JP2001044280A - Multilayer wiring structure and method of manufacturing the same - Google Patents
Multilayer wiring structure and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多層配線構造において、エレクトロマイグレ
ーション耐性の向上及びより一層の微細化を図る。
【解決手段】 下層配線Aは、第1のチタニウム膜10
2、第1の窒化チタン膜103、第1のAl−Cu膜1
04、第2のチタニウム膜105及び第2の窒化チタン
膜106からなる。ヴィアコンタクトBは、第1の密着
層109(チタニウム膜)、第2の密着層110(窒化
チタン膜)及びタングステンプラグ111(タングステ
ン膜)からなる。第2のチタニウム膜105及び第2の
窒化チタン膜106には、ヴィアコンタクトBの平面形
状よりも小さい開口部が形成され、ヴィアコンタクトB
は開口部において第1のAl−Cu膜104と接続して
いる。第1及び第2の密着層109、110は、側壁部
の下端から内側に張り出す張り出し部において、第2の
窒化チタン膜106における開口部の周辺領域と接続し
ている。
(57) [Problem] To improve electromigration resistance and further miniaturize a multilayer wiring structure. SOLUTION: A lower wiring A is formed of a first titanium film 10.
2, first titanium nitride film 103, first Al-Cu film 1
04, a second titanium film 105 and a second titanium nitride film 106. The via contact B includes a first adhesion layer 109 (a titanium film), a second adhesion layer 110 (a titanium nitride film), and a tungsten plug 111 (a tungsten film). An opening smaller than the planar shape of the via contact B is formed in the second titanium film 105 and the second titanium nitride film 106.
Is connected to the first Al-Cu film 104 at the opening. The first and second adhesion layers 109 and 110 are connected to the peripheral region of the opening in the second titanium nitride film 106 at the protruding portion protruding inward from the lower end of the side wall portion.
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、下層配線と上層配
線とがヴィアコンタクトにより接続された多層配線構造
及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by a via contact, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路装置、特にLSI
においては、その構成要素の微細化が進み、下層配線と
上層配線とを接続するためのヴィアホールのアスペクト
比が増大してきたため、従来のようにスパッタ法により
ヴィアコンタクトを形成すると、カバレージが十分に確
保できなくなってきた。2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuit devices, especially LSI
In the technology, the component elements have been miniaturized and the aspect ratio of the via hole for connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring has increased, so that when the via contact is formed by the sputtering method as in the related art, sufficient coverage can be obtained. It has become impossible to secure.
【0003】そこで、下層配線と上層配線とを接続する
ヴィアコンタクトとしては、化学気相成長(CVD)法
により形成されるタングステン(W)プラグが用いられ
るようになってきた。 (第1の従来例)以下、第1の従来例に係る多層配線構
造及びその製造方法について、図10(a)、(b)を
参照しながら説明する。Therefore, as a via contact connecting the lower wiring and the upper wiring, a tungsten (W) plug formed by a chemical vapor deposition (CVD) method has come to be used. (First Conventional Example) A multilayer wiring structure and a method of manufacturing the same according to a first conventional example will be described below with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b).
【0004】まず、図10(a)に示すように、半導体
基板10の上に形成された絶縁膜11の上に、第1のバ
リア膜12、アルミニウム(Al)に微量の銅(Cu)
が含まれた第1のAl−Cu膜13、及び反射防止膜と
なる第1の窒化チタン(TiN)膜14を順次堆積して
第1の積層膜を形成した後、該第1の積層膜に対してフ
ォトリソグラフィ及びドライエッチングを行なって、第
1の積層膜からなる下層配線を形成する。First, as shown in FIG. 10A, a first barrier film 12 is formed on an insulating film 11 formed on a semiconductor substrate 10 and a trace amount of copper (Cu) is formed on aluminum (Al).
Are sequentially deposited to form a first laminated film by forming a first titanium nitride (TiN) film 14 serving as an anti-reflection film, and then forming the first laminated film. Of the first stacked film is formed by photolithography and dry etching.
【0005】次に、下層配線の上を含む絶縁膜11の上
に層間絶縁膜15を堆積した後、該層間絶縁膜15及び
第1の窒化チタン膜14に対してフォトリソグラフィ及
びドライエッチングを行なってヴィアホール16を形成
する。このようにすると、ドライエッチング工程におい
て、ヴィアホール16の側壁面にポリマー17が付着す
ると共に、第1のAl−Cu膜13におけるヴィアホー
ル16に露出する領域に自然酸化膜が形成される。そこ
で、ポリマー17を洗浄により除去した後、第1のAl
−Cu膜13に形成されている自然酸化膜をアルゴン
(Ar)からなるプラズマにより除去する。Next, after an interlayer insulating film 15 is deposited on the insulating film 11 including the lower wiring, photolithography and dry etching are performed on the interlayer insulating film 15 and the first titanium nitride film 14. Then, a via hole 16 is formed. Thus, in the dry etching step, the polymer 17 adheres to the side wall surface of the via hole 16 and a natural oxide film is formed in a region of the first Al-Cu film 13 exposed to the via hole 16. Then, after removing the polymer 17 by washing, the first Al
-The natural oxide film formed on the Cu film 13 is removed by plasma made of argon (Ar).
【0006】次に、図10(b)に示すように、スパッ
タ法により、ヴィアホール16の側壁面を含む層間絶縁
膜15の上に、チタニウム(Ti)膜18及び第2の窒
化チタン膜19を順次堆積した後、CVD法により、ヴ
ィアホール16の内部を含む層間絶縁膜15の上にタン
グステン膜20を堆積する。その後、異方性ドライエッ
チング法により、チタニウム膜18、第2の窒化チタン
膜19及びタングステン膜20における層間絶縁膜15
の上に堆積されている部分を除去して、ヴィアホール1
6の内部に、チタニウム膜18からなる密着層、第2の
窒化チタン膜19からなるバリア膜及びタングステン膜
20からなるタングステンプラグから構成されるヴィア
コンタクトを形成する。Next, as shown in FIG. 10B, a titanium (Ti) film 18 and a second titanium nitride film 19 are formed on the interlayer insulating film 15 including the side wall surface of the via hole 16 by a sputtering method. Are sequentially deposited, a tungsten film 20 is deposited on the interlayer insulating film 15 including the inside of the via hole 16 by the CVD method. Thereafter, the interlayer insulating film 15 in the titanium film 18, the second titanium nitride film 19 and the tungsten film 20 is formed by anisotropic dry etching.
Remove the portion deposited on top of via hole 1
6, a via contact formed of an adhesion layer made of a titanium film 18, a barrier film made of a second titanium nitride film 19, and a tungsten plug made of a tungsten film 20 is formed.
【0007】次に、ヴィアコンタクトの上を含む層間絶
縁膜15の上に、第2のバリア膜21、第2のAl−C
u膜22及び第3の窒化チタン膜23を順次堆積して第
2の積層膜を形成した後、該第2の積層膜をパターニン
グして、第2の積層膜からなる上層配線を形成する。 (第2の従来例)以下、第2の従来例に係る多層配線構
造及びその製造方法について、図11を参照しながら説
明する。Next, a second barrier film 21 and a second Al-C are formed on the interlayer insulating film 15 including the via contact.
After a u film 22 and a third titanium nitride film 23 are sequentially deposited to form a second laminated film, the second laminated film is patterned to form an upper wiring composed of the second laminated film. (Second Conventional Example) A multilayer wiring structure and a method of manufacturing the same according to a second conventional example will be described below with reference to FIG.
【0008】第1の従来例と同様にして、半導体基板1
0の上に形成された絶縁膜11の上に、第1のバリア膜
12、第1のAl−Cu膜13及び第1の窒化チタン膜
14からなる下層配線を形成した後、該下層配線の上を
含む絶縁膜11の上に全面に亘って層間絶縁膜15を堆
積し、その後、層間絶縁膜15に対してフォトリソグラ
フィ及びドライエッチングを行なってヴィアホール16
を形成する。つまり、第1の従来例と異なり、第1の窒
化チタン膜14におけるヴィアホール16の下側部分を
残存させる。[0008] As in the first conventional example, the semiconductor substrate 1
After forming a lower wiring composed of a first barrier film 12, a first Al-Cu film 13, and a first titanium nitride film 14 on an insulating film 11 formed on the lower wiring, An interlayer insulating film 15 is deposited over the entire surface of the insulating film 11 including the upper portion, and then photolithography and dry etching are performed on the interlayer insulating film 15 to form via holes 16.
To form That is, unlike the first conventional example, the lower portion of the via hole 16 in the first titanium nitride film 14 is left.
【0009】次に、チタニウム膜18からなる密着層、
第2の窒化チタン膜19からなるバリア膜及びタングス
テン膜20からなるタングステンプラグから構成される
ヴィアコンタクトを形成した後、該ヴィアコンタクトの
上を含む層間絶縁膜15の上に、第1の従来例と同様に
して、第2のバリア膜21、第2のAl−Cu膜22及
び第3の窒化チタン膜23からなる上層配線を形成す
る。 (第3の従来例)以下、第3の従来例に係る多層配線構
造及びその製造方法について、図12(a)〜(c)を
参照しながら説明する。Next, an adhesion layer made of a titanium film 18,
After forming a via contact composed of a barrier film composed of the second titanium nitride film 19 and a tungsten plug composed of the tungsten film 20, a first conventional example is formed on the interlayer insulating film 15 including on the via contact. In the same manner as in the above, an upper wiring composed of the second barrier film 21, the second Al—Cu film 22, and the third titanium nitride film 23 is formed. (Third Conventional Example) A multilayer wiring structure and a method of manufacturing the same according to a third conventional example will be described below with reference to FIGS.
【0010】まず、図12(a)に示すように、半導体
基板30の上に第1の絶縁膜31及び第2の絶縁膜32
を成膜した後、第2の絶縁膜32に第1の配線溝を形成
する。次に、第1の配線溝の内部を含む第2の絶縁膜3
2の上に、第1のバリア膜33及び第1の銅(Cu)膜
34を順次堆積した後、化学機械研磨(CMP)法によ
り、第1のバリア膜33及び第1の銅膜34における第
2の絶縁膜32の上に存在する部分を除去して、第1の
バリア膜33及び第1の銅膜34からなる埋め込み型の
下層配線を形成する。First, as shown in FIG. 12A, a first insulating film 31 and a second insulating film 32 are formed on a semiconductor substrate 30.
Is formed, a first wiring groove is formed in the second insulating film 32. Next, the second insulating film 3 including the inside of the first wiring groove
After a first barrier film 33 and a first copper (Cu) film 34 are sequentially deposited on the second substrate 2, the first barrier film 33 and the first copper film 34 are formed by chemical mechanical polishing (CMP). The portion existing on the second insulating film 32 is removed to form a buried lower wiring composed of the first barrier film 33 and the first copper film.
【0011】次に、第1の銅膜34を構成する銅原子の
拡散を防止する第1のSiNx膜35と、層間絶縁膜3
6とを順次堆積した後、層間絶縁膜36に対してレジス
トパターン37をマスクとしてドライエッチングを行な
ってヴィアホール38を形成する。Next, a first SiNx film 35 for preventing diffusion of copper atoms constituting the first copper film 34 and an interlayer insulating film 3
Then, dry etching is performed on the interlayer insulating film 36 using the resist pattern 37 as a mask to form a via hole 38.
【0012】次に、図12(b)に示すように、第1の
SiNx膜35及び層間絶縁膜36に対してフォトリソ
グラフィ及びドライエッチングを行なって、第1のSi
Nx膜35におけるヴィアホール38の下側の部分を除
去すると共にヴィアホール38と接続する第2の配線溝
39を形成する。次に、第1の従来例と同様に、ドライ
エッチング工程においてヴィアホール38の壁面に付着
したポリマーを洗浄により除去した後、第1の銅膜34
におけるヴィアホール38に露出する領域に形成されて
いる自然酸化膜をアルゴンからなるプラズマにより除去
する。Next, as shown in FIG. 12B, photolithography and dry etching are performed on the first SiNx film 35 and the interlayer insulating film 36 to form a first SiNx film 35 and a first SiNx film 35.
A portion of the Nx film 35 below the via hole 38 is removed, and a second wiring groove 39 connected to the via hole 38 is formed. Next, as in the first conventional example, the polymer adhering to the wall surface of the via hole 38 is removed by washing in the dry etching step, and then the first copper film 34 is removed.
The natural oxide film formed in the region exposed in the via hole 38 is removed by plasma made of argon.
【0013】次に、図12(c)に示すように、ヴィア
ホール38及び第2の配線溝39の内部を含む層間絶縁
膜36の上に第2のバリア膜40及び第2の銅膜41を
順次堆積した後、CMP法により、第2のバリア膜40
及び第2の銅膜41における層間絶縁膜36の上に存在
する部分を除去して、第2のバリア膜40及び第2の銅
膜41からなるヴィアコンタクト及び埋め込み型の上層
配線を形成する。次に、第2の銅膜41を構成する銅原
子の拡散を防止する第2のSiNx膜42を堆積する。Next, as shown in FIG. 12C, a second barrier film 40 and a second copper film 41 are formed on the interlayer insulating film 36 including the inside of the via hole 38 and the second wiring groove 39. Are sequentially deposited, and the second barrier film 40 is formed by the CMP method.
Then, a portion of the second copper film 41 existing on the interlayer insulating film 36 is removed to form a via contact including the second barrier film 40 and the second copper film 41 and a buried upper wiring. Next, a second SiNx film 42 for preventing diffusion of copper atoms constituting the second copper film 41 is deposited.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】ところで、第1の従来
例に係る多層配線構造によると、下層配線からヴィアコ
ンタクトに電流が流れる場合、電流は下層配線を構成す
る第1のAl−Cu膜13からヴィアコンタクトの底部
を構成するチタニウム膜18にのみ流れ、下層配線を構
成する第1の窒化チタン膜14(反射防止膜)からは流
れない。その理由は、下層配線を構成する第1の窒化チ
タン膜14と、ヴィアコンタクトを構成するチタニウム
膜18、第2の窒化チタン膜19及びタングステン膜2
0との間は、電気的に接続されていないか又はコンタク
ト抵抗が極めて大きいためである。According to the first prior art multilayer wiring structure, when a current flows from the lower wiring to the via contact, the current is reduced to the first Al-Cu film 13 constituting the lower wiring. Flows from the first titanium nitride film 14 (antireflection film) constituting the lower wiring, only to the titanium film 18 constituting the bottom of the via contact. The reason is that the first titanium nitride film 14 constituting the lower wiring, the titanium film 18, the second titanium nitride film 19 and the tungsten film 2 constituting the via contact
This is because there is no electrical connection or the contact resistance is extremely large between zero.
【0015】ここで、電流が第1の窒化チタン膜14か
らチタニウム膜18に流れない理由について説明する。 (1) チタニウム膜18及び第2の窒化チタン膜19をス
パッタ法により成膜する場合、ヴィアホール16の微細
化が進むと、ヴィアホール16の側壁部のカバレージが
劣化するので、チタニウム膜18及び第2の窒化チタン
膜19がヴィアホール16の側壁部には殆ど成膜されな
い。 (2) ヴィアホール16を形成する際にヴィアホール16
の側壁部に付着したポリマー17が洗浄では確実に除去
されないと共に、第1のAl−Cu膜13の表面に形成
されている自然酸化膜がアルゴンからなるプラズマでは
確実に除去されない。 (3) アルゴンからなるプラズマによって弾き飛ばされた
自然酸化膜がヴィアホール16の側壁部に付着する。 (4) ヴィアホール16を形成するためのドライエッチン
グ工程又はヴィアホール16に対する洗浄工程におい
て、第1の窒化チタン膜14にサイドエッチが形成さ
れ、サイドエッチが形成された部分にはチタニウム膜1
8及び第2の窒化チタン膜19が成膜されない。 (5) 仮にヴィアコンタクトの側壁部と第1の窒化チタン
膜14とが接続されたとしても、第1の窒化チタン膜1
4の膜厚は通常30nm程度であって薄いので、ヴィア
コンタクトの側壁部と第1の窒化チタン膜14とのコン
タクト抵抗は非常に高い。Here, the reason why no current flows from the first titanium nitride film 14 to the titanium film 18 will be described. (1) When the titanium film 18 and the second titanium nitride film 19 are formed by the sputtering method, the coverage of the side wall of the via hole 16 is deteriorated as the via hole 16 is miniaturized. The second titanium nitride film 19 is hardly formed on the side wall of the via hole 16. (2) When forming the via hole 16,
The polymer 17 attached to the side wall of the first Al-Cu film 13 is not reliably removed by the cleaning, and the natural oxide film formed on the surface of the first Al-Cu film 13 is not reliably removed by the plasma made of argon. (3) The natural oxide film flipped by the plasma of argon adheres to the side wall of the via hole 16. (4) In the dry etching process for forming the via hole 16 or the cleaning process for the via hole 16, a side etch is formed in the first titanium nitride film 14, and the titanium film 1 is formed in a portion where the side etch is formed.
8 and the second titanium nitride film 19 are not formed. (5) Even if the side wall of the via contact and the first titanium nitride film 14 are connected, the first titanium nitride film 1
4 is usually about 30 nm and thin, so that the contact resistance between the side wall of the via contact and the first titanium nitride film 14 is very high.
【0016】これに対して、第2の従来例に係る多層配
線構造によると、下層配線からヴィアコンタクトに流れ
る電流は、第1のAl−Cu膜13から第1の窒化チタ
ン膜14を経由してチタニウム膜18に流れる。On the other hand, according to the multi-layer wiring structure of the second conventional example, the current flowing from the lower wiring to the via contact passes from the first Al-Cu film 13 to the first titanium nitride film 14. And flows into the titanium film 18.
【0017】第3の従来例に係る多層配線構造による
と、下層配線から上層配線に電流が流れる場合、電流は
第1の銅膜34から直接に第2のバリア膜40にのみ流
れ、第1のバリア膜33には流れない。その理由は、第
1のバリア膜33と第2のバリア膜40との間は、電気
的に接続されていないか又はコンタクト抵抗が極めて大
きいためである。According to the third prior art multilayer wiring structure, when a current flows from the lower wiring to the upper wiring, the current flows only directly from the first copper film 34 to the second barrier film 40, Does not flow to the barrier film 33. The reason is that the first barrier film 33 and the second barrier film 40 are not electrically connected or have extremely large contact resistance.
【0018】ここで、電流が第1のバリア膜33から第
2のバリア膜40に流れない理由について説明する。 (1) 下層配線を形成するためのCMP工程後に行なわれ
る洗浄工程、又はヴィアホール38を形成するためのエ
ッチング工程若しくはその後の洗浄工程において、第1
のバリア膜33の側壁部が削られて、該第1のバリア膜
33の側壁部の上面が第1の銅膜34の上面よりも下側
になるため、第2のバリア膜40が第1のバリア膜33
の上には成膜されない。 (2) ヴィアホール38を形成する際にヴィアホール38
の側壁部に付着したポリマーが洗浄では確実に除去され
ないと共に、第1の銅膜34の表面に形成されている自
然酸化膜がアルゴンからなるプラズマでは確実に除去さ
れない。 (3) 仮にヴィアコンタクトの側壁部と第1のバリア膜3
3とが接続されたとしても、第1のバリア膜33の膜厚
は通常5nm程度であって非常に薄いので、第1のバリ
ア膜33と第2のバリア膜40とのコンタクト抵抗は非
常に高い。Here, the reason why the current does not flow from the first barrier film 33 to the second barrier film 40 will be described. (1) In the cleaning process performed after the CMP process for forming the lower wiring, or in the etching process for forming the via hole 38 or the subsequent cleaning process,
Of the first barrier film 33 is lower than the upper surface of the first copper film 34, so that the second barrier film 40 Barrier film 33
No film is formed on the substrate. (2) When forming the via hole 38,
The polymer adhered to the side wall of the first copper film 34 is not reliably removed by the cleaning, and the natural oxide film formed on the surface of the first copper film 34 is not reliably removed by the plasma made of argon. (3) Suppose the side wall of the via contact and the first barrier film 3
Even when the first barrier film 33 is connected to the first barrier film 33, the thickness of the first barrier film 33 is usually about 5 nm, which is very small. high.
【0019】以下、第1、第2及び第3の従来例に係る
多層配線構造に対して行なったエレクトロマイグレーシ
ョン試験について説明する。Hereinafter, an electromigration test performed on the multilayer wiring structure according to the first, second and third conventional examples will be described.
【0020】図13(a)、(b)及び(c)は、第
1、第2及び第3の従来例に係る多層配線構造における
エレクトロマイグレーション試験時の時間の経過に伴う
抵抗上昇率を示している。第1及び第3の従来例に係る
多層配線構造によると、抵抗上昇率が途中から急激に増
加しており、多層配線構造の寿命が短いことが分かる。
これに対して、第2の従来例に係る多層配線構造による
と、抵抗上昇率の急激な増加はみられず、多層配線構造
の寿命が長いことが分かる。FIGS. 13 (a), 13 (b) and 13 (c) show the rate of increase in resistance with time in an electromigration test in the multilayer wiring structure according to the first, second and third conventional examples. ing. According to the multilayer wiring structures according to the first and third conventional examples, it can be seen that the resistance rise rate sharply increases in the middle and the life of the multilayer wiring structure is short.
On the other hand, according to the multilayer wiring structure according to the second conventional example, the resistance rise rate does not increase sharply, and it can be seen that the life of the multilayer wiring structure is long.
【0021】以下、第1及び第3の従来例に係る多層配
線構造によると、抵抗上昇率が急激に増加するが、第2
の従来例に係る多層配線構造によると、抵抗上昇率が急
激に増加しない理由について説明する。In the following, according to the first and third prior art multilayer wiring structures, the rate of increase in resistance sharply increases.
The reason why the resistance increase rate does not increase rapidly according to the multilayer wiring structure according to the conventional example will be described.
【0022】図14(a)は、第2の従来例に係る多層
配線構造を示しており、エレクトロマイグレーションに
よって、下層配線を構成する第1のAl−Cu膜13に
おけるヴィアコンタクトの下側部分においては、ボイド
50が形成されるため電流は流れなくなる。ところが、
下層配線からヴィアコンタクトに向かう電流は、第1の
Al−Cu膜13から第1の窒化チタン膜14を経由し
てチタニウム膜18に流れるため、抵抗は高くなるが、
断線は起こらないからである。FIG. 14A shows a multi-layer wiring structure according to a second conventional example. The lower part of the via contact in the first Al-Cu film 13 constituting the lower wiring is formed by electromigration. In this case, no current flows because the void 50 is formed. However,
The current flowing from the lower layer wiring to the via contact flows from the first Al-Cu film 13 to the titanium film 18 via the first titanium nitride film 14, so that the resistance increases.
This is because disconnection does not occur.
【0023】図14(b)は、第1の従来例に係る多層
配線構造を示しており、エレクトロマイグレーションに
よって、下層配線を構成する第1のAl−Cu膜13に
おけるヴィアコンタクトの下側部分においては、ボイド
50が形成されるため電流は流れなくなる。この場合、
ヴィアコンタクトと下層配線を構成する第1の窒化チタ
ン膜14とが接続されていないため、下層配線からヴィ
アコンタクトに向かって電流が流れないため、断線が起
こるのである。FIG. 14B shows a multi-layer wiring structure according to a first conventional example. The lower part of the via contact in the first Al-Cu film 13 constituting the lower wiring is formed by electromigration. In this case, no current flows because the void 50 is formed. in this case,
Since the via contact and the first titanium nitride film 14 constituting the lower wiring are not connected, no current flows from the lower wiring to the via contact, so that disconnection occurs.
【0024】図14(c)は、第3の従来例に係る多層
配線構造を示しており、エレクトロマイグレーションに
よって、下層配線を構成する第1の銅膜34におけるヴ
ィアコンタクトの下側部分においては、ボイド50が形
成されるため電流は流れなくなる。この場合、第1のバ
リア膜33と第2のバリア膜40とは、接続されていな
いか又は非常に高抵抗であるため、下層配線からヴィア
コンタクトに向かって電流が流れないので、断線が起こ
るのである。FIG. 14C shows a multi-layer wiring structure according to a third conventional example. In the lower part of the via contact in the first copper film 34 constituting the lower wiring by electromigration, FIG. Since the void 50 is formed, no current flows. In this case, the first barrier film 33 and the second barrier film 40 are not connected or have a very high resistance, so that no current flows from the lower layer wiring to the via contact, so that disconnection occurs. It is.
【0025】以上の理由によって、第1及び第3の従来
例に係る多層配線構造はエレクトロマイグレーション耐
性という点で大きな問題がある。For the above reasons, the multilayer wiring structures according to the first and third conventional examples have a serious problem in terms of electromigration resistance.
【0026】一方、第2の従来例に係る多層配線構造
は、エレクトロマイグレーション耐性には優れている
が、多層配線の一層の微細化が進むと、以下に説明する
ような問題が発生する。On the other hand, the multilayer wiring structure according to the second conventional example is excellent in electromigration resistance. However, if the multilayer wiring is further miniaturized, the following problems occur.
【0027】ヴィアホールを形成するためのドライエッ
チングを第1の窒化チタン膜14で止めるためには、第
1の窒化チタン膜14の膜厚を100nm以上にする必
要がある。In order to stop the dry etching for forming the via hole at the first titanium nitride film 14, the thickness of the first titanium nitride film 14 needs to be 100 nm or more.
【0028】ところが、第1の窒化チタン膜14の膜厚
を大きくすると、配線間容量が増大するため、配線遅延
が増大する。また、第1の窒化チタン膜14の膜厚を大
きくすると、下層配線の膜厚ひいてはドライエッチング
の対象となる膜厚が大きくなるため、下層配線をパター
ニングするためのレジストパターンの膜厚をドライエッ
チングに耐える程度に大きくしなければならないので、
微細なレジストパターンが形成し難くなり、多層配線の
微細化が困難になるという問題がある。However, when the thickness of the first titanium nitride film 14 is increased, the inter-wiring capacitance increases, so that the wiring delay increases. In addition, when the thickness of the first titanium nitride film 14 is increased, the thickness of the lower wiring, and hence the thickness to be subjected to dry etching, is increased. Therefore, the thickness of the resist pattern for patterning the lower wiring is changed by dry etching. Must be large enough to withstand
There is a problem that it is difficult to form a fine resist pattern, and it is difficult to miniaturize a multilayer wiring.
【0029】また、第3の従来例に係る多層配線構造に
おいて、下層配線の上に第2の従来例のような第1の窒
化チタン膜14を形成する場合には、工程数が大幅に増
加すると共に第1の窒化チタン膜14を安定して形成す
ることができないという問題がある。Further, in the case of forming the first titanium nitride film 14 like the second conventional example on the lower wiring in the multilayer wiring structure according to the third conventional example, the number of steps is greatly increased. In addition, there is a problem that the first titanium nitride film 14 cannot be formed stably.
【0030】前記に鑑み、本発明は、エレクトロマイグ
レーション耐性の向上を図ることができると共により一
層の微細化を図ることができる多層配線構造を、工程数
の増加を招くことなく実現できるようにすることを目的
とする。In view of the above, it is an object of the present invention to provide a multilayer wiring structure capable of improving electromigration resistance and achieving further miniaturization without increasing the number of steps. The purpose is to:
【0031】[0031]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る第1の多層配線構造は、下層配線と上
層配線とがヴィアコンタクトにより接続された多層配線
構造を対象とし、下層配線は、第1の金属膜及び該第1
の金属膜の上に形成された第1の高融点金属膜を有し、
ヴィアコンタクトは、第2の金属膜及び該第2の金属膜
の側壁面及び底面を覆う第2の高融点金属膜を有し、第
1の高融点金属膜は、ヴィアコンタクトの下側において
ヴィアコンタクトの平面形状よりも小さい開口部を有
し、2の高融点金属膜は、その側壁部の下端から内側に
張り出す張り出し部を有し、第2の高融点金属膜の張り
出し部と、第1の高融点金属膜における開口部の周辺領
域とが接続している。In order to achieve the above-mentioned object, a first multilayer wiring structure according to the present invention is directed to a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by a via contact. The wiring includes a first metal film and the first metal film.
Having a first high melting point metal film formed on the metal film of
The via contact has a second metal film and a second refractory metal film that covers a side wall surface and a bottom surface of the second metal film, and the first refractory metal film has a via under the via contact. The second high melting point metal film has an opening smaller than the planar shape of the contact, the second high melting point metal film has an overhanging portion projecting inward from the lower end of the side wall portion, and a second high melting point metal film overhanging portion. One of the refractory metal films is connected to the peripheral region of the opening.
【0032】第1の多層配線構造によると、第1の高融
点金属膜には、ヴィアコンタクトの下側においてヴィア
コンタクトの平面形状よりも小さい開口部が形成されて
いるため、ヴィアホールを形成するためのドライエッチ
ングを第1の高融点金属膜で止める必要がないので、第
1の高融点金属膜の膜厚を小さくすることができる。According to the first multilayer wiring structure, a via hole is formed in the first refractory metal film because an opening smaller than the planar shape of the via contact is formed below the via contact. It is not necessary to stop dry etching for the first refractory metal film, so that the thickness of the first refractory metal film can be reduced.
【0033】また、第2の高融点金属膜の張り出し部
と、第1の高融点金属膜における開口部の周辺領域とが
接続していると共に、第1の高融点金属膜はエレクトロ
マイグレーション耐性が高いため、第1の金属膜におけ
るヴィアコンタクトの下側の領域がエレクトロマイグレ
ーションによって無くなっても、下層配線の第1の金属
膜からヴィアコンタクトの第2の金属膜に向かう電流
は、第1の高融点金属膜から第2の高融点金属膜に向か
う。The overhanging portion of the second refractory metal film is connected to the peripheral region of the opening in the first refractory metal film, and the first refractory metal film has electromigration resistance. Therefore, even if the region under the via contact in the first metal film is eliminated by electromigration, the current flowing from the first metal film of the lower wiring to the second metal film of the via contact is the first high voltage. From the melting point metal film to the second high melting point metal film.
【0034】本発明に係る第1の多層配線構造の製造方
法は、下層配線と上層配線とがヴィアコンタクトにより
接続された多層配線構造の製造方法を対象とし、第1の
金属膜及び該第1の金属膜の上に形成された第1の高融
点金属膜を有する下層配線を形成する工程と、下層配線
の上に層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜及び第1の
高融点金属膜に対してエッチングを行なって、層間絶縁
膜にヴィアホールを形成すると共に第1の高融点金属膜
に開口部を形成する工程と、ヴィアホールの平面形状を
拡大して、第1の高融点金属膜における開口部の周辺領
域をヴィアホールに露出させる工程と、ヴィアホールの
底部及び側壁部に第2の高融点金属膜を成膜して、第1
の高融点金属膜における開口部の周辺領域の上に、第2
の高融点金属膜の側壁部の下端から内側に張り出すと共
に第1の高融点金属膜における開口部の周辺領域と接続
する張り出し部を形成する工程と、第2の高融点金属膜
の内側に第2の金属膜を充填して、第2の金属膜及び第
2の高融点金属膜を有するヴィアコンタクトを形成する
工程とを備えている。A first method of manufacturing a multilayer wiring structure according to the present invention is directed to a method of manufacturing a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by via contacts, and includes a first metal film and the first metal film. Forming a lower wiring having a first refractory metal film formed on the lower metal film, forming an interlayer insulating film on the lower wiring, and then forming the interlayer insulating film and the first refractory metal film Forming a via hole in the interlayer insulating film and forming an opening in the first refractory metal film, and enlarging the planar shape of the via hole to form the first refractory metal. Exposing the peripheral region of the opening in the film to the via hole; forming a second refractory metal film on the bottom and the side wall of the via hole;
The second region on the peripheral region of the opening in the refractory metal film of FIG.
Forming an overhang from the lower end of the side wall portion of the high melting point metal film and connecting to the peripheral region of the opening in the first high melting point metal film; Filling the second metal film to form a via contact having the second metal film and the second refractory metal film.
【0035】本発明に係る第2の多層配線構造の製造方
法は、下層配線と上層配線とがヴィアコンタクトにより
接続された多層配線構造の製造方法を対象とし、第1の
金属膜及び該第1の金属膜の上に形成された第1の高融
点金属膜を有する下層配線を形成する工程と、下層配線
の上に層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜及び第1の
高融点金属膜に対して、第1の高融点金属膜に対するエ
ッチングレートが層間絶縁膜に対するエッチングレート
よりも小さい条件でエッチングを行なって、層間絶縁膜
にヴィアホールを形成すると共に、第1の高融点金属膜
にヴィアホールの平面形状よりも小さい開口部を形成す
る工程と、ヴィアホールの底部及び側壁部に第2の高融
点金属膜を成膜して、第1の高融点金属膜における開口
部の周辺領域の上に、第2の高融点金属膜の側壁部の下
端から内側に張り出すと共に第1の高融点金属膜におけ
る開口部の周辺領域と接続する張り出し部を形成する工
程と、第2の高融点金属膜の内側に第2の金属膜を充填
して、第2の金属膜及び第2の高融点金属膜を有するヴ
ィアコンタクトを形成する工程とを備えている。A second method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the present invention is directed to a method for manufacturing a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by via contacts, and includes a first metal film and the first metal film. Forming a lower wiring having a first refractory metal film formed on the lower metal film, forming an interlayer insulating film on the lower wiring, and then forming the interlayer insulating film and the first refractory metal film On the other hand, the etching is performed under the condition that the etching rate for the first refractory metal film is lower than the etching rate for the interlayer insulating film to form a via hole in the interlayer insulating film and to form a via hole in the first refractory metal film. Forming an opening smaller than the planar shape of the via hole; forming a second refractory metal film on the bottom and side walls of the via hole to form a peripheral region of the opening in the first refractory metal film; upon Forming an overhang from the lower end of the side wall of the second refractory metal film and connecting to a peripheral region of the opening in the first refractory metal film; Forming a via contact having a second metal film and a second high melting point metal film by filling a second metal film inside the substrate.
【0036】本発明に係る第2の多層配線構造は、下層
配線と上層配線とがヴィアコンタクトにより接続された
多層配線構造を対象とし、下層配線は、絶縁膜に埋め込
まれた、第1の金属膜及び該第1の金属膜の側壁面及び
底面を覆う第1の高融点金属膜を有し、ヴィアコンタク
トは、第2の金属膜及び該第2の金属膜の側壁面及び底
面を覆う第2の高融点金属膜を有し、ヴィアコンタクト
の底部は、下層配線の上面よりも下側に位置しており、
第2の高融点金属膜におけるヴィアコンタクトの底部を
構成する部分と、第1の高融点金属膜の側壁部又は底部
とが接続している。The second multilayer wiring structure according to the present invention is directed to a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by a via contact, and the lower wiring is formed of a first metal embedded in an insulating film. A first refractory metal film covering the side wall surface and the bottom surface of the first metal film; and a via contact covering the second metal film and the side wall surface and the bottom surface of the second metal film. 2 high melting point metal film, the bottom of the via contact is located lower than the upper surface of the lower wiring,
The portion of the second refractory metal film that forms the bottom of the via contact is connected to the side wall or the bottom of the first refractory metal film.
【0037】第2の多層配線構造によると、ヴィアコン
タクトの底部が下層配線の上面よりも下側に位置してお
り、第2の高融点金属膜におけるヴィアコンタクトの底
部を構成する部分と第1の高融点金属膜の側壁部又は底
部とが接続していると共に、第1の高融点金属膜はエレ
クトロマイグレーション耐性が高いため、第1の金属膜
におけるヴィアコンタクトの下側の領域がエレクトロマ
イグレーションによって無くなっても、下層配線の第1
の金属膜からヴィアコンタクトの第2の金属膜に向かう
電流は、第1の高融点金属膜から第2の高融点金属膜に
向かう。According to the second multilayer wiring structure, the bottom of the via contact is located lower than the upper surface of the lower wiring, and the portion forming the bottom of the via contact in the second refractory metal film and the first contact are formed. And the first refractory metal film has high electromigration resistance, so that the region below the via contact in the first metal film is electromigrated. Even if it disappears,
The current flowing from the first metal film to the second metal film of the via contact goes from the first high melting point metal film to the second high melting point metal film.
【0038】本発明に係る第3の多層配線構造の製造方
法は、下層配線と上層配線とがヴィアコンタクトにより
接続された多層配線構造の製造方法を対象とし、絶縁膜
に埋め込まれた、第1の金属膜及び該第1の金属膜の側
壁面及び底面を覆う第1の高融点金属膜を有する下層配
線を形成する工程と、下層配線の上に層間絶縁膜を形成
した後、層間絶縁膜及び絶縁膜に対して、層間絶縁膜及
び絶縁膜に対するエッチングレートが第1の高融点金属
膜に対するエッチングレートよりも大きい条件でエッチ
ングを行なって、層間絶縁膜にヴィアホールを該ヴィア
ホールの底部が絶縁膜の内部に位置するように形成する
と共に、第1の高融点金属膜の側壁部をヴィアホールの
底部に露出させる工程と、ヴィアホールの底部及び側壁
部に第2の高融点金属膜を成膜して、第2の高融点金属
膜におけるヴィアホールの底部に位置する部分と、第1
の高融点金属膜の側壁部とを接続させる工程と、第2の
高融点金属膜の内側に第2の金属膜を充填して、第2の
金属膜及び第2の高融点金属膜を有するヴィアコンタク
トを形成する工程とを備えている。The third method of manufacturing a multilayer wiring structure according to the present invention is directed to a method of manufacturing a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by via contacts, and is a method of manufacturing a multilayer wiring structure embedded in an insulating film. Forming a lower wiring having a first refractory metal film covering the side wall surface and bottom surface of the first metal film, and forming an interlayer insulating film on the lower wiring, And etching the insulating film under the condition that the etching rate for the interlayer insulating film and the insulating film is higher than the etching rate for the first refractory metal film, so that the via hole is formed in the interlayer insulating film and the bottom of the via hole is formed. A step of exposing the side wall of the first high melting point metal film to the bottom of the via hole and forming a second high melting point on the bottom and side wall of the via hole; Shokumaku a film of a portion located at the bottom of the via hole in the second refractory metal film, the first
Connecting the second refractory metal film to the side wall portion, and filling the second refractory metal film inside the second refractory metal film to have a second metal film and a second refractory metal film. Forming a via contact.
【0039】本発明に係る第4の多層配線構造の製造方
法は、下層配線と上層配線とがヴィアコンタクトにより
接続された多層配線構造の製造方法を対象とし、絶縁膜
に埋め込まれた、第1の金属膜及び該第1の金属膜の側
壁面及び底面を覆う第1の高融点金属膜を有する下層配
線を形成する工程と、下層配線の上に層間絶縁膜を形成
した後、層間絶縁膜及び第1の金属膜に対して順次エッ
チングを行なって、層間絶縁膜にヴィアホールを該ヴィ
アホールの底部が第1の金属膜の内部に位置するように
形成する工程と、ヴィアホールの底部及び側壁部に第2
の高融点金属膜を成膜して、第2の高融点金属膜におけ
るヴィアホールの底部に位置する部分と、第1の高融点
金属膜の側壁部又は底部とを接続させる工程と、第2の
高融点金属膜の内側に第2の金属膜を充填して、第2の
金属膜及び第2の高融点金属膜を有するヴィアコンタク
トを形成する工程とを備えている。A fourth method of manufacturing a multilayer wiring structure according to the present invention is directed to a method of manufacturing a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by via contacts, and is a method of manufacturing a multilayer wiring structure in which a first wiring is embedded in an insulating film. Forming a lower wiring having a first refractory metal film covering the side wall surface and bottom surface of the first metal film, and forming an interlayer insulating film on the lower wiring, And sequentially etching the first metal film to form a via hole in the interlayer insulating film such that the bottom of the via hole is located inside the first metal film. Second on side wall
Forming a high-melting-point metal film, and connecting a portion of the second high-melting-point metal film located at the bottom of the via hole to a side wall or bottom of the first high-melting-point metal film; Forming a via contact having the second metal film and the second high melting point metal film by filling the inside of the high melting point metal film with a second metal film.
【0040】[0040]
【発明の実施の態様】(第1の実施形態)以下、第1の
実施形態に係る多層配線構造について、図1を参照しな
がら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) Hereinafter, a multilayer wiring structure according to a first embodiment will be described with reference to FIG.
【0041】図1に示すように、複数の機能素子が形成
された半導体基板100の上には絶縁膜101が形成さ
れ、該絶縁膜101の上には下層配線Aが形成されてい
る。下層配線Aは、下側から順次成膜された、第1のチ
タニウム膜102、第1の窒化チタン膜103、アルミ
ニウムに0.5〜2.0wt%の銅が含まれた第1のA
l−Cu膜104、第2のチタニウム膜105、及び反
射防止膜となる第2の窒化チタン膜106から構成され
ている。尚、第1の実施形態においては、第1のAl−
Cu膜104が第1の金属膜を構成し、第2の窒化チタ
ン膜106が第1の高融点金属膜を構成している。As shown in FIG. 1, an insulating film 101 is formed on a semiconductor substrate 100 on which a plurality of functional elements are formed, and a lower wiring A is formed on the insulating film 101. The lower wiring A is a first titanium film 102, a first titanium nitride film 103, and a first A in which 0.5 to 2.0 wt% of copper is contained in aluminum.
It comprises an l-Cu film 104, a second titanium film 105, and a second titanium nitride film 106 serving as an anti-reflection film. In the first embodiment, the first Al-
The Cu film 104 constitutes a first metal film, and the second titanium nitride film 106 constitutes a first refractory metal film.
【0042】下層配線Aの上を含む絶縁膜101の上に
は層間絶縁膜107が形成されており、該層間絶縁膜1
07に設けられたヴィアホール108にはヴィアコンタ
クトBが形成されている。ヴィアコンタクトBは、外側
から順次成膜された、チタニウム膜からなる第1の密着
層109、窒化チタン膜からなる第2の密着層110及
びタングステン膜からなるタングステンプラグ111か
ら構成されている。尚、第1の実施形態においては、タ
ングステン膜が第2の金属膜を構成し、チタニウム膜及
び窒化チタン膜が第2の高融点金属膜を構成している
が、第2の高融点金属膜は1層でもよい。An interlayer insulating film 107 is formed on the insulating film 101 including on the lower wiring A.
A via contact B is formed in a via hole 108 provided in the reference numeral 07. The via contact B includes a first adhesion layer 109 made of a titanium film, a second adhesion layer 110 made of a titanium nitride film, and a tungsten plug 111 made of a tungsten film, which are sequentially formed from the outside. In the first embodiment, the tungsten film forms the second metal film, and the titanium film and the titanium nitride film form the second refractory metal film. May be a single layer.
【0043】ヴィアコンタクトBの上を含む層間絶縁膜
107の上には上層配線Cが形成されており、該上層配
線Cは、下側から順次成膜された、第3のチタニウム膜
112、第3の窒化チタン膜113、アルミニウムに
0.5〜2.0wt%の銅が含まれた第2のAl−Cu
膜114、第4のチタニウム膜115、及び反射防止膜
となる第4の窒化チタン膜116から構成されている。
上層配線Cと下層配線AとはヴィアコンタクトBを介し
て接続されている。An upper wiring C is formed on the interlayer insulating film 107 including the upper part of the via contact B. The upper wiring C is formed of a third titanium film 112, No. 3 titanium nitride film 113, second Al-Cu containing 0.5 to 2.0 wt% of copper in aluminum
It is composed of a film 114, a fourth titanium film 115, and a fourth titanium nitride film 116 serving as an anti-reflection film.
The upper wiring C and the lower wiring A are connected via via contacts B.
【0044】第1の実施形態の特徴として、下層配線A
を構成する第2のチタニウム膜105及び第2の窒化チ
タン膜106におけるヴィアコンタクトBの下側の領域
には、ヴィアコンタクトBの平面形状よりも小さい開口
部が形成されており、ヴィアコンタクトBは、第2のチ
タニウム膜105及び第2の窒化チタン膜106の開口
部において第1のAl−Cu膜104と直接に接続して
いる。As a feature of the first embodiment, the lower wiring A
An opening smaller than the planar shape of the via contact B is formed in a region below the via contact B in the second titanium film 105 and the second titanium nitride film 106 constituting , The second titanium film 105 and the second titanium nitride film 106 are directly connected to the first Al-Cu film 104 at the openings.
【0045】また、第1及び第2の密着層109、11
0は、側壁部の下端から内側に張り出している張り出し
部を有し、該張り出し部と第2の窒化チタン膜106に
おける開口部の周辺領域とが接続している。The first and second adhesion layers 109 and 11
Numeral 0 has a projecting portion projecting inward from the lower end of the side wall portion, and the projecting portion is connected to a region around the opening in the second titanium nitride film 106.
【0046】以下、第1の実施形態に係る多層配線構造
の製造方法について、図2(a)〜(c)を参照しなが
ら説明する。Hereinafter, a method for manufacturing the multilayer wiring structure according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
【0047】まず、図2(a)に示すように、複数の機
能素子が形成された半導体基板100の上に絶縁膜10
1を形成した後、絶縁膜101の上に、スパッタ法によ
り順次堆積された、例えば40nmの膜厚を持つ第1の
チタニウム膜102、例えば20nmの膜厚を持つ第1
の窒化チタン膜103、アルミニウムに0.5〜2.0
wt%の銅が含まれ例えば450nmの膜厚を持つ第1
のAl−Cu膜104、例えば5nmの膜厚を持つ第2
のチタニウム膜105、及び例えば30nmの膜厚を持
ち反射防止膜となる第2の窒化チタン膜106から構成
される第1の積層膜を堆積する。尚、第2のチタニウム
膜105は、第1のAl−Cu膜104と第2の窒化チ
タン膜106とのコンタクト抵抗を低減するために形成
されており、後の熱処理工程においてその一部が第1の
Al−Cu膜104と反応してアルミニウムとチタニウ
ムとの合金層を形成する。次に、第1の積層膜に対して
フォトリソグラフィ及びドライエッチングを行なって第
1の積層膜をパターニングした後、例えば400℃の温
度下における10分間の熱処理を行なって、パターニン
グされた第1の積層膜からなる下層配線Aを形成する。First, as shown in FIG. 2A, an insulating film 10 is formed on a semiconductor substrate 100 on which a plurality of functional elements are formed.
1, a first titanium film 102 having a thickness of, for example, 40 nm, for example, a first titanium film having a thickness of 20 nm, which is sequentially deposited on the insulating film 101 by a sputtering method.
Titanium nitride film 103, 0.5 to 2.0 on aluminum
a first layer having a thickness of, for example, 450 nm, which contains
Al-Cu film 104, for example, a second film having a thickness of 5 nm.
A first laminated film composed of the titanium film 105 and a second titanium nitride film 106 having a thickness of, for example, 30 nm and serving as an anti-reflection film is deposited. The second titanium film 105 is formed in order to reduce the contact resistance between the first Al—Cu film 104 and the second titanium nitride film 106, and a part of the second titanium film 105 is formed in a later heat treatment step. 1 reacts with the Al-Cu film 104 to form an alloy layer of aluminum and titanium. Next, after photolithography and dry etching are performed on the first stacked film to pattern the first stacked film, a heat treatment is performed at a temperature of, for example, 400 ° C. for 10 minutes, and the patterned first stacked film is formed. A lower wiring A made of a laminated film is formed.
【0048】次に、プラズマCVD法により、下層配線
Aの上を含む絶縁膜101の上にシリコン酸化膜を成膜
した後、該シリコン酸化膜をCMP法により平坦化して
層間絶縁膜107を形成する。次に、層間絶縁膜107
の上にレジストパターンを形成した後、該レジストパタ
ーンをマスクとしてドライエッチングを行なって、層間
絶縁膜107にヴィアホール108を形成する。次に、
レジストパターンを酸素プラズマにより除去した後、ド
ライエッチング工程においてヴィアホール108の側壁
部及び底部に付着したポリマーを除去するための洗浄を
行なう。この洗浄工程において、第2の窒化チタン膜1
06及び第2のチタニウム膜105を除去するが、第2
の窒化チタン膜106及び第2のチタニウム膜105が
残存しても差し支えない。Next, a silicon oxide film is formed on the insulating film 101 including the lower wiring A by the plasma CVD method, and the silicon oxide film is flattened by the CMP method to form an interlayer insulating film 107. I do. Next, the interlayer insulating film 107
After forming a resist pattern thereon, dry etching is performed using the resist pattern as a mask to form a via hole 108 in the interlayer insulating film 107. next,
After the resist pattern is removed by oxygen plasma, cleaning for removing the polymer attached to the side wall and the bottom of the via hole 108 in a dry etching process is performed. In this cleaning step, the second titanium nitride film 1
06 and the second titanium film 105 are removed.
The titanium nitride film 106 and the second titanium film 105 may remain.
【0049】次に、層間絶縁膜107に対してフッ化ア
ンモニウム等のエッチング液を用いるウェットエッチン
グを行なって、層間絶縁膜107におけるヴィアホール
108の側壁部を30nm程度除去することにより、図
2(b)に示すように、ヴィアホール108の平面形状
を拡大すると共に、第2の窒化チタン膜106における
開口部の周辺領域をヴィアホール108に露出させる。Next, the side wall portion of the via hole 108 in the interlayer insulating film 107 is removed by about 30 nm by performing wet etching using an etching solution such as ammonium fluoride on the interlayer insulating film 107, thereby obtaining FIG. As shown in b), the planar shape of the via hole 108 is enlarged, and the region around the opening in the second titanium nitride film 106 is exposed to the via hole 108.
【0050】尚、エッチング液としては、フッ化アンモ
ニウムに限られず、層間絶縁膜107に対するエッチン
グレートが第2の窒化チタン膜106、第2のチタニウ
ム膜105及び第1のAl−Cu膜104に対するエッ
チングレートよりも大きいものを用いることができると
共に、ウェットエッチングに代えて、等方性のドライエ
ッチングを行なってもよい。The etching solution is not limited to ammonium fluoride, and the etching rate for the interlayer insulating film 107 is etching for the second titanium nitride film 106, the second titanium film 105, and the first Al-Cu film 104. A rate larger than the rate can be used, and isotropic dry etching may be performed instead of wet etching.
【0051】また、ヴィアホール108の側壁部及び底
部に付着したポリマーを除去するための洗浄工程と、層
間絶縁膜107に対するエッチング工程とを同一の工程
で行なってもよい。Further, the cleaning step for removing the polymer adhered to the side wall and the bottom of via hole 108 and the etching step for interlayer insulating film 107 may be performed in the same step.
【0052】次に、アルゴンプラズマを用いる逆スパッ
タ法により、第1のAl−Cu膜104の表面における
ヴィアホール108に露出する領域に形成されている自
然酸化膜を除去した後、ヴィアホール108の内部を含
む層間絶縁膜107の上に全面に亘って、例えばスパッ
タ法により、第1の密着層となるチタニウム膜及び第2
の密着層となる窒化チタン膜を堆積した後、例えばCV
D法により、タングステン膜を堆積する。第2の窒化チ
タン膜206における開口部の周辺領域がヴィアホール
108に露出しているため、チタニウム膜及び窒化チタ
ン膜には、側壁部の下端から内側に張り出す張り出し部
が形成される。Next, after removing a natural oxide film formed in a region of the surface of the first Al—Cu film 104 exposed to the via hole 108 by a reverse sputtering method using argon plasma, the via hole 108 is removed. On the entire surface of the interlayer insulating film 107 including the inside, a titanium film serving as a first adhesion layer and a second
After depositing a titanium nitride film to be an adhesion layer of
A tungsten film is deposited by the D method. Since the peripheral region of the opening in the second titanium nitride film 206 is exposed to the via hole 108, an extension is formed in the titanium film and the titanium nitride film so as to extend inward from the lower end of the side wall.
【0053】次に、チタニウム膜、窒化チタン膜及びタ
ングステン膜における層間絶縁膜107の上に露出して
いる部分を例えばCMP法により除去して、チタニウム
膜からなる第1の密着層109、窒化チタン膜からなる
第2の密着層110及びタングステン膜からなるタング
ステンプラグ111から構成されるヴィアコンタクトB
を形成する。Next, portions of the titanium film, the titanium nitride film, and the tungsten film, which are exposed on the interlayer insulating film 107, are removed by, for example, a CMP method, and the first adhesion layer 109 made of a titanium film and the titanium nitride film are removed. Contact B composed of a second adhesion layer 110 made of a film and a tungsten plug 111 made of a tungsten film
To form
【0054】ところで、拡大されたヴィアホール108
の径が0.3μmで、深さが0.7μmであれば、コリ
メーション法(コリメートスパッタリング法)(コリメ
ータアスペクト比:1.5)により20nmの膜厚を有
するチタニウム膜を堆積した後、100nmの膜厚を有
する窒化チタン膜及び300nmの膜厚を有するタング
ステン膜を堆積すると、ヴィアホール108の底部にお
いて10nm程度の膜厚を有するチタニウム膜が成膜さ
れるので、該チタニウム膜(第1の密着層109)は、
第2の窒化チタン膜106及び第1のAl−Cu膜10
4と安定してコンタクトがとれる。By the way, the enlarged via hole 108
Is 0.3 μm and the depth is 0.7 μm, a titanium film having a thickness of 20 nm is deposited by a collimation method (collimation sputtering method) (collimator aspect ratio: 1.5), and then a 100 nm film is deposited. When a titanium nitride film having a thickness of 300 nm and a tungsten film having a thickness of 300 nm are deposited, a titanium film having a thickness of about 10 nm is formed at the bottom of the via hole 108. Layer 109)
Second titanium nitride film 106 and first Al-Cu film 10
4 can be stably contacted.
【0055】次に、アルゴンプラズマを用いる逆スパッ
タ法により、タングステンプラグ111の表面に形成さ
れている自然酸化膜を除去した後、スパッタ法により、
層間絶縁膜107の上に、例えば40nmの膜厚を持つ
第3のチタニウム膜112、例えば20nmの膜厚を持
つ第3の窒化チタン膜113、アルミニウムに0.5〜
2.0wt%の銅が含まれ例えば450nmの膜厚を持
つ第2のAl−Cu膜114、例えば5nmの膜厚を持
つ第4のチタニウム膜115、及び例えば30nmの膜
厚を持ち反射防止膜となる第4の窒化チタン膜116か
ら構成される第2の積層膜を堆積する。次に、第2の積
層膜に対してフォトリソグラフィ及びドライエッチング
を行なって該第2の積層膜をパターニングした後、例え
ば400℃の温度下における10分間の熱処理を行なっ
て、第2の積層膜からなる上層配線Cを形成する。Next, after removing a natural oxide film formed on the surface of the tungsten plug 111 by a reverse sputtering method using argon plasma, a sputtering method is used.
A third titanium film 112 having a thickness of, for example, 40 nm, a third titanium nitride film 113 having a thickness of, for example, 20 nm, and
A second Al—Cu film 114 containing 2.0 wt% of copper and having a thickness of, for example, 450 nm, a fourth titanium film 115 having a thickness of, for example, 5 nm, and an antireflection film having a thickness of, for example, 30 nm A second laminated film composed of a fourth titanium nitride film 116 to be formed is deposited. Next, after photolithography and dry etching are performed on the second laminated film to pattern the second laminated film, a heat treatment is performed, for example, at a temperature of 400 ° C. for 10 minutes to obtain a second laminated film. Is formed.
【0056】第1の実施形態によると、層間絶縁膜10
7におけるヴィアホール108の側壁部に対してエッチ
ングを行なって、ヴィアホール108の平面形状を拡大
するため、第2の窒化チタン膜106における開口部の
周辺領域をヴィアホール108の底部に確実に露出させ
ることができると共に、第2の窒化チタン膜106の表
面に形成される自然酸化膜及びポリマーを洗浄液又はア
ルゴンプラズマにより確実に除去することができる。According to the first embodiment, the interlayer insulating film 10
In order to enlarge the planar shape of the via hole 108 by etching the side wall portion of the via hole 108 in FIG. 7, the peripheral region of the opening in the second titanium nitride film 106 is surely exposed to the bottom of the via hole 108. In addition, the natural oxide film and the polymer formed on the surface of the second titanium nitride film 106 can be surely removed by the cleaning liquid or the argon plasma.
【0057】また、第1及び第2の密着層109、11
0におけるヴィアホール108の底部のカバレージは、
ヴィアホール108の側壁部のカバレージに比べて十分
に良いので、第1及び第2の密着層109、110と第
1のAl−Cu膜104との安定したコンタクト、及び
第1及び第2の密着層109、110と第2の窒化チタ
ン膜106との安定したコンタクトを実現できる。Also, the first and second adhesion layers 109 and 11
The coverage at the bottom of via hole 108 at 0 is
Since the coverage is sufficiently better than the coverage of the side wall of the via hole 108, a stable contact between the first and second adhesion layers 109 and 110 and the first Al-Cu film 104, and the first and second adhesion A stable contact between the layers 109 and 110 and the second titanium nitride film 106 can be realized.
【0058】また、第1及び第2の密着層109、11
0の張り出し部と、第2の窒化チタン膜106における
開口部の周辺領域とが接続しているため、図10(b)
で示した第1の従来例のように第1の窒化チタン膜14
における開口部の側壁と接続する場合に比べて、接触面
積が大きく増加するので、コンタクト抵抗の低減を図る
ことができる。Also, the first and second adhesion layers 109 and 11
10B is connected to the peripheral region of the opening in the second titanium nitride film 106, and therefore, FIG.
As shown in the first conventional example shown in FIG.
The contact area is greatly increased as compared with the case where the contact area is connected to the side wall of the opening, so that the contact resistance can be reduced.
【0059】図3は、第1の実施形態に係る多層配線構
造において、第1のAl−Cu膜104におけるヴィア
コンタクトBの下側の領域にエレクトロマイグレーショ
ンによるボイド120が形成された状態を示している。
第1のAl−Cu膜104におけるヴィアコンタクトB
の下側の領域がエレクトロマイグレーションによって無
くなっても、第1の高融点金属膜である第2の窒化チタ
ン膜106はエレクトロマイグレーション耐性が非常に
高いので、ヴィアコンタクトBと下層配線Aとの接続が
確保され断線は起こらない。つまり、タングステンプラ
グ111から第1のAl−Cu膜104に向かう電流
は、第1の密着層109から第2の窒化チタン膜106
及び第2のチタニウム膜105(アルミニウムとチタニ
ウムとの合金層を含む)を経由して第1のAl−Cu膜
104に流れるので、コンタクト抵抗は上昇するが断線
は起こらない。従って、第1の実施形態に係る多層配線
構造はエレクトロマイグレーション耐性が向上する。FIG. 3 shows a state in which a void 120 due to electromigration is formed in a region below the via contact B in the first Al-Cu film 104 in the multilayer wiring structure according to the first embodiment. I have.
Via contact B in first Al-Cu film 104
Even if the lower region is lost by electromigration, the second titanium nitride film 106, which is the first refractory metal film, has very high electromigration resistance. It is secured and no disconnection occurs. That is, the current flowing from the tungsten plug 111 to the first Al—Cu film 104 is changed from the first adhesion layer 109 to the second titanium nitride film 106.
In addition, the current flows through the first Al—Cu film 104 via the second titanium film 105 (including an alloy layer of aluminum and titanium), so that the contact resistance increases but no disconnection occurs. Therefore, the multilayer wiring structure according to the first embodiment has improved electromigration resistance.
【0060】さらに、第1及び第2の密着層109、1
10の張り出し部と、第2の窒化チタン膜106におけ
る開口部の周辺領域とが接続しているため、第2の窒化
チタン膜106の膜厚を大きくする必要がないので、下
層配線Aに対する加工の困難性及び下層配線Aにおける
配線間容量の増大を抑制することができる。Further, the first and second adhesion layers 109, 1
Since the overhanging portion 10 is connected to the peripheral region of the opening in the second titanium nitride film 106, it is not necessary to increase the thickness of the second titanium nitride film 106. , And an increase in the inter-wiring capacitance in the lower wiring A can be suppressed.
【0061】(第2の実施形態)以下、第2の実施形態
に係る多層配線構造及びその製造方法について、図4
(a)〜(c)を参照しながら説明する。(Second Embodiment) Hereinafter, a multilayer wiring structure and a method of manufacturing the same according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to (a) to (c).
【0062】図4(a)に示すように、第1の実施形態
と同様にして、半導体基板200の上に形成された絶縁
膜201の上に、第1のチタニウム膜202、第1の窒
化チタン膜203、第1のAl−Cu膜204、第2の
チタニウム膜205及び第2の窒化チタン膜206を順
次積層した後、該積層膜に対してパターニングを行なっ
て下層配線Aを形成する。尚、第2の実施形態において
は、第1のAl−Cu膜204が第1の金属膜を構成
し、第2の窒化チタン膜206が第1の高融点金属膜を
構成する。As shown in FIG. 4A, similarly to the first embodiment, a first titanium film 202 and a first nitride film are formed on an insulating film 201 formed on a semiconductor substrate 200. After sequentially stacking a titanium film 203, a first Al-Cu film 204, a second titanium film 205, and a second titanium nitride film 206, the stacked film is patterned to form a lower wiring A. In the second embodiment, the first Al—Cu film 204 forms a first metal film, and the second titanium nitride film 206 forms a first refractory metal film.
【0063】次に、下層配線Aの上を含む絶縁膜201
の上に層間絶縁膜207を堆積した後、該層間絶縁膜2
07を平坦化する。Next, the insulating film 201 including the upper part of the lower wiring A is formed.
After the interlayer insulating film 207 is deposited on the
07 is flattened.
【0064】次に、層間絶縁膜207の上にレジストパ
ターン208を形成した後、該レジストパターン208
をマスクとして、層間絶縁膜207、第2の窒化チタン
膜206及び第2のチタニウム膜205に対してドライ
エッチングを行なってヴィアホール209を形成する。
このドライエッチングは、第2の窒化チタン膜206及
び第2のチタニウム膜205に対するエッチングレート
が層間絶縁膜207に対するエッチングレートよりも小
さいエッチング条件、例えばC5F8+CHF3+Arの
ガス系を用いるエッチング条件で行なう。このような条
件でドライエッチングを行なうと、層間絶縁膜207に
おけるヴィアホール209の側壁部にポリマー210が
付着するが、層間絶縁膜207に対するエッチング時
(図4(a)に示す)よりも、第2の窒化チタン膜20
6及び第2のチタニウム膜205に対するエッチング時
(図4(b)に示す)の方が付着するポリマー210の
量が多くなり、横方向へのエッチングが抑制される。こ
のため、図4(b)に示すように、第2の窒化チタン膜
206及び第2のチタニウム膜205に開口部が形成さ
れて第1のAl−Cu膜204が露出すると共に、第2
の窒化チタン膜206における開口部の周辺領域は開口
部に向かって膜厚が小さくなるテーパ形状になる。従っ
て、第2の窒化チタン膜206における開口部の周辺領
域にテーパ形状を自己整合的に形成することができる。Next, after forming a resist pattern 208 on the interlayer insulating film 207, the resist pattern 208
Is used as a mask to dry etch the interlayer insulating film 207, the second titanium nitride film 206, and the second titanium film 205 to form a via hole 209.
In this dry etching, the etching rate for the second titanium nitride film 206 and the second titanium film 205 is lower than the etching rate for the interlayer insulating film 207, for example, etching using a gas system of C 5 F 8 + CHF 3 + Ar. Perform under conditions. When dry etching is performed under such conditions, the polymer 210 adheres to the side wall of the via hole 209 in the interlayer insulating film 207. 2 titanium nitride film 20
At the time of etching (shown in FIG. 4B) on the sixth titanium film 205 and the second titanium film 205, the amount of the polymer 210 to be attached increases, and the etching in the lateral direction is suppressed. For this reason, as shown in FIG. 4B, openings are formed in the second titanium nitride film 206 and the second titanium film 205 to expose the first Al—Cu film 204, and
The region around the opening in the titanium nitride film 206 has a tapered shape in which the film thickness decreases toward the opening. Accordingly, a tapered shape can be formed in a self-aligned manner in the peripheral region of the opening in the second titanium nitride film 206.
【0065】次に、レジストパターン208を酸素プラ
ズマを用いるアッシングにより除去した後、ヴィアホー
ル209の側壁面に付着しているポリマー210を洗浄
により除去し、その後、アルゴンプラズマを用いる逆ス
パッタ法により、第1のAl−Cu膜204の表面に形
成されている自然酸化膜を除去する。Next, after removing the resist pattern 208 by ashing using oxygen plasma, the polymer 210 adhering to the side wall surface of the via hole 209 is removed by washing, and thereafter, by reverse sputtering using argon plasma, The natural oxide film formed on the surface of the first Al-Cu film 204 is removed.
【0066】次に、図4(c)に示すように、ヴィアホ
ール209の内部を含む層間絶縁膜207の上に全面に
亘って、例えばスパッタ法により、第1の密着層となる
チタニウム膜及び第2の密着層となる窒化チタン膜を堆
積した後、例えばCVD法により、タングステン膜を堆
積する。第2の窒化チタン膜206における開口部の周
辺領域がテーパ形状になっているため、チタニウム膜及
び窒化チタン膜には、側壁部の下端から内側に張り出す
張り出し部が形成される。尚、第2の実施形態において
は、タングステン膜が第2の金属膜を構成し、チタニウ
ム膜及び窒化チタン膜が第2の高融点金属膜を構成して
いるが、第2の高融点金属膜は1層でもよい。Next, as shown in FIG. 4C, a titanium film serving as a first adhesion layer is formed over the entire surface of the interlayer insulating film 207 including the inside of the via hole 209 by, for example, sputtering. After depositing the titanium nitride film serving as the second adhesion layer, a tungsten film is deposited by, for example, a CVD method. Since the peripheral region of the opening in the second titanium nitride film 206 has a tapered shape, an extension is formed in the titanium film and the titanium nitride film so as to extend inward from the lower end of the side wall. In the second embodiment, the tungsten film forms the second metal film, and the titanium film and the titanium nitride film form the second refractory metal film. May be a single layer.
【0067】次に、チタニウム膜、窒化チタン膜及びタ
ングステン膜における層間絶縁膜207の上に露出して
いる部分を例えばCMP法により除去して、チタニウム
膜からなる第1の密着層211、窒化チタン膜からなる
第2の密着層212及びタングステン膜からなるタング
ステンプラグ213から構成されるヴィアコンタクトB
を形成する。Next, portions of the titanium film, the titanium nitride film, and the tungsten film, which are exposed on the interlayer insulating film 207, are removed by, for example, a CMP method, and the first adhesion layer 211 made of a titanium film and the titanium nitride film are removed. Contact B composed of a second adhesion layer 212 made of a film and a tungsten plug 213 made of a tungsten film
To form
【0068】ところで、ヴィアホール209の径が0.
3μmで、深さが0.7μmであれば、コリメーション
法(コリメートスパッタリング法)(コリメータアスペ
クト比:1.5)により20nmの膜厚を有するチタニ
ウム膜を堆積した後、100nmの膜厚を有する窒化チ
タン膜及び300nmの膜厚を有するタングステン膜を
堆積すると、ヴィアホール209の底部において10n
m程度の膜厚を有するチタニウム膜が成膜されるので、
該チタニウム膜(第1の密着層211)は、第2の窒化
チタン膜206及び第1のAl−Cu膜204と安定し
てコンタクトがとれる。By the way, the diameter of the via hole 209 is set to 0.
If the depth is 3 μm and the depth is 0.7 μm, a titanium film having a thickness of 20 nm is deposited by a collimation method (collimation sputtering method) (collimator aspect ratio: 1.5), and then a nitride film having a thickness of 100 nm is deposited. When a titanium film and a tungsten film having a thickness of 300 nm are deposited, 10n is formed at the bottom of the via hole 209.
Since a titanium film having a thickness of about m is formed,
The titanium film (first adhesion layer 211) can make stable contact with the second titanium nitride film 206 and the first Al-Cu film 204.
【0069】次に、第1の実施形態と同様にして、層間
絶縁膜207の上に、第3のチタニウム膜、第3の窒化
チタン膜、第2のAl−Cu膜、第4のチタニウム膜及
び反射防止膜となる第4の窒化チタン膜から構成される
第2の積層膜を堆積した後、該第2の積層膜をパターニ
ングして、第2の積層膜からなる上層配線Cを形成す
る。Next, similarly to the first embodiment, a third titanium film, a third titanium nitride film, a second Al—Cu film, and a fourth titanium film are formed on the interlayer insulating film 207. After depositing a second laminated film composed of a fourth titanium nitride film to be an anti-reflection film, the second laminated film is patterned to form an upper wiring C composed of the second laminated film. .
【0070】第2の実施形態によると、ヴィアホール2
09の底部に第2の窒化チタン膜206を確実に露出さ
せることができると共に、第2の窒化チタン膜206の
表面に形成される自然酸化膜及びポリマーを洗浄液又は
アルゴンプラズマにより確実に除去することができる。According to the second embodiment, the via hole 2
09, the second titanium nitride film 206 can be reliably exposed at the bottom, and a natural oxide film and a polymer formed on the surface of the second titanium nitride film 206 are surely removed by a cleaning liquid or argon plasma. Can be.
【0071】また、第1及び第2の密着層211、21
2におけるヴィアホール209の底部のカバレージは、
ヴィアホール209の側壁部のカバレージに比べて十分
に良いので、第1及び第2の密着層211、212と第
1のAl−Cu膜204との安定したコンタクト、及び
第1及び第2の密着層211、212と第2の窒化チタ
ン膜206との安定したコンタクトを実現できる。The first and second adhesion layers 211 and 21
2, the coverage at the bottom of the via hole 209 is:
Since the coverage is sufficiently better than the coverage of the side wall portion of the via hole 209, a stable contact between the first and second adhesion layers 211 and 212 and the first Al-Cu film 204, and the first and second adhesion A stable contact between the layers 211 and 212 and the second titanium nitride film 206 can be realized.
【0072】また、第1及び第2の密着層211、21
2のテーパ状の張り出し部と、第2の窒化チタン膜20
6における開口部の周辺領域とが接続しているため、図
10(b)で示した第1の従来例のように第1の窒化チ
タン膜14における開口部の側壁と接続する場合に比べ
て、接触面積が大きく増加するので、コンタクト抵抗の
低減を図ることができる。The first and second adhesion layers 211 and 21
2 and a second titanium nitride film 20.
6 is connected to the peripheral region of the opening, so that it is connected to the side wall of the opening in the first titanium nitride film 14 as in the first conventional example shown in FIG. Since the contact area is greatly increased, the contact resistance can be reduced.
【0073】また、第1のAl−Cu膜204における
ヴィアコンタクトの下側の領域がエレクトロマイグレー
ションによって無くなっても、第1の高融点金属膜であ
る第2の窒化チタン膜206はエレクトロマイグレーシ
ョン耐性が非常に高いので、ヴィアコンタクトBと下層
配線Aとの接続が確保され断線は起こらない。つまり、
タングステンプラグ213から第1のAl−Cu膜20
4に向かう電流は、第1の密着層211から第2の窒化
チタン膜206及び第2のチタニウム膜205(アルミ
ニウムとチタニウムとの合金層を含む)を経由して第1
のAl−Cu膜204に流れるので、コンタクト抵抗は
上昇するが断線は起こらない。従って、第2の実施形態
に係る多層配線構造はエレクトロマイグレーション耐性
が向上する。Even if the region under the via contact in the first Al—Cu film 204 is lost by electromigration, the second titanium nitride film 206 as the first refractory metal film has electromigration resistance. Since it is very high, the connection between the via contact B and the lower wiring A is secured, and no disconnection occurs. That is,
From the tungsten plug 213 to the first Al-Cu film 20
4 flows from the first adhesion layer 211 through the second titanium nitride film 206 and the second titanium film 205 (including an alloy layer of aluminum and titanium).
Flows through the Al-Cu film 204, the contact resistance increases but no disconnection occurs. Therefore, the multilayer wiring structure according to the second embodiment has improved electromigration resistance.
【0074】さらに、第2の窒化チタン膜206の膜厚
を大きくする必要がないので、下層配線Aに対する加工
の困難性及び下層配線Aにおける配線間容量の増大を抑
制することができる。Further, since it is not necessary to increase the thickness of the second titanium nitride film 206, it is possible to suppress the difficulty in processing the lower wiring A and the increase in inter-wiring capacitance in the lower wiring A.
【0075】(第3の実施形態)以下、第3の実施形態
に係る多層配線構造について、図5を参照しながら説明
する。(Third Embodiment) Hereinafter, a multilayer wiring structure according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
【0076】図5に示すように、複数の機能素子が形成
された半導体基板300の上には第1の絶縁膜301及
び第2の絶縁膜302が形成され、第2の絶縁膜302
には埋め込み型の下層配線Aが形成されており、該下層
配線Aは、バリア膜となる第1の窒化タンタル膜303
と、第1の銅膜304とから構成されている。下層配線
A及び第2の絶縁膜302の上には、銅の拡散防止膜と
なる第1の窒化シリコン膜(SiNx )305を介して
層間絶縁膜306が形成され、該層間絶縁膜306には
デュアルダマシン構造を持つヴィアコンタクトB及び上
層配線Cが形成されており、ヴィアコンタクトB及び上
層配線Cは、バリア膜となる第2の窒化タンタル膜30
7と、第2の銅膜308とから構成されている。また、
上層配線C及び層間絶縁膜306の上には、銅の拡散防
止膜となる第2の窒化シリコン膜309が形成されてい
る。As shown in FIG. 5, a first insulating film 301 and a second insulating film 302 are formed on a semiconductor substrate 300 on which a plurality of functional elements are formed.
Is formed with a buried lower wiring A. The lower wiring A is formed of a first tantalum nitride film 303 serving as a barrier film.
And a first copper film 304. An interlayer insulating film 306 is formed on the lower wiring A and the second insulating film 302 via a first silicon nitride film (SiN x ) 305 serving as a copper diffusion preventing film. Is formed with a via contact B and an upper wiring C having a dual damascene structure, and the via contact B and the upper wiring C are formed on the second tantalum nitride film 30 serving as a barrier film.
7 and a second copper film 308. Also,
On the upper wiring C and the interlayer insulating film 306, a second silicon nitride film 309 serving as a copper diffusion preventing film is formed.
【0077】第3の実施形態の特徴として、ヴィアコン
タクトBは下層配線Aの側方に突出しており、ヴィアコ
ンタクトBの突出部における第2の窒化タンタル膜30
7と、下層配線Aを構成する第1の窒化タンタル膜30
3の側面とは接続している。As a feature of the third embodiment, the via contact B projects to the side of the lower wiring A, and the second tantalum nitride film 30 at the projecting portion of the via contact B is formed.
7 and the first tantalum nitride film 30 constituting the lower wiring A
3 is connected to the side surface.
【0078】以下、第3の実施形態に係る多層配線構造
の製造方法について、図6(a)、(b)及び図7を参
照しながら説明する。Hereinafter, a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 6 (a), 6 (b) and 7.
【0079】まず、図6(a)に示すように、複数の機
能素子が形成された半導体基板300の上に第1の絶縁
膜301及び第2の絶縁膜302を順次形成した後、フ
ォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、第2の
絶縁膜302に配線溝を形成する。次に、配線溝の内部
を含む第2の絶縁膜302の上に全面に亘って、CVD
法によりバリア膜となる第1の窒化タンタル膜303を
成膜した後、スパッタ法により銅膜からなるシード層
(図示は省略している)を成膜する。シード層は、表面
モフォロジーを良くするために、室温以下の温度で成膜
すると共に配線溝の底部及び側壁部において連続膜とな
るように成膜する。例えば、配線溝の幅が0.2μm
で、深さが0.3μmである場合、平坦部における膜厚
が、第1の窒化タンタル膜303で10nm程度、シー
ド層で100nm程度に成膜すると、配線溝の側壁部に
おいてはそれぞれ5nm程度に成膜される。First, as shown in FIG. 6A, a first insulating film 301 and a second insulating film 302 are sequentially formed on a semiconductor substrate 300 on which a plurality of functional elements are formed, and then photolithography is performed. Then, a wiring groove is formed in the second insulating film 302 by dry etching. Next, CVD is performed on the entire surface of the second insulating film 302 including the inside of the wiring groove.
After a first tantalum nitride film 303 serving as a barrier film is formed by a sputtering method, a seed layer (not shown) made of a copper film is formed by a sputtering method. In order to improve the surface morphology, the seed layer is formed at a temperature equal to or lower than room temperature, and is formed so as to be a continuous film at the bottom and side walls of the wiring groove. For example, if the width of the wiring groove is 0.2 μm
When the depth is 0.3 μm, the thickness in the flat portion is about 10 nm in the first tantalum nitride film 303 and about 100 nm in the seed layer. Is formed.
【0080】次に、硫酸銅を用いる電解メッキ法によ
り、シード層の上に第1の銅膜304を成膜した後、不
活性ガス(例えばアルゴン(Ar)ガス)、窒素
(N2 )ガス、又は窒素ガスと水素ガスとの混合ガスの
雰囲気中における100〜500℃の温度下で30分程
度の熱処理を行なって結晶成長させる。このようにする
と、銅膜からなるシード層と電解メッキ法により成膜し
た第1の銅膜304とが一体化されて連続膜となる。次
に、第1の窒化タンタル膜303及び第1の銅膜304
における第2の絶縁膜302の上に露出している部分を
除去すると、第1の窒化タンタル膜303及び第1の銅
膜304からなる下層配線Aが形成される。Next, after a first copper film 304 is formed on the seed layer by an electrolytic plating method using copper sulfate, an inert gas (for example, argon (Ar) gas) and a nitrogen (N 2 ) gas are used. Alternatively, a crystal is grown by performing a heat treatment at a temperature of 100 to 500 ° C. for about 30 minutes in an atmosphere of a mixed gas of a nitrogen gas and a hydrogen gas. Thus, the seed layer made of the copper film and the first copper film 304 formed by the electrolytic plating method are integrated to form a continuous film. Next, a first tantalum nitride film 303 and a first copper film 304
When the portion exposed on the second insulating film 302 is removed, the lower wiring A including the first tantalum nitride film 303 and the first copper film 304 is formed.
【0081】次に、第1の銅膜304及び第2の絶縁膜
302の上に全面に亘って、プラズマCVD法により、
銅の拡散防止膜となる第1の窒化シリコン膜305を成
膜する。この場合、第1の銅膜304の表面部に形成さ
れている酸化銅の層を還元するため、第1の窒化シリコ
ン膜305を成膜する前に水素ガス又はアンモニアガス
を流しておくことが好ましい。Next, the entire surface of the first copper film 304 and the second insulating film 302 is formed by plasma CVD.
A first silicon nitride film 305 serving as a copper diffusion prevention film is formed. In this case, in order to reduce the copper oxide layer formed on the surface portion of the first copper film 304, a hydrogen gas or an ammonia gas may be supplied before the first silicon nitride film 305 is formed. preferable.
【0082】次に、第1の窒化シリコン膜305の上
に、プラズマCVD法により、例えばSiO2 からなる
層間絶縁膜306を成膜した後、該層間絶縁膜306を
例えばCMP法により平坦化する。Next, after an interlayer insulating film 306 made of, for example, SiO 2 is formed on the first silicon nitride film 305 by a plasma CVD method, the interlayer insulating film 306 is flattened by, for example, a CMP method. .
【0083】次に、層間絶縁膜306の上に、配線溝形
成用の開口部を有する第1のレジストパターン(図示は
省略している)を形成した後、該第1のレジストパター
ンをマスクにして層間絶縁膜306に対してエッチング
を行なって配線溝310を形成する。次に、第1のレジ
ストパターンをアッシングにより除去した後、付着して
いるポリマーを洗浄により除去する。Next, after a first resist pattern (not shown) having an opening for forming a wiring groove is formed on the interlayer insulating film 306, the first resist pattern is used as a mask. By etching the interlayer insulating film 306, a wiring groove 310 is formed. Next, after removing the first resist pattern by ashing, the attached polymer is removed by washing.
【0084】次に、層間絶縁膜306の上に、ヴィアホ
ール形成用の開口部を有する第2のレジストパターン3
11を形成した後、該第2のレジストパターン311を
マスクにして層間絶縁膜306に対してドライエッチン
グを行なって、ヴィアホール312を形成する。この場
合、ヴィアホール312が下層配線Aから部分的にずれ
るように、第2のレジストパターン311のヴィアホー
ル形成用開口部を下層配線Aからずれるようにするか又
は大きくしておく。ドライエッチング工程としては、層
間絶縁膜306及び第2の絶縁膜302がSiO2 から
なる場合には、フッ素(F)系ガス例えばC2F6からな
るエッチングガスを用いて層間絶縁膜306をエッチン
グした後、塩素(Cl2 )系のエッチングガスに切り替
えて第1の窒化シリコン膜305をエッチングし、その
後、フッ素系のエッチングガスに再び切り替えて第2の
絶縁膜302における下層配線Aの側方部を部分的にエ
ッチングする。この場合、第1の窒化シリコン膜305
及び第2の絶縁膜302に対するエッチング工程におい
ては、第1の窒化タンタル膜303との選択性を有する
エッチング条件を用いることにより、エッチング中に露
出した第1の窒化タンタル膜303が余りエッチングさ
れないようにする。Next, a second resist pattern 3 having an opening for forming a via hole is formed on the interlayer insulating film 306.
After the formation of 11, the second resist pattern 311 is used as a mask to dry-etch the interlayer insulating film 306 to form a via hole 312. In this case, the via hole forming opening of the second resist pattern 311 is shifted from the lower layer wiring A or is enlarged so that the via hole 312 is partially shifted from the lower layer wiring A. In the dry etching step, when the interlayer insulating film 306 and the second insulating film 302 are made of SiO 2 , the interlayer insulating film 306 is etched using an etching gas made of a fluorine (F) based gas, for example, C 2 F 6. After that, the first silicon nitride film 305 is etched by switching to a chlorine (Cl 2 ) -based etching gas, and then switched again to a fluorine-based etching gas so that the side of the lower wiring A in the second insulating film 302 is removed. The part is partially etched. In this case, the first silicon nitride film 305
In the step of etching the second insulating film 302, the first tantalum nitride film 303 exposed during the etching is prevented from being excessively etched by using etching conditions having selectivity with respect to the first tantalum nitride film 303. To
【0085】次に、第2のレジストパターン311をア
ッシングにより除去した後、ヴィアホール312の底部
及び側壁部に付着しているポリマーを洗浄により除去
し、その後、アルゴンプラズマを用いる逆スパッタ法に
より、第1の銅膜304の表面に形成されている自然酸
化膜を除去する。Next, after removing the second resist pattern 311 by ashing, the polymer adhering to the bottom and side walls of the via hole 312 is removed by washing, and thereafter, the reverse sputtering method using argon plasma is performed. The natural oxide film formed on the surface of the first copper film 304 is removed.
【0086】次に、図6(b)に示すように、配線溝3
10及びヴィアホール312の内部を含む層間絶縁膜3
06の上に全面に亘って、CVD法によりバリア膜とな
る第2の窒化タンタル膜307を成膜した後、スパッタ
法により銅膜からなるシード層313を成膜する。この
場合、第2の窒化タンタル膜307をCVD法により成
膜するため、コンフォーマルな膜が得られるので、下層
配線Aを構成する第1の窒化タンタル膜303の側面に
おけるヴィアホール312に露出する部分においても十
分な膜厚を確保することができる。Next, as shown in FIG.
10 and interlayer insulating film 3 including the inside of via hole 312
After a second tantalum nitride film 307 serving as a barrier film is formed on the entire surface of the substrate 06 by a CVD method, a seed layer 313 made of a copper film is formed by a sputtering method. In this case, since the second tantalum nitride film 307 is formed by the CVD method, a conformal film can be obtained. Therefore, the second tantalum nitride film 307 is exposed to the via hole 312 on the side surface of the first tantalum nitride film 303 forming the lower wiring A. A sufficient film thickness can be ensured even in the portion.
【0087】次に、硫酸銅を用いる電解メッキ法によ
り、図7に示すように、シード層313の上に第2の銅
膜308を成膜した後、不活性ガス(例えばアルゴンガ
ス)、窒素ガス、又は窒素ガスと水素ガスとの混合ガス
の雰囲気中における100〜500℃の温度下で30分
程度の熱処理を行なって結晶成長させて、シード層31
3と第2の銅膜308とを一体化する。次に、第2の窒
化タンタル膜307及び第2の銅膜308における層間
絶縁膜306の上に露出している部分をCMP法により
除去して、第2の窒化タンタル膜307及び第2の銅膜
308からなるヴィアコンタクトB及び上層配線Cを形
成する。Next, as shown in FIG. 7, after a second copper film 308 is formed on the seed layer 313 by an electrolytic plating method using copper sulfate, an inert gas (eg, argon gas) A crystal is grown by performing a heat treatment at a temperature of 100 to 500 ° C. for about 30 minutes in an atmosphere of a gas or a mixed gas of a nitrogen gas and a hydrogen gas to grow the seed layer 31.
3 and the second copper film 308 are integrated. Next, portions of the second tantalum nitride film 307 and the second copper film 308 exposed above the interlayer insulating film 306 are removed by a CMP method, and the second tantalum nitride film 307 and the second copper film 308 are removed. A via contact B and an upper wiring C made of the film 308 are formed.
【0088】次に、第2の銅膜308の表面部に形成さ
れている酸化銅の層を還元した後、第2の銅膜308及
び層間絶縁膜306の上に全面に亘って、プラズマCV
D法により、銅の拡散防止膜となる第2の窒化シリコン
膜309を成膜する。Next, after reducing the copper oxide layer formed on the surface of the second copper film 308, the plasma CV is applied over the entire surface of the second copper film 308 and the interlayer insulating film 306.
By a method D, a second silicon nitride film 309 serving as a copper diffusion prevention film is formed.
【0089】第3の実施形態によると、ヴィアホール3
12の底部における下層配線Aの側方に第1の窒化タン
タル膜303を確実に露出させることができる。According to the third embodiment, via holes 3
The first tantalum nitride film 303 can be reliably exposed to the side of the lower wiring A at the bottom of the twelve.
【0090】また、第1の窒化タンタル膜303の上面
に加えて側面においても第2の窒化タンタル膜307と
接続しているため、つまり第1の窒化タンタル膜303
の上面の幅(膜厚)は5nm程度と非常に小さいが、第
1の窒化タンタル膜303の側面と第2の窒化タンタル
膜307とが接続しているため、接触面積が大きく増加
するので、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。Further, the first tantalum nitride film 303 is connected to the second tantalum nitride film 307 not only on the top surface but also on the side surface, that is, the first tantalum nitride film 303
Although the width (film thickness) of the upper surface of this is very small, about 5 nm, since the side surface of the first tantalum nitride film 303 is connected to the second tantalum nitride film 307, the contact area is greatly increased. The contact resistance can be reduced.
【0091】また、図7に示すように、第1の銅膜30
4におけるヴィアコンタクトBの下側の領域にエレクト
ロマイグレーションによりボイド320が形成されて
も、高融点金属膜である第1の窒化タンタル膜303は
エレクトロマイグレーション耐性が非常に高いので、ヴ
ィアコンタクトBと下層配線Aとの接続が確保され断線
は起こらない。つまり、第2の銅膜308から第1の銅
膜304に向かう電流は、第2の窒化タンタル膜307
から第1の窒化タンタル膜303を経由して第1の銅膜
304に流れるので、コンタクト抵抗は上昇するが断線
は起こらない。従って、第3の実施形態に係る多層配線
構造はエレクトロマイグレーション耐性が向上する。Further, as shown in FIG.
4, the first tantalum nitride film 303, which is a refractory metal film, has a very high electromigration resistance even if the void 320 is formed by electromigration in the region below the via contact B in FIG. The connection with the wiring A is ensured and no disconnection occurs. That is, the current flowing from the second copper film 308 to the first copper film 304 is changed by the second tantalum nitride film 307.
Flows through the first copper film 304 via the first tantalum nitride film 303, the contact resistance increases but no disconnection occurs. Therefore, the multilayer wiring structure according to the third embodiment has improved electromigration resistance.
【0092】さらに、下層配線Aの上部にバリア膜を形
成する第1又は第2の実施形態に比べて、工程数を低減
できるので、効率良くエレクトロマイグレーション耐性
を向上させることができる。Furthermore, the number of steps can be reduced as compared with the first or second embodiment in which a barrier film is formed above the lower wiring A, so that the electromigration resistance can be improved efficiently.
【0093】(第4の実施形態)以下、第4の実施形態
に係る多層配線構造及びその製造方法について、図8
(a)〜(c)を参照しながら説明する。(Fourth Embodiment) Hereinafter, a multilayer wiring structure and a method of manufacturing the same according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to (a) to (c).
【0094】図8(a)に示すように、第3の実施形態
と同様にして、半導体基板400の上に第1の絶縁膜4
01及び第2の絶縁膜402を順次形成した後、第2の
絶縁膜402に配線溝を形成する。次に、配線溝の内部
を含む第2の絶縁膜402の上に全面に亘って、CVD
法によりバリア膜となる第1の窒化タングステン(W
N)403を成膜した後、スパッタ法により銅膜からな
るシード層(図示は省略している)を成膜する。シード
層は、表面モフォロジーを良くするために、室温以下の
温度で成膜すると共に配線溝の底部及び側壁部において
連続膜となるように成膜する。例えば、配線溝の幅が
0.2μmで、深さが0.3μmである場合、平坦部に
おける膜厚が、第1の窒化タングステン膜403で35
nm程度、シード層で130nm程度に成膜すると、配
線溝の側壁部においてはそれぞれ5nm程度に成膜され
る。As shown in FIG. 8A, a first insulating film 4 is formed on a semiconductor substrate 400 in the same manner as in the third embodiment.
After the first and second insulating films 402 are sequentially formed, a wiring groove is formed in the second insulating film 402. Next, CVD is performed on the entire surface of the second insulating film 402 including the inside of the wiring groove.
The first tungsten nitride (W
After forming the N) 403, a seed layer (not shown) made of a copper film is formed by a sputtering method. In order to improve the surface morphology, the seed layer is formed at a temperature equal to or lower than room temperature, and is formed so as to be a continuous film at the bottom and side walls of the wiring groove. For example, when the width of the wiring groove is 0.2 μm and the depth is 0.3 μm, the thickness of the first tungsten nitride film 403 in the flat portion is 35 μm.
When the film is formed to a thickness of about nm and the seed layer is formed to a thickness of about 130 nm, the film is formed to a thickness of about 5 nm on the side wall of the wiring groove.
【0095】次に、硫酸銅を用いる電解メッキ法によ
り、シード層の上に第1の銅膜404を成膜した後、不
活性ガス、窒素ガス、又は窒素ガスと水素ガスとの混合
ガスの雰囲気中における100〜500℃の温度下で3
0分程度の熱処理を行なって結晶成長させ、その後、第
1の窒化タングステン膜403及び第1の銅膜404に
おける第2の絶縁膜402の上に露出している部分を除
去すると、第1の窒化タングステン膜403及び第1の
銅膜404からなる下層配線Aが形成される。Next, after a first copper film 404 is formed on the seed layer by an electrolytic plating method using copper sulfate, an inert gas, a nitrogen gas, or a mixed gas of a nitrogen gas and a hydrogen gas is used. 3 at a temperature of 100 to 500 ° C in the atmosphere
By performing a heat treatment for about 0 minutes to grow the crystal, and then removing portions of the first tungsten nitride film 403 and the first copper film 404 which are exposed on the second insulating film 402, the first A lower wiring A composed of the tungsten nitride film 403 and the first copper film 404 is formed.
【0096】次に、第1の銅膜404及び第2の絶縁膜
402の上に全面に亘って、プラズマCVD法により、
銅の拡散防止膜となる第1の窒化シリコン膜405を成
膜した後、該第1の窒化シリコン膜405の上に、プラ
ズマCVD法により、例えばSiO2 からなる層間絶縁
膜406を成膜し、その後、層間絶縁膜406を例えば
CMP法により平坦化する。Next, the entire surface of the first copper film 404 and the second insulating film 402 is formed by a plasma CVD method.
After a first silicon nitride film 405 serving as a copper diffusion preventing film is formed, an interlayer insulating film 406 made of, for example, SiO 2 is formed on the first silicon nitride film 405 by a plasma CVD method. After that, the interlayer insulating film 406 is planarized by, for example, a CMP method.
【0097】次に、層間絶縁膜406の上に、配線溝形
成用の開口部を有する第1のレジストパターン407を
形成した後、該第1のレジストパターン407をマスク
にして層間絶縁膜406に対してドライエッチングを行
なってヴィアホール408を形成する。この場合、ヴィ
アホール408の壁面が、第1の窒化タングステン膜4
03の内壁面と一致するか又は第1の窒化タングステン
膜403の壁部の上に位置するようにしておく。ドライ
エッチング工程としては、層間絶縁膜406がSiO2
からなる場合には、フッ素系ガス例えばC2F6からなる
エッチングガスを用いることにより、第1の窒化シリコ
ン膜405に対して選択性を持たせて、第1の窒化シリ
コン膜405の上面でエッチングを終了する。次に、第
1のレジストパターン407をアッシングにより除去し
た後、付着しているポリマーを洗浄により除去する。Next, a first resist pattern 407 having an opening for forming a wiring groove is formed on the interlayer insulating film 406, and the first resist pattern 407 is used as a mask to form the first resist pattern 407 on the interlayer insulating film 406. On the other hand, a via hole 408 is formed by performing dry etching. In this case, the wall surface of the via hole 408 is
03 or is located on the wall of the first tungsten nitride film 403. In the dry etching step, the interlayer insulating film 406 is made of SiO 2
In the case where the first silicon nitride film 405 is formed by using an etching gas composed of a fluorine-based gas, for example, C 2 F 6 , the first silicon nitride film 405 is provided with selectivity. End the etching. Next, after removing the first resist pattern 407 by ashing, the attached polymer is removed by washing.
【0098】次に、層間絶縁膜406の上に、ヴィアホ
ール形成用の開口部を有する第2のレジストパターン
(図示は省略している)を形成した後、該第2のレジス
トパターンをマスクにして層間絶縁膜406に対してド
ライエッチングを行なって、図8(b)に示すように、
配線溝409を形成する。このドライエッチング工程に
おいても、フッ素系ガス例えばC2F6からなるエッチン
グガスを用いることにより、第1の窒化シリコン膜40
5に対して選択性を持たせて、第1の窒化シリコン膜4
05をエッチングしないようにする。次に、第2のレジ
ストパターンをアッシングにより除去した後、付着して
いるポリマーを洗浄により除去する。Next, after a second resist pattern (not shown) having an opening for forming a via hole is formed on the interlayer insulating film 406, the second resist pattern is used as a mask. Then, dry etching is performed on the interlayer insulating film 406, as shown in FIG.
A wiring groove 409 is formed. In this dry etching process, by using a fluorine-based gas, for example, an etching gas consisting of C 2 F 6, the first silicon nitride film 40
5, the first silicon nitride film 4
05 is not etched. Next, after removing the second resist pattern by ashing, the attached polymer is removed by washing.
【0099】次に、第1の窒化シリコン膜405及び第
1の銅膜404に対して、層間絶縁膜406をマスクと
すると共に塩素系のエッチングガスを用いるドライエッ
チングを行なって、第1の窒化タングステン膜403の
内壁面を露出させる。この場合、塩素系のエッチングガ
スを用いるため、層間絶縁膜406及び第1の窒化タン
グステン膜403に対するエッチングレートが、第1の
窒化シリコン膜405及び第1の銅膜404に対するエ
ッチングレートよりも小さくなるので、層間絶縁膜40
6に形成されているヴィアホール408及び配線溝40
9、並びに第1の窒化タングステン膜403が殆どエッ
チングされず、所望の形状を保持することができる。次
に、アッシング及び洗浄により、ドライエッチング工程
においてヴィアホール408及び配線溝409の底部及
び側壁部に付着したポリマーを除去した後、アルゴンプ
ラズマを用いる逆スパッタ法により、第1の銅膜404
の表面に形成されている自然酸化膜を除去する。Next, the first silicon nitride film 405 and the first copper film 404 are dry-etched by using the interlayer insulating film 406 as a mask and using a chlorine-based etching gas. The inner wall surface of the tungsten film 403 is exposed. In this case, since a chlorine-based etching gas is used, the etching rates for the interlayer insulating film 406 and the first tungsten nitride film 403 are lower than the etching rates for the first silicon nitride film 405 and the first copper film 404. Therefore, the interlayer insulating film 40
6 and via holes 408 and wiring grooves 40
9 and the first tungsten nitride film 403 are hardly etched, and a desired shape can be maintained. Next, after the polymer adhering to the via hole 408 and the bottom and side wall of the wiring groove 409 in the dry etching process is removed by ashing and washing, the first copper film 404 is formed by reverse sputtering using argon plasma.
The natural oxide film formed on the surface of the substrate is removed.
【0100】次に、図8(c)に示すように、ヴィアホ
ール408及び配線溝409の内部を含む層間絶縁膜4
06の上に全面に亘って、CVD法によりバリア膜とな
る第2の窒化タングステン410を成膜した後、スパッ
タ法により銅膜からなるシード層(図示は省略してい
る)を成膜する。この場合、第2の窒化タングステン膜
410をCVD法により成膜するため、コンフォーマル
な膜が得られるので、下層配線Aを構成する第1の窒化
タングステン膜403の側面におけるヴィアホール40
8に露出する部分においても十分な膜厚を確保すること
ができる。Next, as shown in FIG. 8C, the interlayer insulating film 4 including the inside of the via hole 408 and the wiring groove 409 is formed.
After a second tungsten nitride 410 serving as a barrier film is formed on the entire surface of the substrate 06 by a CVD method, a seed layer (not shown) made of a copper film is formed by a sputtering method. In this case, since the second tungsten nitride film 410 is formed by the CVD method, a conformal film can be obtained. Therefore, the via holes 40 on the side surfaces of the first tungsten nitride film 403 forming the lower wiring A are formed.
A sufficient film thickness can be ensured even in the portion exposed to the portion 8.
【0101】次に、硫酸銅を用いる電解メッキ法によ
り、第2の銅膜411を成膜した後、不活性ガス、窒素
ガス、又は窒素ガスと水素ガスとの混合ガスの雰囲気中
における100〜500℃の温度下で30分程度の熱処
理を行なって結晶成長させ、その後、第2の窒化タング
ステン膜410及び第2の銅膜411における層間絶縁
膜406の上に露出している部分をCMP法により除去
して、第2の窒化タングステン膜410及び第2の銅膜
411からなるヴィアコンタクトB及び上層配線Cを形
成する。Next, after a second copper film 411 is formed by an electrolytic plating method using copper sulfate, the second copper film 411 is formed in an atmosphere of an inert gas, a nitrogen gas, or a mixed gas of a nitrogen gas and a hydrogen gas. A crystal growth is performed by performing a heat treatment at a temperature of 500 ° C. for about 30 minutes, and then a portion of the second tungsten nitride film 410 and the second copper film 411 exposed on the interlayer insulating film 406 is subjected to the CMP method. To form a via contact B and an upper wiring C composed of the second tungsten nitride film 410 and the second copper film 411.
【0102】次に、第2の銅膜411の表面部に形成さ
れている酸化銅の層を還元した後、第2の銅膜411及
び層間絶縁膜406の上に全面に亘って、プラズマCV
D法により、銅の拡散防止膜となる第2の窒化シリコン
膜412を成膜する。Next, after the copper oxide layer formed on the surface of the second copper film 411 is reduced, the plasma CV is formed on the entire surface of the second copper film 411 and the interlayer insulating film 406.
By a method D, a second silicon nitride film 412 to be a copper diffusion prevention film is formed.
【0103】第4の実施形態によると、ヴィアホール4
08の底部における下層配線Aの側壁部に第1の窒化タ
ングステン膜403を確実に露出させることができる。According to the fourth embodiment, the via hole 4
08, the first tungsten nitride film 403 can be reliably exposed at the side wall of the lower wiring A.
【0104】また、第1の窒化タングステン膜403の
上面に加えて側面においても第2の窒化タングステン膜
410と接続しているため、つまり第1の窒化タングス
テン膜403の上面の幅(膜厚)は5nm程度と非常に
小さいが、第1の窒化タングステン膜403の側面と第
2の窒化タングステン膜410とが接続しているため、
接触面積が大きく増加するので、コンタクト抵抗の低減
を図ることができる。Further, since the side surface is connected to the second tungsten nitride film 410 in addition to the upper surface of the first tungsten nitride film 403, that is, the width (film thickness) of the upper surface of the first tungsten nitride film 403 Is as small as about 5 nm, but since the side surface of the first tungsten nitride film 403 is connected to the second tungsten nitride film 410,
Since the contact area is greatly increased, the contact resistance can be reduced.
【0105】また、第1の銅膜404におけるヴィアコ
ンタクトBの下側の領域にエレクトロマイグレーション
によりボイドが形成されても、高融点金属膜である第1
の窒化タングステン膜403はエレクトロマイグレーシ
ョン耐性が非常に高いので、ヴィアコンタクトBと下層
配線Aとの接続が確保され断線は起こらない。つまり、
第2の銅膜411から第1の銅膜404に向かう電流
は、第2の窒化タングステン膜410から第1の窒化タ
ングステン膜403を経由して第1の銅膜404に流れ
るので、コンタクト抵抗は上昇するが断線は起こらな
い。従って、第4の実施形態に係る多層配線構造はエレ
クトロマイグレーション耐性が向上する。Even if a void is formed by electromigration in the region below the via contact B in the first copper film 404, the first melting point metal film
Since the tungsten nitride film 403 has very high electromigration resistance, the connection between the via contact B and the lower wiring A is secured, and no disconnection occurs. That is,
The current flowing from the second copper film 411 to the first copper film 404 flows from the second tungsten nitride film 410 to the first copper film 404 via the first tungsten nitride film 403. Ascends but no disconnection occurs. Therefore, the multilayer wiring structure according to the fourth embodiment has improved electromigration resistance.
【0106】さらに、下層配線Aの上部にバリア膜を形
成する第1又は第2の実施形態に比べて、工程数を低減
できるので、効率良くエレクトロマイグレーション耐性
を向上させることができる。Furthermore, the number of steps can be reduced as compared with the first or second embodiment in which a barrier film is formed above the lower layer wiring A, so that the electromigration resistance can be improved efficiently.
【0107】尚、第4の実施形態においては、第1の銅
膜404に対してドライエッチングを行なったが、これ
に代えて、第1の窒化タングステン膜403及び層間絶
縁膜406に対して選択性を有するエッチング液を用い
て、第1の銅膜404に対してウェットエッチングを行
なってもよい。In the fourth embodiment, the first copper film 404 is dry-etched. Instead, the first tungsten film 403 and the interlayer insulating film 406 are selectively etched. The first copper film 404 may be wet-etched using an etchant having a property.
【0108】(第4の実施形態の変形例)以下、第4の
実施形態の変形例に係る多層配線構造及びその製造方法
について、図9(a)及び(b)を参照しながら説明す
る。(Modification of Fourth Embodiment) Hereinafter, a multilayer wiring structure and a method of manufacturing the same according to a modification of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b).
【0109】図9(a)に示すように、第4の実施形態
と同様にして、半導体基板400の上に第1の絶縁膜4
01及び第2の絶縁膜402を順次形成した後、第2の
絶縁膜402に、第1の窒化タングステン膜403及び
第1の銅膜404からなる下層配線Aを形成する。次
に、第1の銅膜404及び第2の絶縁膜402の上に全
面に亘って、第1の窒化シリコン膜405及び層間絶縁
膜406を成膜し、その後、層間絶縁膜406を平坦化
する。As shown in FIG. 9A, a first insulating film 4 is formed on a semiconductor substrate 400 in the same manner as in the fourth embodiment.
After the first and second insulating films 402 are sequentially formed, a lower wiring A including a first tungsten nitride film 403 and a first copper film 404 is formed on the second insulating film 402. Next, a first silicon nitride film 405 and an interlayer insulating film 406 are formed over the entire surface of the first copper film 404 and the second insulating film 402, and then the interlayer insulating film 406 is planarized. I do.
【0110】次に、層間絶縁膜406にヴィアホール4
08及び配線溝409を形成した後、第1の窒化シリコ
ン膜405及び第1の銅膜404に対して、層間絶縁膜
406をマスクとすると共に塩素系のエッチングガスを
用いるドライエッチングを行なって、第1の窒化タング
ステン膜403の底部を露出させる。Next, the via hole 4 is formed in the interlayer insulating film 406.
08 and the wiring groove 409, the first silicon nitride film 405 and the first copper film 404 are dry-etched using the interlayer insulating film 406 as a mask and using a chlorine-based etching gas. The bottom of the first tungsten nitride film 403 is exposed.
【0111】次に、図9(b)に示すように、ヴィアホ
ール408及び配線溝409の内部を含む層間絶縁膜4
06の上に全面に亘って、第2の窒化タングステン41
0及び第2の銅膜411を成膜した後、第2の窒化タン
グステン膜410及び第2の銅膜411における層間絶
縁膜406の上に露出している部分をCMP法により除
去して、第2の窒化タングステン膜410及び第2の銅
膜411からなるヴィアコンタクトB及び上層配線Cを
形成する。Next, as shown in FIG. 9B, the interlayer insulating film 4 including the inside of the via hole 408 and the wiring groove 409 is formed.
06, the entire surface of the second tungsten nitride 41
After the first and second copper films 411 are formed, portions of the second tungsten nitride film 410 and the second copper film 411 exposed on the interlayer insulating film 406 are removed by a CMP method. A via contact B and an upper wiring C composed of the second tungsten nitride film 410 and the second copper film 411 are formed.
【0112】次に、第2の銅膜411及び層間絶縁膜4
06の上に全面に亘って、銅の拡散防止膜となる第2の
窒化シリコン膜412を成膜する。Next, the second copper film 411 and the interlayer insulating film 4
A second silicon nitride film 412 serving as a copper diffusion prevention film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 06.
【0113】第4の実施形態の変形例によると、ヴィア
コンタクトBを構成する第2の窒化タングステン膜41
0の底部と、下層配線Aを構成する第1の窒化タングス
テン膜403の底部とが接続するため、第4の実施形態
のように、ヴィアホール408の壁面が、第1の窒化タ
ングステン膜403の内壁面と一致するか又は第1の窒
化タングステン膜403の壁部の上に位置するように設
定する必要がない。このため、広い配線幅を有する下層
配線Aの中央部の上にヴィアコンタクトBを形成するこ
とができるので、ヴィアコンタクトBのレイアウトに自
由度が増す。According to the modification of the fourth embodiment, the second tungsten nitride film 41 forming the via contact B is formed.
0 is connected to the bottom of the first tungsten nitride film 403 constituting the lower wiring A, so that the wall surface of the via hole 408 is formed by the first tungsten nitride film 403 as in the fourth embodiment. It is not necessary to set so as to coincide with the inner wall surface or to be located on the wall portion of the first tungsten nitride film 403. For this reason, the via contact B can be formed on the central portion of the lower wiring A having a wide wiring width, so that the layout of the via contact B is increased in flexibility.
【0114】[0114]
【発明の効果】第1の多層配線構造によると、第1の高
融点金属膜の膜厚を小さくすることができるため、下層
配線の膜厚を小さくすることができると共に、下層配線
を形成するためのレジストパターンの膜厚も小さくする
ことができるので、多層配線構造のより一層の微細化を
実現することができる。According to the first multilayer wiring structure, the thickness of the first refractory metal film can be reduced, so that the thickness of the lower wiring can be reduced and the lower wiring can be formed. Therefore, the thickness of the resist pattern can be reduced, so that the multilayer wiring structure can be further miniaturized.
【0115】また、第1の金属膜におけるヴィアコンタ
クトの下側の領域がエレクトロマイグレーションによっ
て無くなっても、ヴィアコンタクトの第2の金属膜から
下層配線の第1の金属膜に向かう電流は、第1の高融点
金属膜から第2の高融点金属膜に向かうため、コンタク
ト抵抗が上昇しても断線は起こらないので、エレクトロ
マイグレーション耐性が向上する。Even if the region below the via contact in the first metal film disappears due to the electromigration, the current flowing from the second metal film of the via contact to the first metal film of the lower wiring is the first metal film. The high refractory metal film moves from the high refractory metal film to the second refractory metal film, so that even if the contact resistance increases, the disconnection does not occur, so that the electromigration resistance is improved.
【0116】第1の多層配線構造の製造方法によると、
層間絶縁膜に形成されているヴィアホールの平面形状を
拡大して、第1の高融点金属膜における開口部の周辺領
域をヴィアホールに露出させた後、ヴィアホールの底部
及び側壁部に第2の高融点金属膜を成膜するため、ヴィ
アコンタクトを構成する第2の高融点金属膜における側
壁部から内側に張り出す張り出し部と、下層配線を構成
する第1の高融点金属膜における開口部の周辺領域とが
接続している第1の多層配線構造を工程数の増加を招く
ことなく確実に製造することができる。According to the first method for manufacturing a multilayer wiring structure,
After the planar shape of the via hole formed in the interlayer insulating film is enlarged to expose the peripheral region of the opening in the first refractory metal film to the via hole, second via holes are formed at the bottom and side walls of the via hole. In order to form the high melting point metal film, a projecting portion extending inward from the side wall portion in the second high melting point metal film forming the via contact, and an opening in the first high melting point metal film forming the lower wiring Can be reliably manufactured without increasing the number of steps.
【0117】第2の多層配線構造の製造方法によると、
層間絶縁膜及び第1の高融点金属膜に対して、第1の高
融点金属膜に対するエッチングレートが層間絶縁膜に対
するエッチングレートよりも小さい条件でエッチングを
行なうため、層間絶縁膜にヴィアホールを形成する際
に、第1の高融点金属膜にヴィアホールの平面形状より
も小さい開口部を形成することができる。その後、ヴィ
アホールの底部及び側壁部に第2の高融点金属膜を成膜
するため、ヴィアコンタクトを構成する第2の高融点金
属膜における側壁部から内側に張り出す張り出し部と、
下層配線を構成する第1の高融点金属膜における開口部
の周辺領域とが接続している第1の多層配線構造を工程
数の増加を招くことなく確実に製造することができる。According to the second method of manufacturing a multilayer wiring structure,
A via hole is formed in the interlayer insulating film because the etching is performed on the interlayer insulating film and the first refractory metal film under the condition that the etching rate for the first refractory metal film is lower than the etching rate for the interlayer insulating film. At this time, an opening smaller than the planar shape of the via hole can be formed in the first refractory metal film. Thereafter, in order to form a second refractory metal film on the bottom and the side wall of the via hole, a projecting portion projecting inward from the side wall of the second refractory metal film forming the via contact;
The first multilayer wiring structure connected to the peripheral region of the opening in the first refractory metal film constituting the lower wiring can be reliably manufactured without increasing the number of steps.
【0118】第2の多層配線構造によると、第1の金属
膜におけるヴィアコンタクトの下側の領域がエレクトロ
マイグレーションによって無くなっても、下層配線の第
1の金属膜からヴィアコンタクトの第2の金属膜に向か
う電流は、第1の高融点金属膜から第2の高融点金属膜
に向かうため、コンタクト抵抗が上昇しても断線は起こ
らないので、エレクトロマイグレーション耐性が向上す
る。According to the second multilayer wiring structure, even if the region under the via contact in the first metal film disappears due to the electromigration, the second metal film of the via contact changes from the first metal film of the lower wiring. Current flows from the first refractory metal film to the second refractory metal film, so that even if the contact resistance increases, the disconnection does not occur, so that the electromigration resistance is improved.
【0119】第3の多層配線構造の製造方法によると、
層間絶縁膜及び絶縁膜に対して、層間絶縁膜及び絶縁膜
に対するエッチングレートが第1の高融点金属膜に対す
るエッチングレートよりも大きい条件でエッチングを行
なうため、層間絶縁膜にヴィアホールの底部が絶縁膜の
内部に位置するようにヴィアホールを形成することがで
きると共に、第1の高融点金属膜の側壁部をヴィアホー
ルの底部に露出させることができる。その後、ヴィアホ
ールの底部及び側壁部に第2の高融点金属膜を成膜する
ため、第2の高融点金属膜におけるヴィアコンタクトの
底部を構成する部分と、第1の高融点金属膜の側壁部と
が接続している第2の多層配線構造を、工程数の増加を
招くことなく確実に製造することができる。According to the third method of manufacturing a multilayer wiring structure,
Since the etching is performed on the interlayer insulating film and the insulating film under the condition that the etching rate for the interlayer insulating film and the insulating film is higher than the etching rate for the first refractory metal film, the bottom of the via hole is insulated from the interlayer insulating film. The via hole can be formed so as to be located inside the film, and the side wall of the first refractory metal film can be exposed at the bottom of the via hole. After that, the second refractory metal film is formed on the bottom and side walls of the via hole, so that a portion forming the bottom of the via contact in the second refractory metal film and the side wall of the first refractory metal film are formed. The second multilayer wiring structure connected to the parts can be reliably manufactured without increasing the number of steps.
【0120】第4の多層配線構造の製造方法によると、
層間絶縁膜及び第1の金属膜に対して順次エッチングを
行なって、層間絶縁膜に該ヴィアホールの底部が第1の
金属膜の内部に位置するようにヴィアホールを形成した
後、ヴィアホールの底部及び側壁部に第2の高融点金属
膜を成膜するため、第2の高融点金属膜におけるヴィア
コンタクトの底部を構成する部分と、第1の高融点金属
膜の側壁部又は底部とが接続している第2の多層配線構
造を、工程数の増加を招くことなく確実に製造すること
ができる。According to the fourth method of manufacturing a multilayer wiring structure,
Etching is sequentially performed on the interlayer insulating film and the first metal film to form a via hole in the interlayer insulating film such that the bottom of the via hole is located inside the first metal film. In order to form the second refractory metal film on the bottom and the side wall, the portion forming the bottom of the via contact in the second refractory metal film and the side wall or the bottom of the first refractory metal film are formed. The connected second multilayer wiring structure can be surely manufactured without increasing the number of steps.
【図1】第1の実施形態に係る多層配線構造の断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view of a multilayer wiring structure according to a first embodiment.
【図2】(a)、(b)及び(c)は第1の実施形態に
係る多層配線構造の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。FIGS. 2A, 2B, and 2C are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to the first embodiment.
【図3】第1の実施形態に係る多層配線構造の効果を説
明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an effect of the multilayer wiring structure according to the first embodiment.
【図4】(a)、(b)及び(c)は第2の実施形態に
係る多層配線構造の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。FIGS. 4A, 4B, and 4C are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to a second embodiment.
【図5】第3の実施形態に係る多層配線構造の断面図で
ある。FIG. 5 is a cross-sectional view of a multilayer wiring structure according to a third embodiment.
【図6】(a)及び(b)は第3の実施形態に係る多層
配線構造の製造方法の各工程を示す断面図である。FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to a third embodiment.
【図7】第3の実施形態に係る多層配線構造の効果を説
明する断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating an effect of the multilayer wiring structure according to the third embodiment.
【図8】(a)、(b)及び(c)は第4の実施形態に
係る多層配線構造の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。FIGS. 8A, 8B, and 8C are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to a fourth embodiment.
【図9】(a)及び(b)は第4の実施形態の変形例に
係る多層配線構造の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating respective steps of a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to a modification of the fourth embodiment.
【図10】(a)及び(b)は第1の従来例に係る多層
配線構造の製造方法の各工程を示す断面図である。FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views showing steps of a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to a first conventional example.
【図11】第2の従来例に係る多層配線構造の製造方法
の一工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to a second conventional example.
【図12】(a)、(b)及び(c)は第3の従来例に
係る多層配線構造の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。FIGS. 12 (a), (b) and (c) are cross-sectional views showing steps of a method for manufacturing a multilayer wiring structure according to a third conventional example.
【図13】(a)、(b)及び(c)は、第1の従来
例、第2の従来例及び第3の従来例に係る多層配線構造
における時間の経過に伴う抵抗上昇率を示す図である。13 (a), (b) and (c) show the rate of increase in resistance over time in the multilayer wiring structure according to the first conventional example, the second conventional example, and the third conventional example. FIG.
【図14】(a)、(b)及び(c)は、第2の従来
例、第1の従来例及び第3の従来例に係る多層配線構造
において、エレクトロマイグレーションによってボイド
が形成されたときの電流の流れを説明する断面図であ
る。FIGS. 14A, 14B and 14C show a case where voids are formed by electromigration in the multilayer wiring structure according to the second conventional example, the first conventional example, and the third conventional example. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the flow of current.
A 下層配線 B ヴィアコンタクト C 上層配線 100 半導体基板 101 絶縁膜 102 第1のチタニウム膜 103 第1の窒化チタン膜 104 第1のAl−Cu膜 105 第2のチタニウム膜 106 第2の窒化チタン膜 107 層間絶縁膜 108 ヴィアホール 109 第1の密着層 110 第2の密着層 111 タングステンプラグ 112 第3のチタニウム膜 113 第3の窒化チタン膜 114 第2のAl−Cu膜 115 第4のチタニウム膜 116 第4の窒化チタン膜 120 ボイド 200 半導体基板 201 絶縁膜 202 第1のチタニウム膜 203 第1の窒化チタン膜 204 第1のAl−Cu膜 205 第2のチタニウム膜 206 第2の窒化チタン膜 207 層間絶縁膜 208 レジストパターン 209 ヴィアホール 210 ポリマー 211 第1の密着層 212 第2の密着層 213 タングステンプラグ 300 半導体基板 301 第1の絶縁膜 302 第2の絶縁膜 303 第1の窒化タンタル膜 304 第1の銅膜 305 第1の窒化シリコン膜 306 層間絶縁膜 307 第2の窒化タンタル膜 308 第2の銅膜 309 第2の窒化シリコン膜 310 配線溝 311 第2のレジストパターン 312 ヴィアホール 313 シード層 320 ボイド 400 半導体基板 401 第1の絶縁膜 402 第2の絶縁膜 403 第1の窒化タングステン膜 404 第1の銅膜 405 第1の窒化シリコン膜 406 層間絶縁膜 407 第1のレジストパターン 408 ヴィアホール 409 配線溝 410 第2の窒化タングステン膜 411 第2の銅膜 412 第2の窒化シリコン膜 Reference Signs List A lower wiring B via contact C upper wiring 100 semiconductor substrate 101 insulating film 102 first titanium film 103 first titanium nitride film 104 first Al-Cu film 105 second titanium film 106 second titanium nitride film 107 Interlayer insulating film 108 Via hole 109 First adhesion layer 110 Second adhesion layer 111 Tungsten plug 112 Third titanium film 113 Third titanium nitride film 114 Second Al-Cu film 115 Fourth titanium film 116 First 4 titanium nitride film 120 void 200 semiconductor substrate 201 insulating film 202 first titanium film 203 first titanium nitride film 204 first Al-Cu film 205 second titanium film 206 second titanium nitride film 207 interlayer insulation Film 208 resist pattern 209 via hole 210 Marker 211 First adhesion layer 212 Second adhesion layer 213 Tungsten plug 300 Semiconductor substrate 301 First insulation film 302 Second insulation film 303 First tantalum nitride film 304 First copper film 305 First silicon nitride Film 306 interlayer insulating film 307 second tantalum nitride film 308 second copper film 309 second silicon nitride film 310 wiring groove 311 second resist pattern 312 via hole 313 seed layer 320 void 400 semiconductor substrate 401 first insulation Film 402 second insulating film 403 first tungsten nitride film 404 first copper film 405 first silicon nitride film 406 interlayer insulating film 407 first resist pattern 408 via hole 409 wiring groove 410 second tungsten nitride film 411 second copper film 412 second silicon nitride film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH09 HH18 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK09 KK18 KK33 MM08 MM13 NN06 NN07 NN17 NN30 PP06 PP15 QQ08 QQ09 QQ11 QQ16 QQ19 QQ22 QQ33 QQ37 QQ48 QQ73 QQ92 QQ96 RR04 SS15 XX05 XX09 XX13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference)
Claims (6)
トにより接続された多層配線構造であって、 前記下層配線は、第1の金属膜及び該第1の金属膜の上
に形成された第1の高融点金属膜を有し、 前記ヴィアコンタクトは、第2の金属膜及び該第2の金
属膜の側壁面及び底面を覆う第2の高融点金属膜を有
し、 前記第1の高融点金属膜は、前記ヴィアコンタクトの下
側において前記ヴィアコンタクトの平面形状よりも小さ
い開口部を有し、 前記第2の高融点金属膜は、その側壁部の下端から内側
に張り出す張り出し部を有し、 前記第2の高融点金属膜の張り出し部と、前記第1の高
融点金属膜における開口部の周辺領域とが接続している
ことを特徴とする多層配線構造。1. A multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by a via contact, wherein the lower wiring comprises a first metal film and a first metal film formed on the first metal film. Wherein the via contact has a second metal film and a second high melting point metal film which covers a side wall surface and a bottom surface of the second metal film, and wherein the first high melting point The metal film has an opening below the via contact and smaller than the planar shape of the via contact, and the second refractory metal film has an overhang that projects inward from the lower end of the side wall. The overhanging portion of the second refractory metal film is connected to a peripheral region of an opening in the first refractory metal film.
トにより接続された多層配線構造の製造方法であって、 第1の金属膜及び該第1の金属膜の上に形成された第1
の高融点金属膜を有する下層配線を形成する工程と、 前記下層配線の上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間
絶縁膜及び第1の高融点金属膜に対してエッチングを行
なって、前記層間絶縁膜にヴィアホールを形成すると共
に前記第1の高融点金属膜に開口部を形成する工程と、 前記ヴィアホールの平面形状を拡大して、前記第1の高
融点金属膜における前記開口部の周辺領域を前記ヴィア
ホールに露出させる工程と、 前記ヴィアホールの底部及び側壁部に第2の高融点金属
膜を成膜して、前記第1の高融点金属膜における前記開
口部の周辺領域の上に、前記第2の高融点金属膜の側壁
部の下端から内側に張り出すと共に前記第1の高融点金
属膜における前記開口部の周辺領域と接続する張り出し
部を形成する工程と、 前記第2の高融点金属膜の内側に第2の金属膜を充填し
て、前記第2の金属膜及び第2の高融点金属膜を有する
ヴィアコンタクトを形成する工程とを備えていることを
特徴とする多層配線構造の製造方法。2. A method for manufacturing a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by a via contact, comprising: a first metal film and a first metal film formed on the first metal film.
Forming a lower wiring having a high melting point metal film, and forming an interlayer insulating film on the lower wiring, etching the interlayer insulating film and the first high melting point metal film, Forming a via hole in the interlayer insulating film and forming an opening in the first refractory metal film; and enlarging a planar shape of the via hole to form the opening in the first refractory metal film. Exposing a peripheral region of the via hole to the via hole; forming a second refractory metal film on a bottom portion and a side wall portion of the via hole to form a peripheral region of the first refractory metal film around the opening Forming an overhanging portion overlying the lower refractory metal film from the lower end of the side wall portion of the second refractory metal film and connecting to a peripheral region of the opening in the first refractory metal film; Second refractory metal Filling a second metal film inside the film to form a via contact having the second metal film and the second refractory metal film. Production method.
トにより接続された多層配線構造の製造方法であって、 第1の金属膜及び該第1の金属膜の上に形成された第1
の高融点金属膜を有する下層配線を形成する工程と、 前記下層配線の上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間
絶縁膜及び第1の高融点金属膜に対して、前記第1の高
融点金属膜に対するエッチングレートが前記層間絶縁膜
に対するエッチングレートよりも小さい条件でエッチン
グを行なって、前記層間絶縁膜にヴィアホールを形成す
ると共に、前記第1の高融点金属膜に前記ヴィアホール
の平面形状よりも小さい開口部を形成する工程と、 前記ヴィアホールの底部及び側壁部に第2の高融点金属
膜を成膜して、前記第1の高融点金属膜における前記開
口部の周辺領域の上に、前記第2の高融点金属膜の側壁
部の下端から内側に張り出すと共に前記第1の高融点金
属膜における前記開口部の周辺領域と接続する張り出し
部を形成する工程と、 前記第2の高融点金属膜の内側に第2の金属膜を充填し
て、前記第2の金属膜及び第2の高融点金属膜を有する
ヴィアコンタクトを形成する工程とを備えていることを
特徴とする多層配線構造の製造方法。3. A method of manufacturing a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by a via contact, wherein a first metal film and a first metal film formed on the first metal film are formed.
Forming a lower wiring having a high melting point metal film, and forming an interlayer insulating film on the lower wiring, and then forming the first high melting point metal on the interlayer insulating film and the first high melting metal film. Etching is performed under the condition that the etching rate for the melting point metal film is lower than the etching rate for the interlayer insulating film to form a via hole in the interlayer insulating film, and the first refractory metal film has a flat surface of the via hole. Forming an opening smaller than the shape; forming a second refractory metal film at the bottom and side walls of the via hole; forming a second refractory metal film around the opening in the first refractory metal film; A step of projecting inward from a lower end of a side wall of the second refractory metal film and forming an overhang connected to a peripheral region of the opening in the first refractory metal film; Filling a second metal film inside the second refractory metal film to form a via contact having the second metal film and the second refractory metal film. A method for manufacturing a multilayer wiring structure, which is characterized by the following.
トにより接続された多層配線構造であって、 前記下層配線は、絶縁膜に埋め込まれた、第1の金属膜
及び該第1の金属膜の側壁面及び底面を覆う第1の高融
点金属膜を有し、 前記ヴィアコンタクトは、第2の金属膜及び該第2の金
属膜の側壁面及び底面を覆う第2の高融点金属膜を有
し、 前記ヴィアコンタクトの底部は、前記下層配線の上面よ
りも下側に位置しており、 前記第2の高融点金属膜における前記ヴィアコンタクト
の底部を構成する部分と、前記第1の高融点金属膜の側
壁部又は底部とが接続していることを特徴とする多層配
線構造。4. A multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by a via contact, wherein the lower wiring is a first metal film and a first metal film embedded in an insulating film. The via contact has a first refractory metal film covering the side wall surface and the bottom surface, and the via contact has a second metal film and a second refractory metal film covering the side wall surface and the bottom surface of the second metal film. The bottom of the via contact is located lower than the upper surface of the lower wiring, a portion of the second refractory metal film forming the bottom of the via contact, and a first high melting point. A multilayer wiring structure wherein the side wall or the bottom of the metal film is connected.
トにより接続された多層配線構造の製造方法であって、 絶縁膜に埋め込まれた、第1の金属膜及び該第1の金属
膜の側壁面及び底面を覆う第1の高融点金属膜を有する
下層配線を形成する工程と、 前記下層配線の上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間
絶縁膜及び絶縁膜に対して、前記層間絶縁膜及び絶縁膜
に対するエッチングレートが前記第1の高融点金属膜に
対するエッチングレートよりも大きい条件でエッチング
を行なって、前記層間絶縁膜にヴィアホールを該ヴィア
ホールの底部が前記絶縁膜の内部に位置するように形成
すると共に、前記第1の高融点金属膜の側壁部を前記ヴ
ィアホールの底部に露出させる工程と、 前記ヴィアホールの底部及び側壁部に第2の高融点金属
膜を成膜して、前記第2の高融点金属膜における前記ヴ
ィアホールの底部に位置する部分と、前記第1の高融点
金属膜の側壁部とを接続させる工程と、 前記第2の高融点金属膜の内側に第2の金属膜を充填し
て、前記第2の金属膜及び第2の高融点金属膜を有する
ヴィアコンタクトを形成する工程とを備えていることを
特徴とする多層配線構造の製造方法。5. A method for manufacturing a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by a via contact, wherein the first metal film and a side wall surface of the first metal film are embedded in an insulating film. Forming a lower wiring having a first refractory metal film covering the bottom surface, and forming an interlayer insulating film on the lower wiring, and then forming the interlayer insulating film on the interlayer insulating film and the insulating film. Etching is performed under the condition that the etching rate for the insulating film is higher than the etching rate for the first refractory metal film, and a via hole is formed in the interlayer insulating film so that the bottom of the via hole is located inside the insulating film. Exposing the side wall of the first refractory metal film to the bottom of the via hole, and forming a second refractory metal film on the bottom and the side wall of the via hole. Forming a film and connecting a portion of the second refractory metal film located at the bottom of the via hole to a side wall of the first refractory metal film; Filling a second metal film inside the film to form a via contact having the second metal film and the second refractory metal film. Production method.
トにより接続された多層配線構造の製造方法であって、 絶縁膜に埋め込まれた、第1の金属膜及び該第1の金属
膜の側壁面及び底面を覆う第1の高融点金属膜を有する
下層配線を形成する工程と、 前記下層配線の上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間
絶縁膜及び第1の金属膜に対して順次エッチングを行な
って、前記層間絶縁膜にヴィアホールを該ヴィアホール
の底部が前記第1の金属膜の内部に位置するように形成
する工程と、 前記ヴィアホールの底部及び側壁部に第2の高融点金属
膜を成膜して、前記第2の高融点金属膜における前記ヴ
ィアホールの底部に位置する部分と、前記第1の高融点
金属膜の側壁部又は底部とを接続させる工程と、 前記第2の高融点金属膜の内側に第2の金属膜を充填し
て、前記第2の金属膜及び第2の高融点金属膜を有する
ヴィアコンタクトを形成する工程とを備えていることを
特徴とする多層配線構造の製造方法。6. A method of manufacturing a multilayer wiring structure in which a lower wiring and an upper wiring are connected by a via contact, comprising: a first metal film embedded in an insulating film; and a side wall surface of the first metal film. Forming a lower wiring having a first refractory metal film covering the bottom surface, and after forming an interlayer insulating film on the lower wiring, sequentially etching the interlayer insulating film and the first metal film. Forming a via hole in the interlayer insulating film such that the bottom of the via hole is located inside the first metal film; and forming a second high melting point on the bottom and the side wall of the via hole. Forming a metal film and connecting a portion of the second refractory metal film located at the bottom of the via hole to a side wall or a bottom of the first refractory metal film; No. 2 inside the high melting point metal film By filling a metal film, a method for manufacturing a multilayer wiring structure characterized by comprising a step of forming a via contact with the second metal film and the second refractory metal film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11211640A JP2001044280A (en) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Multilayer wiring structure and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11211640A JP2001044280A (en) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Multilayer wiring structure and method of manufacturing the same |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001044280A true JP2001044280A (en) | 2001-02-16 |
Family
ID=16609135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11211640A Pending JP2001044280A (en) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Multilayer wiring structure and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001044280A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100447970B1 (en) * | 2001-12-15 | 2004-09-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of making metal wiring in semiconductor device |
| JP2008091638A (en) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Nec Electronics Corp | Electronic device and manufacturing method thereof |
| JP2008091639A (en) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Nec Electronics Corp | Electronic device and manufacturing method thereof |
| JP2011023449A (en) * | 2009-07-14 | 2011-02-03 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device |
| JP2019036742A (en) * | 2018-10-09 | 2019-03-07 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Electronic apparatus |
| JP2020053701A (en) * | 2018-08-08 | 2020-04-02 | キヤノン株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
-
1999
- 1999-07-27 JP JP11211640A patent/JP2001044280A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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