an insulating film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1, and the insulating film is etched back to form an insulating sidewall 7 next to the gate electrode 5. As the insulating film, for example, a silicon oxide film is formed by a CVD method.

そして、この絶縁性サイドウォール7とゲート電極5とをマスクにしてシリコン基板1にn型不純物をイオン注入することにより、n型ソースドレイン領域8を形成する。   Then, an n-type source / drain region 8 is formed by ion-implanting n-type impurities into the silicon substrate 1 using the insulating sidewall 7 and the gate electrode 5 as a mask.

更に、シリコン基板1の上側全面にコバルト膜等の金属膜をスパッタ法で形成した後、その金属膜を加熱してシリコンと反応させることにより、金属シリサイド層9としてコバルトシリサイド層を形成する。   Further, after a metal film such as a cobalt film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 by sputtering, the metal film is heated and reacted with silicon, thereby forming a cobalt silicide layer as the metal silicide layer 9.

その後、素子分離絶縁膜2の上等で未反応となっている金属膜をウエットエッチングして除去する。   Thereafter, the unreacted metal film on the element isolation insulating film 2 and the like is removed by wet etching.

以上により、ゲート電極5やn型ソースドレイン領域8を備えたMOSトランジスタTRがシリコン基板1の上に形成されたことになる。   As described above, the MOS transistor TR including the gate electrode 5 and the n-type source / drain region 8 is formed on the silicon substrate 1.

次に、図1(b)に示すように、シリコン基板1とゲート電極5の上にCVD法で酸化シリコン膜を1nm〜7nm程度の厚さに形成し、その酸化シリコン膜を第1の層間絶縁膜11とする。   Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film is formed on the silicon substrate 1 and the gate electrode 5 by a CVD method to a thickness of about 1 nm to 7 nm, and the silicon oxide film is formed on the first interlayer. The insulating film 11 is used.

ここで、第1の層間絶縁膜11の上面xには、下地のゲート電極5を反映した凸部11yが形成される。その凸部11yは、第1の層間絶縁膜11を精度良くパターニングするのを妨げ、後の工程で第1の層間絶縁膜11に微細なコンタクトホールを形成するのを阻害してしまう。   Here, a convex portion 11 y reflecting the underlying gate electrode 5 is formed on the upper surface x of the first interlayer insulating film 11. The convex portion 11y prevents the first interlayer insulating film 11 from being patterned with high accuracy, and prevents the formation of a fine contact hole in the first interlayer insulating film 11 in a later step.

そこで、次の工程では、図2(a)に示すように、第1の層間絶縁膜11の上面11xに対してCMPを行うことにより凸部11yを除去し、上面11xを平坦化する。   Therefore, in the next step, as shown in FIG. 2A, the convex portion 11y is removed by performing CMP on the upper surface 11x of the first interlayer insulating film 11, and the upper surface 11x is flattened.

また、このようにCMPを行うと、スラリに研磨屑やパーティクル等の異物が混入し、これらの異物によって上面11xに傷11zが形成されることがある。   Further, when CMP is performed in this manner, foreign matters such as polishing scraps and particles may be mixed in the slurry, and the foreign matter may form scratches 11z on the upper surface 11x.

続いて、図2(b)に示すように、平坦化された上面11xの上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、開口15aを備えた第1のレジスト膜15を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 2B, a first resist film 15 having an opening 15a is formed by applying a photoresist on the flattened upper surface 11x, exposing and developing it. To do.

ここで、本例では、第1のレジスト膜15を形成する前に予め上面11xをCMPで平坦化してあるので、第1のレジスト膜15の平坦性も良好となり、第1のレジスト膜15の開口15aの加工精度が向上する。   Here, in this example, since the upper surface 11x is planarized beforehand by CMP before forming the first resist film 15, the flatness of the first resist film 15 is also improved, and the first resist film 15 The processing accuracy of the opening 15a is improved.

そして、RIE(Reactive Ion Etching)法により開口15aを通じて第1の層間絶縁膜11をドライエッチングし、n型ソースドレイン領域8の上にコンタクトホール11aを形成する。このドライエッチングで使用するエッチングガスとしては、例えば、C4F8ガス、Arガス、及びO2ガスの混合ガスがある。 Then, the first interlayer insulating film 11 is dry-etched through the opening 15 a by RIE (Reactive Ion Etching) method to form a contact hole 11 a on the n-type source / drain region 8. As an etching gas used in this dry etching, for example, there is a mixed gas of C 4 F 8 gas, Ar gas, and O 2 gas.

上記のように開口15aの加工精度が良いため、コンタクトホール11aも精度良く形成することができる。   Since the processing accuracy of the opening 15a is good as described above, the contact hole 11a can also be formed with high accuracy.

その後に、図3(a)に示すように、第1のレジスト膜15をアッシングして除去する。   Thereafter, as shown in FIG. 3A, the first resist film 15 is removed by ashing.

次に、図3(b)に示すように、第1の層間絶縁膜11の上面11xとコンタクトホール11aの内面とに、第1の導電膜17としてチタン膜と窒化チタン膜とをこの順にスパッタ法で形成する。これらの膜の膜厚は特に限定されないが、チタン膜は5nm〜30nm程度の膜厚に形成し、窒化チタン膜は5nm〜10nm程度の膜厚に形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, a titanium film and a titanium nitride film are sputtered in this order as the first conductive film 17 on the upper surface 11x of the first interlayer insulating film 11 and the inner surface of the contact hole 11a. Form by law. Although the thickness of these films is not particularly limited, the titanium film is formed to a thickness of about 5 nm to 30 nm, and the titanium nitride film is formed to a thickness of about 5 nm to 10 nm.

また、上記のように上面11xには傷11zが形成されているため、第1の導電膜17はその傷11z内にも形成される。   Further, since the scratch 11z is formed on the upper surface 11x as described above, the first conductive film 17 is also formed in the scratch 11z.

なお、第1の導電膜17はチタン膜と窒化チタン膜との積層膜に限定されない。第1の導電膜17としては、チタン膜、タンタル膜、窒化チタン膜、及び窒化タンタル膜のいずれかの単層膜、又はこれらの積層膜を形成し得る。   Note that the first conductive film 17 is not limited to a stacked film of a titanium film and a titanium nitride film. As the first conductive film 17, a single layer film of a titanium film, a tantalum film, a titanium nitride film, and a tantalum nitride film, or a stacked film thereof can be formed.

続いて、図4(a)に示すように、第1の導電膜17の上に熱CVD法により第2の導電膜18としてタングステン膜を形成し、その第2の導電膜18によりコンタクトホール11aを完全に埋める。   Subsequently, as shown in FIG. 4A, a tungsten film is formed as a second conductive film 18 on the first conductive film 17 by a thermal CVD method, and the contact hole 11a is formed by the second conductive film 18. Completely fill.

このタングステン膜の成膜条件は、成膜雰囲気の圧力が40Torr、基板温度が390℃である。また、タングステン膜の成膜ガスとしては、流量が50sccmの六フッ化タングステン(WF6)ガスと、流量が200sccmの水素ガスと、流量が200sccmのシラン(SiH4)ガスとの混合ガスを使用する。 The tungsten film is formed under the conditions that the pressure of the film formation atmosphere is 40 Torr and the substrate temperature is 390 ° C. As a tungsten film deposition gas, a mixed gas of tungsten hexafluoride (WF 6 ) gas having a flow rate of 50 sccm, hydrogen gas having a flow rate of 200 sccm, and silane (SiH 4 ) gas having a flow rate of 200 sccm is used. To do.

このような条件を採用した場合、タングステン膜は、下地の材料の如何によらずにシリコン基板1の上側全面に成長する。但し、本例のように下地として第1の導電膜17を形成すると、その第1の導電膜17が核となってタングステン膜の成長が促されると共に、そのタングステン膜と第1の層間絶縁膜11との密着性も高められる。このように成長の促進や密着性の向上を担う第1の導電膜17はグルー膜とも呼ばれる。   When such conditions are employed, the tungsten film grows on the entire upper surface of the silicon substrate 1 regardless of the underlying material. However, when the first conductive film 17 is formed as a base as in this example, the first conductive film 17 serves as a nucleus to promote the growth of the tungsten film, and the tungsten film and the first interlayer insulating film 11 is also improved. Thus, the first conductive film 17 responsible for promoting growth and improving adhesion is also called a glue film.

また、上記のように第1の層間絶縁膜11の上面11xに傷11zが形成されているため、第2の導電膜18は傷11z内にも形成される。   In addition, since the scratch 11z is formed on the upper surface 11x of the first interlayer insulating film 11 as described above, the second conductive film 18 is also formed in the scratch 11z.

次に、図4(b)に示すように、第1の導電膜17と第2の導電膜18に対してCMPを行うことにより、上面11xの上の余分な第1の導電膜17と第2の導電膜18とを除去し、これらの膜をコンタクトホール11a内にコンタクトプラグ18aとして残す。   Next, as shown in FIG. 4B, by performing CMP on the first conductive film 17 and the second conductive film 18, the extra first conductive film 17 and the first conductive film 17 on the upper surface 11x. The two conductive films 18 are removed, and these films are left as contact plugs 18a in the contact holes 11a.

なお、このCMPでは、その研磨量を多めにしても、傷11z内に第1の導電膜17と第2の導電膜18とが残ることがある。   In this CMP, even if the polishing amount is large, the first conductive film 17 and the second conductive film 18 may remain in the scratch 11z.

続いて、図5(a)に示すように、コンタクトプラグ18aと第1の層間絶縁膜11の各々の上に第2の層間絶縁膜19を150nm〜300nm程度の厚さに形成する。第2の絶縁膜18としては、デバイスの高速化を図るために酸化シリコン膜よりも誘電率が低い低誘電率絶縁膜を形成するのが好ましく、本例では第2の層間絶縁膜19としてSiOC膜を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 5A, a second interlayer insulating film 19 is formed on the contact plug 18a and the first interlayer insulating film 11 to a thickness of about 150 nm to 300 nm. As the second insulating film 18, it is preferable to form a low dielectric constant insulating film having a dielectric constant lower than that of the silicon oxide film in order to increase the device speed. In this example, the second interlayer insulating film 19 is made of SiOC. A film is formed.

その後に、第2の層間絶縁膜19の上にCVD法で炭化シリコン(SiC)膜を30nm〜70nm程度の厚さに形成し、その炭化シリコン膜を第1の反射防止絶縁膜20とする。なお、炭化シリコン膜に代えて窒化シリコン(SiN)膜を第1の反射防止絶縁膜20として形成してもよい。   Thereafter, a silicon carbide (SiC) film is formed to a thickness of about 30 nm to 70 nm on the second interlayer insulating film 19 by the CVD method, and the silicon carbide film is used as the first antireflection insulating film 20. Note that a silicon nitride (SiN) film may be formed as the first antireflection insulating film 20 instead of the silicon carbide film.

続いて、図5(b)に示すように、第1の反射防止絶縁膜20の上にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより開口21aを備えた第2のレジスト膜21を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, a second resist film 21 having an opening 21a is formed by applying a photoresist on the first antireflection insulating film 20, exposing and developing it. Form.

更に、その開口21aを通じて第2の層間絶縁膜19と第1の反射防止絶縁膜20とをドライエッチングし、第1の配線溝19aを形成する。   Further, the second interlayer insulating film 19 and the first antireflection insulating film 20 are dry-etched through the opening 21a to form the first wiring groove 19a.

その後に、第2のレジスト膜21をアッシングして除去する。   Thereafter, the second resist film 21 is removed by ashing.

次に、図6(a)に示すように、第1の配線溝19aの内面と第1の反射防止絶縁膜20の上面にバリアメタル膜23としてスパッタ法で窒化タンタル膜を5nm〜30nm程度の厚さに形成する。なお、窒化タンタル膜に代えて、チタン膜、窒化チタン膜、及びタンタル膜のいずれかをバリアメタル膜23として形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 6A, a tantalum nitride film is formed on the inner surface of the first wiring groove 19a and the upper surface of the first antireflection insulating film 20 as a barrier metal film 23 by a sputtering method to a thickness of about 5 nm to 30 nm. Form to thickness. Note that any of a titanium film, a titanium nitride film, and a tantalum film may be formed as the barrier metal film 23 instead of the tantalum nitride film.

次いで、図6(b)に示すように、バリアメタル膜23の上に不図示の銅膜をスパッタ法で形成した後、その銅膜を給電層にする電解めっき法により第3の導電膜24として銅めっき膜を形成し、その第3の導電膜24で第1の配線溝19aを埋め込む。   Next, as shown in FIG. 6B, after forming a copper film (not shown) on the barrier metal film 23 by sputtering, the third conductive film 24 is formed by electrolytic plating using the copper film as a power feeding layer. A copper plating film is formed, and the first wiring groove 19a is filled with the third conductive film 24.

なお、第3の導電膜24は銅めっき膜に限定されず、第3の導電膜24としてスパッタ法でアルミニウム膜を形成してもよい。   Note that the third conductive film 24 is not limited to a copper plating film, and an aluminum film may be formed as the third conductive film 24 by a sputtering method.

そして、図7に示すように、第1の反射防止絶縁膜20の上の余分なバリアメタル膜23と第3の導電膜24とをCMPで研磨して除去し、これらの膜を第1の配線溝19a内にのみ第1の配線24aとして残す。なお、このように研磨により溝内に配線を形成する方法はダマシン法と呼ばれる。   Then, as shown in FIG. 7, the excess barrier metal film 23 and the third conductive film 24 on the first antireflection insulating film 20 are removed by polishing with CMP, and these films are removed from the first antireflection insulating film 20. The first wiring 24a is left only in the wiring groove 19a. Note that the method of forming the wiring in the groove by polishing in this way is called a damascene method.

以上により、この調査に使用した半導体装置の基本構造が完成した。   Thus, the basic structure of the semiconductor device used for this investigation was completed.

上記の例では、図4(b)に示したように、CMPで生じた傷11zに第1の導電膜17と第2の導電膜18とが残ってしまうことがある。   In the above example, as shown in FIG. 4B, the first conductive film 17 and the second conductive film 18 may remain in the scratch 11z generated by CMP.

図8は、図4(b)の工程を終了した後の第1の層間絶縁膜11の上面のSEM(Scanning Electron Microscope)像を基にして描いた平面図である。   FIG. 8 is a plan view drawn based on an SEM (Scanning Electron Microscope) image of the upper surface of the first interlayer insulating film 11 after the process of FIG.

図8に示すように、傷11zは平面視で線状であり、第1の層間絶縁膜11の一部においては複数のコンタクトプラグ18aにまたがって傷11zが形成されている。こうなると、複数のコンタクトプラグ18a同士が、傷11z内に残る第1の導電膜17や第2の導電膜18によって電気的にショートし、半導体装置が不良となってしまう。   As shown in FIG. 8, the scratch 11z is linear in a plan view, and in a part of the first interlayer insulating film 11, the scratch 11z is formed across a plurality of contact plugs 18a. In this case, the plurality of contact plugs 18a are electrically short-circuited by the first conductive film 17 and the second conductive film 18 remaining in the scratch 11z, and the semiconductor device becomes defective.

このようなショートを防止するには、傷11z内の第1の導電膜17と第2の導電膜18とを除去すればよいと考えられる。但し、第1の導電膜17と第2の導電膜18を除去する際にコンタクトプラグ18aにダメージが入ると、コンタクトプラグ18aにコンタクト不良が発生するおそれがある。   In order to prevent such a short circuit, it is considered that the first conductive film 17 and the second conductive film 18 in the scratch 11z may be removed. However, if the contact plug 18a is damaged when the first conductive film 17 and the second conductive film 18 are removed, a contact failure may occur in the contact plug 18a.

以下に、そのようなコンタクト不良を抑制しつつ、コンタクトプラグ18a同士のショートを防止することができる実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment capable of preventing a short circuit between the contact plugs 18a while suppressing such contact failure will be described.

(第1実施形態)
図9〜図13は、第1実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、図9〜図13において、図1〜図7で説明したのと同じ要素にはこれらの図面におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
(First embodiment)
9 to 13 are cross-sectional views of the semiconductor device according to the first embodiment being manufactured. 9 to 13, the same elements as those described in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 7, and description thereof is omitted below.

本実施形態では、まず、図1(a)〜図3(b)に示す工程を行うことにより、図9(a)に示すように、第1の層間絶縁膜11の上面11xとコンタクトホール11aの内面に第1の導電膜17を形成する。   In this embodiment, first, by performing the steps shown in FIGS. 1A to 3B, the upper surface 11x of the first interlayer insulating film 11 and the contact hole 11a as shown in FIG. 9A. A first conductive film 17 is formed on the inner surface.

また、この時点では、図2(a)の工程で第1の層間絶縁膜11に対してCMPを行ったことが原因で上面11xに傷11zが形成されており、その傷11zにも上記の第1の導電膜17が形成されている。   At this time, the scratch 11z is formed on the upper surface 11x due to the CMP performed on the first interlayer insulating film 11 in the step of FIG. A first conductive film 17 is formed.

次いで、図9(b)に示すように、第1の導電膜17の上にマスク膜30を形成する。マスク膜30の材料としては樹脂又はフォトレジストがある。このうち、フォトレジストは入手が容易であるためマスク膜30の材料として特に好適である。フォトレジストを使用する場合、フォトレジストの塗膜を形成した後、その塗膜をベークすることによりマスク膜30を形成し得る。   Next, as shown in FIG. 9B, a mask film 30 is formed on the first conductive film 17. As a material of the mask film 30, there is a resin or a photoresist. Among these, photoresist is particularly suitable as a material for the mask film 30 because it is easily available. When a photoresist is used, the mask film 30 can be formed by forming a photoresist coating and then baking the coating.

続いて、図10(a)に示すように、RIEでマスク膜30の全面をエッチバックすることにより、コンタクトホール11a内にマスク膜30を残しながら、第1の層間絶縁膜11の上面11xの上方のマスク膜30を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 10A, the entire surface of the mask film 30 is etched back by RIE, so that the mask film 30 remains in the contact hole 11a and the upper surface 11x of the first interlayer insulating film 11 is formed. The upper mask film 30 is removed.

このRIEの条件は特に限定されない。本実施形態では、エッチングガスとして流量が950sccmのO2ガスをエッチングチャンバに供給すると共に、そのエッチングチャンバ内の圧力を約200mTorrに保持する。そして、基板温度を25℃に維持し、上記のO2ガスに周波数が13.56MHzでパワーが600Wの高周波電力を印加することにより酸素プラズマを生成し、上記のRIEを行う。 The conditions for this RIE are not particularly limited. In this embodiment, O 2 gas having a flow rate of 950 sccm is supplied to the etching chamber as an etching gas, and the pressure in the etching chamber is maintained at about 200 mTorr. Then, the substrate temperature is maintained at 25 ° C., and high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz and a power of 600 W is applied to the O 2 gas to generate oxygen plasma and perform the RIE.

次に、図10(b)に示すように、マスク膜30で覆われていない部分の第1の導電膜17を不図示のICP(Inductively Coupled Plasma)エッチングチャンバ内でエッチングして除去することにより、第1の層間絶縁膜11の上面11xと傷11zとを露出させる。   Next, as shown in FIG. 10B, the portion of the first conductive film 17 not covered with the mask film 30 is removed by etching in an unillustrated ICP (Inductively Coupled Plasma) etching chamber. Then, the upper surface 11x and the scratch 11z of the first interlayer insulating film 11 are exposed.

本工程におけるエッチングガスとしては、BCl3ガス、Cl2ガス、CHF3ガス、及びArガスの混合ガスを使用し得る。これらのガスの流量は、例えば、BCl3ガスが80sccm、Cl2ガスが200sccm、CHF3ガスが10sccm、Arガスが80sccmである。 As an etching gas in this step, a mixed gas of BCl 3 gas, Cl 2 gas, CHF 3 gas, and Ar gas can be used. The flow rates of these gases are, for example, 80 sccm for BCl 3 gas, 200 sccm for Cl 2 gas, 10 sccm for CHF 3 gas, and 80 sccm for Ar gas.

本実施形態では、これらのガスをICPエッチングチャンバに供給しながら、エッチングチャンバ内の圧力を6mTorrに維持する。また、シリコン基板1側に周波数が13.56MHz又は800Hzでパワーが125Wのバイアス用の高周波電力を印加すると共に、エッチングガスに周波数が13.56MHzでパワーが700Wのプラズマ化用の高周波電力を印加してこのエッチングを行う。   In this embodiment, the pressure in the etching chamber is maintained at 6 mTorr while supplying these gases to the ICP etching chamber. In addition, a high frequency power for bias having a frequency of 13.56 MHz or 800 Hz and a power of 125 W is applied to the silicon substrate 1 side, and a high frequency power for plasma formation having a frequency of 13.56 MHz and a power of 700 W is applied to the etching gas. This etching is performed.

なお、RIEに代えてウエットエッチングにより本工程を行ってもよい。そのウエットエッチングで使用し得るエッチング液としては、例えば、硝酸系の液がある。   Note that this step may be performed by wet etching instead of RIE. As an etchant that can be used in the wet etching, for example, there is a nitric acid-based liquid.

この後に、図11(a)に示すように、アンモニアガスと窒素ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用するRIEによりコンタクトホール11a内のマスク膜30をドライエッチングして除去する。   Thereafter, as shown in FIG. 11A, the mask film 30 in the contact hole 11a is removed by dry etching by RIE using a mixed gas of ammonia gas and nitrogen gas as an etching gas.

そのエッチングガスの流量は特に限定されないが、本実施形態ではアンモニアガスの流量を300sccm、窒素ガスの流量を50sccmとし、エッチングチャンバ内の圧力を300mTorrに維持する。また、そのエッチングチャンバ内に周波数が13.56MHzでパワーが100Wの高周波電力を印加することによりエッチングガスをプラズマ化し、上記のRIEを行う。   Although the flow rate of the etching gas is not particularly limited, in this embodiment, the flow rate of ammonia gas is 300 sccm, the flow rate of nitrogen gas is 50 sccm, and the pressure in the etching chamber is maintained at 300 mTorr. Further, by applying high frequency power having a frequency of 13.56 MHz and a power of 100 W in the etching chamber, the etching gas is turned into plasma and the above RIE is performed.

続いて、図11(b)に示すように、コンタクトホール11a内に残された第1の導電膜17の上に熱CVD法でタングステン膜を形成し、そのタングステン膜をコンタクトプラグ18aとする。なお、タングステン膜は第2の導電膜の一例である。   Subsequently, as shown in FIG. 11B, a tungsten film is formed on the first conductive film 17 left in the contact hole 11a by a thermal CVD method, and the tungsten film is used as a contact plug 18a. Note that the tungsten film is an example of a second conductive film.

そのタングステン膜の成長方法としては、図4(a)のようにシリコン基板1の上側全面にタングステン膜を成長させる方法の他に、導電膜の上にのみタングステン膜を選択的に成長させる選択成長法がある。   As a method for growing the tungsten film, in addition to the method for growing the tungsten film on the entire upper surface of the silicon substrate 1 as shown in FIG. 4A, the selective growth for selectively growing the tungsten film only on the conductive film. There is a law.

本実施形態ではその選択成長法を採用することにより、第1の導電膜17の上のみにタングステン膜を選択的に成長させ、第1の層間絶縁膜11の上にはタングステン膜を成長させない。   In this embodiment, by adopting the selective growth method, a tungsten film is selectively grown only on the first conductive film 17 and no tungsten film is grown on the first interlayer insulating film 11.

そのタングステン膜の成膜条件は特に限定されない。但し、図4(a)のようにシリコン基板1の上側全面にタングステン膜を形成する場合と比較して、基板温度の低温化、シランガスの低流量化、成膜雰囲気の低圧化等により、第1の絶縁膜11の上にタングステン膜が形成されるのを防止し易くなる。   The conditions for forming the tungsten film are not particularly limited. However, as compared with the case where a tungsten film is formed on the entire upper surface of the silicon substrate 1 as shown in FIG. 4A, the substrate temperature is lowered, the flow rate of the silane gas is lowered, the pressure of the deposition atmosphere is lowered, and the like. It becomes easy to prevent the tungsten film from being formed on the one insulating film 11.

そこで、本実施形態では、このタングステン膜を成膜するときの基板温度を300℃とすると共に、成膜雰囲気の圧力を300mTorrとする。また、そのタングステン膜の成膜ガスとして、流量が50sccmの六フッ化タングステンガスと、流量が200sccmの水素ガスと、流量が10sccmのシランガスとの混合ガスを使用する。   Therefore, in the present embodiment, the substrate temperature when forming the tungsten film is set to 300 ° C., and the pressure of the film forming atmosphere is set to 300 mTorr. Further, as a film forming gas for the tungsten film, a mixed gas of tungsten hexafluoride gas having a flow rate of 50 sccm, hydrogen gas having a flow rate of 200 sccm, and silane gas having a flow rate of 10 sccm is used.

このような条件を採用することで、第1の導電膜17が形成されていない傷11zにはタングステン膜が埋め込まれず、複数のコンタクトプラグ18a同士が傷11z内のタングステン膜で電気的に接続される危険性を低減できる。   By adopting such conditions, the tungsten film is not embedded in the scratch 11z in which the first conductive film 17 is not formed, and the plurality of contact plugs 18a are electrically connected by the tungsten film in the scratch 11z. Can reduce the risk.

次いで、図12に示すように、図5(a)〜図7と同じ工程を行うことにより、第2の層間絶縁膜19と第1の反射防止絶縁膜20とをこの順に形成し、これらの絶縁膜にダマシン法で第1の配線24aを埋め込む。   Next, as shown in FIG. 12, by performing the same steps as FIG. 5A to FIG. 7, the second interlayer insulating film 19 and the first antireflection insulating film 20 are formed in this order. The first wiring 24a is embedded in the insulating film by a damascene method.

次に、図13に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。   Next, steps required until a sectional structure shown in FIG.

まず、第1の配線24aと第1の反射防止絶縁膜20の各々の上にCVD法で第3の層間絶縁膜32としてSiOC膜を150nm〜250nmの厚さに形成する。   First, a SiOC film having a thickness of 150 nm to 250 nm is formed as the third interlayer insulating film 32 on each of the first wiring 24a and the first antireflection insulating film 20 by the CVD method.

そして、その第3の層間絶縁膜32をパターニングすることにより第1の配線24aの上にホール32aを形成し、そのホール32a内に導体プラグ33を形成する。導体プラグ33は、コンタクトプラグ18aと同様に、ホール32a内にグルー膜とタングステン膜とをこの順に形成した後、第3の層間絶縁膜32の上の余分なグルー膜とタングステン膜とをCMPで研磨して除去することにより形成される。   Then, by patterning the third interlayer insulating film 32, a hole 32a is formed on the first wiring 24a, and a conductor plug 33 is formed in the hole 32a. As with the contact plug 18a, the conductor plug 33 forms a glue film and a tungsten film in this order in the hole 32a, and then forms an extra glue film and tungsten film on the third interlayer insulating film 32 by CMP. It is formed by polishing and removing.

更に、導体プラグ33と第3の層間絶縁膜32の上に、CVD法で第4の層間絶縁膜34と第2の反射防止絶縁膜35をこの順に形成する。このうち、第4の層間絶縁膜34は膜厚が150nm〜300nm程度のSiOC膜であり、第2の反射防止絶縁膜35は膜厚が50nm〜100nm程度の炭化シリコン膜又は窒化シリコン膜である。   Further, a fourth interlayer insulating film 34 and a second antireflection insulating film 35 are formed in this order on the conductor plug 33 and the third interlayer insulating film 32 by the CVD method. Among these, the fourth interlayer insulating film 34 is a SiOC film having a thickness of about 150 nm to 300 nm, and the second antireflection insulating film 35 is a silicon carbide film or a silicon nitride film having a thickness of about 50 nm to 100 nm. .

そして、第4の層間絶縁膜34と第2の反射防止絶縁膜35をパターニングしてこれら絶縁膜に第2の配線溝34aを形成する。その後に、第2の配線溝34aに第2の配線40としてダマシン法で銅めっき膜を埋め込む。なお、第2の配線40は銅めっき膜に限定されず、第2の配線40としてスパッタ法でアルミニウム膜を形成してもよい。   Then, the fourth interlayer insulating film 34 and the second antireflection insulating film 35 are patterned to form a second wiring groove 34a in these insulating films. Thereafter, a copper plating film is embedded in the second wiring groove 34a as the second wiring 40 by the damascene method. The second wiring 40 is not limited to a copper plating film, and an aluminum film may be formed as the second wiring 40 by a sputtering method.

以上により、本実施形態に係る半導体装置の基本構造が完成する。   As described above, the basic structure of the semiconductor device according to this embodiment is completed.

上記した本実施形態によれば、図10(b)の工程で傷11z内の第1の導電膜17を除去するので、図11(b)の工程において選択成長法でタングステン膜を形成するときに、傷11z内にタングステン膜が成長しない。   According to the above-described embodiment, since the first conductive film 17 in the scratch 11z is removed in the step of FIG. 10B, the tungsten film is formed by the selective growth method in the step of FIG. Furthermore, no tungsten film grows in the scratch 11z.

図14は、本実施形態において傷11zが形成された第1の層間絶縁膜11の上面を模式的に表す平面図である。   FIG. 14 is a plan view schematically showing the upper surface of the first interlayer insulating film 11 in which the scratch 11z is formed in the present embodiment.

図14に示すように、複数のコンタクトプラグ18aにまたがって傷11zが形成されていても、上記のように傷11z内にタングステン膜が存在しないので、そのタングステン膜によってコンタクトプラグ18a同士が電気的にショートする危険性が低減できる。   As shown in FIG. 14, even if the scratch 11z is formed across the plurality of contact plugs 18a, the tungsten film does not exist in the scratch 11z as described above, so that the contact plugs 18a are electrically connected to each other by the tungsten film. The risk of short circuiting can be reduced.

これにより、コンタクトプラグ18a同士のショートが原因で半導体装置が不良となるのを抑制でき、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。   Thereby, it is possible to prevent the semiconductor device from being defective due to a short circuit between the contact plugs 18a, and it is possible to improve the yield of the semiconductor device.

しかも、この方法によれば、図11(b)の工程でコンタクトプラグ18aを形成した時点で既に傷11z内にタングステンが存在しない。そのため、コンタクトプラグ18aを形成した後に、傷11z内のタングステンを除去する目的でプラズマエッチングを行う必要がなく、そのプラズマエッチングによりコンタクトプラグ18aがダメージを受けてコンタクト不良が生じるおそれもない。   Moreover, according to this method, tungsten is not already present in the scratch 11z when the contact plug 18a is formed in the step of FIG. 11B. Therefore, after the contact plug 18a is formed, it is not necessary to perform plasma etching for the purpose of removing tungsten in the scratch 11z, and there is no possibility that the contact plug 18a is damaged by the plasma etching and a contact failure occurs.

なお、本実施形態では第1の層間絶縁膜11の上面11xの傷11zにタングステン膜が埋め込まれるのを防止したが、これを第1の層間絶縁膜11よりも上の層間絶縁膜に適用してもよい。これについては後述の第2実施形態でも同様である。   In this embodiment, the tungsten film is prevented from being embedded in the scratch 11z on the upper surface 11x of the first interlayer insulating film 11, but this is applied to the interlayer insulating film above the first interlayer insulating film 11. May be. The same applies to the second embodiment described later.

(第2実施形態)
第1実施形態では、図10(a)に示したように、マスク膜30をエッチバックすることにより、コンタクトホール11a内にのみマスク膜30を残した。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, as shown in FIG. 10A, the mask film 30 is etched back to leave the mask film 30 only in the contact hole 11a.

これに対し、本実施形態では、以下のようにしてフォトレジストを露光、現像することにより、コンタクトホール11a内にのみマスク膜を残す。   On the other hand, in the present embodiment, the mask film is left only in the contact hole 11a by exposing and developing the photoresist as follows.

図15〜図18は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。なお、図15〜図18において、第1実施形態で説明したのと同じ要素には第1実施形態におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。   15 to 18 are cross-sectional views in the middle of manufacturing the semiconductor device according to this embodiment. 15 to 18, the same elements as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted below.

本実施形態に係る半導体装置を製造するには、まず、図1(a)〜図3(b)に示した工程を行うことにより、図15(a)に示すように、第1の層間絶縁膜11の上面11xとコンタクトホール11aの内面に第1の導電膜17を形成する。   To manufacture the semiconductor device according to the present embodiment, first, the first interlayer insulation is performed as shown in FIG. 15A by performing the steps shown in FIGS. A first conductive film 17 is formed on the upper surface 11x of the film 11 and the inner surface of the contact hole 11a.

次いで、図15(b)に示すように、第1の導電膜17の上にネガ型のフォトレジスト41を塗布し、そのフォトレジスト41でコンタクトホール11aを埋めた後、フォトレジスト41を加熱してベークする。   Next, as shown in FIG. 15B, a negative photoresist 41 is applied on the first conductive film 17, and after filling the contact hole 11 a with the photoresist 41, the photoresist 41 is heated. Bake.

次に、図16(a)に示すように、コンタクトホール11a内のフォトレジスト41に露光光Lを照射することによりフォトレジスト41を露光する。なお、コンタクトホール11aの外側のフォトレジスト41には露光光Lを照射せず、当該フォトレジスト41を未露光の状態とする。   Next, as shown in FIG. 16A, the photoresist 41 is exposed by irradiating the exposure light L to the photoresist 41 in the contact hole 11a. Note that the photoresist 41 outside the contact hole 11a is not irradiated with the exposure light L, and the photoresist 41 is left unexposed.

フォトレジスト41の表面での露光光Lの照射領域は不図示のレチクルにより定まるが、そのレチクルとしてコンタクトホール11a用のレチクルを使うことで、本工程に専用のレチクルを作製する必要がなくなり、半導体装置のコストを低廉化することができる。   The irradiation area of the exposure light L on the surface of the photoresist 41 is determined by a reticle (not shown). However, by using a reticle for the contact hole 11a as the reticle, there is no need to manufacture a dedicated reticle for this process, and the semiconductor The cost of the apparatus can be reduced.

また、上記のフォトレジスト41はネガ型であるが、これに代えてポジ型のフォトレジスト41を用いてもよい。   The photoresist 41 is a negative type, but a positive type photoresist 41 may be used instead.

図19は、ポジ型のフォトレジスト41を用いた場合の露光光Lの照射領域を示す断面図である。図19に示すように、この場合は、コンタクトホール11aの外側のフォトレジスト41を露光光Lで露光し、コンタクトホール11a内のフォトレジスト41には露光光Lを照射せずに当該フォトレジスト41を未露光の状態とする。   FIG. 19 is a cross-sectional view showing an irradiation region of the exposure light L when a positive photoresist 41 is used. As shown in FIG. 19, in this case, the photoresist 41 outside the contact hole 11a is exposed with the exposure light L, and the photoresist 41 in the contact hole 11a is not irradiated with the exposure light L, and the photoresist 41 is exposed. Is unexposed.

次に、図16(b)に示すように、フォトレジスト41を現像することにより、コンタクトホール11a内にフォトレジスト41をマスク膜41aとして残しながら、第1の層間絶縁膜11の上面11xの上方のフォトレジスト41を除去する。   Next, as shown in FIG. 16B, the photoresist 41 is developed to leave the photoresist 41 as a mask film 41a in the contact hole 11a, and above the upper surface 11x of the first interlayer insulating film 11. The photoresist 41 is removed.

そして、図17(a)に示すように、マスク膜41aで覆われていない部分の第1の導電膜17を不図示のICPエッチングチャンバ内でエッチングして除去することにより、第1の層間絶縁膜11の上面11xと傷11zとを露出させる。   Then, as shown in FIG. 17A, a portion of the first conductive film 17 that is not covered with the mask film 41a is etched and removed in an ICP etching chamber (not shown), thereby providing a first interlayer insulation. The upper surface 11x and the scratch 11z of the film 11 are exposed.

本工程のエッチング条件は特に限定されない。本実施形態ではこのエッチングのエッチングガスとしてBCl3ガス、Cl2ガス、CHF3ガス、及びArガスの混合ガスを使用する。そして、BCl3ガスの流量を80sccm、Cl2ガスの流量を200sccm、CHF3ガスの流量を10sccm、Arガスの流量を80sccmとする。 The etching conditions in this step are not particularly limited. In this embodiment, a mixed gas of BCl 3 gas, Cl 2 gas, CHF 3 gas, and Ar gas is used as an etching gas for this etching. The flow rate of BCl 3 gas is 80 sccm, the flow rate of Cl 2 gas is 200 sccm, the flow rate of CHF 3 gas is 10 sccm, and the flow rate of Ar gas is 80 sccm.

更に、これらのガスをICPエッチングチャンバに供給しながら、エッチングチャンバ内の圧力を6mTorrに維持する。また、シリコン基板1側に周波数が13.56MHzでパワーが125Wのバイアス用の高周波電力を印加すると共に、エッチングガスに周波数が13.56MHzでパワーが700Wのプラズマ化用の高周波電力を印加してこのエッチングを行う。   Further, while supplying these gases to the ICP etching chamber, the pressure in the etching chamber is maintained at 6 mTorr. In addition, a high frequency power for bias having a frequency of 13.56 MHz and a power of 125 W is applied to the silicon substrate 1 side, and a high frequency power for plasma formation having a frequency of 13.56 MHz and a power of 700 W is applied to the etching gas. This etching is performed.

なお、第1実施形態と同様に、RIEに代えてウエットエッチングにより本工程を行ってもよい。   As in the first embodiment, this step may be performed by wet etching instead of RIE.

次いで、図17(b)に示すように、アンモニアガスと窒素ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用するRIEによりコンタクトホール11a内のマスク膜41aをドライエッチングして除去する。   Next, as shown in FIG. 17B, the mask film 41a in the contact hole 11a is removed by dry etching by RIE using a mixed gas of ammonia gas and nitrogen gas as an etching gas.

なお、そのエッチング条件は第1実施形態の図11(a)におけるのと同じなのでここでは省略する。   Since the etching conditions are the same as those in FIG. 11A of the first embodiment, they are omitted here.

そして、図18に示すように、第1実施形態の図11(b)におけるのと同じ条件の選択成長法により、コンタクトホール11a内に残存する第1の導電膜17の上に熱CVD法でタングステン膜を形成し、そのタングステン膜をコンタクトプラグ18aとする。   Then, as shown in FIG. 18, a thermal CVD method is performed on the first conductive film 17 remaining in the contact hole 11a by a selective growth method under the same conditions as in FIG. 11B of the first embodiment. A tungsten film is formed, and the tungsten film is used as a contact plug 18a.

第1実施形態で説明したように、選択成長法では第1の導電膜17の上にのみタングステン膜が成長し、傷11z内にはタングステン膜が成長しない。   As described in the first embodiment, in the selective growth method, a tungsten film grows only on the first conductive film 17, and no tungsten film grows in the scratch 11z.

この後は、第1実施形態で説明した図12〜図13と同じ工程を行うことにより、本実施形態に係る半導体装置の基本構造を完成させる。   Thereafter, the same steps as those in FIGS. 12 to 13 described in the first embodiment are performed to complete the basic structure of the semiconductor device according to the present embodiment.

以上説明した本実施形態においても、傷11z内にタングステン膜を成長させないので、傷11z内のタングステン膜が原因で複数のコンタクトプラグ18a同士が電気的にショートする危険性を低減できる。   Also in the present embodiment described above, since the tungsten film is not grown in the scratch 11z, the risk that the plurality of contact plugs 18a are electrically short-circuited due to the tungsten film in the scratch 11z can be reduced.

上記した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。   The following additional notes are disclosed with respect to the above-described embodiments.

(付記1) 半導体基板の上方に第1の絶縁膜を形成する工程と、
化学機械研磨法により前記第1の絶縁膜の上面を研磨する工程と、
前記研磨の後、前記第1の絶縁膜に第1のホールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の上面と前記第1のホールの内面に第1の導電膜を形成する工程と、
前記第1のホールの内面に前記第1の導電膜を残しながら、前記第1の絶縁膜の前記上面の前記第1の導電膜を除去する工程と、
前記第1の導電膜を除去する工程の後、前記第1のホール内の前記第1の導電膜の上に第2の導電膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Additional remark 1) The process of forming a 1st insulating film above a semiconductor substrate,
Polishing the upper surface of the first insulating film by a chemical mechanical polishing method;
Forming a first hole in the first insulating film after the polishing;
Forming a first conductive film on an upper surface of the first insulating film and an inner surface of the first hole;
Removing the first conductive film on the top surface of the first insulating film while leaving the first conductive film on the inner surface of the first hole;
After the step of removing the first conductive film, forming a second conductive film on the first conductive film in the first hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

(付記2) 前記2の導電膜を形成する工程において、前記第1の導電膜の上に選択的に、前記第2の導電膜としてタングステン膜を成長させることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 2) In the step of forming the second conductive film, a tungsten film is selectively grown as the second conductive film on the first conductive film. A method for manufacturing a semiconductor device.

(付記3) 前記第1の導電膜を除去する工程は、
前記第1のホールの前記内面の前記第1の導電膜を覆うマスク膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の前記上面において、前記マスク膜で覆われていない部分の前記第1の導電膜をエッチングして除去する工程とを有することを特徴とする付記1又は付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 3) The step of removing the first conductive film includes:
Forming a mask film covering the first conductive film on the inner surface of the first hole;
The method according to claim 1 or 2, further comprising: etching and removing the portion of the first conductive film that is not covered with the mask film on the upper surface of the first insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.

(付記4) 前記マスク膜を形成する工程は、
前記第1の導電膜の上に前記マスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をエッチバックすることにより、前記第1のホール内に前記マスク膜を残しながら、前記第1の絶縁膜の前記上面の上方の前記マスク膜を除去する工程とを有することを特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 4) The step of forming the mask film includes:
Forming the mask film on the first conductive film;
Etching the mask film to remove the mask film above the upper surface of the first insulating film while leaving the mask film in the first hole. A manufacturing method of a semiconductor device according to attachment 3.

(付記5) 前記マスク膜の材料として樹脂又はフォトレジストを使用することを特徴とする付記4に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 5) Resin or a photoresist is used as a material of the said mask film | membrane, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 4 characterized by the above-mentioned.

(付記6) 前記マスク膜を形成する工程は、
前記第1の導電膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、
前記フォトレジストを露光する工程と、
前記露光の後、前記フォトレジストを現像することにより、前記第1のホール内に前記フォトレジストを前記マスク膜として残しながら、前記第1の絶縁膜の上方から前記フォトレジストを除去することを特徴とする付記3に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 6) The step of forming the mask film includes:
Applying a photoresist on the first conductive film;
Exposing the photoresist;
After the exposure, the photoresist is developed to remove the photoresist from above the first insulating film while leaving the photoresist as the mask film in the first hole. A method for manufacturing a semiconductor device according to Supplementary Note 3.

(付記7) 前記フォトレジストはネガ型であり、
前記フォトレジストを露光する工程において、前記第1のホール内の前記フォトレジストを露光し、前記第1のホールの外側の前記フォトレジストは未露光とすることを特徴とする付記6に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 7) The photoresist is a negative type,
7. The semiconductor according to appendix 6, wherein in the step of exposing the photoresist, the photoresist in the first hole is exposed, and the photoresist outside the first hole is unexposed. Device manufacturing method.

(付記8) 前記フォトレジストはポジ型であり、 前記フォトレジストを露光する工程において、前記第1のホールの外側の前記フォトレジストを露光し、前記第1のホール内の前記フォトレジストは未露光とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。   (Appendix 8) The photoresist is a positive type, and in the step of exposing the photoresist, the photoresist outside the first hole is exposed, and the photoresist in the first hole is unexposed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

(付記9) 前記第1の導電膜は、チタン膜、タンタル膜、窒化チタン膜、及び窒化タンタル膜のいずれかの単層膜、又はこれらの積層膜であることを特徴とする付記1乃至付記8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 9) The said 1st electrically conductive film is a single layer film in any one of a titanium film, a tantalum film, a titanium nitride film, and a tantalum nitride film, or these laminated films, 9. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8.

(付記10) 前記第2の導電膜を形成する工程の後、前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜に第2のホールを形成する工程と、
前記第2のホールの内部に第3の導電膜を形成する工程と
を更に有することを特徴とする付記1乃至9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 10) After the step of forming the second conductive film, a step of forming a second insulating film on the first insulating film;
Forming a second hole in the second insulating film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 9, further comprising a step of forming a third conductive film inside the second hole.

1…シリコン基板、2…素子分離絶縁膜、3…pウェル、4…ゲート絶縁膜、5…ゲート電極、6…n型ソースドレインエクステンション、7…絶縁性サイドウォール、8…n型ソースドレイン領域、9…金属シリサイド層、11…第1の層間絶縁膜、11a…コンタクトホール、11x…上面、11y…凸部、11z…傷、15…第1のレジスト膜、15a…開口、17…第1の導電膜、18…第2の導電膜、18a…コンタクトプラグ、19…第2の層間絶縁膜、19a…第1の配線溝、20…第1の反射防止絶縁膜、21…第2のレジスト膜、21a…開口、23…バリアメタル膜、24…第3の導電膜、24a…第1の配線、30…マスク膜、32…第3の層間絶縁膜、32a…ホール、33…導体プラグ、34…第4の層間絶縁膜、35…第2の反射防止絶縁膜、40…第2の配線、41…フォトレジスト、41a…マスク膜。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Element isolation insulating film, 3 ... p well, 4 ... gate insulating film, 5 ... gate electrode, 6 ... n-type source / drain extension, 7 ... insulating side wall, 8 ... n-type source / drain region , 9 ... Metal silicide layer, 11 ... First interlayer insulating film, 11a ... Contact hole, 11x ... Upper surface, 11y ... Projection, 11z ... Scratches, 15 ... First resist film, 15a ... Opening, 17 ... First , 18 ... second conductive film, 18a ... contact plug, 19 ... second interlayer insulating film, 19a ... first wiring groove, 20 ... first antireflection insulating film, 21 ... second resist Film, 21a ... opening, 23 ... barrier metal film, 24 ... third conductive film, 24a ... first wiring, 30 ... mask film, 32 ... third interlayer insulating film, 32a ... hole, 33 ... conductor plug, 34. Fourth interlayer insulating film, 3 ... second dielectric antireflective film, 40 ... second wiring 41 ... photoresist, 41a ... mask film.

Claims (2)

半導体基板の上方に第1の絶縁膜を形成する工程と、
化学機械研磨法により前記第1の絶縁膜の上面を研磨する工程と、
前記研磨の後、前記第1の絶縁膜に第1のホールを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜の上面と前記第1のホールの内面に第1の導電膜を形成する工程と、
前記第1の導電膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、
前記フォトレジストを露光する工程と、
前記露光の後、前記フォトレジストを現像することにより、前記第1のホール内に前記フォトレジストをマスク膜として残しながら、前記第1の絶縁膜の上方から前記フォトレジストを除去する工程と、
前記第1の絶縁膜の前記上面において、前記マスク膜で覆われていない部分の前記第1の導電膜をエッチングして除去する工程と、
前記第1の導電膜をエッチングして除去する工程の後、第1のホール内の前記マスク膜を除去する工程と、
前記マスク膜を除去する工程の後、前記第1のホール内の前記第1の導電膜の上に第2の導電膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first insulating film over the semiconductor substrate;
Polishing the upper surface of the first insulating film by a chemical mechanical polishing method;
Forming a first hole in the first insulating film after the polishing;
Forming a first conductive film on an upper surface of the first insulating film and an inner surface of the first hole;
Applying a photoresist on the first conductive film;
Exposing the photoresist;
Developing the photoresist after the exposure, removing the photoresist from above the first insulating film while leaving the photoresist as a mask film in the first hole;
Etching and removing the portion of the first conductive film that is not covered with the mask film on the upper surface of the first insulating film;
After removing the first conductive film by etching, removing the mask film in the first hole;
Forming a second conductive film on the first conductive film in the first hole after the step of removing the mask film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記フォトレジストを露光する際のレチクルとして、前記第1のホールの形成に使用したのと同じレチクルを使用することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the same reticle as that used for forming the first hole is used as a reticle for exposing the photoresist.
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