[go: up one dir, main page]

JP2008108768A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2008108768A
JP2008108768A JP2006287355A JP2006287355A JP2008108768A JP 2008108768 A JP2008108768 A JP 2008108768A JP 2006287355 A JP2006287355 A JP 2006287355A JP 2006287355 A JP2006287355 A JP 2006287355A JP 2008108768 A JP2008108768 A JP 2008108768A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
forming
insulating film
semiconductor substrate
interlayer insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006287355A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Matsuo
弘之 松尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2006287355A priority Critical patent/JP2008108768A/en
Publication of JP2008108768A publication Critical patent/JP2008108768A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

【課題】処理温度を高温にしなくてもトランジスタのゲート絶縁膜と半導体基板の界面に水素を十分に供給することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板1の表面にトランジスタを形成する工程と、半導体基板1の表面上及びトランジスタ上に層間絶縁膜9,12及び配線層10,13を形成する工程と、最上層の配線層13上及び層間絶縁膜12上にパッシベーション膜14を形成する工程とを具備し、パッシベーション膜14を形成する工程の前に、半導体基板1の裏面には膜(例えば拡散防止膜8)が形成されており、パッシベーション膜14を形成する工程の後に、半導体基板1の裏面から前記膜を除去する工程と、半導体基板1の裏面から、トランジスタのゲート絶縁膜と半導体基板1の界面に水素を供給する工程とを具備する。
【選択図】図2
Provided is a method for manufacturing a semiconductor device in which hydrogen can be sufficiently supplied to an interface between a gate insulating film of a transistor and a semiconductor substrate without increasing the processing temperature.
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a transistor on a surface of a semiconductor substrate, and interlayer insulating films and 12 and wiring layers and 13 on the surface of the semiconductor substrate and on the transistor. And a step of forming a passivation film 14 on the uppermost wiring layer 13 and the interlayer insulating film 12. Before the step of forming the passivation film 14, the back surface of the semiconductor substrate 1 is formed. A film (for example, a diffusion prevention film 8) is formed. After the step of forming the passivation film 14, the step of removing the film from the back surface of the semiconductor substrate 1, and the gate insulating film of the transistor from the back surface of the semiconductor substrate 1. And supplying hydrogen to the interface of the semiconductor substrate 1.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、トランジスタを有する半導体装置の製造方法に関する。特に本発明は、処理温度を高温にしなくてもトランジスタのゲート絶縁膜と半導体基板の界面に水素を十分に供給することができる半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a transistor. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which hydrogen can be sufficiently supplied to the interface between a gate insulating film of a transistor and a semiconductor substrate without increasing the processing temperature.

図5は、水素シンター処理が行われる従来の半導体装置の断面図である。水素シンター処理は、トランジスタのゲート絶縁膜とシリコン基板の界面に水素を供給し、欠陥(シリコンダングリングボンド)を低減する処理である。水素シンター処理は、半導体装置の表面側から行われるのが一般的である(例えば特許文献1参照)。   FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device in which hydrogen sintering is performed. In the hydrogen sintering process, hydrogen is supplied to the interface between the gate insulating film of the transistor and the silicon substrate to reduce defects (silicon dangling bonds). The hydrogen sintering process is generally performed from the surface side of the semiconductor device (see, for example, Patent Document 1).

図5に示す半導体装置は、シリコン基板100の表面に、ゲート絶縁膜103を有するトランジスタが形成されている。トランジスタ及びシリコン基板100の上には1層目の層間絶縁膜109及び2層目の層間絶縁膜112が、この順に積層されている。1層目の層間絶縁膜109の表面には1層目のCu配線110が埋め込まれており、2層目の層間絶縁膜112には、タングステンプラグと2層目のCu配線113が埋め込まれている。層間絶縁膜112及びCu配線113はパッシベーション膜114で覆われている。パッシベーション膜114は、例えば窒化シリコン膜などの水素が透過しにくい膜を有している。   In the semiconductor device illustrated in FIG. 5, a transistor including a gate insulating film 103 is formed on the surface of a silicon substrate 100. On the transistor and silicon substrate 100, a first interlayer insulating film 109 and a second interlayer insulating film 112 are stacked in this order. A first-layer Cu wiring 110 is embedded in the surface of the first interlayer insulating film 109, and a tungsten plug and a second-layer Cu wiring 113 are embedded in the second-layer interlayer insulating film 112. Yes. The interlayer insulating film 112 and the Cu wiring 113 are covered with a passivation film 114. The passivation film 114 has a film that is difficult for hydrogen to pass through, such as a silicon nitride film.

層間絶縁膜109,112には、Cu配線110,113を埋め込むための溝がエッチングにより形成されている。層間絶縁膜109,112それぞれの中には、溝形成の為のエッチング処理におけるエッチングストッパー膜109b,112bが設けられている。エッチングストッパー膜109b,112bには、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、炭窒化シリコン膜などの水素が透過しにくい膜が用いられる。   In the interlayer insulating films 109 and 112, grooves for embedding the Cu wirings 110 and 113 are formed by etching. In each of the interlayer insulating films 109 and 112, etching stopper films 109b and 112b in an etching process for forming a groove are provided. As the etching stopper films 109b and 112b, a film that does not easily transmit hydrogen, such as a silicon nitride film, a silicon carbide film, or a silicon carbonitride film, is used.

また、Cu配線110を埋め込む為の溝の底面には、Cu配線110とトランジスタ(例えばゲート電極104)を接続する為の接続溝が形成されており、Cu配線113を埋め込む為の溝の底面には、Cu配線110とCu配線113を接続する為の接続孔が形成されている。これらの接続孔はエッチングにより形成されている。層間絶縁膜109上には、接続孔形成の為のエッチング処理におけるエッチングストッパー膜111が形成されている。エッチングストッパー膜111には、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、炭窒化シリコン膜などの水素が透過しにくい膜が用いられる。   Further, a connection groove for connecting the Cu wiring 110 and a transistor (for example, the gate electrode 104) is formed on the bottom surface of the groove for embedding the Cu wiring 110, and on the bottom surface of the groove for embedding the Cu wiring 113. Is formed with a connection hole for connecting the Cu wiring 110 and the Cu wiring 113. These connection holes are formed by etching. On the interlayer insulating film 109, an etching stopper film 111 in an etching process for forming a connection hole is formed. As the etching stopper film 111, a film that does not easily transmit hydrogen, such as a silicon nitride film, a silicon carbide film, or a silicon carbonitride film, is used.

また、Cu配線110,113が埋め込まれる溝及び接続孔の側壁は、Cuの拡散を防止する為の拡散防止膜110a,113aで覆われている。拡散防止膜110a,113aには、Ti、TiN、Ta、TaN、MnSiOなどの水素が透過しにくい膜が用いられる。   Further, the trenches in which the Cu wirings 110 and 113 are embedded and the side walls of the connection holes are covered with diffusion preventing films 110a and 113a for preventing the diffusion of Cu. As the diffusion preventing films 110a and 113a, films that are difficult to transmit hydrogen, such as Ti, TiN, Ta, TaN, and MnSiO, are used.

また、Cu配線110,113は、層間絶縁膜109,112に形成された溝及び接続孔内、層間絶縁膜109,112にCu膜をスパッタリング法及びめっき法により形成した後、層間絶縁膜109,112上に位置するCu膜をCMPで研磨除去することにより形成される。Cu膜を形成する処理においてシリコン基板100の裏面にCuが付着すると、シリコン中のCuの拡散係数は高いため、ゲート絶縁膜103とシリコン基板100の界面にCuが供給され、トランジスタの特性が劣化する。これを防止する為に、層間絶縁膜109を形成する前に、シリコン基板100の裏面には拡散防止膜108が形成される。   Further, the Cu wirings 110 and 113 are formed in the grooves and connection holes formed in the interlayer insulating films 109 and 112, and after the Cu film is formed on the interlayer insulating films 109 and 112 by the sputtering method and the plating method, It is formed by polishing and removing the Cu film located on 112. If Cu adheres to the back surface of the silicon substrate 100 in the process of forming the Cu film, since the diffusion coefficient of Cu in the silicon is high, Cu is supplied to the interface between the gate insulating film 103 and the silicon substrate 100, and the transistor characteristics deteriorate. To do. In order to prevent this, a diffusion prevention film 108 is formed on the back surface of the silicon substrate 100 before the interlayer insulating film 109 is formed.

特開平9−64194号公報JP-A-9-64194

上記したように、トランジスタの上にはエッチングストッパー膜、拡散防止膜、及びパッシベーション膜など、水素が透過しにくい膜が複数形成されている。このため、従来のように半導体基板の上からゲート絶縁膜と半導体基板の界面に十分な量の水素を供給するためには、処理温度を高温(例えば400℃)にする必要があった。処理温度が高温になると、半導体装置を構成する部品(例えば配線)に負荷が加わるため、処理温度は低温なのが好ましい。   As described above, a plurality of films that do not easily transmit hydrogen, such as an etching stopper film, a diffusion prevention film, and a passivation film, are formed over the transistor. For this reason, in order to supply a sufficient amount of hydrogen from above the semiconductor substrate to the interface between the gate insulating film and the semiconductor substrate as in the prior art, it is necessary to increase the processing temperature (for example, 400 ° C.). When the processing temperature becomes high, a load is applied to components (for example, wiring) constituting the semiconductor device, so that the processing temperature is preferably low.

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、処理温度を高温にしなくてもトランジスタのゲート絶縁膜と半導体基板の界面に水素を十分に供給することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to sufficiently supply hydrogen to the interface between the gate insulating film of the transistor and the semiconductor substrate without increasing the processing temperature. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device.

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に、ゲート絶縁膜を有するトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板の表面上及び前記トランジスタ上に層間絶縁膜及び配線層をそれぞれ少なくとも一層形成する工程と、
最上層の配線層及び層間絶縁膜それぞれ上にパッシベーション膜を形成する工程と、
を具備し、前記パッシベーション膜を形成する工程が終了した状態では前記半導体基板の裏面には膜が形成されており、
前記パッシベーション膜を形成する工程の後に、
前記半導体基板の裏面から前記膜を除去する工程と、
前記半導体基板の裏面から前記半導体基板内に水素を拡散させることにより、前記トランジスタのゲート絶縁膜と前記半導体基板の界面に水素を供給する工程とを具備する。
In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a transistor having a gate insulating film on a surface of a semiconductor substrate,
Forming at least one interlayer insulating film and a wiring layer on the surface of the semiconductor substrate and on the transistor;
Forming a passivation film on each of the uppermost wiring layer and the interlayer insulating film;
In a state where the step of forming the passivation film is completed, a film is formed on the back surface of the semiconductor substrate,
After the step of forming the passivation film,
Removing the film from the back surface of the semiconductor substrate;
Supplying hydrogen to the interface between the gate insulating film of the transistor and the semiconductor substrate by diffusing hydrogen into the semiconductor substrate from the back surface of the semiconductor substrate.

この半導体装置の製造方法によれば、前記水素を供給する工程において前記半導体基板の裏面には膜が存在しない為、処理温度を高温にしなくても前記半導体基板の裏面から前記界面に十分な量の水素を供給することができる。   According to this method for manufacturing a semiconductor device, since there is no film on the back surface of the semiconductor substrate in the step of supplying hydrogen, a sufficient amount from the back surface of the semiconductor substrate to the interface without increasing the processing temperature. Of hydrogen can be supplied.

前記トランジスタを形成する工程は、例えばゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上及びその周囲に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をエッチバックすることにより前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程とを具備する。この場合、前記絶縁膜を形成する工程において、前記半導体基板の裏面に前記膜が形成される。   The step of forming the transistor includes, for example, a step of forming a gate insulating film, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, a step of forming an insulating film on and around the gate electrode, and the insulating Forming a sidewall covering the sidewall of the gate electrode by etching back the film. In this case, in the step of forming the insulating film, the film is formed on the back surface of the semiconductor substrate.

前記層間絶縁膜及び配線層を形成する工程の前に、金属不純物が前記半導体基板を介して前記トランジスタに拡散することを防止するために、前記半導体基板の裏面に前記膜を形成する工程を具備してもよい。前記パッシベーション膜は、水素透過率が低い膜、例えば窒化シリコン膜を有する。   Before the step of forming the interlayer insulating film and the wiring layer, the method includes the step of forming the film on the back surface of the semiconductor substrate in order to prevent metal impurities from diffusing into the transistor through the semiconductor substrate. May be. The passivation film includes a film having a low hydrogen permeability, such as a silicon nitride film.

前記層間絶縁膜及び前記配線層は、それぞれ2層以上形成される場合、前記層間絶縁膜及び前記配線層を形成する工程は、例えば第1の前記層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜上にエッチングストッパー膜を形成する工程と、前記エッチングストッパー膜上に第2の前記層間絶縁膜を形成する工程と、前記第2の層間絶縁膜上に溝を形成し、かつ前記エッチングストッパー膜をストッパーとしたエッチングにより前記溝の底面に接続孔を形成する工程と、前記溝及び前記接続孔に導電体を埋め込むことにより配線を形成する工程とを具備する。この場合、前記エッチングストッパー膜は、水素透過率が低い膜、例えば窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、炭窒化シリコン膜の少なくとも一つを含んでいてもよい。   When the interlayer insulating film and the wiring layer are each formed in two or more layers, the step of forming the interlayer insulating film and the wiring layer includes, for example, a step of forming the first interlayer insulating film, Forming an etching stopper film on the interlayer insulating film, forming a second interlayer insulating film on the etching stopper film, forming a groove on the second interlayer insulating film, and A step of forming a connection hole in the bottom surface of the groove by etching using an etching stopper film as a stopper, and a step of forming a wiring by embedding a conductor in the groove and the connection hole. In this case, the etching stopper film may include a film having a low hydrogen permeability, for example, at least one of a silicon nitride film, a silicon carbide film, and a silicon carbonitride film.

前記溝の底面に接続孔を形成する工程と、前記溝及び前記接続孔に導電体を埋め込むことにより配線を形成する工程の間に、少なくとも前記溝の側壁に拡散防止膜を形成する工程を具備してもよい。前記拡散防止膜は、水素透過率が低い膜、例えばTi膜及びTiN膜、Ta膜及びTaN膜、若しくはMnSiO膜を含んでいてもよい。
前記半導体基板の裏面から前記トランジスタのゲート界面に水素を供給する工程は、例えばバッチ式の熱拡散炉を用いて行われる。バッチ式の熱拡散炉を用いると、前記半導体装置の表面からも、前記界面に水素を供給することができる。
A step of forming a diffusion prevention film on at least the side wall of the groove between the step of forming a connection hole in the bottom surface of the groove and the step of forming a wiring by embedding a conductor in the groove and the connection hole; May be. The diffusion preventing film may include a film having a low hydrogen permeability, such as a Ti film and a TiN film, a Ta film and a TaN film, or a MnSiO film.
The step of supplying hydrogen from the back surface of the semiconductor substrate to the gate interface of the transistor is performed using, for example, a batch type thermal diffusion furnace. When a batch type thermal diffusion furnace is used, hydrogen can be supplied to the interface also from the surface of the semiconductor device.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1及び図2の各図は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の図である。本実施形態は、シリコン基板の表面に半導体装置を形成し、次いでシリコン基板の裏面に形成された膜を除去した後に、バッチ式の熱拡散炉を用いて水素シンター処理を行うことにより、シリコン基板の裏面及び表面から、トランジスタのゲート絶縁膜と半導体基板の界面に水素を供給する方法である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a semiconductor device is formed on the surface of a silicon substrate, and then a film formed on the back surface of the silicon substrate is removed, and then a hydrogen sintering process is performed using a batch-type thermal diffusion furnace. In this method, hydrogen is supplied from the back and front surfaces of the transistor to the interface between the gate insulating film of the transistor and the semiconductor substrate.

まず、図1(A)の断面図に示すように、トレンチアイソレーション法を用いて、シリコン基板1の表面に素子分離膜2を埋め込み、トランジスタが形成される素子領域を他の領域から分離する。素子分離膜2はシリコン酸化膜により形成されている。なお、素子分離膜2はLOCOS酸化法により形成されても良い。次いで、シリコン基板1を熱酸化する。これにより、素子領域に位置するシリコン基板1にはゲート絶縁膜3が形成される。   First, as shown in the cross-sectional view of FIG. 1A, an element isolation film 2 is embedded in the surface of the silicon substrate 1 using a trench isolation method, and an element region in which a transistor is formed is isolated from other regions. . The element isolation film 2 is formed of a silicon oxide film. The element isolation film 2 may be formed by a LOCOS oxidation method. Next, the silicon substrate 1 is thermally oxidized. Thereby, the gate insulating film 3 is formed on the silicon substrate 1 located in the element region.

次いで、ゲート絶縁膜3上にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜を選択的に除去する。これにより、ゲート絶縁膜3上にはゲート電極4が形成される。なお、ポリシリコン膜を形成する工程において、シリコン基板1の裏面にもポリシリコン膜(図示せず)が形成される。   Next, a polysilicon film is formed on the gate insulating film 3, and this polysilicon film is selectively removed. Thereby, the gate electrode 4 is formed on the gate insulating film 3. In the step of forming the polysilicon film, a polysilicon film (not shown) is also formed on the back surface of the silicon substrate 1.

次いで、素子分離膜2及びゲート電極4をマスクとして、シリコン基板1に不純物を導入する。これにより、シリコン基板1には低濃度不純物領域6が形成される。次いで、ゲート電極4上を含む全面上に絶縁膜(例えば酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の積層膜)を形成し、この絶縁膜をエッチバックする。これにより、ゲート電極4の側壁はサイドウォール5で覆われる。なお、サイドウォールとなる絶縁膜を形成する工程において、シリコン基板1の裏面にも絶縁膜が形成される。   Next, impurities are introduced into the silicon substrate 1 using the element isolation film 2 and the gate electrode 4 as a mask. Thereby, a low concentration impurity region 6 is formed in the silicon substrate 1. Next, an insulating film (for example, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film) is formed on the entire surface including on the gate electrode 4, and this insulating film is etched back. Thereby, the side wall of the gate electrode 4 is covered with the side wall 5. In the step of forming an insulating film to be a sidewall, an insulating film is also formed on the back surface of the silicon substrate 1.

次いで、素子分離膜2、ゲート電極4、及びサイドウォール5をマスクとしてシリコン基板1に不純物を導入する。これにより、シリコン基板1にはソース及びドレインとなる2つの不純物領域7が形成される。
このようにして、シリコン基板1の表面にはトランジスタが形成される。
Next, impurities are introduced into the silicon substrate 1 using the element isolation film 2, the gate electrode 4, and the sidewalls 5 as a mask. As a result, two impurity regions 7 serving as a source and a drain are formed in the silicon substrate 1.
In this way, a transistor is formed on the surface of the silicon substrate 1.

次いで、図1(B)の断面図に示すように、シリコン基板1の裏面に拡散防止膜8を形成する。拡散防止膜8は、例えば酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜をこの順に積層した膜であり、後述する配線形成工程においてシリコン基板1の裏面に付着したCu等の金属不純物がシリコン基板1中を拡散することを防止する為の膜である。   Next, as shown in the cross-sectional view of FIG. 1B, a diffusion prevention film 8 is formed on the back surface of the silicon substrate 1. The diffusion prevention film 8 is a film in which, for example, a silicon oxide film and a silicon nitride film are laminated in this order, and metal impurities such as Cu adhering to the back surface of the silicon substrate 1 diffuse in the silicon substrate 1 in a wiring formation process to be described later. This is a film for preventing this.

次いで、トランジスタ上を含む全面上に、層間絶縁膜9を構成する絶縁膜9aを形成する。次いで絶縁膜9a上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜9aをエッチングする。これにより絶縁膜9aにはトランジスタ上(例えばゲート電極4上)に位置する接続孔が形成される。その後、レジストパターンを除去する。次いで、接続孔内及び絶縁膜9a上にバリアメタル膜を形成し、さらにバリアメタル膜上にタングステン膜を形成する。次いで、絶縁膜9a上に位置するバリアメタル膜及びタングステン膜をCMP法により研磨除去する。これにより、接続孔内にはバリアメタル膜15a及びタングステンプラグ15が埋め込まれる。   Next, an insulating film 9a constituting the interlayer insulating film 9 is formed on the entire surface including the top of the transistor. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the insulating film 9a, and the insulating film 9a is etched using this resist pattern as a mask. Thereby, a connection hole located on the transistor (for example, on the gate electrode 4) is formed in the insulating film 9a. Thereafter, the resist pattern is removed. Next, a barrier metal film is formed in the connection hole and on the insulating film 9a, and a tungsten film is further formed on the barrier metal film. Next, the barrier metal film and the tungsten film located on the insulating film 9a are polished and removed by the CMP method. Thereby, the barrier metal film 15a and the tungsten plug 15 are buried in the connection hole.

次いで、タングステンプラグ15上及び絶縁膜9a上にエッチングストッパー膜9bを形成し、さらにエッチングストッパー膜9b上に層間絶縁膜9を構成する絶縁膜9cを形成する。次いで絶縁膜9c上にレジストパターン(図示せず)を形成し、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜9cをエッチングし、さらにエッチング条件を変えてエッチングストッパー膜9bをエッチングする。これにより、絶縁膜9cにはタングステンプラグ15上に位置する溝が形成される。この溝の底部ではタングステンプラグ15が露出している。その後、レジストパターンを除去する。   Next, an etching stopper film 9b is formed on the tungsten plug 15 and the insulating film 9a, and an insulating film 9c constituting the interlayer insulating film 9 is further formed on the etching stopper film 9b. Next, a resist pattern (not shown) is formed on the insulating film 9c, the insulating film 9c is etched using the resist pattern as a mask, and the etching stopper film 9b is etched under different etching conditions. Thereby, a groove located on the tungsten plug 15 is formed in the insulating film 9c. The tungsten plug 15 is exposed at the bottom of the groove. Thereafter, the resist pattern is removed.

次いで、溝内及び絶縁膜9c上にバリアメタル膜10aを形成し、さらにバリアメタル膜10a上にCu膜をスパッタリング法とめっき法により形成する。次いで、絶縁膜9c上に位置するバリアメタル膜10a及びCu膜をCMP法により研磨除去する。これにより溝内には、バリアメタル膜10a及びCu配線10が埋め込まれる。   Next, a barrier metal film 10a is formed in the trench and on the insulating film 9c, and a Cu film is further formed on the barrier metal film 10a by sputtering and plating. Next, the barrier metal film 10a and the Cu film located on the insulating film 9c are polished and removed by the CMP method. Thus, the barrier metal film 10a and the Cu wiring 10 are embedded in the trench.

次いで、図1(C)の断面図に示すように、絶縁膜9c上及び配線10上に、エッチングストッパー膜11を形成する。エッチングストッパー膜11は、例えば窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、又は炭窒化シリコン膜である。次いでエッチングストッパー膜11上に、第2層目の層間絶縁膜12を構成する絶縁膜12a、エッチングストッパー膜12b、及び絶縁膜12cをこの順に形成する。   Next, as shown in the cross-sectional view of FIG. 1C, an etching stopper film 11 is formed over the insulating film 9c and the wiring 10. The etching stopper film 11 is, for example, a silicon nitride film, a silicon carbide film, or a silicon carbonitride film. Next, an insulating film 12a, an etching stopper film 12b, and an insulating film 12c constituting the second interlayer insulating film 12 are formed on the etching stopper film 11 in this order.

次いで、絶縁膜12cに溝を形成し、さらにエッチングストッパー膜12b及び絶縁膜12aに接続孔を形成する。この溝及び接続孔の形成方法は、バリアメタル膜及びタングステンプラグ膜を形成する工程が省かれている点を除いて、層間絶縁膜9に溝及び接続孔を形成する方法と同様である。なお、接続孔を形成する工程において、エッチングストッパー膜11がエッチングストッパーとして機能する。次いで、層間絶縁膜12の溝及び接続孔に拡散防止膜13aを形成し、さらに第2層目の配線13を埋め込む。拡散防止膜13a及び配線13の形成方法は、拡散防止膜10a及び配線10の形成方法と略同様である。ただし、配線13及び拡散防止膜13aは、絶縁膜12aに形成された接続孔内にも埋め込まれる。   Next, a groove is formed in the insulating film 12c, and a connection hole is formed in the etching stopper film 12b and the insulating film 12a. The method for forming the groove and the connection hole is the same as the method for forming the groove and the connection hole in the interlayer insulating film 9 except that the step of forming the barrier metal film and the tungsten plug film is omitted. In the step of forming the connection hole, the etching stopper film 11 functions as an etching stopper. Next, a diffusion prevention film 13 a is formed in the groove and the connection hole of the interlayer insulating film 12, and the second-layer wiring 13 is embedded. The formation method of the diffusion prevention film 13a and the wiring 13 is substantially the same as the formation method of the diffusion prevention film 10a and the wiring 10. However, the wiring 13 and the diffusion preventing film 13a are also embedded in the connection hole formed in the insulating film 12a.

次いで、層間絶縁膜12及び配線13上にパッシベーション膜14を形成する。パッシベーション膜14は、例えば酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜をこの順に積層した膜である。   Next, a passivation film 14 is formed on the interlayer insulating film 12 and the wiring 13. The passivation film 14 is a film in which, for example, a silicon oxide film and a silicon nitride film are stacked in this order.

次いで、シリコン基板1の裏面に形成された膜(拡散防止膜8を含む)を全て除去する。この除去には、例えばウェットエッチング又はドライエッチングが用いられる。   Next, all the films (including the diffusion prevention film 8) formed on the back surface of the silicon substrate 1 are removed. For this removal, for example, wet etching or dry etching is used.

次いで、図2(A)の縦断面図に示すように、シリコン基板1をバッチ式の熱拡散炉50に挿入し、水素シンター処理を行う。熱拡散炉50の処理室51の中は水素雰囲気となっており、その周囲に配置されているヒータ53によって内部が加熱される。処理室51の底面には保熱ユニット54が位置している。保熱ユニット54上にはウェハボード52が配置されている。ウェハボード52は複数のシリコン基板1を、互いに離間して保持している。ウェハボード52に保持されている状態において、シリコン基板1の表面側は水素雰囲気に露出しており、かつ裏面はウェハボード52と接しているごく一部を除いて水素雰囲気に露出している。   Next, as shown in the longitudinal sectional view of FIG. 2A, the silicon substrate 1 is inserted into a batch-type thermal diffusion furnace 50, and hydrogen sintering is performed. The inside of the processing chamber 51 of the thermal diffusion furnace 50 is a hydrogen atmosphere, and the inside is heated by a heater 53 arranged around the atmosphere. A heat retaining unit 54 is located on the bottom surface of the processing chamber 51. A wafer board 52 is disposed on the heat retention unit 54. The wafer board 52 holds a plurality of silicon substrates 1 separated from each other. In a state of being held on the wafer board 52, the front surface side of the silicon substrate 1 is exposed to a hydrogen atmosphere, and the back surface is exposed to a hydrogen atmosphere except for a very small part in contact with the wafer board 52.

図2(B)の断面図は、水素シンター処理における水素が拡散する様子を説明する為の半導体装置の断面図である。上記したように、水素シンター処理が行われている間、裏面は大部分が水素雰囲気に露出している。また、シリコン基板1の裏面に形成された膜は全て除去されている。また、シリコン中の水素の拡散係数は十分に大きい。このため、水素はシリコン基板1の裏面から拡散し、ゲート絶縁膜3とシリコン基板1の界面には十分な量の水素が供給される。なお、シリコン基板1の表面側も水素雰囲気に露出しているため、上記した界面には表面側からも水素が供給される。   The cross-sectional view of FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor device for explaining how hydrogen diffuses in the hydrogen sintering process. As described above, during the hydrogen sintering process, most of the back surface is exposed to the hydrogen atmosphere. All the films formed on the back surface of the silicon substrate 1 are removed. Moreover, the diffusion coefficient of hydrogen in silicon is sufficiently large. Therefore, hydrogen diffuses from the back surface of the silicon substrate 1, and a sufficient amount of hydrogen is supplied to the interface between the gate insulating film 3 and the silicon substrate 1. Since the surface side of the silicon substrate 1 is also exposed to the hydrogen atmosphere, hydrogen is supplied to the above-mentioned interface also from the surface side.

図3は、本実施形態に示した方法により水素シンター処理を行った場合の、界面準位の処理温度依存性を示すグラフである。なお、比較の為、シリコン基板1の裏面の膜を除去しなかった場合の、界面準位の処理温度依存性も示している。縦軸は、水素シンター処理を行わなかった場合の界面準位を1とした相対的な値である。   FIG. 3 is a graph showing the processing temperature dependence of the interface state when the hydrogen sintering process is performed by the method shown in the present embodiment. For comparison, the processing temperature dependence of the interface state when the film on the back surface of the silicon substrate 1 is not removed is also shown. The vertical axis is a relative value where the interface state is 1 when the hydrogen sintering treatment is not performed.

シリコン基板1の裏面の膜を除去しなかった場合、界面準位を0.3以下にする為には処理温度を400℃以上にする必要がある。これに対して、本実施形態によれば、処理温度が350℃以下であっても界面準位が0.3以下になっている。本図から、本実施形態によれば、処理温度を従来と比較して低温にできることが分かる。   When the film on the back surface of the silicon substrate 1 is not removed, the processing temperature needs to be 400 ° C. or higher in order to make the interface state 0.3 or lower. On the other hand, according to the present embodiment, the interface state is 0.3 or less even when the processing temperature is 350 ° C. or less. From this figure, according to the present embodiment, it can be seen that the processing temperature can be lowered as compared with the conventional one.

以上、本発明の第1の実施形態によれば、水素シンター処理を行う前に、シリコン基板1の裏面に形成された膜は全て除去されている。このため、水素はシリコン基板1の裏面から拡散し、水素シンター処理を高温で行わなくても、ゲート絶縁膜3とシリコン基板1の界面には十分な量の水素が供給される。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, all the films formed on the back surface of the silicon substrate 1 are removed before performing the hydrogen sintering process. Therefore, hydrogen diffuses from the back surface of the silicon substrate 1, and a sufficient amount of hydrogen is supplied to the interface between the gate insulating film 3 and the silicon substrate 1 without performing the hydrogen sintering process at a high temperature.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図である。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜9,12の中にエッチングストッパー膜を形成しない点、層間絶縁膜9に溝を形成しないで接続孔のみを形成する点、層間絶縁膜9に形成された接続孔にタングステンプラグ10bを埋め込んでトランジスタと配線10を電気的に接続する点、層間絶縁膜12に形成された接続孔にタングステンプラグ13bを埋め込んで配線10,13を相互に電気的に接続する点、配線10,13が層間絶縁膜9,12に埋め込まれておらずAl合金を用いて形成されている点、及び接続孔の側壁及びシリコン基板1の裏面に拡散防止膜が形成されない点が、第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。   FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment includes a point that an etching stopper film is not formed in the interlayer insulating films 9 and 12, a point that only a connection hole is formed in the interlayer insulating film 9 without forming a groove, and an interlayer insulating film The tungsten plug 10b is embedded in the connection hole formed in 9 to electrically connect the transistor and the wiring 10, and the tungsten plug 13b is embedded in the connection hole formed in the interlayer insulating film 12 to connect the wirings 10 and 13 to each other. Diffusion prevention film on the point of electrical connection, the point that the wirings 10 and 13 are not embedded in the interlayer insulating films 9 and 12 and are formed using Al alloy, and the side wall of the connection hole and the back surface of the silicon substrate 1 This is different from the first embodiment in that is not formed. Hereinafter, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

本実施形態においてタングステンプラグ10b,13bは、接続孔中及び層間絶縁膜9,12上にタングステン膜を形成した後、層間絶縁膜9,12上に位置するタングステン膜をCMP法により研磨除去することにより形成される。配線10は、層間絶縁膜9及びタングステンプラグ10b上にAl合金膜をスパッタリング法により形成したのち、このAl合金膜を選択的に除去することにより形成される。配線13も、配線10と同様の方法により形成される。   In the present embodiment, the tungsten plugs 10b and 13b are formed by forming a tungsten film in the connection hole and on the interlayer insulating films 9 and 12, and then polishing and removing the tungsten film located on the interlayer insulating films 9 and 12 by CMP. It is formed by. The wiring 10 is formed by forming an Al alloy film on the interlayer insulating film 9 and the tungsten plug 10b by sputtering, and then selectively removing the Al alloy film. The wiring 13 is also formed by the same method as the wiring 10.

本実施形態によっても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、配線10,13をCuと比較して融点が低いAl合金で形成しているため、本発明の優位性がさらに顕著になる。   According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, since the wirings 10 and 13 are made of an Al alloy having a lower melting point than Cu, the superiority of the present invention becomes more remarkable.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば上記した各実施形態では配線層及び層間絶縁膜を各2層としたが、それぞれを3層以上にしてもよい。このような場合、半導体装置の表面側から水素がさらに拡散しにくくなる為、本発明の優位性がさらに顕著になる。また、上記した実施形態において水素シンター処理は、バッチ式の熱拡散を用いて行ったが、炉枚葉式の水素シンター処理装置を用いてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the wiring layer and the interlayer insulating film are each two layers, but each may be three or more layers. In such a case, hydrogen becomes more difficult to diffuse from the surface side of the semiconductor device, so that the superiority of the present invention becomes more remarkable. In the above-described embodiment, the hydrogen sintering process is performed using batch thermal diffusion, but a furnace single wafer hydrogen sintering apparatus may be used.

(A),(B),(C)は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図。FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. FIGS. (A)は水素シンター処理を行うときの熱拡散炉50の縦断面図、(B)は水素シンター処理における水素が拡散する様子を説明する為の半導体装置の断面図。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the thermal diffusion furnace 50 when performing a hydrogen sintering process, and (B) is a cross-sectional view of a semiconductor device for explaining how hydrogen diffuses in the hydrogen sintering process. 第1の実施形態に示した方法により水素シンター処理を行った場合の、界面準位の処理温度依存性を示すグラフ。The graph which shows the process temperature dependence of an interface state at the time of performing a hydrogen sintering process by the method shown in 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図。Sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 図5は、水素シンター処理が行われる従来の半導体装置の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device in which hydrogen sintering is performed.

符号の説明Explanation of symbols

1,100…シリコン基板、2…素子分離膜、3,103…ゲート絶縁膜、4,104…ゲート電極、5…サイドウォール、6…低濃度不純物領域、7…不純物領域、8,10a,13a,110a,113a…拡散防止膜、9,12,109,112…層間絶縁膜、9a,9c,12a,12c…絶縁膜、9b,11,12b,109b,112b,111…エッチングストッパー膜、10,13…配線、10b,13b,15…タングステンプラグ、14,114…パッシベーション膜、15a…バリアメタル膜、50…熱拡散炉、51…処理室、52…ウェハボード、53…ヒータ、54…保熱ユニット、110,113…Cu配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 ... Silicon substrate, 2 ... Element isolation film, 3,103 ... Gate insulating film, 4,104 ... Gate electrode, 5 ... Side wall, 6 ... Low concentration impurity region, 7 ... Impurity region, 8, 10a, 13a 110a, 113a ... Diffusion prevention film, 9, 12, 109, 112 ... Interlayer insulating film, 9a, 9c, 12a, 12c ... Insulating film, 9b, 11, 12b, 109b, 112b, 111 ... Etching stopper film, 10, DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Wiring, 10b, 13b, 15 ... Tungsten plug, 14, 114 ... Passivation film, 15a ... Barrier metal film, 50 ... Thermal diffusion furnace, 51 ... Processing chamber, 52 ... Wafer board, 53 ... Heater, 54 ... Heat retention Unit, 110, 113 ... Cu wiring

Claims (9)

半導体基板の表面に、ゲート絶縁膜を有するトランジスタを形成する工程と、
前記半導体基板の表面上及び前記トランジスタ上に層間絶縁膜及び配線層をそれぞれ少なくとも一層形成する工程と、
最上層の配線層及び層間絶縁膜それぞれ上にパッシベーション膜を形成する工程と、
を具備し、前記パッシベーション膜を形成する工程が終了した状態では前記半導体基板の裏面には膜が形成されており、
前記パッシベーション膜を形成する工程の後に、
前記半導体基板の裏面から前記膜を除去する工程と、
前記半導体基板の裏面から前記半導体基板内に水素を拡散させることにより、前記トランジスタのゲート絶縁膜と前記半導体基板の界面に水素を供給する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
Forming a transistor having a gate insulating film on a surface of a semiconductor substrate;
Forming at least one interlayer insulating film and a wiring layer on the surface of the semiconductor substrate and on the transistor;
Forming a passivation film on each of the uppermost wiring layer and the interlayer insulating film;
In a state where the step of forming the passivation film is completed, a film is formed on the back surface of the semiconductor substrate,
After the step of forming the passivation film,
Removing the film from the back surface of the semiconductor substrate;
Supplying hydrogen to the interface between the gate insulating film of the transistor and the semiconductor substrate by diffusing hydrogen into the semiconductor substrate from the back surface of the semiconductor substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記トランジスタを形成する工程は、
前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上及びその周囲に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜をエッチバックすることにより前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールを形成する工程と、
を具備し、
前記絶縁膜を形成する工程において、前記半導体基板の裏面に前記膜が形成される請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the transistor comprises:
Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming an insulating film on and around the gate electrode;
Forming a sidewall covering the sidewall of the gate electrode by etching back the insulating film;
Comprising
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the insulating film, the film is formed on a back surface of the semiconductor substrate.
前記層間絶縁膜及び配線層を形成する工程の前に、金属不純物が前記半導体基板を介して前記トランジスタに拡散することを防止するために、前記半導体基板の裏面に前記膜を形成する工程を具備する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   Before the step of forming the interlayer insulating film and the wiring layer, the method includes the step of forming the film on the back surface of the semiconductor substrate in order to prevent metal impurities from diffusing into the transistor through the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 前記パッシベーション膜は窒化シリコン膜を有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the passivation film includes a silicon nitride film. 前記層間絶縁膜及び前記配線層は、それぞれ2層以上形成され、
前記層間絶縁膜及び前記配線層を形成する工程は、
第1の前記層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜上にエッチングストッパー膜を形成する工程と、
前記エッチングストッパー膜上に第2の前記層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜上に溝を形成し、かつ前記エッチングストッパー膜をストッパーとしたエッチングにより前記溝の底面に接続孔を形成する工程と、
前記溝及び前記接続孔に導電体を埋め込むことにより配線を形成する工程と、
を具備する請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
The interlayer insulating film and the wiring layer are each formed in two or more layers,
The step of forming the interlayer insulating film and the wiring layer includes:
Forming a first interlayer insulating film;
Forming an etching stopper film on the first interlayer insulating film;
Forming a second interlayer insulating film on the etching stopper film;
Forming a groove on the second interlayer insulating film and forming a connection hole on a bottom surface of the groove by etching using the etching stopper film as a stopper;
Forming a wiring by embedding a conductor in the groove and the connection hole;
The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-4 which comprises these.
前記エッチングストッパー膜は、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、炭窒化シリコン膜の少なくとも一つを含む請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the etching stopper film includes at least one of a silicon nitride film, a silicon carbide film, and a silicon carbonitride film. 前記溝の底面に接続孔を形成する工程と、前記溝及び前記接続孔に導電体を埋め込むことにより配線を形成する工程の間に、少なくとも前記溝の側壁に拡散防止膜を形成する工程を具備する請求項5又は6に記載の半導体装置の製造方法。   A step of forming a diffusion prevention film on at least the side wall of the groove between the step of forming a connection hole in the bottom surface of the groove and the step of forming a wiring by embedding a conductor in the groove and the connection hole; A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5 or 6. 前記拡散防止膜は、Ti膜及びTiN膜、Ta膜及びTaN膜、若しくはMnSiO膜を含む請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the diffusion prevention film includes a Ti film and a TiN film, a Ta film and a TaN film, or a MnSiO film. 前記半導体基板の裏面から前記トランジスタのゲート界面に水素を供給する工程は、バッチ式の熱拡散炉を用いて行われる請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of supplying hydrogen from the back surface of the semiconductor substrate to the gate interface of the transistor is performed using a batch type thermal diffusion furnace.
JP2006287355A 2006-10-23 2006-10-23 Manufacturing method of semiconductor device Withdrawn JP2008108768A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006287355A JP2008108768A (en) 2006-10-23 2006-10-23 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006287355A JP2008108768A (en) 2006-10-23 2006-10-23 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008108768A true JP2008108768A (en) 2008-05-08

Family

ID=39441898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006287355A Withdrawn JP2008108768A (en) 2006-10-23 2006-10-23 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008108768A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI249774B (en) Forming method of self-aligned contact for semiconductor device
US7833902B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
KR101129919B1 (en) Semiconductor device and method for forming the same
JP2007059769A (en) Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device, and wafer
JP2010027904A (en) Method of manufacturing semiconductor device
US8703606B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device having a wiring structure
KR100469833B1 (en) Semiconductor device
KR100527673B1 (en) Method for forming a metal wiring of semiconductor device
JP3781729B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPH11243150A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH09312291A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5874249B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100714476B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008108769A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2008108768A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5533398B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US7645653B2 (en) Method for manufacturing a semiconductor device having a polymetal gate electrode structure
JP2007266499A (en) Nonvolatile semiconductor memory and manufacturing method thereof
JP2006041107A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2006351732A (en) Process for fabricating semiconductor device
KR20100011067A (en) Metal line of semiconductor device and method for forming the same
JP2003110015A (en) Method of fabricating semiconductor device
JP2000164704A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JP2010027950A (en) Semiconductor device, and method of manufacturing the same
KR20080061038A (en) Polysilicon contact formation method of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20100105