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JP3677755B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置における配線技術に係り、特に、高集積化に好適な構造の配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
LSIの大規模化に伴い、素子の微細化が追求されている。
より微細な寸法のゲート、配線、コンタクトホールを有する半導体集積回路を実現するために、従来より、フォトリソグラフィーにおける露光波長を短波長化して解像力を向上することが行われている。
【0003】
このようにして最小解像寸法を縮小する一方で、リソグラフィー工程間の位置合わせマージンを小さくするデバイス構造が種々検討されており、形成するパターンの寸法を縮小せずにデバイスの寸法を小さくすることが試みられている。
このようなデバイス構造としては、例えば、セルフアラインコンタクト(Self-Align Contact:以下、SACと呼ぶ)或いはボーダレスコンタクト(Borderless Contact:以下、BLCと呼ぶ)等がある。
【0004】
従来のSAC構造について、SAC構造を用いない場合と比較して説明する。
図30(a)に示すように、半導体基板10上に2本のゲート電極40が形成されており、その上層に層間絶縁膜20が形成されている場合において、2本のゲート電極40との間を通して半導体基板10までコンタクトホール22を開口する場合、コンタクトホール22を開口する際の位置合わせ精度を考慮して、予めゲート電極40を配置する必要がある。
【0005】
即ち、コンタクトホール22に導電膜を埋め込んだ際に導電膜とゲート電極40とが短絡しないように、コンタクトホール22とゲート電極40との間隔aは少なくとも位置合わせ精度以上は確保しなければならない(図30(b))。従って、ゲート電極40の間隔がコンタクトホール22に影響され、これ以上の微細化が困難となる。
【0006】
これに対し、SAC構造の場合には、図30(c)に示すように、ゲート電極40は、層間絶縁膜20とエッチング選択性のある絶縁膜38で覆われている。このため、層間絶縁膜20をエッチングするときには絶縁膜38はエッチングされず、コンタクトホール22に導電膜を埋め込んだ場合にも導電膜とゲート電極40とが短絡することはない。
【0007】
従って、コンタクトホール22を形成するリソグラフィー工程において位置ずれが生じた場合にも、半導体基板10の開口部はゲート電極40と絶縁膜38によってのみ決定されるので、図30(d)に示すように、ゲート電極40とコンタクトホール22とを、位置合わせを考慮せずに配置することができる。これにより、素子の微細化が可能となる。
【0008】
なお、SAC構造は、例えば、特開昭61−292323号公報、特開平4−106929号公報、'94 Symp. VLSI Tech., Tech. Dig., pp.99-100に開示されている。
次に、従来のBLC構造について、BLC構造を用いない場合と比較して説明する。
【0009】
図31(a)に示すように、半導体基板10上に素子分離膜12が形成されており、その上層に層間絶縁膜20が形成されている場合において、素子分離膜12近傍にコンタクトホール22を開口する場合、位置ずれが生じた場合にも素子分離膜12上にコンタクトホール22が位置しないように、コンタクトホール22と素子分離膜12とを離間しなければならない。
【0010】
すなわち、素子分離膜上にコンタクトホール22が位置すると、コンタクトホール22を開口する際のエッチングにおいて素子分離膜12がエッチングされてしまい、コンタクトホール22に導電膜を埋め込んだ際に、導電性膜24と半導体基板10との間で接合ショートが発生するからである(図31(b))。
これに対し、BLC構造の場合には、図31(c)に示すように、エッチング選択性の異なる絶縁膜16、18により層間絶縁膜20が形成されている。このとき、素子分離膜12と接する絶縁膜16のエッチング選択性が、素子分離膜12に対して十分得られる材料を選択すれば、コンタクトホール22を半導体基板10表面まで開口する際にも素子分離膜12はエッチングされないので、コンタクトホール22に埋め込む導電膜と半導体基板10との間における接合ショートを防止することができる。
【0011】
従って、BLC構造にすれば、素子分離膜12とコンタクトホール22とが重なる場合にも接合ショートを防止できるので、素子分離膜12とコンタクトホール22との位置合わせ余裕を考慮する必要がなく、例えば、図31(d)に示すようにコンタクトホール22を配置することができる。これにより、素子の微細化が可能となる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のBLC構造を用いた半導体装置には次のような問題があった。
すなわち、絶縁膜16をエッチングする際には、素子分離膜12との選択比をとるためにウェットエッチングを用いることが望ましいが、絶縁膜16を除去するウェットエッチングは等方性のエッチングであるため、絶縁膜18下の絶縁膜16までエッチングされ、空孔30が形成される(図32(a))。このように形成された空孔30は従来のスパッタ法によっては被覆できないため、導電性膜24を堆積した後も残存する(図32(b))。このため、次工程のコンタクト形成プロセスでW埋め込み法を使用してプラグ26を形成した場合、ソースガスであるWF6が空孔部分より侵入してワームホールと呼ばれる基板浸食が生じ、ソース/ドレイン拡散層14部で接合破壊が発生することがあった(図32(c))。
【0013】
また、上記Wプラグの代わりにCVD法により堆積したAl(アルミニウム)を配線材料として用いた場合には、空孔30内においてAlと半導体基板とが直接接触することになるため、後工程の熱処理によってAlと半導体基板とが反応し、ソース/ドレイン拡散層14に接合破壊をもたらすことがあった(図33(a))。
【0014】
また、配線材料としてCuを用いた場合にも同様であった。特に、Cuの場合には半導体基板中に拡散すると深い準位を形成するため、トランジスタの特性を著しく劣化させることがあった。また、Cuはシリコン酸化膜中を拡散しやすいため、Cuがゲート酸化膜34に達すると、ゲート電極40−半導体基板10間のリーク電流を増加することもあった(図33(b))。
【0015】
また、図34に示すように、半導体基板200上の層間絶縁膜202に埋め込まれたコンタクトプラグ208に接続された配線210を有する半導体装置において、配線210に接続するビアホールを開口する際にBLC構造を適用した場合、ビアホールの開口の際の位置ずれ等によって絶縁膜220が層間絶縁膜208直上のエッチングストッパ膜216上までエッチングされると、エッチングストッパ膜216のエッチングの際に形成される空孔224内にコンタクトプラグ208が露出し、コンタクトプラグ230とコンタクトプラグ208とが短絡することがあった。
【0016】
また、異方性の反応性イオンエッチングを用いることにより空孔124を形成せずにエッチングストッパ膜112を除去すると、下地膜に対して選択性を確保することが困難であった。
すなわち、図35(a)に示す構造において、配線溝118内のエッチングストッパ膜112を、層間絶縁膜104に対して十分な選択比が確保できる条件でエッチングすると、コンタクトプラグ110に対しては十分な選択比を確保することができず、コンタクトプラグ110がエッチングされることがあった(図35(b))。
【0017】
これとは逆に、エッチングストッパ膜112を、コンタクトプラグ110に対して十分な選択比が確保できる条件でエッチングすると、層間絶縁膜104に対して十分な選択比を確保することができず、層間絶縁膜104がエッチングされることがあった(図35(c))
このように、エッチングストッパ膜112のエッチングでは、コンタクトプラグ110と層間絶縁膜104とに対して同時にエッチング選択性を確保することは難しく、コンタクト特性が劣化するなど半導体装置の信頼性に影響を与えることがあった。
【0018】
また、層間絶縁膜114に埋め込んで形成された配線122上にコンタクトプラグ144を形成する際にBLC構造を適用すると、エッチングストッパ膜130が後退して形成された空孔138内には導電性膜140形成後にも配線122が露出しているため、プラグ142を埋め込む際にプラグ142の原料ガスと配線122とが反応し、高抵抗反応物146を形成することがあった。このため、コンタクトプラグ144と配線122との間のコンタクト特性を劣化することがあった(図36)。
【0019】
また、本願発明者等が詳細な検討をする過程において、従来知られていなかった新たな問題が判明した。
すなわち、例えば図37(a)に示すように、ゲート電極40とコンタクトホール22との位置が重なっており、コンタクトホール22内に段差があるSAC構造の場合に、SiN膜よりなる絶縁膜16と絶縁膜18よりなる層間絶縁膜20にコンタクトホール22を開口すると、絶縁膜18のエッチング時に段差の肩部でSiN膜が減耗し易いことが判った。この結果、従来の方法により減耗したSiN膜を除去すると、図37(a)中に点線で示したように、SiN膜直下の絶縁膜38までエッチングされ、ゲート電極40が露出することがあった。
【0020】
また、上記のようなSiN膜の減耗を抑えるために、燐酸やフッ素ラジカルを用いたエッチングによりSiN膜と酸化膜との選択比を高くすると、図37(b)に示すように絶縁膜16の横方向のエッチングが進行し、空孔30が形成される。この後、導電性膜24を堆積すると、導電性膜24は空孔30内には堆積されないので、次工程のコンタクト形成プロセスでW埋め込み法を使用した場合、ソースガスであるWF6が空孔30部分より侵入してワームホールが生じ、ソース/ドレイン拡散層14部で接合破壊が生じることがあった。
【0021】
また、ソース/ドレイン拡散層14上にサリサイドが形成されている場合においても、素子分離膜12のエッジ部分ではシリサイド層44によって半導体基板10が十分に覆われていないため、エッジ部分からワームホールが発生して接合破壊が生じることがあった(図38)。
本発明の目的は、接合リーク、配線間ショート等、半導体装置の信頼性に影響を及ぼす現象を低減しうるSAC構造やBLC構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下地基板と、前記下地基板上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜よりなり、前記下地基板に達する開口部が形成された層間絶縁膜と、前記開口部の内壁及び底部に形成された導電性膜と、前記導電性膜が形成された前記開口部内に形成された埋め込み導電体とを有し、前記第1の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅は、前記第2の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅よりも広く、前記開口部内壁に形成された前記導電性膜と、前記開口部の底部に形成された前記導電性膜とが連続しており、前記導電性膜は、前記第1の絶縁膜に形成された前記開口部の、前記第2の絶縁膜下の領域を充填するように形成されていることを特徴とする半導体装置によって達成される。このように半導体装置を構成することにより開口部内には下地基板が露出しないので、開口部内に導電性材料を埋め込む際に、導電性材料のソースガスによる下地基板の浸食や、導電性材料と下地基板との反応を防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
また、上記目的は、下地基板と、前記下地基板上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜よりなり、前記下地基板に達する開口部が形成された層間絶縁膜と、前記開口部の内壁及び底部に形成された導電性膜と、前記導電性膜が形成された前記開口部内に形成された埋め込み導電体とを有し、前記第1の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅は、前記第2の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅よりも広く、前記導電性膜は、前記開口部内部を完全に囲うように形成されおり、前記開口部内の前記第2の絶縁膜下に、空孔が形成されていることを特徴とする半導体装置によっても達成される。このように半導体装置を構成することにより開口部内には下地基板が露出しないので、開口部内に導電性材料を埋め込む際に、導電性材料のソースガスによる下地基板の浸食や、導電性材料と下地基板との反応を防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0023】
また、上記目的は、導電性材料のソースガスと反応する下地基板と、前記下地基板上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成され、前記第1の絶縁膜とエッチング特性が異なる第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成され、前記第1の絶縁膜とエッチング特性が等しい第3の絶縁膜とを有し、前記下地基板に達する開口部が形成された層間絶縁膜と、前記開口部の底部の全体及び内壁に形成された導電性膜と、前記導電性膜が形成された前記開口部内に、前記ソースガスを用いて形成された埋め込み導電体とを有し、前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜よりも薄く、前記第2の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅は、前記第3の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅よりも広く、前記第1の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅は、前記第3の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅とほぼ等しいことを特徴とする半導体装置によっても達成される。このようにして半導体装置を構成することにより、下地基板を導電成膜によって完全に開口部内から隔離することができる。
【0025】
また、上記の半導体装置において、前記下地基板は、少なくとも一層の配線層を更に有することが望ましい。本発明による半導体装置は、複数の配線層を有する多層配線構造において、いずれの配線層においても適用することができる。
また、上記目的は、下地基板上に第1の絶縁膜を堆積する第1の絶縁膜堆積工程と、前記第1の絶縁膜上に、第1の絶縁膜とエッチング特性の異なる第2の絶縁膜を堆積する第2の絶縁膜堆積工程と、前記第2の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、前記第1の絶縁膜に達する第1の開口部を形成する第1の開口部形成工程と、前記第1の開口部内の前記第1の絶縁膜を、横方向にもエッチングが進行する方法により除去することにより、前記第1の開口部を前記下地基板上まで開口すると同時に、前記第2の絶縁膜下の前記第1の絶縁膜をエッチングして空隙を形成してなる第2の開口部を形成する第2の開口部形成工程と、前記第2の開口部内に前記下地基板が露出しないように、前記第2の開口部の内壁及び底部に形成され、少なくとも前記空隙の前記第2の開口部側の端部を塞ぐ導電性膜を堆積する導電性膜堆積工程と、少なくとも前記導電性膜が形成された前記第2の開口部内に、埋め込み導電体を形成する埋め込み導電体形成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によっても達成される。このようにして半導体装置を製造することにより、導電成膜によって開口部内と下地基板とを完全に隔離することができる。これにより、後工程で開口部内に導電性材料を埋め込む際に、導電性材料のソースガスによって下地基板が浸食されたり、下地基板と導電性材料とが反応することはない。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記導電性膜堆積工程では、前記空隙を充填するように前記導電性膜を形成するようにしてもよい。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記導電性膜堆積工程では、前記空隙内に空孔が残存するように前記導電性膜を形成するようにしてもよい。
【0026】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記導電性膜堆積工程では、前記導電性膜をコリメートスパッタ法により堆積することが望ましい。コリメートスパッタ法により導電性膜を堆積することにより、空隙の開口部を容易に塞ぐことができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記導電性膜堆積工程では、前記第2の開口部の底部における前記導電性膜の膜厚が、前記第1の絶縁膜よりも厚くなるように前記導電性膜を堆積することが望ましい。こうすることにより、空隙の開口部を容易に塞ぐことができる。
【0027】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記導電性膜堆積工程では、前記導電性膜をCVD法により堆積することが望ましい。CVD法により導電性膜を堆積することにより、導電性膜を空隙の中に容易に埋め込むことができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記導電性膜堆積工程では、前記第2の開口部の底部における前記導電性膜の膜厚が、前記第1の絶縁膜の膜厚の1/2以上となるように前記導電性膜を堆積することが望ましい。こうすることにより、空隙の開口部を容易に埋め込むことができる。
【0028】
また、上記目的は、導電性材料のソースガスと反応する下地基板上に第1の絶縁膜を堆積する第1の絶縁膜堆積工程と、前記第1の絶縁膜上に、前記第1の絶縁膜とエッチング特性異なり、前記第1の絶縁膜よりも厚い第2の絶縁膜を堆積する第2の絶縁膜堆積工程と、前記第2の絶縁膜上に、前記第の絶縁膜とエッチング特性が等しい第3の絶縁膜を堆積する第3の絶縁膜堆積工程と、前記第3の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、前記第2の絶縁膜に達する開口部を形成する第1の開口部形成工程と、前記開口部内の前記第2の絶縁膜を等方的にエッチングすることにより、前記開口部を前記第1の絶縁膜上まで開口する第2の開口部形成工程と、前記開口部内の前記第1の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、前記開口部を前記下地基板上まで開口する第3の開口部形成工程と、前記開口部内に露出した前記下地基板を覆うように、前記開口部の内壁及び底部に導電性膜を堆積する導電性膜堆積工程と、前記導電性膜が形成された前記開口部内に、前記ソースガスを用いて埋め込み導電体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によっても達成される。このようにして半導体装置を製造することにより、導電成膜によって開口部内と下地基板とを完全に隔離することができる。これにより、SAC構造を用いるために第2の絶縁膜を等方性エッチングする必要がある場合にも、導電性材料を埋め込む際のソースガスによる基板浸食を防止することができる。また、導電性材料と下地基板との反応を防止することができる。
【0029】
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記第3の開口部形成工程では、前記第1の絶縁膜をエッチングする際のオーバーエッチング量を約50%以下に設定することが望ましい。このようにして半導体装置を製造することにより、下地基板に与えるダメージを抑えて開口部を形成することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、前記下地基板は、少なくとも一層の配線層を更に有することが望ましい。本発明による半導体装置の製造方法は、複数の配線層を有する多層配線構造において、いずれの配線層においても適用することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による半導体装置及びその製造方法について図1乃至図5を用いて説明する。
図1は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図2及び図3は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図4はコリメートスパッタ法の原理を説明する図、図5は本実施形態による半導体装置の製造方法における効果を説明する図である。
【0032】
本実施形態による半導体装置の構造を図1を用いて説明する。
半導体基板10には、素子領域を画定する素子分離膜12が形成されており、素子領域には拡散層14が形成されている。半導体基板10上には、エッチングストッパ膜16と絶縁膜18よりなる層間絶縁膜20が形成されており、層間絶縁膜20には半導体基板に達するコンタクトホール22が開口されている。コンタクトホール22内壁及び層間絶縁膜20上にはバリアメタルとして機能する導電性膜24が形成されており、導電性膜24が形成されたコンタクトホール22内にはプラグ26が埋め込まれている。層間絶縁膜20上には、プラグ26に接続された配線層28が形成されている。
【0033】
ここで、本実施形態による半導体装置の特徴は、コンタクトホール22近傍のエッチングストッパ膜16は横方向にエッチングされて空孔30が形成されているが、コンタクトホール22内に形成された導電性膜24は空孔30部分で途切れておらず、コンタクトホール内部を完全に囲うように形成されていることにある。
【0034】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図2乃至図5を用いて説明する。
まず、素子分離膜12により画定された素子領域に拡散層14が形成された半導体基板10上に、エッチングストッパ膜16となる絶縁膜を堆積する(図2(a))。エッチングストッパ膜としては、例えばSiN膜を用いることができる。例えば、プラズマCVD法により、基板温度を400℃、パワーを300W、SiH4流量を100cc、NH3流量を50ccとして堆積する。
【0035】
次いで、エッチングストッパ膜16上に絶縁膜18を堆積して層間絶縁膜20を形成する(図2(b))。絶縁膜18としては、例えばSiO2膜を用いることができる。例えば、プラズマCVD法により、基板温度を400℃、パワーを300W、SiH4流量を50cc、N2O流量を500ccとして堆積する。
続いて、通常のリソグラフィーと異方性エッチングにより、絶縁膜18を貫通してエッチングストッパ膜16に達するコンタクトホール22を開口する(図2(c))。このとき、エッチング条件をSiO2膜よりなる絶縁膜18に対してSiN膜よりなるエッチングストッパ膜16のエッチング速度が十分に小さくなるように設定することにより、コンタクトホール22のエッチングが半導体基板10に達することはない。
【0036】
この後、コンタクトホール22内のエッチングストッパ膜16を等方性エッチングにより除去する(図2(d))。これにより、コンタクトホール22の底部が半導体基板10に達すると同時に、コンタクトホール22近傍の絶縁膜18下のエッチングストッパ膜16がエッチングされて空孔30が形成される。ここで、等方性エッチングは、例えば、温度100℃、濃度90%の燐酸水溶液を用いたウェットエッチングにより行う。この等方性エッチングは、エッチングストッパ膜16のみを除去し、半導体基板10、絶縁膜18、素子分離膜12にはなんらの影響を与えることはない。
【0037】
次いで、空孔30の開口部を覆うように導電性膜24を形成する(図3(a))。導電性膜24を堆積する際には、通常のスパッタ法よりも、コンタクトホール22底部に導電性膜24が厚く堆積できるコリメートスパッタ法を用いることが望ましい。例えば、パワーを10kW、コリメータのアスペクト比を2、圧力を2mTorrとして、TiN膜を堆積することにより導電性膜24を形成する。
【0038】
なお、コリメートスパッタ法は、図4(a)に示すように、ターゲット50と基板52との間にコリメータ54を設けることにより、基板52に対して垂直成分をもつスパッタ粒子のみを基板52上に堆積するものである。
通常のスパッタ法では、スパッタ粒子には様々な方向成分をもった粒子が含まれているため、アスペクト比の大きなコンタクトホール22内に成膜しようとすると、図4(b)に示すように、開口部付近ほど堆積速度が速くなり、コンタクトホール底部に堆積することが困難となる。
【0039】
ところが、コリメータ54を設けることにより、スパッタ粒子の多くが垂直成分をもつようになるため、コンタクトホール底部に容易に成膜することができる(図4(c))。
なお、導電性膜24は後工程の埋め込みの際、WF6ガスに対してバリア層となるものであり、半導体基板10とコンタクトホール22とを空間的に隔離し、且つ電気的に導通する効果を持つものである。
【0040】
導電性膜24は、空孔30の少なくとも開口部を覆う程度に形成する必要があるため、形成する導電性膜24の膜厚は、少なくとも空孔30の開口部と同程度の高さが必要である。即ち、開口部の高さが100nmであった場合には、形成する導電性膜24の膜厚も100nm以上必要となる。
続いて、ブランケットW−CVDとエッチバックの技術を用い、コンタクトホール22内にWを埋め込んでプラグ26を形成する(図3(b))。例えば、基板温度を400℃、圧力を80Torr、WF6流量を20cc、H2流量を2000ccとしてW膜を成膜し、Cl2流量を100cc、パワーを200W、圧力を6mTorrとしてエッチバックを行う。
【0041】
ここで、W膜の成膜には、半導体基板10を構成するSiときわめてよく反応するWF6ガスを用いるが、半導体基板10は、導電性膜24によってコンタクトホール22より隔離されている。TiN膜よりなる導電性膜24は、WF6の浸食に対するバリア性に優れているので、WF6分子36は空孔30内の半導体基板10にまで到達せず、浸食によるソース/ドレイン領域の接合破壊を防止することができる(図5)。
【0042】
この後、配線層28を形成してパターニングを行うことにより、接合破壊を起こすことなく、半導体装置を形成することができる(図3(c))。
このように、本実施形態によれば、エッチングストッパ膜の等方性エッチングによって生じた空孔を、導電性膜の堆積により空間的に隔離するので、WF6ガスを用いたW膜の成膜時にもWF6ガスと半導体基板とが直接接触することがなく、WF6ガスの浸食に起因する接合破壊を防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【0043】
なお、本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態ではWF6ガスを用いたCVD法によりWプラグを形成する場合について示したが、AlやCu等、他の金属材料でプラグ26を形成する場合にも本発明を適用することができる。
すなわち、上記実施形態による半導体装置ではエッチングストッパ膜16を等方的にエッチングするために生ずる空孔30を導電性膜24によってコンタクトホール22内と空間的に隔離している。従って、プラグ26の材料としてAlやCuを用いた場合には、導電性膜24は、空孔30内のシリコン基板とプラグ材料とが直接接触することを防止するバリア膜として機能するので、シリコン基板とプラグ材料との反応による接合破壊を防止することができる。
【0044】
Alをプラグ材料に用いる場合には、ブランケットAl−CVD技術や選択アルミCVD技術を適用することができる。また、Cuをプラグ材料に用いる場合には、CVD法によりCuを堆積し、又はスパッタ法によりCuを堆積した後にリフローしてコンタクトホール22内にCuを埋め込み、その後CMP法を用いてポリッシュバックすることによりプラグ26を形成することができる。
【0045】
また、上記実施形態ではエッチングストッパ膜16としてSiN膜を、絶縁膜18としてSiO2膜を用いたが、エッチング条件の設定によりこれらの膜をそれぞれ単独でエッチングできるのであれば、これらの組み合わせはいかなる絶縁膜であってもよい。
また、導電性膜24としてコリメートスパッタ法によるTiN膜を用いたが、TiN膜/Ti膜よりなる積層膜を用いてもよい。このような積層膜を用いれば、半導体基板10と導電性膜24との間のコンタクト抵抗を低減することが可能となる。
【0046】
Ti膜は、CVD法やスパッタ法により堆積することができる。Ti膜をスパッタ法により堆積する場合、必ずしもコリメートスパッタ法を用いる必要はない。Ti膜の上層に堆積するTiN膜によって空孔30を完全に塞ぐことができれば、通常のスパッタ法によってTi膜を堆積してもよい。
また、TiN膜を用いる代わりにWF6ガスに対して浸食耐性のある他の導電性膜を適用することもできる。例えば、コリメートスパッタ法により堆積したW膜等を用いることができる。
【0047】
また、導電性膜24としてCuやAlに対して拡散バリアとしての効果をもつ材料、例えば、WN膜、Ta膜、TaN膜、TiSiN膜、WSiN膜等を用いることもできる。
また、SiN膜のエッチングに燐酸水溶液を用いたが、他のエッチング方法を用いてもよい。
【0048】
また、プラグ26に用いるWを埋め込む際にブランケットW−CVDとエッチバック技術を用いたが、選択タングステンCVD法によりコンタクトホール22内にWを埋め込んでもよい。
また、上述のプロセス条件はその一例を示したものであり、これらの数値を適当な値に変更したとしても、本発明の効果にはなんら影響を及ぼすものではない。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による半導体装置及びその製造方法について図6及び図7を用いて説明する。第1実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。
【0049】
図6は本実施形態による半導体装置の構造を示す工程断面図、図7は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
本実施形態による半導体装置の構造を図6を用いて説明する。
本実施形態による半導体装置は、空孔30が導電性膜24により埋め込まれていることに特徴がある。即ち、図1に示す第1実施形態による半導体装置では、コリメートスパッタ法を用いて導電性膜24を堆積することによりコンタクトホール22内部と空孔30とを空間的に隔離したが、本実施形態による半導体装置では、空孔30内部が導電性膜24により埋め込まれており、コンタクトホール22内部と半導体基板10とが隔離されている。
【0050】
こうすることにより、プラグ形成の際の浸食を防止している。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図7を用いて説明する。
まず、図2(a)乃至図2(d)に示す第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、層間絶縁膜20にコンタクトホール22を開口する。
【0051】
次いで、導電性膜24をCVD法により堆積する。導電性膜としては、例えばTiN膜を用いることができる。例えば、CVD法により、基板温度を500℃、TiCl4流量を10cc、NH3流量を500cc、圧力を100mTorrとして堆積する。
なお、Tiのソースガスとしては、TDMAT(tetrakis dimethylamino titanium)、TDEAT(tetrakis diethylamino titanium)、TiI4等を用いてもよい。TDMATを用いる場合には、例えば、基板温度を400℃、TDMAT流量を2cc、NH3流量を10cc、圧力を100mTorrとして堆積することができる。TDEATを用いる場合には、例えば、基板温度を400℃、TDEAT流量を30cc、NH3とArとの混合ガスの流量を10slm、圧力を10Torrとして堆積することができる。
【0052】
CVD法は、スパッタ法に比べてカバレッジがよいため、成膜条件を最適化することにより空孔30の内部を容易に埋め込むことができる。従って、WF6ガスに対するバリア効果が高く、半導体基板10とコンタクトホール22とを空間的に隔離し、且つ電気的に導通する効果もスパッタ法の場合よりも高くすることができる。
【0053】
なお、CVD法によるTiN膜を用いて導電性膜24を形成する場合、本発明の効果を十分に発揮するためには、少なくとも空孔30の開口部を塞ぐ程度の膜厚を堆積する必要がある。この膜厚は、CVD膜のカバレッジ能力に依存するため、一義的に定めることはできないが、例えば開口部の高さが100nmであり、TiN膜の成膜を上記の条件で行った場合には、約100nm以上の膜厚が必要である。
【0054】
ステップカバレッジに優れた導電性膜24を堆積する場合には、エッチングストッパ膜16の膜厚の約1/2以上の膜厚の導電性膜24を堆積することにより空孔30を完全に埋め込むことができる。
この後、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様にしてプラグ26を形成し(図7(b))、更に配線層28を形成する(図7(c))。
【0055】
このように、本実施形態によれば、エッチングストッパ膜の等方性エッチングによって生じた空孔を導電性膜により埋め込むので、WF6ガスを用いたW膜の成膜時にもWF6ガスと半導体基板とが直接接触することがなく、WF6ガスの浸食に起因する接合破壊を防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【0056】
なお、本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、導電性膜24としてCVD法によるTiN膜を用いたが、WF6ガスに対して浸食耐性のある導電性膜であれば適用することができる。例えば、不純物をドープした多結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜等であってもWF6の浸食が半導体基板10に達しなければよい。
【0057】
また、第1実施形態と同様、本実施形態による半導体装置の構造は、AlプラグやCuプラグを形成する半導体装置の製造方法にも適用することができる。
また、上述のプロセス条件はその一例を示したものであり、これらの数値を適当な値に変更したとしても、本発明の効果にはなんら影響を及ぼすものではない。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による半導体装置及びその製造方法について図8乃至図12を用いて説明する。
【0058】
図8はBLC構造を適用した埋め込み配線を説明する図、図9はCuを用いた埋め込み配線における課題を説明する図、図10は本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び断面図、図11及び図12は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
第1及び第2実施形態では、半導体基板上にコンタクトホールを開口する場合に本発明を適用したが、本発明によるBLC構造は様々な下地構造に対して適用することができる。
【0059】
すなわち、本発明は開口部内に導電性材料を埋め込むプロセスにおける共通の課題を解決するものであり、半導体基板上に開口したコンタクトホール内にプラグを形成する場合のみならず、その他のコンタクトホール、例えばビアホールにプラグを充填するプロセス、又は埋め込み配線を形成するプロセス等においても効果を発揮する。
【0060】
本実施形態では、BLC構造を埋め込み配線に適用した場合について図8及び図9を用いて説明する。
始めに、埋め込み配線及びBLC構造を用いた埋め込み配線について説明する。
LSIの高速化の要請に伴い、配線材料の低抵抗化が要求されている。これを実現するため、配線材料としてはCu(銅)等の新規な低抵抗材料が検討されている。
【0061】
しかし、Cuは蒸気圧の高い反応物を生成しないためRIE(反応性イオンエッチング:Reactive Ion Etching)法のような反応を利用するパターニング方法を用いることが困難であり、微細配線の形成が難しい。
このため、Cuを用いた配線を形成する際には、予め絶縁膜に配線用の溝を形成し、スパッタ法などによって溝内にCuを埋め込み、絶縁膜上のCuをCMP法などによってエッチバック(ポリッシュバック)することによって絶縁膜に埋め込まれた配線を形成することが有用である。
【0062】
このような埋め込み配線を形成する場合にも、上記BLC構造を適用することができる。埋め込み配線にBLC構造を適用した場合について図8を用いて説明する。
図8(a)、(b)に示すように、半導体基板100上に形成された層間絶縁膜104にコンタクトプラグ110が埋め込まれているときに、上層に層間絶縁膜116に埋め込まれた配線122を形成する場合、層間絶縁膜116に配線122を埋め込む配線溝118を形成するエッチングを行う際には層間絶縁膜104がエッチングされないようにしなければならない。層間絶縁膜104にまでエッチングが及ぶと、配線溝118に埋め込む配線122の形状に多大な影響を与えるからである(図8(c))。このように配線122の形状が変化すると、配線抵抗のばらつきが大きくなったり、配線122と下層の配線(図示せず)との間の層間耐圧が減少するなど半導体装置の信頼性に影響を与えることになる。
【0063】
そこで、このような場合にBLC構造を適用すれば、層間絶縁膜104が過剰にエッチングされることを防止することができる。
すなわち、層間絶縁膜104と層間絶縁膜116との間に、これら絶縁膜とエッチング選択性の異なるエッチングストッパ膜112を形成することによって、層間絶縁膜116のエッチングがエッチングストッパ膜112で制御性よく停止することができる(図8(d))。
【0064】
こうすることにより、配線122を埋め込む配線溝118をエッチングする際にはエッチングの影響が層間絶縁膜104にまで及ぶことはなく、配線122の形状は層間絶縁膜116の厚さによってのみ決定され、安定して配線を形成することができる。
しかしながら、埋め込み配線用の材料としてCuを用いる場合、上記BLC構造をそのまま適用することは好ましくない。以下、その理由について説明する。
【0065】
Cuを用いた埋め込み配線を形成する場合にも、通常のBLC構造の場合と同様にエッチングストッパ膜112をエッチングする際には層間絶縁膜104及び絶縁膜114とのエッチング選択性を確保するためウェットエッチングを用いることが好ましい。しかし、ウェットエッチングは等方性のエッチングであるため、絶縁膜114下のエッチングストッパ膜112までエッチングされ、絶縁膜114下には空孔124が形成されることになる(図9(a))。このように形成された空孔124は従来のスパッタ法によっては被覆できないため、導電性膜120を堆積した後も残存する(図9(b))。
【0066】
このため、次工程の配線形成プロセスでCuの埋め込みを行った場合、空孔124内にCuが埋め込まれ、この部分からCuが絶縁膜114中に拡散し、配線間リークや絶縁膜の誘電率が上昇することがある(図9(c))。
このように、Cuを用いた埋め込み配線では、従来のBLC構造をそのまま適用することは好ましくない。
【0067】
次に、本実施形態による半導体装置の構造を図10を用いて説明する。図10(a)は本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図であり、図10(b)は本実施形態による半導体装置の構造を示す断面図である。
半導体基板100上には、所定の領域にコンタクトホール102が開口された層間絶縁膜104が形成されている。コンタクトホール102内には、導電性膜106及びプラグ108よりなるコンタクトプラグ110が形成されている。
【0068】
コンタクトプラグ110が層間絶縁膜104表面に露出した下地基板上には、エッチングストッパ膜112及び絶縁膜114よりなる層間絶縁膜116が形成されている。層間絶縁膜116には、配線を埋め込むための配線溝118が形成されており、溝の底部にはコンタクトプラグ110が露出している。
配線溝118内壁及び層間絶縁膜104上にはバリアメタルとなる導電性膜120が形成されており、導電性膜120が形成された配線溝118内には配線122が埋め込まれている。
【0069】
ここで、本実施形態による半導体装置は、配線溝118近傍のエッチングストッパ膜112が横方向にエッチングされて空孔124が形成されているが、配線溝118内に形成された導電性膜120は空孔124部分で途切れておらず、配線溝118内部を完全に囲うように形成されていることに特徴がある。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図11及び図12を用いて説明する。
【0070】
まず、半導体基板100上に、コンタクトプラグ110が埋め込まれた層間絶縁膜104を形成する。コンタクトプラグ110は、半導体基板100に形成されたトランジスタの電極等(図示せず)に接続されている。層間絶縁膜104は、例えばシリコン酸化膜により形成する。
ここで、コンタクトプラグ110は如何なる構造であってもよい。
【0071】
また、半導体基板100と層間絶縁膜104との間には1又は2以上の配線層が形成されていてもよい。すなわち、配線122は、2層目の金属配線であってもよく、更に上層の金属配線であってもよい。
本明細書では、このような下地構造を一括して下地基板と呼ぶこととする。すなわち、本明細書にいう下地基板には、半導体基板自体のみならず、トランジスタなどの素子が形成された半導体基板や、さらにこの上層に1層又は2層以上の配線層が形成された構造をも含むものとする。
【0072】
次いで、このような下地基板上に、エッチングストッパ膜112となる絶縁膜を堆積する。エッチングストッパ膜112としては、例えばSiN膜を用いることができる。例えば、プラズマCVD法により、基板温度を400℃、パワーを300W、SiH4流量を100cc、NH3流量を50ccとして堆積する。
続いて、エッチングストッパ膜112上に絶縁膜114を堆積し、エッチングストッパ膜112及び絶縁膜114よりなる層間絶縁膜116を形成する(図11(a))。絶縁膜114としては、例えばSiO2膜を用いることができる。例えば、プラズマCVD法により、基板温度を400℃、パワーを300W、SiH4流量を50cc、N2O流量を500ccとして堆積する。
【0073】
この後、通常のリソグラフィー技術及び異方性エッチング技術を用い、絶縁膜114を貫通してエッチングストッパ膜112に達する配線溝118を開口する(図11(b))。このとき、エッチング条件をSiO2よりなる絶縁膜114に対してSiN膜よりなるエッチングストッパ膜112のエッチング速度が十分に小さくなるように設定することにより、配線溝118のエッチングが層間絶縁膜104やコンタクトプラグ110に達することはない。
【0074】
次いで、配線溝118内のエッチングストッパ膜112を等方性エッチングにより除去する(図11(c))。これにより、配線溝118の底部が層間絶縁膜104又はコンタクトプラグ110に達すると同時に、配線溝118近傍の絶縁膜114下のエッチングストッパ膜112がエッチングされて空孔124が形成される。ここで、等方性エッチングは、例えば、温度100℃、濃度90%の燐酸水溶液を用いたウェットエッチングにより行う。
【0075】
続いて、空孔124の開口部を覆うように導電性膜120を形成する(図12(a))。ここで、導電性膜118は後工程の配線材料埋め込みの際、配線材料が空孔124内に入り込まないようにするバリア層となるものであり、層間絶縁膜104、116と配線溝118とを空間的に隔離する効果をもつものである。導電性膜120は、空孔124の少なくとも開口部を覆う程度に形成する必要があるため、形成する導電性膜120の膜厚は、少なくとも空孔124の開口部と同程度の高さが必要である。従って、導電性膜120の堆積にはコリメートスパッタ法を用いることが望ましい(第1実施形態参照)。
【0076】
この後、スパッタ法によりCu膜を堆積してリフローを行い、配線溝118内にCuを埋め込む。例えば、圧力1.5mTorr、パワー5kW、Ar流量25sccmとしてCuのスパッタを行い、温度350℃、Ar流量1000sccm、圧力80TorrとしてCuのリフローを行う。
次いで、層間絶縁膜116上のCu及び導電性膜120をCMP法により除去し、配線溝118内にのみCu及び導電性膜120を残存させる。例えば、アルミナ系研磨剤を用い、回転数100rpm、研磨圧力6psiとしてCMPを行う。こうして、配線溝118に埋め込まれた配線122を形成する(図12(b))。
【0077】
なお、Cuの埋め込みにはCVD法を用いてもよい。例えば、Cu(PMPS)(HFAC)を0.08g/minの流量で、H2をキャリアガスとして300ccの流量で導入し、温度を200℃、圧力を200mTorrとして堆積する。
ここで、配線122にはシリコン酸化膜中を拡散しやすいCuを用いているが、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜104、絶縁膜114は導電性膜120によって配線122と隔離されている。TiN膜よりなる導電性膜120はCuの拡散バリアとして優れた効果を持つものであり、これによりCuが層間絶縁膜104、116中に拡散することはなく、配線間リークや層間絶縁膜の誘電率の上昇等を防止することができる。
【0078】
このように、本実施形態によれば、エッチングストッパ膜112の等方性エッチングによって生じた空孔124を、導電性膜120の堆積により空間的に隔離するので、配線溝118にCuを埋め込んだ際にCuと層間絶縁膜104、116とが直接接触することはなく、Cuの拡散による配線間リークや層間絶縁膜の誘電率の上昇等を防止することができる。
【0079】
なお、本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では埋め込み配線を形成する場合について説明したが、多層配線の層間接続に用いるビアホールの充填に適用してもよい。この場合、配線溝118をビアホールに置き換えることで容易に達成することができる。
また、上記実施形態ではコリメートスパッタ法により導電性膜120を形成する例を示したが、第2実施形態のようにCVD法を用いて導電性膜120を堆積してもよい。この場合、空孔124は導電性膜120により完全に埋め込むことができる。
【0080】
また、導電性膜120としてCuに対して拡散バリアとしての効果をもつ材料、例えば、WN膜、Ta膜、TaN膜、TiSiN膜、WSiN膜等を用いれば、CuやAlが導電性膜120中を拡散して空孔124内に達するのをより効果的に防止することができる。
また、エッチングストッパ膜112を等方性エッチングする方法として、燐酸水溶液によるウェットエッチングを使用する例を示したが、配線溝118底部に露出するプラグ110がAlやCuの場合は、ドライエッチングによる等方性エッチングを使用すれば、プラグ110になんら影響を与えることなく、エッチングストッパ膜112のエッチングを行うことができる。ここで、等方性のドライエッチングは、例えば、SF6流量を120cc、O2流量を30cc、パワーを200W、圧力を200mTorr、温度を20℃として行う。
【0081】
また、上述のプロセス条件はその一例を示したものであり、これらの数値を適当な値に変更したとしても、本発明の効果にはなんら影響を及ぼすものではない。
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による半導体装置及びその製造方法について図13乃至図17を用いて説明する。第1実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。
【0082】
図13は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図14乃至図17は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
本実施形態による半導体装置は、エッチングストッパ膜16の下に更に絶縁膜32が形成されており、層間絶縁膜20に形成されたコンタクトホール22の内径が深さ方向に変化していることに特徴がある。
【0083】
即ち、コンタクトホール22近傍のエッチングストッパ膜16は横方向にエッチングされて内径が大きくなっているが、絶縁膜32における内径は絶縁膜18における内径とほぼ等しく、エッチングストッパ膜16の内径より狭くなっている。
コンタクトホール22内に形成された導電性膜24はエッチングストッパ膜16の部分で途切れているが、絶縁膜32に形成された開口部はコンタクトホール22底部に形成された導電性膜24により完全に覆われており、コンタクトホール22内に半導体基板10は露出していない。
【0084】
このようにして半導体装置を構成することにより、プラグ26を形成する際の原料ガスによる半導体基板10の浸食を防止することができる。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。
半導体基板10の主表面に、膜厚約250nmの素子分離膜12を形成する。次いで、所望の領域に、ウェル、チャネルストップ層、閾値制御不純物層(図示せず)を形成する。
【0085】
続いて、熱酸化により膜厚約6nmのゲート酸化膜34を形成し、その上層にCVD法により膜厚約200nmのアモルファスシリコン膜を堆積する。
この後、Nチャネルトランジスタを形成する領域のアモルファスシリコン膜にP(燐)イオンを、Pチャネルトランジスタを形成する領域のアモルファスシリコン膜にBF2(弗化ボロン)イオンを、それぞれ注入する。
【0086】
次いで、アモルファスシリコン膜上に、膜厚約80nmのシリコン酸化膜をCVD法により堆積する。
続いて、フォトリソグラフィー及びRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)法により、アモルファスシリコン膜とシリコン酸化膜38とからなる積層膜をパターニングしてゲート電極40を形成する(図14(a))。
【0087】
この後、ゲート電極をマスクとして半導体基板10中に不純物を注入し、LDD(Lightly Doped Drain)を形成する。
CVD法により膜厚約100nmのシリコン酸化膜を堆積した後、エッチバックしてゲート電極側壁部にサイドウォール42を形成する。
次いで、ゲート電極及びサイドウォール42をマスクとして半導体基板10中に不純物を注入し、ソース/ドレイン拡散層14を形成する。
【0088】
この後、800℃の熱処理を行い、注入した不純物を活性化する(図14(b))。
次いで、膜厚約8nmのCo(コバルト)膜と、膜厚約15nmのTiN膜とをスパッタ法により連続して堆積した後、550℃のRTA(Rapid Thermal Annealing:短時間アニール)を行い、ソース/ドレイン拡散層上に選択的にCoSi2膜44を形成する。
【0089】
続いて、アンモニア過水でTiN膜を、硫酸過水で未反応のCo膜を除去する(図14(c))。
このようにしてソース/ドレイン拡散層14上にCoSi2膜44が選択的に形成されたMOSトランジスタを半導体基板10上に形成した後、膜厚約10nmのシリコン酸化膜よりなる絶縁膜32と、膜厚約50nmのSiN膜よりなるエッチングストッパ膜16と、膜厚約250nmのシリコン酸化膜よりなる絶縁膜18とをPE−CVD法により堆積する。次いで、絶縁膜18上にSOG膜46を回転塗布し、表面が平坦化された層間絶縁膜20を形成する。
【0090】
続いて、リソグラフィーにより、形成するコンタクトホールのパターンを有するレジスト膜48をSOG膜46上に形成する(図15(a))。
次に、レジスト膜をマスクとして用い、C48とArとの混合ガスプラズマによるエッチングを行い、SOG膜46及び絶縁膜18を加工する。この際、エッチングストッパ膜16としてSiN膜を用いるが、ゲート電極の肩部のSiN膜は全膜厚の約半分程度が減耗する(図15(b))。
【0091】
レジスト膜48を除去した後、150℃の燐酸水溶液中に浸漬し、SiN膜よりなるエッチングストッパ膜16を除去する。燐酸を用いたエッチングでは、SiN膜と、シリコン酸化膜との選択比が50程度確保できるので、下地の絶縁膜32の減耗はほとんどみられない。また、燐酸によるエッチングは等方的であるので、SiN膜は横方向にもエッチングされる。これにより、絶縁膜18はオーバーハング形状となり、空孔30が形成される(図16(a))。
【0092】
続いて、CF4、CHF3、Arの混合ガスプラズマによりシリコン酸化膜よりなる絶縁膜32を異方性エッチングする。エッチングの際には、上層の絶縁膜18がマスクとなるので、オーバーハングしている絶縁膜18の開口部直下の絶縁膜32のみが除去されることになる(図16(b))。
このとき、オーバーエッチングを50%程度以下に設定することにより、ゲート電極を囲うサイドウォール42の減耗は十分小さく抑えられるので、後に形成するプラグ26とのショートが防止できる。また、コンタクトホール22内に素子分離膜12と素子領域との境界が存在する場合にも素子分離膜12の減耗も抑制できるので、接合ショートを防止することができる。
【0093】
この後、スパッタ法により、膜厚約70nmのTiN膜よりなる導電性膜24を堆積する。このとき、コンタクトホール22の底部にはTiN膜が堆積されるが、空孔30内には堆積されない。しかしながら、空孔30内には絶縁膜32が残留しているので、導電性膜24を堆積した後のコンタクトホール22内には半導体基板10は露出していない。従って、導電性膜24を堆積する際に多少のオーバーハングが生じても半導体基板10を覆うように導電性膜24を堆積できるので、通常のスパッタ法を用いることができる(図17(a))。
【0094】
次いで、CVD法により膜厚約600nmのW膜を堆積する。上述の通り、コンタクトホール内は半導体基板10が露出していないので、W膜堆積の際にWF6ガスが半導体基板10と接触することはなく、半導体基板10の浸食を防止することができる。これにより、接合破壊をも防止できる。
続いて、W膜をエッチバックしてコンタクトホール内にのみ残留させることによりプラグ26を形成する。
【0095】
この後、上層に配線層28を形成し、必要に応じて更に上層に配線層(図示せず)を形成する(図17(b))。
このように、本実施形態によれば、エッチングストッパ膜16の下に絶縁膜32を設けることにより、絶縁膜18がオーバーハング形状となった場合にも、コンタクトホール22底部の半導体基板10を導電性膜24により完全に覆うことができるので、プラグ26形成の際の半導体基板の浸食を防止することができる。
【0096】
これにより、エッチングストッパ膜16を除去する際には選択比の高いエッチング方法を用いることができるので、コンタクトホール22内部にゲート電極40の肩が掛かるようなSAC構造であっても、ゲート電極40上のサイドウォール42、絶縁膜38がエッチングされてゲート電極40が露出することを防止することができる。
【0097】
なお、本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、エッチングストッパ膜16直下の絶縁膜32としてSiO2膜を用いたが、SiON膜であってもよい。
また、SiN膜の除去には燐酸水溶液を用いたウェットエッチングを用いたが、CF4とO2との混合ガスプラズマのダウンフローを用い、弗素ラジカルを作用させることによってもよい。この場合、約10程度の選択比を得ることができので、上述の製造方法に用いることが可能である。更に塩素を添加すれば、シリコン酸化膜とSiN膜との選択比はほぼ無限大に向上することもできる。
【0098】
また、SiN膜の除去には、SF6ガスプラズマを用いてもよい。この場合には、選択比は5程度と若干低くなるが、絶縁膜32の膜厚を20nm程度にすることにより上記製造方法を適用することができる。なお、SF6ガスプラズマを用いたエッチングでは、横方向よりも縦方向のエッチングレートの方が早くなる。
【0099】
絶縁膜32の膜厚は、SiN膜のエッチング条件によって適宜設定することが望ましい。
また、上記実施形態ではソース/ドレイン拡散層14上にCoSi2膜44を自己整合的に形成したが、CoSi2膜44を形成しない半導体装置においても同様に適用することができる。
【0100】
また、上述のプロセス条件はその一例を示したものであり、これらの数値を適当な値に変更したとしても、本発明の効果にはなんら影響を及ぼすものではない。
[第5実施形態]
本発明の第5実施形態による半導体装置及びその製造方法について図18乃至図20を用いて説明する。
【0101】
図18は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図19及び図20は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
本実施形態では、第4実施形態による半導体装置及びその製造方法を埋め込み配線を有する半導体装置に適用した場合について説明する。
始めに、本実施形態による半導体装置の構造について図18を用いて説明する。図18(a)は本実施形態による半導体装置の構造を示す平面図、図18(b)は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【0102】
埋め込み配線は、第3実施形態に示した配線構造の他に、半導体基板に直接コンタクトする局所的な配線に用いることがある。例えば、図18(a)に示すように、素子領域60上をゲート電極62、64が並行に配された構造において、素子領域60とゲート電極62とを接続する配線66に埋め込み配線を用いることができる。
【0103】
このような半導体装置において配線を埋め込む配線溝68を形成する際にBLC構造を適用した場合、図37(b)に示す従来の半導体装置と同様に、空孔30部分において接合破壊が生じることになる(図39)。
そこで、本実施形態による半導体装置では、エッチングストッパ膜16の下に更に絶縁膜32を形成し、層間絶縁膜20に形成された配線溝68の開口幅を深さ方向に変化している(図18(b))。
【0104】
即ち、配線溝68近傍のエッチングストッパ膜16は横方向にエッチングされて開口幅が大きくなっているが、絶縁膜32における内径は絶縁膜18における内径とほぼ等しく、エッチングストッパ膜16の内径より狭くなっている。
配線溝68内に形成された導電性膜24はエッチングストッパ膜16の部分で途切れているが、絶縁膜32に形成された開口部は配線溝68底部に形成された導電性膜24により完全に覆われており、配線溝68内に半導体基板10は露出していない。
【0105】
このようにして半導体装置を構成することにより、プラグ26を形成する際の原料ガスによる半導体基板10の浸食や、配線材料と半導体基板10との反応による接合破壊を防止することができる。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図19及び図20を用いて説明する。これら工程図は、図18(a)におけるA−A′線断面を示したものである。
【0106】
まず、半導体基板10の主表面に、例えば第4実施形態による半導体装置の製造方法と同様にしてMOSトランジスタを形成する。このとき、後工程で配線66と接続するゲート電極62上の所定の領域のシリコン酸化膜38は予め除去しておく(図19(a))。
このようにしてMOSトランジスタを半導体基板10上に形成した後、膜厚約10nmのシリコン酸化膜よりなる絶縁膜32と、膜厚約50nmのSiN膜よりなるエッチングストッパ膜16と、膜厚約250nmのシリコン酸化膜よりなる絶縁膜18とをPE−CVD法により堆積する。次いで、絶縁膜18の表面をCMP法により研磨し、表面が平坦化された層間絶縁膜20を形成する(図19(b))。
【0107】
次いで、通常のリソグラフィー及びエッチング技術により、絶縁膜18を、形成する埋め込み配線のパターンに加工する。絶縁膜18のエッチングは、例えばC48とArとの混合ガスプラズマを用いて行う。
続いて、SiN膜よりなるエッチングストッパ膜16をエッチングする。例えば、150℃の燐酸水溶液によるウェットエッチングを用いる。燐酸を用いたエッチングでは、SiN膜と、シリコン酸化膜との選択比が50程度確保できるので、下地の絶縁膜32の減耗はほとんどみられない。また、燐酸によるエッチングは等方的であるので、SiN膜は横方向にもエッチングされる。これにより、絶縁膜18はオーバーハング形状となり、空孔30が形成される。
【0108】
続いて、CF4、CHF3、Arの混合ガスプラズマによりシリコン酸化膜よりなる絶縁膜32を異方性エッチングする。エッチングの際には、上層の絶縁膜18がマスクとなるので、オーバーハングしている絶縁膜18の開口部直下の絶縁膜32のみが除去されることになる。
こうして、ソース/ドレイン拡散層14、ゲート電極62がその内部に露出した配線溝68を形成する(図19(c))。
【0109】
この後、スパッタ法により、膜厚約70nmのTiN膜よりなる導電性膜24を堆積する。このとき、配線溝68の底部にはTiN膜が堆積されるが、空孔30内には堆積されない。しかしながら、空孔30内には絶縁膜32が残留しているので、導電性膜24を堆積した後の配線溝68内には半導体基板10は露出していない。従って、導電性膜24を堆積する際に多少のオーバーハングが生じても半導体基板10を覆うように導電性膜24を堆積できるので、通常のスパッタ法を用いることができる(図20(a))。
【0110】
次いで、CVD法によりW膜を堆積して、配線溝68内にWを埋め込む。例えば、基板温度を400℃、圧力を80Torr、WF6流量を20cc、H2流量を2000ccとしてW膜を成膜する。
ここで、W膜の成膜には半導体基板10を構成するSiときわめてよく反応するWF6ガスを用いるが、半導体基板10は導電性膜24によって配線溝68より隔離されているので、WF6分子が半導体基板10と接触することはなく、半導体基板10の浸食を防止することができる。
【0111】
続いて、層間絶縁膜20上のW膜及び導電性膜24をCMP法により除去し、配線溝68内にのみWを残存させる。例えば、アルミナ系研磨剤を用い、回転数50rpm、研磨圧力6psiとしてCMPを行う。こうして、配線溝68に埋め込まれ、ソース/ドレイン拡散層14とゲート電極62とを接続する配線66を形成する(図20(b))。
【0112】
このように、本実施形態によれば、エッチングストッパ膜16の下に絶縁膜32を設けることにより、絶縁膜18がオーバーハング形状となった場合にも配線溝68底部の半導体基板10が導電性膜24により完全に覆われるので、配線66を形成する際に配線材料と半導体基板10とが反応することを防止できる。
なお、本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【0113】
例えば、上記実施形態では埋め込み配線としてWを埋め込んだが、Cuを埋め込んで配線66を形成してもよい。ただし、この場合、第1実施形態で示したようなコリメートスパッタ法や、第2実施形態に示したようなCVD法を用いて導電性膜24を形成したほうが、Cuの拡散を抑えるうえでより効果的である。
また、埋め込み配線としてAlを用いてもよい。この場合にも、Alと半導体基板10との反応を防止することができる。
【0114】
また、上述のプロセス条件はその一例を示したものであり、これらの数値を適当な値に変更したとしても、本発明の効果にはなんら影響を及ぼすものではない。
[第6実施形態]
本発明の第6実施形態による半導体装置及びその製造方法について図21乃至図23を用いて説明する。
【0115】
図21は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図22及び図23は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
図36に示すように、埋め込み配線122上にビアホールを形成する場合に層間絶縁膜134下に空孔138が形成されると、ビアホールにプラグを充填する際にプラグ142の原料ガスと埋め込み配線122とが空孔138内で反応して高抵抗反応物146が生成されるため、コンタクト特性を劣化させることがあった。
【0116】
本実施形態では、上記の課題を解決する半導体装置及びその製造方法を提供する。
本実施形態による半導体装置は、埋め込み配線122上に形成する層間絶縁膜134として、第4実施形態における層間絶縁膜と同様の構造を採用していることに特徴がある。すなわち、本実施形態による半導体装置では、BLC構造のビアホールにおいて、エッチングストッパ膜130下に更に絶縁膜128が設けられており、ビアホール内に埋め込まれた配線122は、空孔138内にある絶縁膜128によってコンタクトプラグ144と隔離されている。
【0117】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図22及び図23を用いて説明する。
まず、例えば第3又は第5実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体基板100上に、層間絶縁膜114に埋め込まれた配線122を形成する(図22(a))。
【0118】
次いで、このように配線122が埋め込まれた下地基板上に、膜厚約10nmのシリコン酸化膜よりなる絶縁膜128と、膜厚約50nmのSiN膜よりなるエッチングストッパ膜130と、膜厚約700nmのシリコン酸化膜よりなる絶縁膜132とをPE−CVD法により堆積し、絶縁膜128、エッチングストッパ膜130、絶縁膜132よりなる層間絶縁膜134を形成する。
【0119】
続いて、層間絶縁膜134の表面をCMP法により研磨し、その表面を平坦化する(図22(b))。
この後、通常のリソグラフィー及びエッチングにより、配線122上に形成されたビアホール136を開口する。まず、C48とArとの混合ガスプラズマによるエッチングを行い、絶縁膜132を加工する。
【0120】
次いで、150℃の燐酸水溶液中に浸漬し、ビアホール136内のエッチングストッパ膜130を除去する。燐酸を用いたエッチングでは、SiN膜と、シリコン酸化膜との選択比が50程度確保できるので、下地の絶縁膜128の減耗はほとんどみられない。また、燐酸によるエッチングは等方的であるので、SiN膜は横方向にもエッチングされる。これにより、絶縁膜132はオーバーハング形状となり、空孔138が形成される。
【0121】
続いて、CF4、CHF3、Arの混合ガスプラズマによりシリコン酸化膜よりなる絶縁膜128を異方性エッチングする。エッチングの際には、上層の絶縁膜128がマスクとなるので、オーバーハングしている絶縁膜132の開口部直下の絶縁膜128のみが除去されることになる(図22(c))。
この後、スパッタ法により、膜厚約70nmのTiN膜よりなる導電性膜140を堆積する。このとき、ビアホールの底部には導電性膜140が堆積されるが、空孔138内には堆積されない。しかしながら、空孔138内には絶縁膜128が残留しているので、導電性膜140を堆積した後のビアホール136内には配線122は露出していない。従って、導電性膜140を堆積する際に多少のオーバーハングが生じても配線122を覆うように導電性膜140を堆積できるので、通常のスパッタ法を用いることができる(図23(a))。
【0122】
次いで、CVD法により膜厚約600nmのW膜を堆積する。上述の通り、ビアホール136内は配線122が露出していないので、W膜堆積の際にWF6ガスが配線122と接触することはない。従って、Cuよりなる配線とWF6ガスとが反応して高抵抗反応物を形成することはないので、配線122とW膜との間のコンタクト特性を良好に保つことができる。
【0123】
続いて、W膜をエッチバックしてビアホール136内にのみ残留させることによりコンタクトプラグ144を形成する(図23(b))。
このように、本実施形態によれば、エッチングストッパ膜130の下に絶縁膜128を設けることにより、絶縁膜132がオーバーハング形状となった場合にも、ビアホール136内の配線122が導電性膜140により完全に覆われるので、プラグ142を形成する際にプラグの原料ガスと配線122とが反応することはない。これにより、コンタクトプラグ144と配線122との間のコンタクト信頼性を向上することができる。
【0124】
なお、本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では埋め込み配線122上にコンタクトプラグ144を形成する場合について説明したが、コンタクトプラグ上に埋め込み配線を形成する場合にも適用することができる。
本発明は、空孔138内に露出した導電性材料がCVDの原料ガスや上層の配線材料と反応することによるコンタクト特性への悪影響を防止するものであるので、様々な材料系において、様々な配線構造において適用することができる。
【0125】
また、上記実施形態ではエッチングストッパ膜130下に絶縁膜128を設けることにより課題を解決したが、第1又は第2実施形態による半導体装置の構造を適用し、導電性膜140によってビアホール136と空孔138とを空間的に遮断し、又は導電性膜140を空孔138内に完全に埋め込んでもよい。
また、上述のプロセス条件はその一例を示したものであり、これらの数値を適当な値に変更したとしても、本発明の効果にはなんら影響を及ぼすものではない。
[第7実施形態]
本発明の第7実施形態による半導体装置及びその製造方法について図24乃至図26を用いて説明する。
【0126】
図24は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図25及び図26は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
図34に示すように、半導体基板200上の層間絶縁膜202に埋め込まれたコンタクトプラグ208に接続された配線210を有する半導体装置において、配線210に接続するビアホールを開口する際にBLC構造を適用すると、エッチングストッパ膜216のエッチングの際に形成される空孔224内においてコンタクトプラグ230とコンタクトプラグ208とが短絡することがあった。
【0127】
本実施形態では、上記のようなプラグ間ショートを低減する半導体装置及びその製造方法を提供する。
本実施形態による半導体装置は、エッチングストッパ膜216の下に更に絶縁膜214が設けられていることに特徴がある。すなわち、コンタクトプラグ230を埋め込む上層の層間絶縁膜220は、絶縁膜214、エッチングストッパ膜216、絶縁膜218により構成されており、ビアホール内に充填されたコンタクトプラグ230は、空孔224内にある絶縁膜214によってコンタクトプラグ208と絶縁されている。
【0128】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法を図25及び図26を用いて説明する。
まず、例えば第3実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体基板200上にコンタクトプラグ208が埋め込まれた層間絶縁膜202を形成する。
【0129】
次いで、コンタクトプラグ208が埋め込まれた層間絶縁膜202上に、例えばAlよりなる配線210と、例えばTiNよりなる導電性膜212とにより構成された配線層を形成する(図25(a))。導電性膜212は、配線210をパターニングする際のハレーション防止膜として、及び/又はエレクトロマイグレーションの防止膜として機能する。
【0130】
続いて、このように配線210が形成された下地基板上に、膜厚約10nmのシリコン酸化膜よりなる絶縁膜214と、膜厚約50nmのSiN膜よりなるエッチングストッパ膜216と、膜厚約700nmのシリコン酸化膜よりなる絶縁膜218とをPE−CVD法により堆積し、絶縁膜214、エッチングストッパ膜216、絶縁膜218よりなる層間絶縁膜220を形成する。
【0131】
この後、層間絶縁膜220の表面をCMP法により研磨し、その表面を平坦化する(図25(b))。
次いで、通常のリソグラフィー及びエッチングにより、配線210上に形成されたビアホール222を開口する。まず、C48とArとの混合ガスプラズマによるエッチングを行い、絶縁膜218を加工する。
続いて、150℃の燐酸水溶液中に浸漬し、ビアホール222内のエッチングストッパ膜216を除去する。燐酸を用いたエッチングでは、SiN膜と、シリコン酸化膜との選択比が50程度確保できるので、下地の絶縁膜214の減耗はほとんどみられない。また、燐酸によるエッチングは等方的であるので、SiN膜は横方向にもエッチングされる。これにより、絶縁膜218はオーバーハング形状となり、空孔224が形成される。
【0132】
この後、CF4、CHF3、Arの混合ガスプラズマによりシリコン酸化膜よりなる絶縁膜214を異方性エッチングする。エッチングの際には、上層の絶縁膜218がマスクとなるので、オーバーハングしている絶縁膜218の開口部直下の絶縁膜214のみが除去されることになる(図25(c))。
このとき、空孔224がコンタクトプラグ208上に延在した場合であっても空孔224内には絶縁膜214が形成されているので、ビアホール222内にコンタクトプラグ208が露出することはない。
【0133】
次いで、スパッタ法により、膜厚約70nmのTiN膜よりなる導電性膜226を堆積する(図26(a))。
続いて、CVD法により膜厚約600nmのW膜を堆積する。上述の通り、ビアホール222内にはコンタクトプラグ208が露出していないので、W膜とコンタクトプラグ208とが短絡することはない。
【0134】
この後、W膜をエッチバックしてビアホール222内にのみ残留させることによりコンタクトプラグ230を形成する(図26(b))。
このように、本実施形態によれば、エッチングストッパ膜216の下に絶縁膜214を設けることにより、絶縁膜218がオーバーハング形状となった場合にも空孔224下にはコンタクトプラグ208は露出しないので、従来の半導体装置と比較してコンタクトプラグ230−コンタクトプラグ208間の短絡を低減することができる。
【0135】
なお、本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態ではエッチングストッパ膜216下に絶縁膜214を設けることにより課題を解決したが、第1実施形態による半導体装置の構造を適用し、導電性膜226によってビアホール222と空孔224とを空間的に完全に遮断してもよい。
【0136】
また、上述のプロセス条件はその一例を示したものであり、これらの数値を適当な値に変更したとしても、本発明の効果にはなんら影響を及ぼすものではない。
[第8実施形態]
本発明の第8実施形態による半導体装置及びその製造方法について図27乃至図29を用いて説明する。
【0137】
図27は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図、図28及び図29は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
第4乃至第7実施形態ではエッチングストッパ膜下に更に絶縁膜を設けた構造を層間絶縁膜に適用したが、この構造を層間絶縁膜上に埋め込み配線を形成する場合に適用すれば、配線溝を形成するエッチングを容易にすることも可能となる。
【0138】
本実施形態では、第4実施形態による層間絶縁膜の構造を、第3実施形態による半導体装置の構造に適用した場合について説明する。
本実施形態による半導体装置は、図10に示す第3実施形態による半導体装置において、エッチングストッパ膜112下にシリコン酸化膜よりなる絶縁膜126が更に形成されていることに特徴がある。
【0139】
このように絶縁膜126を設けることにより、配線122を埋め込む配線溝118を形成するエッチング工程を容易にすることができる。
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。
まず、例えば第3実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、半導体基板100上にコンタクトプラグ110が埋め込まれた層間絶縁膜104を形成する(図28(a))。
【0140】
次いで、このような下地基板上に、膜厚約10nmのSiO2膜よりなる絶縁膜126と、膜厚約50nmのSiN膜よりなるエッチングストッパ膜112を順次堆積する。
続いて、エッチングストッパ膜112上に膜厚約250nmのSiO2膜よりなる絶縁膜114を堆積し、絶縁膜126、エッチングストッパ膜112、絶縁膜114よりなる層間絶縁膜116を形成する(図28(b))。
【0141】
この後、通常のリソグラフィー技術及び異方性エッチング技術を用い、絶縁膜114を貫通してエッチングストッパ膜112に達する配線溝118を開口する。このとき、エッチング条件を、SiO2よりなる絶縁膜114に対してSiN膜よりなるエッチングストッパ膜112のエッチング速度が十分に小さくなるように設定することにより、エッチングストッパ膜112がほとんどエッチングされることなく配線溝118をエッチングストッパ膜112上まで開口することができる。絶縁膜114のエッチングは、例えばC48とArとの混合ガスプラズマによる反応性イオンエッチングを用い、エッチングストッパ膜112に対して選択比が20以上確保できる条件で行うことが望ましい。
【0142】
絶縁膜114のエッチングに引き続き、エッチングストッパ膜112を絶縁膜126上までエッチングする。このとき、エッチング条件を、SiN膜よりなるエッチングストッパ膜112に対してSiO2よりなる膜絶縁膜126のエッチング速度が十分に小さくなるように設定することにより、絶縁膜126がほとんどエッチングされることなく配線溝118を絶縁膜126上まで開口することができる(図28(c))。エッチングストッパ膜112のエッチングは、例えばSF6とO2とを用いた反応性イオンエッチングを用い、絶縁膜126に対して選択比が3以上確保できる条件で行うことが望ましい。
【0143】
図35に示す従来の構造では、このエッチングによって下地の層間絶縁膜104やコンタクトプラグ110が露出したため、エッチングストッパ膜112に対する両者のエッチング選択比のトレードオフによってエッチング条件を設定していたが、本実施形態による半導体装置の構造ではエッチングストッパ膜112に対する絶縁膜126の選択比のみを考慮すればよく、配線溝118を容易に開口することができる。
【0144】
次いで、配線溝118内の絶縁膜126をエッチングし、配線溝116内にコンタクトプラグ110を露出する。このとき、配線溝118内には層間絶縁膜104が露出しているため、絶縁膜126のエッチングと同時に層間絶縁膜104もエッチングされるが、絶縁膜126の膜厚は約10nmと薄いのでオーバーエッチング量を考慮しても絶縁膜126のエッチングによる層間絶縁膜104の膜減りは充分に少ない。従って、コンタクト特性に影響を及ぼすほどの段差が配線溝118内に生じることはない(図29(a))。
【0145】
なお、絶縁膜126のエッチングではコンタクトプラグ110に対して十分な選択比を得ることができるので、コンタクトプラグ110がエッチングされることもない。
続いて、配線溝118の内壁及び底面に、コンタクトプラグ110に接続された導電性膜120を形成する。
【0146】
この後、スパッタ法によりCu膜を堆積してリフローを行い、配線溝118内にCuを埋め込む。例えば、圧力1.5mTorr、パワー5kW、Ar流量25sccmとしてCuのスパッタを行い、温度350℃、Ar流量1000sccm、圧力80TorrとしてCuのリフローを行う。
次いで、層間絶縁膜116上のCuをCMP法により除去し、配線溝118内にのみCuを残存させる。例えば、アルミナ系研磨剤を用い、回転数100rpm、研磨圧力6psiとしてCMPを行う。こうして、配線溝116に埋め込まれた配線120を形成する(図29(b))。
【0147】
このように、本実施形態によれば、コンタクトプラグ110が埋め込まれた層間絶縁膜104上に層間絶縁膜116に埋め込まれた配線120を形成する際に、エッチングストッパ膜11下に更に絶縁膜12を有するBLC構造を用いるので、エッチングストッパ膜11のエッチングの際にコンタクトプラグ110や層間絶縁膜104がエッチングされることはない。これにより、コンタクトプラグ110と配線12とのコンタクト特性を向上することができ、同時に半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0148】
なお、上述のプロセス条件はその一例を示したものであり、これらの数値を適当な値に変更したとしても、本発明の効果にはなんら影響を及ぼすものではない。
【0149】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、下地基板と、下地基板上に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜よりなり、下地基板に達する開口部が形成された層間絶縁膜と、開口部の内壁及び底部に形成された導電性膜と、導電性膜が形成された開口部内に形成された埋め込み導電体とを有し、第1の絶縁膜に形成された開口部の開口幅は、第2の絶縁膜に形成された開口部の開口幅よりも広く、開口部内壁に形成された導電性膜と、開口部の底部に形成された導電性膜とが連続しており、導電性膜は、第1の絶縁膜に形成された開口部の、第2の絶縁膜下の領域を充填するように形成されている半導体装置を構成するので、開口部内に導電性材料を埋め込む際に、導電性材料のソースガスによる下地基板の浸食や、導電性材料と下地基板との反応を防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
また、下地基板と、下地基板上に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜よりなり、下地基板に達する開口部が形成された層間絶縁膜と、開口部の内壁及び底部に形成された導電性膜と、導電性膜が形成された開口部内に形成された埋め込み導電体とを有し、第1の絶縁膜に形成された開口部の開口幅は、第2の絶縁膜に形成された開口部の開口幅よりも広く、導電性膜は、開口部内部を完全に囲うように形成されており、開口部内の第2の絶縁膜下に、空孔が形成されている半導体装置を構成するので、開口部内に導電性材料を埋め込む際に、導電性材料のソースガスによる下地基板の浸食や、導電性材料と下地基板との反応を防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【0150】
また、導電性材料のソースガスと反応する下地基板と、下地基板上に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上に形成され、第1の絶縁膜とエッチング特性が異なる第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜上に形成され、第1の絶縁膜とエッチング特性が等しい第3の絶縁膜とを有し、下地基板に達する開口部が形成された層間絶縁膜と、開口部の底部の全体及び内壁に形成された導電性膜と、導電性膜が形成された開口部内に、ソースガスを用いて形成された埋め込み導電体とを有し、第1の絶縁膜は、第2の絶縁膜よりも薄く、第2の絶縁膜に形成された開口部の開口幅は、第3の絶縁膜に形成された開口部の開口幅よりも広く、第1の絶縁膜に形成された開口部の開口幅は、第3の絶縁膜に形成された開口部の開口幅とほぼ等しい半導体装置を構成するので、下地基板を導電成膜によって完全に開口部内から隔離することができる。これにより、開口部内に導電性材料を埋め込む際に、導電性材料のソースガスによる下地基板の浸食や、導電性材料と下地基板との反応を防止することができる。
【0152】
また、上記の半導体装置の構造は、複数の配線層を有する多層配線構造において、いずれの配線層においても適用することができる。
また、下地基板上に第1の絶縁膜を堆積する第1の絶縁膜堆積工程と、第1の絶縁膜上に、第1の絶縁膜とエッチング特性の異なる第2の絶縁膜を堆積する第2の絶縁膜堆積工程と、第2の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、第1の絶縁膜に達する第1の開口部を形成する第1の開口部形成工程と、開口部内の第1の絶縁膜を、横方向にもエッチングが進行する方法により除去することにより、第1の開口部を下地基板上まで開口すると同時に、第2の絶縁膜下の第1の絶縁膜をエッチングして空隙を形成してなる第2の開口部を形成する第2の開口部形成工程と、第2の開口部内に下地基板が露出しないように、第2の開口部の内壁及び底部に形成され、少なくとも空隙の第2の開口部側の端部を塞ぐ導電性膜を堆積する導電性膜堆積工程と、少なくとも導電性膜が形成された第2の開口部内に、埋め込み導電体を形成する埋め込み導電体形成工程とにより半導体装置を製造することにより、導電成膜によって開口部内と下地基板とを完全に隔離することができる。これにより、後工程で開口部内に導電性材料を埋め込む際に、導電性材料のソースガスによって下地基板が浸食されたり、下地基板と導電性材料とが反応することはない。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、導電性膜堆積工程では、空隙を充填するように導電性膜を形成することができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、導電性膜堆積工程では、空隙内に空孔が残存するように導電性膜を形成することができる。
【0153】
また、上記の半導体装置の製造方法において、導電性膜をコリメートスパッタ法により堆積すれば、空隙の開口部を容易に塞ぐことができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、第2の開口部の底部における導電性膜の膜厚が、第1の絶縁膜よりも厚くなるように導電性膜を堆積すれば、空隙の開口部を容易に塞ぐことができる。
【0154】
また、上記の半導体装置の製造方法において、導電性膜をCVD法により堆積すれば、導電性膜を空隙の中に埋め込むことができる。
また、上記の半導体装置の製造方法において、第2の開口部の底部における導電性膜の膜厚が第1の絶縁膜の膜厚の1/2以上となるように導電性膜を堆積すれば、空隙の開口部を容易に埋め込むことができる。
【0155】
また、導電性材料のソースガスと反応する下地基板上に第1の絶縁膜を堆積する第1の絶縁膜堆積工程と、第1の絶縁膜上に、第1の絶縁膜とエッチング特性異なり、第1の絶縁膜よりも厚い第2の絶縁膜を堆積する第2の絶縁膜堆積工程と、第2の絶縁膜上に、第の絶縁膜とエッチング特性が等しい第3の絶縁膜を堆積する第3の絶縁膜堆積工程と、第3の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、第2の絶縁膜に達する開口部を形成する第1の開口部形成工程と、開口部内の第2の絶縁膜を等方的にエッチングすることにより、開口部を第1の絶縁膜上まで開口する第2の開口部形成工程と、開口部内の第1の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、開口部を下地基板上まで開口する第3の開口部形成工程と、開口部内に露出した下地基板を覆うように、開口部の内壁及び底部に導電性膜を堆積する導電性膜堆積工程と、導電性膜が形成された開口部内に、ソースガスを用いて埋め込み導電体を形成する工程とにより半導体装置を製造することにより、導電成膜によって開口部内と下地基板とを完全に隔離することができる。これにより、SAC構造を用いるために第2の絶縁膜を等方性エッチングする必要がある場合にも、導電性材料を埋め込む際のソースガスによる基板浸食を防止することができる。また、導電性材料と下地基板との反応を防止することができる。
【0156】
また、上記の半導体装置の製造方法において、第1の絶縁膜をエッチングする際のオーバーエッチング量を約50%以下に設定すれば、下地基板に与えるダメージを抑えて開口部を形成することができる。
また、本発明による半導体装置の製造方法は、複数の配線層を有する多層配線構造において、いずれの配線層を形成する場合においても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図2】本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図3】本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図4】コリメートスパッタ法の原理を説明する図である。
【図5】本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法における効果を説明する図である。
【図6】本発明の第2実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図7】本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図8】BLC構造を適用した埋め込み配線を説明する図である。
【図9】Cuを用いた埋め込み配線における課題を説明する図である。
【図10】本発明の第3実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び断面図である。
【図11】本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図12】本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図13】本発明の第4実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図14】本発明の第4実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図15】本発明の第4実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図16】本発明の第4実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。
【図17】本発明の第4実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その4)である。
【図18】本発明の第5実施形態による半導体装置の構造を示す平面図及び断面図である。
【図19】本発明の第5実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図20】本発明の第5実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図21】本発明の第6実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図22】本発明の第6実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図23】本発明の第6実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図24】本発明の第7実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図25】本発明の第7実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図26】本発明の第7実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図27】本発明の第8実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図28】本発明の第8実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。
【図29】本発明の第8実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。
【図30】SAC構造を有する従来の半導体装置の構造を説明する図である。
【図31】BLC構造を有する従来の半導体装置の構造を説明する図である。
【図32】従来の半導体装置の問題点を説明する図(その1)である。
【図33】従来の半導体装置の問題点を説明する図(その2)である。
【図34】従来の半導体装置の問題点を説明する図(その3)である。
【図35】従来の半導体装置の問題点を説明する図(その4)である。
【図36】従来の半導体装置の問題点を説明する図(その5)である。
【図37】従来の半導体装置の問題点を説明する図(その6)である。
【図38】従来の半導体装置の問題点を説明する図(その7)である。
【図39】従来の半導体装置の問題点を説明する図(その8)である。
【符号の説明】
10…半導体基板
12…素子分離膜
14…拡散層
16…エッチングストッパ膜
18…絶縁膜
20…層間絶縁膜
22…コンタクトホール
24…導電性膜
26…プラグ
28…配線層
30…空孔
32…絶縁膜
34…ゲート酸化膜
36…WF6分子
38…絶縁膜
40…ゲート電極
42…サイドウォール
44…CoSi2
46…SOG膜
48…レジスト膜
50…ターゲット
52…基板
54…コリメータ
60…素子領域
62…ゲート電極
64…ゲート電極
66…配線
68…配線溝
100…半導体基板
102…コンタクトホール
104…層間絶縁膜
106…導電性膜
108…プラグ
110…コンタクトプラグ
112…エッチングストッパ膜
114…絶縁膜
116…層間絶縁膜
118…配線溝
120…導電性膜
122…配線
124…空孔
126…絶縁膜
128…絶縁膜
130…エッチングストッパ膜
132…絶縁膜
134…層間絶縁膜
136…ビアホール
138…空孔
140…導電性膜
142…プラグ
144…コンタクトプラグ
146…高抵抗反応物
200…半導体基板
202…層間絶縁膜
204…導電性膜
206…プラグ
208…コンタクトプラグ
210…配線
212…導電性膜
214…絶縁膜
216…エッチングストッパ膜
218…絶縁膜
220…層間絶縁膜
222…ビアホール
224…空孔
226…導電性膜
228…プラグ
230…コンタクトプラグ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wiring technique in a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a wiring structure suitable for high integration and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As LSIs become larger, device miniaturization is being pursued.
In order to realize a semiconductor integrated circuit having gates, wirings, and contact holes with finer dimensions, conventionally, the exposure wavelength in photolithography has been shortened to improve the resolution.
[0003]
Various device structures that reduce the alignment margin between lithography processes while reducing the minimum resolution size in this way have been studied, and the device size can be reduced without reducing the size of the pattern to be formed. Has been tried.
Examples of such a device structure include a self-aligned contact (hereinafter referred to as SAC) or a borderless contact (hereinafter referred to as BLC).
[0004]
A conventional SAC structure will be described in comparison with a case where no SAC structure is used.
As shown in FIG. 30A, in the case where two gate electrodes 40 are formed on the semiconductor substrate 10 and the interlayer insulating film 20 is formed thereon, the two gate electrodes 40 are connected to each other. When the contact hole 22 is opened to the semiconductor substrate 10 through the gap, it is necessary to previously arrange the gate electrode 40 in consideration of the alignment accuracy when the contact hole 22 is opened.
[0005]
That is, the gap a between the contact hole 22 and the gate electrode 40 must be at least more than the alignment accuracy so that the conductive film and the gate electrode 40 are not short-circuited when the conductive film is embedded in the contact hole 22 ( FIG. 30 (b)). Therefore, the distance between the gate electrodes 40 is affected by the contact hole 22, and further miniaturization becomes difficult.
[0006]
On the other hand, in the case of the SAC structure, as shown in FIG. 30C, the gate electrode 40 is covered with an interlayer insulating film 20 and an insulating film 38 having etching selectivity. Therefore, when the interlayer insulating film 20 is etched, the insulating film 38 is not etched, and the conductive film and the gate electrode 40 are not short-circuited even when the conductive film is buried in the contact hole 22.
[0007]
Therefore, even when a positional shift occurs in the lithography process for forming the contact hole 22, the opening of the semiconductor substrate 10 is determined only by the gate electrode 40 and the insulating film 38, so that as shown in FIG. The gate electrode 40 and the contact hole 22 can be arranged without considering the alignment. Thereby, the element can be miniaturized.
[0008]
The SAC structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 61-292323, 4-106929, '94 Symp. VLSI Tech., Tech. Dig., Pp. 99-100.
Next, a conventional BLC structure will be described in comparison with a case where no BLC structure is used.
[0009]
As shown in FIG. 31A, when the element isolation film 12 is formed on the semiconductor substrate 10 and the interlayer insulating film 20 is formed thereon, a contact hole 22 is formed in the vicinity of the element isolation film 12. In the case of opening, the contact hole 22 and the element isolation film 12 must be separated so that the contact hole 22 is not positioned on the element isolation film 12 even when a positional shift occurs.
[0010]
That is, when the contact hole 22 is located on the element isolation film, the element isolation film 12 is etched in the etching when the contact hole 22 is opened, and the conductive film 24 is embedded when the conductive film is embedded in the contact hole 22. This is because a short-circuit occurs between the semiconductor substrate 10 and the semiconductor substrate 10 (FIG. 31B).
On the other hand, in the case of the BLC structure, as shown in FIG. 31C, the interlayer insulating film 20 is formed by the insulating films 16 and 18 having different etching selectivity. At this time, if a material with sufficient etching selectivity for the insulating film 16 in contact with the element isolation film 12 is selected for the element isolation film 12, the element isolation is performed even when the contact hole 22 is opened to the surface of the semiconductor substrate 10. Since the film 12 is not etched, a junction short circuit between the conductive film embedded in the contact hole 22 and the semiconductor substrate 10 can be prevented.
[0011]
Therefore, if the BLC structure is used, a junction short circuit can be prevented even when the element isolation film 12 and the contact hole 22 overlap with each other. Therefore, there is no need to consider the alignment margin between the element isolation film 12 and the contact hole 22. The contact hole 22 can be disposed as shown in FIG. Thereby, the element can be miniaturized.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional semiconductor device using the BLC structure has the following problems.
That is, when etching the insulating film 16, it is desirable to use wet etching in order to obtain a selection ratio with the element isolation film 12, but wet etching for removing the insulating film 16 is isotropic etching. Etching is performed up to the insulating film 16 below the insulating film 18 to form holes 30 (FIG. 32A). Since the holes 30 thus formed cannot be covered by the conventional sputtering method, they remain even after the conductive film 24 is deposited (FIG. 32B). For this reason, when the plug 26 is formed by using the W filling method in the subsequent contact formation process, the source gas WF is used. 6 Intruded from the hole portion, substrate erosion called wormhole occurred, and junction breakdown occurred in the source / drain diffusion layer 14 (FIG. 32 (c)).
[0013]
In addition, when Al (aluminum) deposited by CVD instead of the W plug is used as a wiring material, Al and the semiconductor substrate are in direct contact within the holes 30, so that heat treatment in a later process is performed. As a result, the Al and the semiconductor substrate may react to cause a junction breakdown in the source / drain diffusion layer 14 (FIG. 33A).
[0014]
The same was true when Cu was used as the wiring material. In particular, in the case of Cu, when it diffuses into a semiconductor substrate, a deep level is formed, so that the transistor characteristics may be significantly deteriorated. Further, since Cu easily diffuses in the silicon oxide film, when Cu reaches the gate oxide film 34, the leakage current between the gate electrode 40 and the semiconductor substrate 10 may increase (FIG. 33B).
[0015]
Also, as shown in FIG. 34, in a semiconductor device having a wiring 210 connected to a contact plug 208 embedded in an interlayer insulating film 202 on a semiconductor substrate 200, a BLC structure is formed when a via hole connected to the wiring 210 is opened. When the insulating film 220 is etched up to the top of the etching stopper film 216 immediately above the interlayer insulating film 208 due to misalignment or the like at the time of opening the via hole, voids formed when the etching stopper film 216 is etched. The contact plug 208 is exposed in the 224, and the contact plug 230 and the contact plug 208 may be short-circuited.
[0016]
Further, when the etching stopper film 112 is removed without forming the holes 124 by using anisotropic reactive ion etching, it is difficult to ensure selectivity with respect to the base film.
That is, in the structure shown in FIG. 35A, if the etching stopper film 112 in the wiring trench 118 is etched under a condition that can ensure a sufficient selection ratio with respect to the interlayer insulating film 104, the contact plug 110 is sufficient. As a result, the contact plug 110 may be etched (FIG. 35B).
[0017]
On the contrary, if the etching stopper film 112 is etched under a condition that can secure a sufficient selection ratio with respect to the contact plug 110, a sufficient selection ratio with respect to the interlayer insulating film 104 cannot be ensured. The insulating film 104 may be etched (FIG. 35C).
As described above, in the etching of the etching stopper film 112, it is difficult to ensure the etching selectivity for the contact plug 110 and the interlayer insulating film 104 at the same time, which affects the reliability of the semiconductor device such as deterioration of contact characteristics. There was a thing.
[0018]
Further, when the BLC structure is applied when forming the contact plug 144 on the wiring 122 formed by being embedded in the interlayer insulating film 114, the conductive film is formed in the hole 138 formed by the recession of the etching stopper film 130. Since the wiring 122 is exposed even after the 140 is formed, the material gas of the plug 142 reacts with the wiring 122 when the plug 142 is embedded, and a high resistance reactant 146 may be formed. For this reason, the contact characteristics between the contact plug 144 and the wiring 122 may be deteriorated (FIG. 36).
[0019]
Further, in the process of detailed examination by the inventors of the present application, a new problem that has not been known has been found.
That is, for example, as shown in FIG. 37A, in the case of the SAC structure in which the position of the gate electrode 40 and the contact hole 22 overlaps and there is a step in the contact hole 22, the insulating film 16 made of SiN film and It has been found that when the contact hole 22 is opened in the interlayer insulating film 20 made of the insulating film 18, the SiN film is easily worn out at the shoulder portion of the step when the insulating film 18 is etched. As a result, when the SiN film depleted by the conventional method is removed, as shown by the dotted line in FIG. 37 (a), the insulating film 38 directly under the SiN film is etched, and the gate electrode 40 may be exposed. .
[0020]
Further, in order to suppress the above-described depletion of the SiN film, when the selection ratio between the SiN film and the oxide film is increased by etching using phosphoric acid or fluorine radicals, the insulating film 16 is formed as shown in FIG. Etching in the lateral direction proceeds and holes 30 are formed. Thereafter, when the conductive film 24 is deposited, the conductive film 24 is not deposited in the pores 30. Therefore, when the W filling method is used in the subsequent contact formation process, WF which is a source gas is used. 6 May intrude through the hole 30 and a wormhole may occur, causing a breakdown of the junction at the source / drain diffusion layer 14.
[0021]
Even when salicide is formed on the source / drain diffusion layer 14, since the semiconductor substrate 10 is not sufficiently covered by the silicide layer 44 at the edge portion of the element isolation film 12, worm holes are generated from the edge portion. It sometimes occurred and the joint was broken (FIG. 38).
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a SAC structure or a BLC structure that can reduce phenomena affecting the reliability of the semiconductor device, such as junction leakage and short-circuit between wires, and a method for manufacturing the same.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The object is to comprise an underlying substrate, a first insulating film formed on the underlying substrate, and a second insulating film formed on the first insulating film, and an opening reaching the underlying substrate. An interlayer insulating film formed; a conductive film formed on an inner wall and a bottom of the opening; and a buried conductor formed in the opening where the conductive film is formed. The opening width of the opening formed in the insulating film is wider than the opening width of the opening formed in the second insulating film, and the conductive film formed on the inner wall of the opening; The conductive film formed at the bottom of the opening is continuous, and the conductive film forms a region below the second insulating film in the opening formed in the first insulating film. Fill It is achieved by a semiconductor device characterized by being formed as described above. Since the base substrate is not exposed in the opening by configuring the semiconductor device in this manner, when the conductive material is embedded in the opening, the base substrate is eroded by the source gas of the conductive material, or the conductive material and the base are exposed. Reaction with the substrate can be prevented. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.
Also, the object is to form an opening reaching the base substrate, comprising a base substrate, a first insulating film formed on the base substrate, and a second insulating film formed on the first insulating film. An interlayer insulating film having a portion formed thereon, a conductive film formed on an inner wall and a bottom portion of the opening, and a buried conductor formed in the opening in which the conductive film is formed, The opening width of the opening formed in the first insulating film is wider than the opening width of the opening formed in the second insulating film, The conductive film is formed so as to completely surround the inside of the opening, This can also be achieved by a semiconductor device in which a hole is formed under the second insulating film in the opening. Since the base substrate is not exposed in the opening by configuring the semiconductor device in this manner, when the conductive material is embedded in the opening, the base substrate is eroded by the source gas of the conductive material, or the conductive material and the base are exposed. Reaction with the substrate can be prevented. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.
[0023]
Further, the object is formed on the base substrate that reacts with the source gas of the conductive material, the first insulating film formed on the base substrate, and the first insulating film. The etching characteristics are different from those of the first insulating film. Formed on the second insulating film and the second insulating film; Etching characteristics are the same as the first insulating film An interlayer insulating film having an opening reaching the base substrate, and an opening of the opening. Whole bottom as well as inner wall And an embedded conductor formed using the source gas in the opening where the conductive film is formed, and The first insulating film is thinner than the second insulating film, An opening width of the opening formed in the second insulating film is wider than an opening width of the opening formed in the third insulating film, and the opening formed in the first insulating film. The opening width of the portion is also achieved by a semiconductor device characterized in that it is substantially equal to the opening width of the opening formed in the third insulating film. By configuring the semiconductor device in this manner, the base substrate can be completely isolated from the opening by conductive film formation.
[0025]
In the semiconductor device, it is preferable that the base substrate further includes at least one wiring layer. The semiconductor device according to the present invention can be applied to any wiring layer in a multilayer wiring structure having a plurality of wiring layers.
Further, the above object is to provide a first insulating film deposition step for depositing a first insulating film on a base substrate, and a second insulating film having a different etching characteristic from the first insulating film on the first insulating film. A second insulating film deposition step for depositing the film and anisotropic etching of the second insulating film reach the first insulating film. First A first opening forming step for forming an opening; First By removing the first insulating film in the opening by a method in which etching proceeds also in the lateral direction, First Opening the opening to the base substrate and simultaneously etching the first insulating film under the second insulating film to form a gap To form a second opening A second opening forming step, and Second In order not to expose the base substrate in the opening, Formed on the inner wall and bottom of the second opening, At least of the void The second Aperture Side edge Conductive film Compost A conductive film deposition step to be stacked, and at least the conductive film is formed Second It is also achieved by a method of manufacturing a semiconductor device, characterized by having a buried conductor forming step of forming a buried conductor in the opening. By manufacturing the semiconductor device in this manner, the inside of the opening and the base substrate can be completely isolated by conductive film formation. Thus, when the conductive material is embedded in the opening in a later step, the base substrate is not eroded by the source gas of the conductive material, and the base substrate and the conductive material do not react. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.
Further, in the above semiconductor device manufacturing method, in the conductive film deposition step, the gap is removed. Fill As described above, the conductive film may be formed.
In the method for manufacturing a semiconductor device, in the conductive film deposition step, the conductive film may be formed so that holes remain in the gap.
[0026]
In the method for manufacturing a semiconductor device, it is preferable that the conductive film is deposited by a collimated sputtering method in the conductive film deposition step. By depositing a conductive film by a collimated sputtering method, the opening of the gap can be easily closed.
In the method of manufacturing a semiconductor device, in the conductive film deposition step, Second It is desirable that the conductive film is deposited so that the film thickness of the conductive film at the bottom of the opening is thicker than that of the first insulating film. By doing so, the opening of the gap can be easily closed.
[0027]
In the method for manufacturing a semiconductor device, it is preferable that the conductive film is deposited by a CVD method in the conductive film deposition step. By depositing the conductive film by the CVD method, the conductive film can be easily embedded in the gap.
In the method of manufacturing a semiconductor device, in the conductive film deposition step, Second It is desirable to deposit the conductive film so that the film thickness of the conductive film at the bottom of the opening is ½ or more of the film thickness of the first insulating film. By doing so, the opening of the gap can be easily embedded.
[0028]
Further, the object is to deposit a first insulating film on a base substrate that reacts with a source gas of a conductive material, and to form the first insulating film on the first insulating film. Film and etching characteristics But Different Thicker than the first insulating film. A second insulating film deposition step of depositing a second insulating film, and the second insulating film on the second insulating film; 1 Insulation film and etching characteristics Are equal A third insulating film deposition step for depositing a third insulating film; and a first opening for forming an opening reaching the second insulating film by anisotropically etching the third insulating film Forming step and the second insulating film in the opening Isotropically Etchan To A second opening forming step for opening the opening to the top of the first insulating film, and anisotropically etching the first insulating film in the opening to form the opening. A third opening forming step for opening up to the base substrate; ,Previous To cover the base substrate exposed in the opening , On the inner wall and bottom of the opening A semiconductor device comprising: a conductive film deposition step of depositing a conductive film; and a step of forming a buried conductor using the source gas in the opening in which the conductive film is formed. This is also achieved by the manufacturing method. By manufacturing the semiconductor device in this manner, the inside of the opening and the base substrate can be completely isolated by conductive film formation. Accordingly, even when the second insulating film needs to be isotropically etched in order to use the SAC structure, substrate erosion due to the source gas when the conductive material is embedded can be prevented. In addition, the reaction between the conductive material and the base substrate can be prevented.
[0029]
In the method for manufacturing a semiconductor device, it is preferable that in the third opening forming step, an over-etching amount when etching the first insulating film is set to about 50% or less. By manufacturing the semiconductor device in this manner, the opening can be formed while suppressing damage to the base substrate.
In the method for manufacturing a semiconductor device, the base substrate preferably further includes at least one wiring layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be applied to any wiring layer in a multilayer wiring structure having a plurality of wiring layers.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, FIGS. 2 and 3 are process cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. FIG. 5 is a view for explaining the effect of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment.
[0032]
The structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
An element isolation film 12 that defines an element region is formed on the semiconductor substrate 10, and a diffusion layer 14 is formed in the element region. An interlayer insulating film 20 composed of an etching stopper film 16 and an insulating film 18 is formed on the semiconductor substrate 10, and a contact hole 22 reaching the semiconductor substrate is opened in the interlayer insulating film 20. A conductive film 24 that functions as a barrier metal is formed on the inner wall of the contact hole 22 and the interlayer insulating film 20, and a plug 26 is embedded in the contact hole 22 in which the conductive film 24 is formed. A wiring layer 28 connected to the plug 26 is formed on the interlayer insulating film 20.
[0033]
Here, the semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that although the etching stopper film 16 in the vicinity of the contact hole 22 is etched in the lateral direction to form the void 30, the conductive film formed in the contact hole 22. Reference numeral 24 denotes that the hole 30 is not interrupted and is formed so as to completely surround the inside of the contact hole.
[0034]
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, an insulating film to be an etching stopper film 16 is deposited on the semiconductor substrate 10 in which the diffusion layer 14 is formed in the element region defined by the element isolation film 12 (FIG. 2A). For example, a SiN film can be used as the etching stopper film. For example, by plasma CVD, the substrate temperature is 400 ° C., the power is 300 W, SiH Four Flow rate is 100cc, NH Three Deposited at a flow rate of 50 cc.
[0035]
Next, an insulating film 18 is deposited on the etching stopper film 16 to form an interlayer insulating film 20 (FIG. 2B). As the insulating film 18, for example, SiO 2 A membrane can be used. For example, by plasma CVD, the substrate temperature is 400 ° C., the power is 300 W, SiH Four Flow rate 50cc, N 2 Deposition is performed with an O flow rate of 500 cc.
Subsequently, a contact hole 22 that penetrates the insulating film 18 and reaches the etching stopper film 16 is opened by normal lithography and anisotropic etching (FIG. 2C). At this time, the etching condition is SiO 2 2 The etching of the contact hole 22 does not reach the semiconductor substrate 10 by setting the etching rate of the etching stopper film 16 made of the SiN film to be sufficiently small with respect to the insulating film 18 made of the film.
[0036]
Thereafter, the etching stopper film 16 in the contact hole 22 is removed by isotropic etching (FIG. 2D). As a result, the bottom of the contact hole 22 reaches the semiconductor substrate 10 and at the same time, the etching stopper film 16 under the insulating film 18 in the vicinity of the contact hole 22 is etched to form a hole 30. Here, the isotropic etching is performed by, for example, wet etching using a phosphoric acid aqueous solution having a temperature of 100 ° C. and a concentration of 90%. This isotropic etching removes only the etching stopper film 16 and does not affect the semiconductor substrate 10, the insulating film 18, and the element isolation film 12.
[0037]
Next, the conductive film 24 is formed so as to cover the opening of the hole 30 (FIG. 3A). When depositing the conductive film 24, it is desirable to use a collimated sputtering method that allows the conductive film 24 to be deposited thickly on the bottom of the contact hole 22, rather than a normal sputtering method. For example, the conductive film 24 is formed by depositing a TiN film with a power of 10 kW, a collimator aspect ratio of 2 and a pressure of 2 mTorr.
[0038]
In the collimated sputtering method, as shown in FIG. 4A, by providing a collimator 54 between the target 50 and the substrate 52, only sputtered particles having a component perpendicular to the substrate 52 are deposited on the substrate 52. It is what is deposited.
In a normal sputtering method, since sputtered particles include particles having various directional components, when a film is formed in the contact hole 22 having a large aspect ratio, as shown in FIG. The nearer the opening, the faster the deposition rate, making it difficult to deposit at the bottom of the contact hole.
[0039]
However, since the collimator 54 is provided, most of the sputtered particles have a vertical component, so that the film can be easily formed on the bottom of the contact hole (FIG. 4C).
Note that the conductive film 24 is formed by WF at the time of embedding in a later process. 6 It serves as a barrier layer against the gas, and has the effect of spatially separating the semiconductor substrate 10 and the contact hole 22 and electrically conducting.
[0040]
Since the conductive film 24 needs to be formed to cover at least the opening of the hole 30, the film thickness of the conductive film 24 to be formed needs to be at least as high as the opening of the hole 30. It is. That is, when the height of the opening is 100 nm, the thickness of the conductive film 24 to be formed needs to be 100 nm or more.
Subsequently, using the blanket W-CVD and etch back techniques, the plugs 26 are formed by burying W in the contact holes 22 (FIG. 3B). For example, the substrate temperature is 400 ° C., the pressure is 80 Torr, and WF 6 Flow rate 20cc, H 2 A W film is formed at a flow rate of 2000 cc, and Cl 2 Etch back is performed at a flow rate of 100 cc, a power of 200 W, and a pressure of 6 mTorr.
[0041]
Here, in forming the W film, WF reacts very well with Si constituting the semiconductor substrate 10. 6 Although gas is used, the semiconductor substrate 10 is isolated from the contact hole 22 by the conductive film 24. The conductive film 24 made of a TiN film is made of WF. 6 As it has excellent barrier properties against erosion, WF 6 The molecules 36 do not reach the semiconductor substrate 10 in the holes 30 and can prevent the junction breakdown of the source / drain regions due to erosion (FIG. 5).
[0042]
Thereafter, by forming the wiring layer 28 and performing patterning, a semiconductor device can be formed without causing junction breakdown (FIG. 3C).
As described above, according to the present embodiment, vacancies generated by isotropic etching of the etching stopper film are spatially isolated by the deposition of the conductive film. 6 WF even when forming W film using gas 6 There is no direct contact between the gas and the semiconductor substrate, and WF 6 It is possible to prevent the junction breakdown due to gas erosion. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.
[0043]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the above embodiment, WF 6 Although the case where the W plug is formed by the CVD method using a gas has been shown, the present invention can also be applied to the case where the plug 26 is formed of another metal material such as Al or Cu.
That is, in the semiconductor device according to the above-described embodiment, the holes 30 generated for isotropically etching the etching stopper film 16 are spatially separated from the inside of the contact hole 22 by the conductive film 24. Therefore, when Al or Cu is used as the material of the plug 26, the conductive film 24 functions as a barrier film that prevents the silicon substrate in the hole 30 and the plug material from coming into direct contact with each other. Bonding breakage due to the reaction between the substrate and the plug material can be prevented.
[0044]
When Al is used for the plug material, a blanket Al-CVD technique or a selective aluminum CVD technique can be applied. When Cu is used for the plug material, Cu is deposited by CVD or Cu is deposited by sputtering and then reflowed to fill the contact hole 22 and then polished back using CMP. Thus, the plug 26 can be formed.
[0045]
In the above embodiment, the SiN film is used as the etching stopper film 16, and the SiON film is used as the insulating film 18. 2 Although the films are used, any combination of these films may be used as long as these films can be etched independently by setting the etching conditions.
Further, although the TiN film formed by the collimated sputtering method is used as the conductive film 24, a laminated film made of TiN film / Ti film may be used. If such a laminated film is used, the contact resistance between the semiconductor substrate 10 and the conductive film 24 can be reduced.
[0046]
The Ti film can be deposited by CVD or sputtering. When the Ti film is deposited by sputtering, it is not always necessary to use collimated sputtering. As long as the air holes 30 can be completely blocked by the TiN film deposited on the upper layer of the Ti film, the Ti film may be deposited by a normal sputtering method.
Also, instead of using a TiN film, WF 6 Other conductive films that are resistant to gas erosion can also be applied. For example, a W film deposited by a collimated sputtering method can be used.
[0047]
Further, as the conductive film 24, a material having an effect as a diffusion barrier with respect to Cu or Al, for example, a WN film, a Ta film, a TaN film, a TiSiN film, a WSiN film, or the like can be used.
Further, although the phosphoric acid aqueous solution is used for etching the SiN film, other etching methods may be used.
[0048]
In addition, although blanket W-CVD and an etch back technique are used when filling W used for the plug 26, W may be buried in the contact hole 22 by selective tungsten CVD.
Further, the above-described process conditions are just an example, and even if these numerical values are changed to appropriate values, the effects of the present invention are not affected at all.
[Second Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[0049]
FIG. 6 is a process sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 7 is a process sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
The structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that the holes 30 are filled with the conductive film 24. That is, in the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1, the inside of the contact hole 22 and the hole 30 are spatially separated by depositing the conductive film 24 using the collimated sputtering method. In the semiconductor device according to, the inside of the hole 30 is filled with the conductive film 24, and the inside of the contact hole 22 and the semiconductor substrate 10 are isolated.
[0050]
In this way, erosion during plug formation is prevented.
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, a contact hole 22 is opened in the interlayer insulating film 20 in the same manner as in the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment shown in FIGS.
[0051]
Next, the conductive film 24 is deposited by the CVD method. For example, a TiN film can be used as the conductive film. For example, by CVD, the substrate temperature is 500 ° C., TiCl Four Flow rate 10cc, NH Three Deposition is performed at a flow rate of 500 cc and a pressure of 100 mTorr.
Ti source gases include TDMAT (tetrakis dimethylamino titanium), TDEAT (tetrakis diethylamino titanium), and TiI. Four Etc. may be used. When TDMAT is used, for example, the substrate temperature is 400 ° C., the TDMAT flow rate is 2 cc, NH Three The deposition can be performed at a flow rate of 10 cc and a pressure of 100 mTorr. When TDEAT is used, for example, the substrate temperature is 400 ° C., the TDEAT flow rate is 30 cc, NH Three The gas can be deposited at a flow rate of 10 slm and a pressure of 10 Torr.
[0052]
Since the CVD method has better coverage than the sputtering method, the inside of the holes 30 can be easily embedded by optimizing the film forming conditions. Therefore, WF 6 The barrier effect against gas is high, the semiconductor substrate 10 and the contact hole 22 are spatially separated, and the effect of electrical conduction can be made higher than in the sputtering method.
[0053]
In the case where the conductive film 24 is formed using a TiN film formed by the CVD method, it is necessary to deposit a film thickness that at least closes the opening of the hole 30 in order to fully exhibit the effects of the present invention. is there. Since this film thickness depends on the coverage capability of the CVD film, it cannot be uniquely determined. For example, when the height of the opening is 100 nm and the TiN film is formed under the above conditions, A film thickness of about 100 nm or more is necessary.
[0054]
When depositing the conductive film 24 having excellent step coverage, the holes 30 are completely filled by depositing the conductive film 24 having a thickness of about ½ or more of the thickness of the etching stopper film 16. Can do.
Thereafter, the plug 26 is formed in the same manner as in the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment (FIG. 7B), and further the wiring layer 28 is formed (FIG. 7C).
[0055]
As described above, according to the present embodiment, the holes generated by the isotropic etching of the etching stopper film are filled with the conductive film. 6 WF even when forming W film using gas 6 There is no direct contact between the gas and the semiconductor substrate, and WF 6 It is possible to prevent the junction breakdown due to gas erosion. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.
[0056]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, a TiN film formed by CVD is used as the conductive film 24, but WF 6 Any conductive film having erosion resistance against gas can be used. For example, even if it is a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film doped with impurities, WF 6 It is sufficient that the erosion does not reach the semiconductor substrate 10.
[0057]
As in the first embodiment, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment can also be applied to a method for manufacturing a semiconductor device in which an Al plug or a Cu plug is formed.
Further, the above-described process conditions are just an example, and even if these numerical values are changed to appropriate values, the effects of the present invention are not affected at all.
[Third Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0058]
8 is a diagram for explaining a buried wiring using a BLC structure, FIG. 9 is a diagram for explaining a problem in a buried wiring using Cu, and FIG. 10 is a plan view and a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 11 and 12 are process cross-sectional views illustrating the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment.
In the first and second embodiments, the present invention is applied when a contact hole is opened on a semiconductor substrate. However, the BLC structure according to the present invention can be applied to various underlayer structures.
[0059]
That is, the present invention solves a common problem in the process of embedding a conductive material in an opening, and not only when a plug is formed in a contact hole opened on a semiconductor substrate, but also other contact holes such as The effect is also exhibited in a process of filling a via hole with a plug or a process of forming a buried wiring.
[0060]
In this embodiment, the case where the BLC structure is applied to the embedded wiring will be described with reference to FIGS.
First, the embedded wiring and the embedded wiring using the BLC structure will be described.
With the demand for higher speed LSI, lowering of resistance of wiring material is required. In order to realize this, a novel low-resistance material such as Cu (copper) has been studied as a wiring material.
[0061]
However, since Cu does not generate a reactant having a high vapor pressure, it is difficult to use a patterning method using a reaction such as RIE (Reactive Ion Etching), and it is difficult to form fine wiring.
For this reason, when forming a wiring using Cu, a wiring groove is formed in the insulating film in advance, Cu is embedded in the groove by sputtering or the like, and Cu on the insulating film is etched back by CMP or the like. It is useful to form a wiring embedded in an insulating film by (polishing back).
[0062]
The BLC structure can also be applied when forming such a buried wiring. A case where the BLC structure is applied to the embedded wiring will be described with reference to FIG.
As shown in FIGS. 8A and 8B, when the contact plug 110 is embedded in the interlayer insulating film 104 formed on the semiconductor substrate 100, the wiring 122 embedded in the interlayer insulating film 116 in the upper layer. When the etching is performed to form the wiring trench 118 for embedding the wiring 122 in the interlayer insulating film 116, the interlayer insulating film 104 must be prevented from being etched. This is because if the etching reaches the interlayer insulating film 104, the shape of the wiring 122 embedded in the wiring trench 118 is greatly affected (FIG. 8C). When the shape of the wiring 122 changes in this way, the variation in wiring resistance increases, and the withstand voltage between the wiring 122 and a lower wiring (not shown) decreases, which affects the reliability of the semiconductor device. It will be.
[0063]
Therefore, if the BLC structure is applied in such a case, the interlayer insulating film 104 can be prevented from being excessively etched.
That is, by forming an etching stopper film 112 having different etching selectivity from these insulating films between the interlayer insulating film 104 and the interlayer insulating film 116, the etching of the interlayer insulating film 116 is controlled by the etching stopper film 112. It can be stopped (FIG. 8 (d)).
[0064]
By doing so, when etching the wiring trench 118 for embedding the wiring 122, the influence of the etching does not reach the interlayer insulating film 104, and the shape of the wiring 122 is determined only by the thickness of the interlayer insulating film 116. Wiring can be formed stably.
However, when Cu is used as the material for the embedded wiring, it is not preferable to apply the BLC structure as it is. The reason will be described below.
[0065]
Even in the case of forming an embedded wiring using Cu, when etching the etching stopper film 112, as in the case of a normal BLC structure, wet etching is performed to ensure etching selectivity with the interlayer insulating film 104 and the insulating film 114. It is preferable to use etching. However, since wet etching is isotropic etching, etching is performed up to the etching stopper film 112 under the insulating film 114, and a hole 124 is formed under the insulating film 114 (FIG. 9A). . Since the holes 124 formed in this way cannot be covered by the conventional sputtering method, they remain even after the conductive film 120 is deposited (FIG. 9B).
[0066]
For this reason, when Cu is embedded in the wiring formation process of the next step, Cu is embedded in the holes 124, and Cu diffuses from this portion into the insulating film 114, causing inter-wire leakage and dielectric constant of the insulating film. May rise (FIG. 9C).
As described above, it is not preferable to apply the conventional BLC structure as it is to the embedded wiring using Cu.
[0067]
Next, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 10A is a plan view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 10B is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment.
On the semiconductor substrate 100, an interlayer insulating film 104 having a contact hole 102 opened in a predetermined region is formed. A contact plug 110 made of a conductive film 106 and a plug 108 is formed in the contact hole 102.
[0068]
An interlayer insulating film 116 including an etching stopper film 112 and an insulating film 114 is formed on the base substrate where the contact plug 110 is exposed on the surface of the interlayer insulating film 104. In the interlayer insulating film 116, a wiring groove 118 for embedding wiring is formed, and the contact plug 110 is exposed at the bottom of the groove.
A conductive film 120 serving as a barrier metal is formed on the inner wall of the wiring groove 118 and the interlayer insulating film 104, and a wiring 122 is embedded in the wiring groove 118 in which the conductive film 120 is formed.
[0069]
Here, in the semiconductor device according to the present embodiment, the etching stopper film 112 in the vicinity of the wiring trench 118 is etched in the lateral direction to form the void 124, but the conductive film 120 formed in the wiring trench 118 is The hole 124 is not interrupted, and is characterized in that it is formed so as to completely surround the inside of the wiring groove 118.
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
[0070]
First, an interlayer insulating film 104 in which contact plugs 110 are embedded is formed on the semiconductor substrate 100. The contact plug 110 is connected to a transistor electrode (not shown) formed on the semiconductor substrate 100. The interlayer insulating film 104 is formed of, for example, a silicon oxide film.
Here, the contact plug 110 may have any structure.
[0071]
One or more wiring layers may be formed between the semiconductor substrate 100 and the interlayer insulating film 104. That is, the wiring 122 may be a second-layer metal wiring, or may be an upper-layer metal wiring.
In this specification, such a base structure is collectively referred to as a base substrate. That is, the base substrate referred to in this specification includes not only the semiconductor substrate itself but also a semiconductor substrate on which elements such as transistors are formed, and a structure in which one or more wiring layers are formed on the upper layer. Shall also be included.
[0072]
Next, an insulating film to be the etching stopper film 112 is deposited on such a base substrate. As the etching stopper film 112, for example, a SiN film can be used. For example, by plasma CVD, the substrate temperature is 400 ° C., the power is 300 W, SiH Four Flow rate is 100cc, NH Three Deposited at a flow rate of 50 cc.
Subsequently, an insulating film 114 is deposited on the etching stopper film 112, and an interlayer insulating film 116 composed of the etching stopper film 112 and the insulating film 114 is formed (FIG. 11A). As the insulating film 114, for example, SiO 2 A membrane can be used. For example, by plasma CVD, the substrate temperature is 400 ° C., the power is 300 W, SiH Four Flow rate 50cc, N 2 Deposition is performed with an O flow rate of 500 cc.
[0073]
Thereafter, a wiring groove 118 that reaches the etching stopper film 112 through the insulating film 114 is opened by using a normal lithography technique and anisotropic etching technique (FIG. 11B). At this time, the etching condition is SiO 2 2 By setting the etching rate of the etching stopper film 112 made of the SiN film to be sufficiently small with respect to the insulating film 114 made of, the etching of the wiring groove 118 does not reach the interlayer insulating film 104 or the contact plug 110. .
[0074]
Next, the etching stopper film 112 in the wiring trench 118 is removed by isotropic etching (FIG. 11C). As a result, the bottom of the wiring trench 118 reaches the interlayer insulating film 104 or the contact plug 110, and at the same time, the etching stopper film 112 under the insulating film 114 near the wiring trench 118 is etched to form a hole 124. Here, the isotropic etching is performed by, for example, wet etching using a phosphoric acid aqueous solution having a temperature of 100 ° C. and a concentration of 90%.
[0075]
Subsequently, the conductive film 120 is formed so as to cover the opening of the hole 124 (FIG. 12A). Here, the conductive film 118 serves as a barrier layer that prevents the wiring material from entering the cavities 124 when the wiring material is embedded in a later step. The conductive film 118 includes the interlayer insulating films 104 and 116 and the wiring groove 118. It has the effect of spatial isolation. Since the conductive film 120 needs to be formed to cover at least the opening of the hole 124, the film thickness of the conductive film 120 to be formed needs to be at least as high as the opening of the hole 124. It is. Therefore, it is desirable to use a collimated sputtering method for depositing the conductive film 120 (see the first embodiment).
[0076]
Thereafter, a Cu film is deposited by sputtering and reflow is performed, and Cu is embedded in the wiring trench 118. For example, Cu is sputtered at a pressure of 1.5 mTorr, power of 5 kW, and an Ar flow rate of 25 sccm, and Cu is reflowed at a temperature of 350 ° C., an Ar flow rate of 1000 sccm, and a pressure of 80 Torr.
Next, Cu and the conductive film 120 on the interlayer insulating film 116 are removed by the CMP method, and the Cu and the conductive film 120 are left only in the wiring trench 118. For example, CMP is performed using an alumina-based abrasive at a rotation speed of 100 rpm and a polishing pressure of 6 psi. Thus, the wiring 122 embedded in the wiring groove 118 is formed (FIG. 12B).
[0077]
In addition, you may use CVD method for embedding Cu. For example, Cu (PMPS) (HFAC) at a flow rate of 0.08 g / min and H 2 Is introduced as a carrier gas at a flow rate of 300 cc, and the temperature is 200 ° C. and the pressure is 200 mTorr.
Here, Cu that easily diffuses in the silicon oxide film is used for the wiring 122, but the interlayer insulating film 104 and the insulating film 114 made of the silicon oxide film are isolated from the wiring 122 by the conductive film 120. The conductive film 120 made of a TiN film has an excellent effect as a diffusion barrier for Cu, so that Cu does not diffuse into the interlayer insulating films 104 and 116, and leakage between wirings or dielectric of the interlayer insulating film is caused. An increase in rate can be prevented.
[0078]
As described above, according to the present embodiment, since the voids 124 generated by isotropic etching of the etching stopper film 112 are spatially isolated by the deposition of the conductive film 120, Cu is embedded in the wiring trench 118. At this time, Cu and the interlayer insulating films 104 and 116 are not in direct contact with each other, and leakage between wirings due to Cu diffusion, an increase in the dielectric constant of the interlayer insulating film, and the like can be prevented.
[0079]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, although the case where the embedded wiring is formed has been described in the above embodiment, the present invention may be applied to filling of via holes used for interlayer connection of multilayer wiring. In this case, this can be easily achieved by replacing the wiring trench 118 with a via hole.
Moreover, although the example which forms the electroconductive film 120 by the collimated sputtering method was shown in the said embodiment, you may deposit the electroconductive film 120 using CVD method like 2nd Embodiment. In this case, the holes 124 can be completely filled with the conductive film 120.
[0080]
Further, if a material having an effect as a diffusion barrier with respect to Cu, for example, a WN film, a Ta film, a TaN film, a TiSiN film, a WSiN film, or the like is used as the conductive film 120, Cu or Al is contained in the conductive film 120. Can be effectively prevented from diffusing and reaching the holes 124.
In addition, as an example of isotropic etching of the etching stopper film 112, an example in which wet etching using a phosphoric acid aqueous solution is used has been shown. If isotropic etching is used, the etching stopper film 112 can be etched without affecting the plug 110 in any way. Here, isotropic dry etching is performed by, for example, SF. 6 Flow rate is 120cc, O 2 The flow rate is 30 cc, the power is 200 W, the pressure is 200 mTorr, and the temperature is 20 ° C.
[0081]
Further, the above-described process conditions are just an example, and even if these numerical values are changed to appropriate values, the effects of the present invention are not affected at all.
[Fourth Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
[0082]
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIGS. 14 to 17 are process cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that an insulating film 32 is further formed under the etching stopper film 16 and the inner diameter of the contact hole 22 formed in the interlayer insulating film 20 changes in the depth direction. There is.
[0083]
That is, the etching stopper film 16 in the vicinity of the contact hole 22 is etched in the lateral direction to increase the inner diameter, but the inner diameter of the insulating film 32 is substantially equal to the inner diameter of the insulating film 18 and is smaller than the inner diameter of the etching stopper film 16. ing.
The conductive film 24 formed in the contact hole 22 is interrupted at the etching stopper film 16, but the opening formed in the insulating film 32 is completely formed by the conductive film 24 formed at the bottom of the contact hole 22. The semiconductor substrate 10 is not exposed in the contact hole 22.
[0084]
By configuring the semiconductor device in this manner, it is possible to prevent the semiconductor substrate 10 from being eroded by the source gas when the plug 26 is formed.
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained.
An element isolation film 12 having a thickness of about 250 nm is formed on the main surface of the semiconductor substrate 10. Next, a well, a channel stop layer, and a threshold control impurity layer (not shown) are formed in a desired region.
[0085]
Subsequently, a gate oxide film 34 having a thickness of about 6 nm is formed by thermal oxidation, and an amorphous silicon film having a thickness of about 200 nm is deposited thereon by a CVD method.
Thereafter, P (phosphorus) ions are applied to the amorphous silicon film in the region for forming the N-channel transistor, and BF is applied to the amorphous silicon film in the region for forming the P-channel transistor. 2 (Boron fluoride) ions are implanted respectively.
[0086]
Next, a silicon oxide film having a thickness of about 80 nm is deposited on the amorphous silicon film by a CVD method.
Subsequently, the gate electrode 40 is formed by patterning the laminated film composed of the amorphous silicon film and the silicon oxide film 38 by photolithography and RIE (Reactive Ion Etching) method (FIG. 14A). .
[0087]
Thereafter, impurities are implanted into the semiconductor substrate 10 using the gate electrode as a mask to form an LDD (Lightly Doped Drain).
A silicon oxide film having a thickness of about 100 nm is deposited by CVD, and then etched back to form sidewalls 42 on the side walls of the gate electrode.
Next, impurities are implanted into the semiconductor substrate 10 using the gate electrode and the side wall 42 as a mask to form the source / drain diffusion layer 14.
[0088]
Thereafter, a heat treatment at 800 ° C. is performed to activate the implanted impurities (FIG. 14B).
Next, a Co (cobalt) film having a thickness of about 8 nm and a TiN film having a thickness of about 15 nm are successively deposited by sputtering, and then RTA (Rapid Thermal Annealing) is performed at 550 ° C. / CoSi selectively on the drain diffusion layer 2 A film 44 is formed.
[0089]
Subsequently, the TiN film is removed with ammonia-hydrogen peroxide, and the unreacted Co film is removed with sulfuric acid-hydrogen peroxide (FIG. 14C).
In this way, CoSi is formed on the source / drain diffusion layer 14. 2 After the MOS transistor having the film 44 selectively formed is formed on the semiconductor substrate 10, the insulating film 32 made of a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm and the etching stopper film 16 made of a SiN film having a thickness of about 50 nm are formed. Then, an insulating film 18 made of a silicon oxide film having a thickness of about 250 nm is deposited by PE-CVD. Next, the SOG film 46 is spin-coated on the insulating film 18 to form the interlayer insulating film 20 whose surface is flattened.
[0090]
Subsequently, a resist film 48 having a contact hole pattern to be formed is formed on the SOG film 46 by lithography (FIG. 15A).
Next, using the resist film as a mask, C Four F 8 Etching is performed using a mixed gas plasma of Ar and Ar to process the SOG film 46 and the insulating film 18. At this time, a SiN film is used as the etching stopper film 16, but the SiN film on the shoulder of the gate electrode is worn out by about half of the total film thickness (FIG. 15B).
[0091]
After removing the resist film 48, it is immersed in a phosphoric acid aqueous solution at 150 ° C., and the etching stopper film 16 made of an SiN film is removed. In the etching using phosphoric acid, since the selective ratio between the SiN film and the silicon oxide film can be secured to about 50, the underlying insulating film 32 is hardly worn. Further, since etching with phosphoric acid is isotropic, the SiN film is also etched in the lateral direction. As a result, the insulating film 18 has an overhang shape, and a hole 30 is formed (FIG. 16A).
[0092]
Next, CF Four , CHF Three The insulating film 32 made of a silicon oxide film is anisotropically etched by a mixed gas plasma of Ar. At the time of etching, since the upper insulating film 18 serves as a mask, only the insulating film 32 directly under the opening of the overhanging insulating film 18 is removed (FIG. 16B).
At this time, by setting the over-etching to about 50% or less, the wear of the side wall 42 surrounding the gate electrode can be suppressed to be sufficiently small, so that a short circuit with the plug 26 to be formed later can be prevented. In addition, even when a boundary between the element isolation film 12 and the element region exists in the contact hole 22, wear of the element isolation film 12 can be suppressed, so that a junction short-circuit can be prevented.
[0093]
Thereafter, a conductive film 24 made of a TiN film having a thickness of about 70 nm is deposited by sputtering. At this time, a TiN film is deposited on the bottom of the contact hole 22, but not in the hole 30. However, since the insulating film 32 remains in the hole 30, the semiconductor substrate 10 is not exposed in the contact hole 22 after the conductive film 24 is deposited. Therefore, the conductive film 24 can be deposited so as to cover the semiconductor substrate 10 even if a slight overhang occurs when depositing the conductive film 24, so that a normal sputtering method can be used (FIG. 17A). ).
[0094]
Next, a W film having a thickness of about 600 nm is deposited by CVD. As described above, since the semiconductor substrate 10 is not exposed in the contact hole, the WF is deposited when the W film is deposited. 6 Gas does not come into contact with the semiconductor substrate 10, and erosion of the semiconductor substrate 10 can be prevented. Thereby, junction destruction can also be prevented.
Subsequently, the plug 26 is formed by etching back the W film and leaving it only in the contact hole.
[0095]
Thereafter, a wiring layer 28 is formed on the upper layer, and a wiring layer (not shown) is further formed on the upper layer as necessary (FIG. 17B).
As described above, according to the present embodiment, by providing the insulating film 32 under the etching stopper film 16, the semiconductor substrate 10 at the bottom of the contact hole 22 is electrically conductive even when the insulating film 18 has an overhang shape. Since the conductive film 24 can completely cover, the erosion of the semiconductor substrate during the formation of the plug 26 can be prevented.
[0096]
Thereby, when removing the etching stopper film 16, an etching method with a high selection ratio can be used. Therefore, even if the SAC structure has a shoulder of the gate electrode 40 inside the contact hole 22, the gate electrode 40 It is possible to prevent the gate electrode 40 from being exposed by etching the upper side wall 42 and the insulating film 38.
[0097]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the above embodiment, the insulating film 32 directly below the etching stopper film 16 is SiO. 2 Although a film is used, a SiON film may be used.
In addition, the SiN film was removed by wet etching using a phosphoric acid aqueous solution. Four And O 2 It is also possible to use fluorine radicals by using a down flow of mixed gas plasma. In this case, since a selection ratio of about 10 can be obtained, it can be used in the above manufacturing method. If chlorine is further added, the selectivity between the silicon oxide film and the SiN film can be improved to almost infinite.
[0098]
For removing the SiN film, SF is used. 6 Gas plasma may be used. In this case, the selection ratio is slightly low, about 5, but the above manufacturing method can be applied by setting the thickness of the insulating film 32 to about 20 nm. SF 6 In etching using gas plasma, the etching rate in the vertical direction is faster than in the horizontal direction.
[0099]
The film thickness of the insulating film 32 is desirably set as appropriate depending on the etching conditions of the SiN film.
In the above embodiment, the CoSi is formed on the source / drain diffusion layer 14. 2 The film 44 was formed in a self-aligned manner, but CoSi 2 The same applies to a semiconductor device in which the film 44 is not formed.
[0100]
Further, the above-described process conditions are just an example, and even if these numerical values are changed to appropriate values, the effects of the present invention are not affected at all.
[Fifth Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0101]
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. FIGS. 19 and 20 are process cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
In the present embodiment, the case where the semiconductor device according to the fourth embodiment and the manufacturing method thereof are applied to a semiconductor device having embedded wiring will be described.
First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. FIG. 18A is a plan view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 18B is a schematic sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment.
[0102]
In addition to the wiring structure shown in the third embodiment, the embedded wiring may be used for local wiring that directly contacts the semiconductor substrate. For example, as shown in FIG. 18A, in the structure in which the gate electrodes 62 and 64 are arranged in parallel on the element region 60, a buried wiring is used for the wiring 66 that connects the element region 60 and the gate electrode 62. Can do.
[0103]
When the BLC structure is applied when forming the wiring groove 68 for embedding the wiring in such a semiconductor device, junction breakage occurs in the hole 30 portion as in the conventional semiconductor device shown in FIG. (FIG. 39).
Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, the insulating film 32 is further formed under the etching stopper film 16, and the opening width of the wiring groove 68 formed in the interlayer insulating film 20 is changed in the depth direction (FIG. 18 (b)).
[0104]
That is, the etching stopper film 16 in the vicinity of the wiring trench 68 is etched in the lateral direction to increase the opening width, but the inner diameter of the insulating film 32 is substantially equal to the inner diameter of the insulating film 18 and is narrower than the inner diameter of the etching stopper film 16. It has become.
The conductive film 24 formed in the wiring groove 68 is interrupted at the portion of the etching stopper film 16, but the opening formed in the insulating film 32 is completely formed by the conductive film 24 formed at the bottom of the wiring groove 68. The semiconductor substrate 10 is not exposed in the wiring trench 68.
[0105]
By configuring the semiconductor device in this manner, it is possible to prevent the erosion of the semiconductor substrate 10 by the source gas when forming the plug 26 and the junction breakdown due to the reaction between the wiring material and the semiconductor substrate 10.
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. These process drawings show a cross section taken along line AA ′ in FIG.
[0106]
First, a MOS transistor is formed on the main surface of the semiconductor substrate 10 in the same manner as in the semiconductor device manufacturing method according to the fourth embodiment, for example. At this time, the silicon oxide film 38 in a predetermined region on the gate electrode 62 connected to the wiring 66 is removed in advance (FIG. 19A).
After the MOS transistor is formed on the semiconductor substrate 10 in this manner, the insulating film 32 made of a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm, the etching stopper film 16 made of a SiN film having a thickness of about 50 nm, and the thickness of about 250 nm. An insulating film 18 made of a silicon oxide film is deposited by PE-CVD. Next, the surface of the insulating film 18 is polished by CMP to form an interlayer insulating film 20 having a flattened surface (FIG. 19B).
[0107]
Next, the insulating film 18 is processed into a pattern of a buried wiring to be formed by ordinary lithography and etching techniques. Etching of the insulating film 18 is performed by, for example, C Four F 8 And a mixed gas plasma of Ar and Ar.
Subsequently, the etching stopper film 16 made of a SiN film is etched. For example, wet etching using a phosphoric acid aqueous solution at 150 ° C. is used. In the etching using phosphoric acid, since the selective ratio between the SiN film and the silicon oxide film can be secured to about 50, the underlying insulating film 32 is hardly depleted. Further, since etching with phosphoric acid is isotropic, the SiN film is also etched in the lateral direction. As a result, the insulating film 18 has an overhang shape, and a hole 30 is formed.
[0108]
Next, CF Four , CHF Three The insulating film 32 made of a silicon oxide film is anisotropically etched by a mixed gas plasma of Ar. At the time of etching, since the upper insulating film 18 serves as a mask, only the insulating film 32 directly under the opening of the overhanging insulating film 18 is removed.
Thus, a wiring trench 68 is formed in which the source / drain diffusion layer 14 and the gate electrode 62 are exposed (FIG. 19C).
[0109]
Thereafter, a conductive film 24 made of a TiN film having a thickness of about 70 nm is deposited by sputtering. At this time, a TiN film is deposited on the bottom of the wiring trench 68 but not in the hole 30. However, since the insulating film 32 remains in the hole 30, the semiconductor substrate 10 is not exposed in the wiring groove 68 after the conductive film 24 is deposited. Therefore, since the conductive film 24 can be deposited so as to cover the semiconductor substrate 10 even if a slight overhang occurs when depositing the conductive film 24, a normal sputtering method can be used (FIG. 20A). ).
[0110]
Next, a W film is deposited by the CVD method, and W is embedded in the wiring trench 68. For example, the substrate temperature is 400 ° C., the pressure is 80 Torr, and WF 6 Flow rate 20cc, H 2 A W film is formed at a flow rate of 2000 cc.
Here, in forming the W film, WF reacts very well with Si constituting the semiconductor substrate 10. 6 Although gas is used, since the semiconductor substrate 10 is isolated from the wiring trench 68 by the conductive film 24, WF 6 Molecules do not come into contact with the semiconductor substrate 10, and erosion of the semiconductor substrate 10 can be prevented.
[0111]
Subsequently, the W film and the conductive film 24 on the interlayer insulating film 20 are removed by CMP to leave W only in the wiring trench 68. For example, CMP is performed using an alumina-based abrasive at a rotation speed of 50 rpm and a polishing pressure of 6 psi. Thus, a wiring 66 is formed which is buried in the wiring trench 68 and connects the source / drain diffusion layer 14 and the gate electrode 62 (FIG. 20B).
[0112]
Thus, according to the present embodiment, by providing the insulating film 32 under the etching stopper film 16, the semiconductor substrate 10 at the bottom of the wiring trench 68 is conductive even when the insulating film 18 has an overhang shape. Since the film 24 is completely covered, it is possible to prevent the wiring material and the semiconductor substrate 10 from reacting when the wiring 66 is formed.
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
[0113]
For example, although W is embedded as the embedded wiring in the above embodiment, the wiring 66 may be formed by embedding Cu. However, in this case, the formation of the conductive film 24 using the collimated sputtering method as shown in the first embodiment or the CVD method as shown in the second embodiment is more effective in suppressing Cu diffusion. It is effective.
Further, Al may be used as the embedded wiring. Also in this case, the reaction between Al and the semiconductor substrate 10 can be prevented.
[0114]
Further, the above-described process conditions are just an example, and even if these numerical values are changed to appropriate values, the effects of the present invention are not affected at all.
[Sixth Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0115]
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIGS. 22 and 23 are process cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 36, when a via hole is formed below the interlayer insulating film 134 when a via hole is formed on the buried wiring 122, the source gas of the plug 142 and the buried wiring 122 are filled when the via hole is filled with the plug. Reacts in the holes 138 to produce a high-resistance reactant 146, which may degrade the contact characteristics.
[0116]
In the present embodiment, a semiconductor device that solves the above-described problems and a method for manufacturing the same are provided.
The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that the same structure as the interlayer insulating film in the fourth embodiment is adopted as the interlayer insulating film 134 formed on the buried wiring 122. That is, in the semiconductor device according to the present embodiment, in the via hole having the BLC structure, the insulating film 128 is further provided under the etching stopper film 130, and the wiring 122 embedded in the via hole is an insulating film in the hole 138. 128 is isolated from the contact plug 144.
[0117]
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, for example, in the same way as in the semiconductor device manufacturing method according to the third or fifth embodiment, the wiring 122 embedded in the interlayer insulating film 114 is formed on the semiconductor substrate 100 (FIG. 22A).
[0118]
Next, an insulating film 128 made of a silicon oxide film having a film thickness of about 10 nm, an etching stopper film 130 made of a SiN film having a film thickness of about 50 nm, and a film thickness of about 700 nm are formed on the base substrate in which the wiring 122 is thus buried. An insulating film 132 made of a silicon oxide film is deposited by a PE-CVD method, and an insulating film 128, an etching stopper film 130, and an interlayer insulating film 134 made of the insulating film 132 are formed.
[0119]
Subsequently, the surface of the interlayer insulating film 134 is polished by a CMP method to flatten the surface (FIG. 22B).
Thereafter, a via hole 136 formed on the wiring 122 is opened by normal lithography and etching. First, C Four F 8 Etching with a mixed gas plasma of Ar and Ar is performed to process the insulating film 132.
[0120]
Next, it is immersed in a phosphoric acid aqueous solution at 150 ° C., and the etching stopper film 130 in the via hole 136 is removed. In the etching using phosphoric acid, since the selective ratio between the SiN film and the silicon oxide film can be secured to about 50, the underlying insulating film 128 is hardly worn. Further, since etching with phosphoric acid is isotropic, the SiN film is also etched in the lateral direction. As a result, the insulating film 132 has an overhang shape, and a hole 138 is formed.
[0121]
Next, CF Four , CHF Three The insulating film 128 made of a silicon oxide film is anisotropically etched by a mixed gas plasma of Ar. At the time of etching, since the upper insulating film 128 serves as a mask, only the insulating film 128 directly under the opening of the overhanging insulating film 132 is removed (FIG. 22C).
Thereafter, a conductive film 140 made of a TiN film having a thickness of about 70 nm is deposited by sputtering. At this time, although the conductive film 140 is deposited at the bottom of the via hole, it is not deposited in the hole 138. However, since the insulating film 128 remains in the hole 138, the wiring 122 is not exposed in the via hole 136 after the conductive film 140 is deposited. Therefore, the conductive film 140 can be deposited so as to cover the wiring 122 even if a slight overhang occurs when depositing the conductive film 140, so that a normal sputtering method can be used (FIG. 23A). .
[0122]
Next, a W film having a thickness of about 600 nm is deposited by CVD. As described above, since the wiring 122 is not exposed in the via hole 136, the WF is deposited when the W film is deposited. 6 Gas does not come into contact with the wiring 122. Therefore, wiring made of Cu and WF 6 Since the gas does not react to form a high resistance reactant, the contact characteristics between the wiring 122 and the W film can be kept good.
[0123]
Subsequently, the W film is etched back to remain only in the via hole 136, thereby forming a contact plug 144 (FIG. 23B).
As described above, according to the present embodiment, the insulating film 128 is provided under the etching stopper film 130, so that the wiring 122 in the via hole 136 is electrically conductive even when the insulating film 132 has an overhang shape. Since the plug is completely covered with 140, the plug material gas and the wiring 122 do not react when the plug 142 is formed. Thereby, the contact reliability between the contact plug 144 and the wiring 122 can be improved.
[0124]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, although the case where the contact plug 144 is formed on the embedded wiring 122 has been described in the above embodiment, the present invention can also be applied to the case where the embedded wiring is formed on the contact plug.
In the present invention, since the conductive material exposed in the holes 138 reacts with the CVD source gas and the upper wiring material, the contact characteristics are adversely affected. It can be applied to a wiring structure.
[0125]
In the above embodiment, the problem is solved by providing the insulating film 128 under the etching stopper film 130. However, the structure of the semiconductor device according to the first or second embodiment is applied, and the via hole 136 is vacated by the conductive film 140. The hole 138 may be spatially blocked, or the conductive film 140 may be completely embedded in the hole 138.
Further, the above-described process conditions are just an example, and even if these numerical values are changed to appropriate values, the effects of the present invention are not affected at all.
[Seventh Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0126]
FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. FIGS. 25 and 26 are process cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 34, in a semiconductor device having a wiring 210 connected to a contact plug 208 embedded in an interlayer insulating film 202 on a semiconductor substrate 200, a BLC structure is applied when a via hole connected to the wiring 210 is opened. Then, the contact plug 230 and the contact plug 208 may be short-circuited in the hole 224 formed when the etching stopper film 216 is etched.
[0127]
In the present embodiment, a semiconductor device that reduces the short between plugs as described above and a manufacturing method thereof are provided.
The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that an insulating film 214 is further provided under the etching stopper film 216. That is, the upper interlayer insulating film 220 for embedding the contact plug 230 is constituted by the insulating film 214, the etching stopper film 216, and the insulating film 218, and the contact plug 230 filled in the via hole is in the hole 224. It is insulated from the contact plug 208 by the insulating film 214.
[0128]
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.
First, for example, in the same manner as the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment, an interlayer insulating film 202 in which contact plugs 208 are embedded is formed on a semiconductor substrate 200.
[0129]
Next, on the interlayer insulating film 202 in which the contact plug 208 is embedded, a wiring layer composed of a wiring 210 made of, for example, Al and a conductive film 212 made of, for example, TiN is formed (FIG. 25A). The conductive film 212 functions as an antihalation film when patterning the wiring 210 and / or as an electromigration prevention film.
[0130]
Subsequently, an insulating film 214 made of a silicon oxide film with a thickness of about 10 nm, an etching stopper film 216 made of a SiN film with a thickness of about 50 nm, and a film thickness of about An insulating film 218 made of a 700 nm silicon oxide film is deposited by PE-CVD to form an interlayer insulating film 220 made of an insulating film 214, an etching stopper film 216, and an insulating film 218.
[0131]
Thereafter, the surface of the interlayer insulating film 220 is polished by a CMP method to flatten the surface (FIG. 25B).
Next, a via hole 222 formed on the wiring 210 is opened by normal lithography and etching. First, C Four F 8 Etching with a mixed gas plasma of Ar and Ar is performed to process the insulating film 218.
Subsequently, it is immersed in a phosphoric acid aqueous solution at 150 ° C., and the etching stopper film 216 in the via hole 222 is removed. In the etching using phosphoric acid, since the selective ratio between the SiN film and the silicon oxide film can be secured about 50, the underlying insulating film 214 is hardly worn. Further, since etching with phosphoric acid is isotropic, the SiN film is also etched in the lateral direction. As a result, the insulating film 218 has an overhang shape, and a hole 224 is formed.
[0132]
After this, CF Four , CHF Three The insulating film 214 made of a silicon oxide film is anisotropically etched by a mixed gas plasma of Ar. At the time of etching, since the upper insulating film 218 serves as a mask, only the insulating film 214 immediately under the opening of the overhanging insulating film 218 is removed (FIG. 25C).
At this time, even if the hole 224 extends on the contact plug 208, the contact plug 208 is not exposed in the via hole 222 because the insulating film 214 is formed in the hole 224.
[0133]
Next, a conductive film 226 made of a TiN film having a thickness of about 70 nm is deposited by sputtering (FIG. 26A).
Subsequently, a W film having a thickness of about 600 nm is deposited by CVD. As described above, since the contact plug 208 is not exposed in the via hole 222, the W film and the contact plug 208 are not short-circuited.
[0134]
Thereafter, the W film is etched back to remain only in the via hole 222, thereby forming the contact plug 230 (FIG. 26B).
As described above, according to the present embodiment, by providing the insulating film 214 under the etching stopper film 216, the contact plug 208 is exposed under the hole 224 even when the insulating film 218 has an overhang shape. Therefore, a short circuit between the contact plug 230 and the contact plug 208 can be reduced as compared with the conventional semiconductor device.
[0135]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the above embodiment, the problem is solved by providing the insulating film 214 under the etching stopper film 216, but the structure of the semiconductor device according to the first embodiment is applied, and the via hole 222 and the hole 224 are formed by the conductive film 226. May be completely blocked spatially.
[0136]
Further, the above-described process conditions are just an example, and even if these numerical values are changed to appropriate values, the effects of the present invention are not affected at all.
[Eighth Embodiment]
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0137]
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIGS. 28 and 29 are process cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
In the fourth to seventh embodiments, the structure in which the insulating film is further provided under the etching stopper film is applied to the interlayer insulating film. However, if this structure is applied to the case where a buried wiring is formed on the interlayer insulating film, the wiring groove It is also possible to facilitate the etching for forming.
[0138]
In the present embodiment, the case where the structure of the interlayer insulating film according to the fourth embodiment is applied to the structure of the semiconductor device according to the third embodiment will be described.
The semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that an insulating film 126 made of a silicon oxide film is further formed under the etching stopper film 112 in the semiconductor device according to the third embodiment shown in FIG.
[0139]
By providing the insulating film 126 in this manner, an etching process for forming the wiring trench 118 for embedding the wiring 122 can be facilitated.
Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained.
First, for example, in the same manner as in the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment, an interlayer insulating film 104 in which contact plugs 110 are embedded is formed on a semiconductor substrate 100 (FIG. 28A).
[0140]
Next, a SiO film having a thickness of about 10 nm is formed on such a base substrate. 2 An insulating film 126 made of a film and an etching stopper film 112 made of a SiN film having a thickness of about 50 nm are sequentially deposited.
Subsequently, a SiO film having a thickness of about 250 nm is formed on the etching stopper film 112. 2 An insulating film 114 made of a film is deposited, and an insulating film 126, an etching stopper film 112, and an interlayer insulating film 116 made of the insulating film 114 are formed (FIG. 28B).
[0141]
Thereafter, a wiring groove 118 that reaches the etching stopper film 112 through the insulating film 114 is opened by using a normal lithography technique and anisotropic etching technique. At this time, the etching condition is SiO 2 2 By setting the etching rate of the etching stopper film 112 made of the SiN film to be sufficiently smaller than the insulating film 114 made of the insulating film 114, the wiring groove 118 is formed in the etching stopper film 112 with the etching stopper film 112 being hardly etched. Open up to the top. The insulating film 114 is etched by, for example, C Four F 8 It is desirable to use reactive ion etching with a mixed gas plasma of Ar and Ar under conditions that can ensure a selectivity of 20 or more with respect to the etching stopper film 112.
[0142]
Following the etching of the insulating film 114, the etching stopper film 112 is etched to the top of the insulating film 126. At this time, the etching conditions are set such that the etching stopper film 112 made of SiN film is SiO 2. 2 By setting the etching rate of the formed film insulating film 126 to be sufficiently low, the wiring groove 118 can be opened to the insulating film 126 with almost no etching of the insulating film 126 (FIG. 28C). )). Etching of the etching stopper film 112 is performed by, for example, SF. 6 And O 2 It is desirable that the reactive ion etching using the above is performed under conditions that can ensure a selectivity of 3 or more with respect to the insulating film 126.
[0143]
In the conventional structure shown in FIG. 35, since the underlying interlayer insulating film 104 and the contact plug 110 are exposed by this etching, the etching conditions are set by the trade-off of the etching selectivity of both to the etching stopper film 112. In the structure of the semiconductor device according to the embodiment, only the selection ratio of the insulating film 126 to the etching stopper film 112 needs to be considered, and the wiring trench 118 can be easily opened.
[0144]
Next, the insulating film 126 in the wiring groove 118 is etched, and the contact plug 110 is exposed in the wiring groove 116. At this time, since the interlayer insulating film 104 is exposed in the wiring trench 118, the interlayer insulating film 104 is also etched simultaneously with the etching of the insulating film 126. However, since the film thickness of the insulating film 126 is as thin as about 10 nm, Even when the amount of etching is taken into account, the film loss of the interlayer insulating film 104 due to the etching of the insulating film 126 is sufficiently small. Accordingly, there is no step in the wiring trench 118 that affects the contact characteristics (FIG. 29A).
[0145]
Note that the etching of the insulating film 126 can obtain a sufficient selection ratio with respect to the contact plug 110, so that the contact plug 110 is not etched.
Subsequently, a conductive film 120 connected to the contact plug 110 is formed on the inner wall and the bottom surface of the wiring groove 118.
[0146]
Thereafter, a Cu film is deposited by sputtering and reflow is performed, and Cu is embedded in the wiring trench 118. For example, Cu is sputtered at a pressure of 1.5 mTorr, power of 5 kW, and an Ar flow rate of 25 sccm, and Cu is reflowed at a temperature of 350 ° C., an Ar flow rate of 1000 sccm, and a pressure of 80 Torr.
Next, Cu on the interlayer insulating film 116 is removed by CMP to leave Cu only in the wiring trench 118. For example, CMP is performed using an alumina-based abrasive at a rotation speed of 100 rpm and a polishing pressure of 6 psi. Thus, the wiring 120 embedded in the wiring groove 116 is formed (FIG. 29B).
[0147]
As described above, according to the present embodiment, when forming the wiring 120 embedded in the interlayer insulating film 116 on the interlayer insulating film 104 in which the contact plug 110 is embedded, the etching stopper film 11 is formed. 2 Further below the insulating film 12 6 The etching stopper film 11 is used because the BLC structure having 2 Contact plug when etching 110 In addition, the interlayer insulating film 104 is not etched. This allows contact plugs 110 And wiring 12 2 Can be improved, and at the same time, the reliability of the semiconductor device can be improved.
[0148]
Note that the above-described process conditions are just examples, and even if these numerical values are changed to appropriate values, the effects of the present invention are not affected at all.
[0149]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the base substrate, the first insulating film formed on the base substrate, and the second insulating film formed on the first insulating film reach the base substrate. An interlayer insulating film in which the opening is formed, a conductive film formed on the inner wall and bottom of the opening, and a buried conductor formed in the opening in which the conductive film is formed. The opening width of the opening formed in the insulating film is wider than the opening width of the opening formed in the second insulating film, and is formed on the conductive film formed on the inner wall of the opening and the bottom of the opening. The conductive film is continuous with the conductive film, and the conductive film forms a region under the second insulating film in the opening formed in the first insulating film. Fill Therefore, when the conductive material is embedded in the opening, it is possible to prevent erosion of the base substrate due to the source gas of the conductive material and reaction between the conductive material and the base substrate. Can do. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.
Further, an interlayer insulating film comprising an underlying substrate, a first insulating film formed on the underlying substrate, and a second insulating film formed on the first insulating film and having an opening reaching the underlying substrate. An opening formed in the first insulating film, having a film, a conductive film formed on the inner wall and bottom of the opening, and a buried conductor formed in the opening in which the conductive film is formed Is wider than the opening width of the opening formed in the second insulating film, The conductive film is formed so as to completely surround the inside of the opening, A hole is formed under the second insulating film in the opening. Half Since the conductor device is configured, when the conductive material is embedded in the opening, it is possible to prevent erosion of the base substrate due to the source gas of the conductive material and reaction between the conductive material and the base substrate. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.
[0150]
Further, a base substrate that reacts with a source gas of a conductive material, a first insulating film formed on the base substrate, and a first insulating film are formed. Etching characteristics are different from the first insulating film Formed on the second insulating film and the second insulating film; Etching characteristics are the same as the first insulating film An interlayer insulating film having an opening reaching the base substrate, and an opening Whole bottom as well as inner wall And an embedded conductor formed using a source gas in the opening where the conductive film is formed, The first insulating film is thinner than the second insulating film, The opening width of the opening formed in the second insulating film is wider than the opening width of the opening formed in the third insulating film, and the opening width of the opening formed in the first insulating film is Since a semiconductor device that is substantially equal to the opening width of the opening formed in the third insulating film is configured, the base substrate can be completely isolated from the opening by conductive film formation. Accordingly, when the conductive material is embedded in the opening, it is possible to prevent erosion of the base substrate by the source gas of the conductive material and reaction between the conductive material and the base substrate.
[0152]
Further, the structure of the semiconductor device described above can be applied to any wiring layer in a multilayer wiring structure having a plurality of wiring layers.
In addition, a first insulating film deposition step of depositing a first insulating film on the base substrate, and a second insulating film having a different etching characteristic from the first insulating film are deposited on the first insulating film. The first insulating film is reached by anisotropically etching the second insulating film and the second insulating film deposition step. First By removing the first opening forming step for forming the opening and the first insulating film in the opening by a method in which etching proceeds in the lateral direction, First At the same time as opening the opening to the base substrate, the first insulating film under the second insulating film is etched to form a gap. To form a second opening A second opening forming step, Second To prevent the base substrate from being exposed in the opening, Formed on the inner wall and bottom of the second opening, At least void Second Aperture Side edge Conductive film Compost Conductive film deposition process to be stacked, and at least a conductive film is formed Second By manufacturing the semiconductor device by the embedded conductor forming step of forming the embedded conductor in the opening, the inside of the opening and the base substrate can be completely isolated by conductive film formation. Thus, when the conductive material is embedded in the opening in a later step, the base substrate is not eroded by the source gas of the conductive material, and the base substrate and the conductive material do not react. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.
Further, in the above method for manufacturing a semiconductor device, in the conductive film deposition step, the gap is removed. Fill Thus, a conductive film can be formed.
Further, in the above semiconductor device manufacturing method, in the conductive film deposition step, the conductive film can be formed such that holes remain in the gap.
[0153]
Further, in the above semiconductor device manufacturing method, if the conductive film is deposited by the collimated sputtering method, the opening of the gap can be easily closed.
Further, in the above method for manufacturing a semiconductor device, Second If the conductive film is deposited so that the film thickness of the conductive film at the bottom of the opening is larger than that of the first insulating film, the opening of the gap can be easily blocked.
[0154]
Further, in the above semiconductor device manufacturing method, if the conductive film is deposited by the CVD method, the conductive film can be embedded in the gap.
Further, in the above method for manufacturing a semiconductor device, Second If the conductive film is deposited so that the film thickness of the conductive film at the bottom of the opening is ½ or more of the film thickness of the first insulating film, the opening of the gap can be easily filled.
[0155]
In addition, a first insulating film deposition step of depositing a first insulating film on a base substrate that reacts with a source gas of a conductive material, and a first insulating film and etching characteristics on the first insulating film But Different Thicker than the first insulating film A second insulating film deposition step for depositing a second insulating film, and a second insulating film on the second insulating film; 1 Insulation film and etching characteristics Are equal A third insulating film deposition step for depositing a third insulating film, and a first opening forming step for forming an opening reaching the second insulating film by anisotropically etching the third insulating film And a second insulating film in the opening Isotropically Etchan To Thus, the second opening forming step for opening the opening to the first insulating film and the first insulating film in the opening are anisotropically etched to open the opening to the base substrate. And a third opening forming step Open Cover the base substrate exposed in the mouth On the inner wall and bottom of the opening By manufacturing a semiconductor device by a conductive film deposition step of depositing a conductive film and a step of forming a buried conductor using a source gas in the opening where the conductive film is formed, The inside of the opening and the base substrate can be completely isolated. Accordingly, even when the second insulating film needs to be isotropically etched in order to use the SAC structure, substrate erosion due to the source gas when the conductive material is embedded can be prevented. In addition, the reaction between the conductive material and the base substrate can be prevented.
[0156]
Further, in the above method for manufacturing a semiconductor device, if the overetching amount when etching the first insulating film is set to about 50% or less, the opening can be formed while suppressing damage to the base substrate. .
Further, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be applied to any wiring layer formed in a multilayer wiring structure having a plurality of wiring layers.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a process cross-sectional view (part 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 3 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention;
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of a collimated sputtering method.
FIG. 5 is a diagram for explaining an effect in the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a process sectional view showing a method for producing a semiconductor device according to a second embodiment of the invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a buried wiring to which a BLC structure is applied.
FIG. 9 is a diagram illustrating a problem in a buried wiring using Cu.
10A and 10B are a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the invention.
FIG. 11 is a process cross-sectional view (No. 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the invention;
FIG. 12 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a process cross-sectional view (No. 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention;
FIG. 15 is a process cross-sectional view (No. 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention;
FIG. 16 is a process cross-sectional view (part 3) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a process cross-sectional view (No. 4) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention;
18A and 18B are a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 19 is a process cross-sectional view (No. 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention;
FIG. 20 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 21 is a schematic sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a process cross-sectional view (No. 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment of the invention;
FIG. 23 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention;
FIG. 24 is a schematic sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a process cross-sectional view (No. 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the seventh embodiment of the invention;
FIG. 26 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention;
FIG. 27 is a schematic sectional view showing the structure of a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a process cross-sectional view (No. 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the eighth embodiment of the invention;
FIG. 29 is a process cross-sectional view (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention;
FIG. 30 is a diagram illustrating the structure of a conventional semiconductor device having a SAC structure.
FIG. 31 is a diagram illustrating a structure of a conventional semiconductor device having a BLC structure.
FIG. 32 is a diagram (part 1) for explaining problems of a conventional semiconductor device;
FIG. 33 is a (second) diagram for explaining a problem of the conventional semiconductor device;
FIG. 34 is a diagram (No. 3) for explaining a problem of the conventional semiconductor device.
FIG. 35 is a diagram (No. 4) for explaining a problem of the conventional semiconductor device.
FIG. 36 is a diagram (No. 5) for explaining a problem of the conventional semiconductor device.
FIG. 37 is a diagram (No. 6) for explaining a problem of the conventional semiconductor device.
FIG. 38 is a diagram (No. 7) for explaining a problem of the conventional semiconductor device.
FIG. 39 is a diagram (No. 8) for explaining a problem of the conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
10 ... Semiconductor substrate
12 ... element isolation film
14 ... diffusion layer
16 ... Etching stopper film
18 ... Insulating film
20 ... Interlayer insulating film
22 ... Contact hole
24. Conductive film
26 ... Plug
28: Wiring layer
30 ... Hole
32. Insulating film
34 ... Gate oxide film
36 ... WF 6 molecule
38. Insulating film
40 ... Gate electrode
42 ... sidewall
44 ... CoSi 2 film
46 ... SOG film
48 ... Resist film
50 ... Target
52 ... Board
54 ... Collimator
60: Element region
62 ... Gate electrode
64 ... Gate electrode
66 ... wiring
68 ... Wiring groove
100: Semiconductor substrate
102 ... Contact hole
104 ... Interlayer insulating film
106 ... conductive film
108 ... Plug
110 ... Contact plug
112 ... Etching stopper film
114: Insulating film
116 ... Interlayer insulating film
118: Wiring groove
120 ... conductive film
122 ... Wiring
124 ... Hole
126 ... Insulating film
128: Insulating film
130 ... Etching stopper film
132. Insulating film
134 ... interlayer insulating film
136 ... via hole
138 ... Hole
140 ... conductive film
142 ... plug
144: Contact plug
146 ... high resistance reactant
200: Semiconductor substrate
202 ... Interlayer insulating film
204 ... Conductive film
206 ... Plug
208 ... Contact plug
210 ... Wiring
212 ... conductive film
214 ... Insulating film
216 ... Etching stopper film
218 ... Insulating film
220 ... interlayer insulating film
222 ... via hole
224 ... Hole
226 ... conductive film
228 ... Plug
230 ... Contact plug

Claims (14)

下地基板と、
前記下地基板上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜よりなり、前記下地基板に達する開口部が形成された層間絶縁膜と、
前記開口部の内壁及び底部に形成された導電性膜と、
前記導電性膜が形成された前記開口部内に形成された埋め込み導電体とを有し、
前記第1の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅は、前記第2の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅よりも広く、
前記開口部内壁に形成された前記導電性膜と、前記開口部の底部に形成された前記導電性膜とが連続しており、
前記導電性膜は、前記第1の絶縁膜に形成された前記開口部の、前記第2の絶縁膜下の領域を充填するように形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
A base substrate;
An interlayer insulating film formed of a first insulating film formed on the base substrate and a second insulating film formed on the first insulating film, wherein an opening reaching the base substrate is formed;
A conductive film formed on the inner wall and bottom of the opening;
An embedded conductor formed in the opening in which the conductive film is formed,
The opening width of the opening formed in the first insulating film is wider than the opening width of the opening formed in the second insulating film,
The conductive film formed on the inner wall of the opening and the conductive film formed on the bottom of the opening are continuous,
The conductive film is formed so as to fill a region under the second insulating film in the opening formed in the first insulating film.
下地基板と、
前記下地基板上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜よりなり、前記下地基板に達する開口部が形成された層間絶縁膜と、
前記開口部の内壁及び底部に形成された導電性膜と、
前記導電性膜が形成された前記開口部内に形成された埋め込み導電体とを有し、
前記第1の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅は、前記第2の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅よりも広く、
前記導電性膜は、前記開口部内部を完全に囲うように形成されており、
前記開口部内の前記第2の絶縁膜下に、空孔が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
A base substrate;
An interlayer insulating film formed of a first insulating film formed on the base substrate and a second insulating film formed on the first insulating film, wherein an opening reaching the base substrate is formed;
A conductive film formed on the inner wall and bottom of the opening;
An embedded conductor formed in the opening in which the conductive film is formed,
The opening width of the opening formed in the first insulating film is wider than the opening width of the opening formed in the second insulating film,
The conductive film is formed so as to completely surround the inside of the opening,
A void is formed under the second insulating film in the opening. A semiconductor device, wherein:
導電性材料のソースガスと反応する下地基板と、
前記下地基板上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成され、前記第1の絶縁膜とエッチング特性が異なる第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成され、前記第1の絶縁膜とエッチング特性が等しい第3の絶縁膜とを有し、前記下地基板に達する開口部が形成された層間絶縁膜と、
前記開口部の底部の全体及び内壁に形成された導電性膜と、
前記導電性膜が形成された前記開口部内に、前記ソースガスを用いて形成された埋め込み導電体とを有し、
前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜よりも薄く、
前記第2の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅は、前記第3の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅よりも広く、
前記第1の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅は、前記第3の絶縁膜に形成された前記開口部の開口幅とほぼ等しい
ことを特徴とする半導体装置。
A base substrate that reacts with a source gas of a conductive material;
A first insulating film formed on the base substrate; a second insulating film formed on the first insulating film and having different etching characteristics from the first insulating film; and the second insulating film An interlayer insulating film formed on the first insulating film and having a third insulating film having an etching characteristic equal to that of the first insulating film and having an opening reaching the base substrate;
A conductive film formed on the entire bottom and inner walls of the opening;
An embedded conductor formed by using the source gas in the opening in which the conductive film is formed;
The first insulating film is thinner than the second insulating film,
The opening width of the opening formed in the second insulating film is wider than the opening width of the opening formed in the third insulating film,
An opening width of the opening formed in the first insulating film is approximately equal to an opening width of the opening formed in the third insulating film.
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置において、
前記下地基板は、少なくとも一層の配線層を更に有する
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The base substrate further includes at least one wiring layer. A semiconductor device, wherein:
下地基板上に第1の絶縁膜を堆積する第1の絶縁膜堆積工程と、
前記第1の絶縁膜上に、第1の絶縁膜とエッチング特性の異なる第2の絶縁膜を堆積する第2の絶縁膜堆積工程と、
前記第2の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、前記第1の絶縁膜に達する第1の開口部を形成する第1の開口部形成工程と、
前記第1の開口部内の前記第1の絶縁膜を、横方向にもエッチングが進行する方法により除去することにより、前記第1の開口部を前記下地基板上まで開口すると同時に、前記第2の絶縁膜下の前記第1の絶縁膜をエッチングして空隙を形成してなる第2の開口部を形成する第2の開口部形成工程と、
前記第2の開口部内に前記下地基板が露出しないように、前記第2の開口部の内壁及び 底部に形成され、少なくとも前記空隙の前記第2の開口部側の端部を塞ぐ導電性膜を堆積する導電性膜堆積工程と、
少なくとも前記導電性膜が形成された前記第2の開口部内に、埋め込み導電体を形成する埋め込み導電体形成工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first insulating film deposition step of depositing a first insulating film on the base substrate;
A second insulating film deposition step of depositing a second insulating film having etching characteristics different from those of the first insulating film on the first insulating film;
A first opening forming step of forming a first opening reaching the first insulating film by anisotropically etching the second insulating film;
The first insulating film in the first opening is removed by a method in which etching proceeds in the lateral direction, so that the first opening is opened up to the base substrate and at the same time the second A second opening forming step of forming a second opening formed by etching the first insulating film under the insulating film to form a void;
As the underlying substrate within said second opening is not exposed, it is formed on the inner wall and bottom of the second opening, a conductive film which closes the end portion of the second opening side of at least the voids a conductive film depositing step of sedimentary,
And a buried conductor forming step of forming a buried conductor in at least the second opening in which the conductive film is formed.
請求項5記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電性膜堆積工程では、前記空隙を充填するように前記導電性膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the conductive film deposition step, the conductive film is formed so as to fill the gap. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein:
請求項5記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電性膜堆積工程では、前記空隙内に空孔が残存するように前記導電性膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the conductive film deposition step, the conductive film is formed so that holes remain in the gap. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein:
請求項5又は7記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電性膜堆積工程では、前記導電性膜をコリメートスパッタ法により堆積する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5 or 7,
In the conductive film deposition step, the conductive film is deposited by a collimated sputtering method.
請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電性膜堆積工程では、前記第2の開口部の底部における前記導電性膜の膜厚が、前記第1の絶縁膜よりも厚くなるように前記導電性膜を堆積する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8.
In the conductive film deposition step, the conductive film is deposited so that the film thickness of the conductive film at the bottom of the second opening is thicker than that of the first insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項5又は6記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電性膜堆積工程では、前記導電性膜をCVD法により堆積する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5 or 6,
In the conductive film deposition step, the conductive film is deposited by a CVD method.
請求項10記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電性膜堆積工程では、前記第2の開口部の底部における前記導電性膜の膜厚が、前記第1の絶縁膜の膜厚の1/2以上となるように前記導電性膜を堆積する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
In the conductive film deposition step, the conductive film is deposited so that the film thickness of the conductive film at the bottom of the second opening is ½ or more of the film thickness of the first insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device.
導電性材料のソースガスと反応する下地基板上に第1の絶縁膜を堆積する第1の絶縁膜堆積工程と、
前記第1の絶縁膜上に、前記第1の絶縁膜とエッチング特性異なり、前記第1の絶縁膜よりも厚い第2の絶縁膜を堆積する第2の絶縁膜堆積工程と、
前記第2の絶縁膜上に、前記第の絶縁膜とエッチング特性が等しい第3の絶縁膜を堆積する第3の絶縁膜堆積工程と、
前記第3の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、前記第2の絶縁膜に達する開口部を形成する第1の開口部形成工程と、
前記開口部内の前記第2の絶縁膜を等方的にエッチングすることにより、前記開口部を前記第1の絶縁膜上まで開口する第2の開口部形成工程と、
前記開口部内の前記第1の絶縁膜を異方性エッチングすることにより、前記開口部を前記下地基板上まで開口する第3の開口部形成工程と、
前記開口部内に露出した前記下地基板を覆うように、前記開口部の内壁及び底部に導電性膜を堆積する導電性膜堆積工程と、
前記導電性膜が形成された前記開口部内に、前記ソースガスを用いて埋め込み導電体を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first insulating film deposition step of depositing a first insulating film on a base substrate that reacts with a source gas of a conductive material;
On the first insulating film, a second insulating film depositing step of depositing said first insulating film and etching characteristics varies, the thicker than the first insulating film a second insulating film,
A third insulating film deposition step of depositing a third insulating film having etching characteristics equal to those of the first insulating film on the second insulating film;
A first opening forming step of forming an opening reaching the second insulating film by anisotropically etching the third insulating film;
By isotropically etching Holdings Rukoto the second insulating film in the opening, a second opening forming step of opening the opening to on the first insulating film,
A third opening forming step of opening the opening to the base substrate by anisotropically etching the first insulating film in the opening;
A conductive film deposition step of depositing a conductive film on the inner wall and bottom of the opening so as to cover the base substrate exposed in the opening ;
Forming a buried conductor using the source gas in the opening in which the conductive film is formed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項12記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3の開口部形成工程では、前記第1の絶縁膜をエッチングする際のオーバーエッチング量を約50%以下に設定する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 12,
In the third opening forming step, the amount of overetching when the first insulating film is etched is set to about 50% or less.
請求項5乃至13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記下地基板は、少なくとも一層の配線層を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
The base substrate further includes at least one wiring layer. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein:
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