JP2009038248A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】ビア抵抗の上昇を抑制できる構造を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板100上のビアホール105bを有する絶縁膜105と、ビアホール105bの底部及び壁部に沿うように形成されたIVa族、Va族又はVIa族元素の金属窒化膜106と、金属窒化膜106の上に、ビアホール105bの底部及び壁部に沿うように形成されたTa膜107と、Ta膜107の上に、ビアホール105bを充填するように形成された導電膜よりなるビア109bとを備える。ビアホール105bの底部における金属窒化膜106の膜厚は、4nm以上であって且つ8nm未満である。
【選択図】図1A semiconductor device having a structure capable of suppressing an increase in via resistance is provided.
A semiconductor device includes an insulating film having a via hole on a semiconductor substrate, and a metal nitride film of an IVa group, a Va group, or a VIa group element formed along a bottom and a wall of the via hole. A Ta film 107 formed on the metal nitride film 106 along the bottom and wall of the via hole 105b, and a conductive film formed on the Ta film 107 so as to fill the via hole 105b. And a via 109b. The thickness of the metal nitride film 106 at the bottom of the via hole 105b is 4 nm or more and less than 8 nm.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、積層構造のバリア膜を有するビアを備えた半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including a via having a barrier film having a laminated structure and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置の微細化と共に低抵抗化が求められており、低抵抗の半導体装置を実現する目的の一つとして、銅を材料とするダマシン配線の開発が進展している。ダマシン配線に用いられるバリア膜には、銅の拡散を防止する機能と銅に対する高い密着性が要求されるが、これらの要求を満足するバリア膜の構造として、Ta/TaNの積層構造が採用されている。 In recent years, there has been a demand for lower resistance along with miniaturization of semiconductor devices, and development of damascene wiring using copper as a material is progressing as one of the objects for realizing low resistance semiconductor devices. The barrier film used for damascene wiring is required to have a function to prevent copper diffusion and high adhesion to copper. A Ta / TaN laminated structure is adopted as the structure of the barrier film that satisfies these requirements. ing.
以下に、従来の半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。 A conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described below with reference to the drawings.
図8(a)〜(e)は、従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す工程断面図である。 8A to 8E are process cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device in the order of processes.
まず、図8(a)に示すように、半導体基板11上にシリコン酸化膜12を成膜する。
First, as shown in FIG. 8A, a
次に、図8(b)に示すように、リソグラフィー法及びドライエッチング法により、シリコン酸化膜12に下層配線溝13を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a
次に、図8(c)に示すように、イオン金属プラズマチャンバーを用いたスパッタ法により、下層配線溝13の底部及び壁部並びにシリコン酸化膜12の上に、膜厚0.5nm〜3.0nmのTaN膜14を成膜し、続いて、TaN膜14の上に、膜厚5〜30nmのTa膜15を成膜する。次に、スパッタ法により、Ta膜15の上に、銅よりなるシード層16を成膜する。
Next, as shown in FIG. 8C, a film thickness of 0.5 nm to 3. nm is formed on the bottom and walls of the
次に、図8(d)に示すように、電解めっき法を用いて、下層配線溝13を埋め込むように、銅膜17を成膜する。
Next, as shown in FIG. 8D, a
次に、図8(e)に示すように、CMP法(Chemical Mechanical Polishing : 化学機械研磨法)により、下層配線溝13の外側に存在しているTaN膜14、Ta膜15、及び銅膜17を除去する。
Next, as shown in FIG. 8E, a TaN
このようにして、Ta/TaNの積層構造のバリア膜を備えた下層配線が形成される(以上、例えば特許文献1参照)。その後は、通常、図示していないが、下層配線に接続する同様のバリア膜を備えたビア及び該ビアに接続する上層配線を形成することになる。
しかしながら、近年における半導体装置の微細化の進展により、ビアの断面積が小さくなり、ビア抵抗が大きくなるという問題と共に、バリア膜の膜厚ばらつきやパーティクルに起因する歩留まりの低下という問題が発生している。特に、ビア抵抗の上昇は、ビアを構成する金属の発熱を招いて、半導体装置の信頼性を劣化させている。 However, recent advances in miniaturization of semiconductor devices have led to problems such as reduced via cross-sectional area and increased via resistance, as well as barrier film thickness variations and reduced yield due to particles. Yes. In particular, an increase in via resistance causes heat generation of the metal constituting the via and degrades the reliability of the semiconductor device.
前記に鑑み、本発明の目的は、歩留まりの低下を抑制し、ビア抵抗の上昇を抑制できる構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure capable of suppressing a decrease in yield and suppressing an increase in via resistance, and a manufacturing method thereof.
前記の目的を達成するために、本件発明者らは、ビア抵抗が増大するメカニズムについて鋭意検討を重ねたところ、以下の知見に到達した。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have made extensive studies on the mechanism of increasing via resistance, and have reached the following findings.
すなわち、例えば、ビアを形成するためのビアホールの開口径が200nmであるときに、該ビアホールの内部にTaN膜、Ta膜、及び銅膜を順に成膜する場合を考える。この場合、ビアホールの底部及び壁部に、膜厚が5nmとなるようにTaN膜を成膜してみると、ビアホールの底部及び壁部には、膜厚が5nmのTaN膜が一様に形成された。 That is, for example, a case where a TaN film, a Ta film, and a copper film are sequentially formed in the via hole when the opening diameter of the via hole for forming the via is 200 nm is considered. In this case, when a TaN film is formed on the bottom and wall of the via hole so as to have a film thickness of 5 nm, a TaN film having a thickness of 5 nm is uniformly formed on the bottom and wall of the via hole. It was done.
一方で、例えば、ビアホールの開口径が100nmであるときに、同様に、該ビアホールの内部にTaN膜、Ta膜、及び銅膜を順に成膜する場合を考える。この場合についても、同様に、ビアホールの底部及び壁部に、膜厚が5nmとなるようにTaN膜を成膜してみると、ビアホールの底部及び壁部に膜厚が5nmのTaN膜が一様に形成されるのではなく、ビアホールの底部では、TaN膜の膜厚が3nm以下となった。 On the other hand, for example, when the opening diameter of a via hole is 100 nm, similarly, consider a case where a TaN film, a Ta film, and a copper film are sequentially formed inside the via hole. Also in this case, similarly, when a TaN film is formed on the bottom and wall of the via hole so as to have a film thickness of 5 nm, a TaN film having a film thickness of 5 nm is formed on the bottom and wall of the via hole. The TaN film thickness was 3 nm or less at the bottom of the via hole.
このように、TaN膜の膜厚は、ビア寸法の微細化により、ビアホールの底部において薄膜化することが分かる。 Thus, it can be seen that the thickness of the TaN film is reduced at the bottom of the via hole as the via dimension is reduced.
ここで、ビアホールの底部において薄膜化したTaN膜の上にTa膜を形成すると、該Ta膜は、比抵抗が30μΩcm以下のα−Ta膜によって構成されているものではなく、比抵抗が200μΩcm以上のβ−Ta膜に改質される。このように、TaN膜の膜厚がその上層に形成されるTa膜の抵抗率に大きな影響を及ぼすことになり、また、Ta膜の膜質がその抵抗率に大きな影響を及ぼすことが分かる。 Here, when the Ta film is formed on the thinned TaN film at the bottom of the via hole, the Ta film is not composed of an α-Ta film having a specific resistance of 30 μΩcm or less, and the specific resistance is 200 μΩcm or more. The β-Ta film is modified. Thus, it can be seen that the thickness of the TaN film has a great influence on the resistivity of the Ta film formed thereon, and the film quality of the Ta film has a great influence on the resistivity.
以上説明したように、ビア抵抗の上昇は、ビアホールの開口径が小さくなることでビアの断面積が小さくなるという原因に加えて、バリア膜を構成するTa膜の抵抗率が上昇するという原因により、ビア抵抗が急激に増加してしまうという知見を見出したのである。 As described above, the increase in via resistance is due to the increase in resistivity of the Ta film constituting the barrier film in addition to the decrease in the cross-sectional area of the via due to the decrease in the opening diameter of the via hole. They found the knowledge that via resistance would increase rapidly.
本発明は、前記に知見に鑑みてなされたものであり、具体的に、本発明の第1の形態に係る半導体装置は、半導体基板上に形成され、ビアホールを有する絶縁膜と、ビアホールの底部及び壁部に沿うように形成されたIVa族、Va族又はVIa族元素の金属窒化膜と、金属窒化膜の上に、ビアホールの底部及び壁部に沿うように形成されたTa膜と、Ta膜の上に、ビアホールを充填するように形成された導電膜よりなるビアとを備え、ビアホールの底部における金属窒化膜の膜厚は、4nm以上であって且つ8nm未満である。 The present invention has been made in view of the above knowledge. Specifically, a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes an insulating film formed on a semiconductor substrate and having a via hole, and a bottom portion of the via hole. And a metal nitride film of group IVa, Va or VIa formed along the wall, a Ta film formed on the metal nitride film along the bottom and wall of the via hole, and Ta A via made of a conductive film formed so as to fill the via hole is provided on the film, and the thickness of the metal nitride film at the bottom of the via hole is 4 nm or more and less than 8 nm.
本発明の第1の形態に係る半導体装置において、半導体基板上に形成され、ビアホールの底部において金属窒化膜と接続する導電膜よりなる下層配線をさらに備えている。 The semiconductor device according to the first aspect of the present invention further includes a lower wiring formed of a conductive film formed on the semiconductor substrate and connected to the metal nitride film at the bottom of the via hole.
本発明の第2の形態に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された導電膜からなる下層配線と、下層配線の上に形成され、下層配線の表面を露出するビアホールを有する絶縁膜と、ビアホールの底部及び壁部に沿うように形成され、ビアホールの底部にて下層配線の表面と接続するIVa族、Va族又はVIa族元素の金属窒化膜と、金属窒化膜の上に、ビアホールの底部及び壁部に沿うように形成されたTa膜と、Ta膜の上に、ビアホールを充填するように形成された導電膜よりなるビアとを備え、金属窒化膜と接続する下層配線の表面は結晶化している。 A semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a lower layer wiring made of a conductive film formed on a semiconductor substrate, an insulating film having a via hole formed on the lower layer wiring and exposing the surface of the lower layer wiring, A metal nitride film of IVa group, Va group or VIa group element formed along the bottom and wall of the via hole and connected to the surface of the lower layer wiring at the bottom of the via hole, and the bottom of the via hole on the metal nitride film And a Ta film formed along the wall, and a via made of a conductive film formed so as to fill the via hole on the Ta film, and the surface of the lower wiring connected to the metal nitride film is crystalline. It has become.
本発明の第2の形態に係る半導体装置において、金属窒化膜と接続する下層配線の表面は窒化している。 In the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, the surface of the lower wiring connected to the metal nitride film is nitrided.
本発明の第2の形態に係る半導体装置において、金属窒化膜と接続する下層配線の表面はシリサイド化している。 In the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, the surface of the lower wiring connected to the metal nitride film is silicided.
本発明の第2の形態に係る半導体装置において、金属窒化膜の表面は結晶化している。 In the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, the surface of the metal nitride film is crystallized.
本発明の第1又は第2の形態に係る半導体装置において、ビアは銅膜よりなる。 In the semiconductor device according to the first or second aspect of the present invention, the via is made of a copper film.
本発明の第1又は第2の形態に係る半導体装置において、下層配線は銅膜よりなる。 In the semiconductor device according to the first or second aspect of the present invention, the lower layer wiring is made of a copper film.
本発明の第1の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上の絶縁膜にビアホールを形成する工程(a)と、ビアホールの底部及び壁部に沿うように、IVa族、Va族又はVIa族元素の金属窒化膜を形成する工程(b)と、金属窒化膜の上に、ビアホールの底部及び壁部に沿うように、Ta膜を形成する工程(c)と、Ta膜の上に、ビアホールを充填するように、導電膜よりなるビアを形成する工程(d)とを備え、金属窒化膜の膜厚は、4nm以上であって且つ8nm未満である。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes a step (a) of forming a via hole in an insulating film on a semiconductor substrate, and a group IVa, Va, or a group along the bottom and wall of the via hole. A step (b) of forming a metal nitride film of a VIa group element; a step (c) of forming a Ta film on the metal nitride film along the bottom and wall of the via hole; and And a step (d) of forming a via made of a conductive film so as to fill the via hole, and the thickness of the metal nitride film is 4 nm or more and less than 8 nm.
本発明の第1の形態に係る半導体装置の製造方法において、工程(a)よりも前に、半導体基板上に、導電膜よりなる下層配線を形成する工程(e)をさらに備え、工程(a)は、下層配線の表面を露出するビアホールを形成する工程である。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention further includes a step (e) of forming a lower layer wiring made of a conductive film on a semiconductor substrate before the step (a). ) Is a step of forming a via hole exposing the surface of the lower layer wiring.
本発明の第2の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、導電膜よりなる下層配線を形成する工程(a)と、下層配線の上に絶縁膜を形成する工程(b)と、絶縁膜に、下層配線の表面を露出するビアホールを形成する工程(c)と、ビアホールの底部及び壁部に沿うように、ビアホールの底部にて下層配線の表面と接続するIVa族、Va族又はVIa族元素の金属窒化膜を形成する工程(d)と、金属窒化膜の上に、ビアホールの底部及び壁部に沿うように、Ta膜を形成する工程(e)と、Ta膜の上に、ビアホールを充填するように、導電膜よりなるビアを形成する工程(f)とを備え、ビアホールの底部にて金属窒化膜と接続する下層配線の表面は、結晶化している。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention includes a step (a) of forming a lower layer wiring made of a conductive film on a semiconductor substrate, and a step (b) of forming an insulating film on the lower layer wiring. And a step (c) of forming a via hole exposing the surface of the lower layer wiring in the insulating film, and a group IVa, Va connected to the surface of the lower layer wiring at the bottom of the via hole along the bottom and wall of the via hole. A step (d) of forming a metal nitride film of a group or VIa element, a step (e) of forming a Ta film on the metal nitride film along the bottom and wall of the via hole, There is a step (f) of forming a via made of a conductive film so as to fill the via hole, and the surface of the lower wiring connected to the metal nitride film at the bottom of the via hole is crystallized.
本発明の第2の形態に係る半導体装置の製造方法において、工程(c)と工程(d)との間に、ビアホールの底部に露出した下層配線の表面を窒化処理する工程(g)をさらに備える。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, a step (g) of nitriding the surface of the lower layer wiring exposed at the bottom of the via hole is further provided between the step (c) and the step (d). Prepare.
本発明の第2の形態に係る半導体装置の製造方法において、工程(c)と工程(d)との間に、ビアホールの底部に露出した下層配線の表面をシリサイド化する工程(h)をさらに備える。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, a step (h) of siliciding the surface of the lower layer wiring exposed at the bottom of the via hole is further provided between the step (c) and the step (d). Prepare.
本発明の第2の形態に係る半導体装置の製造方法において、工程(c)と工程(d)との間に、ビアホールの底部に露出した下層配線の表面を窒素アニールする工程(i)をさらに備える。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the step (i) of annealing the surface of the lower wiring exposed at the bottom of the via hole between the steps (c) and (d) is further performed. Prepare.
本発明の第2の形態に係る半導体装置の製造方法において、工程(d)と工程(e)の間に、金属窒化膜の表面を窒化処理する工程(j)をさらに備える。 The semiconductor device manufacturing method according to the second aspect of the present invention further includes a step (j) of nitriding the surface of the metal nitride film between the step (d) and the step (e).
本発明の第1又は第2の形態に係る半導体装置の製造方法において、ビアは銅膜よりなる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect of the present invention, the via is made of a copper film.
本発明の第1又は第2の形態に係る半導体装置の製造方法において、下層配線は銅膜よりなる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect of the present invention, the lower layer wiring is made of a copper film.
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、微細化の際に発生するバリア膜の高抵抗化を抑制し、ビア抵抗のばらつきの低減及び歩留まりの改善ができる。その結果、半導体装置の信頼性の劣化を抑制することができる。 According to the semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the present invention, it is possible to suppress the increase in resistance of the barrier film that is generated in the miniaturization, to reduce the variation in via resistance, and to improve the yield. As a result, deterioration of the reliability of the semiconductor device can be suppressed.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)〜図1(e)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工程順に示す要部断面図である。 FIG. 1A to FIG. 1E are cross-sectional views of relevant parts showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
まず、図1(a)に示すように、リソグラフィー及びドライエッチングにより、半導体基板100上の例えばシリコン酸化膜よりなる絶縁膜101に、下層配線溝101aを形成する。続いて、スパッタ法により、下層配線溝101aの底部及び壁部を含む絶縁膜101の上に、凹部102aを有する例えばTaN(タンタルナイトライド)膜よりなる金属窒化膜102を成膜し、続いて、凹部102aの底部及び壁部を含む金属窒化膜102の上に、凹部103aを有するTa膜103を成膜する。続いて、スパッタ法により、凹部103aの底部及び壁部を含むTa膜103の上に、銅よりなるシード層(図示せず)を成膜した後に、電解めっき法を用いて、下層配線溝101aを銅膜で埋め込む。続いて、CMP法(Chemical Mechanical Polishing : 化学機械研磨法)により、下層配線溝101aの外側に存在している金属窒化膜102、Ta膜103、及び銅膜を除去することにより、金属窒化膜102及びTa膜103の積層構造のバリア膜を有する銅膜よりなる下層配線104を形成する。続いて、絶縁膜101並びに下層配線104、Ta(タンタル)膜103及び金属窒化膜102の上に、成膜温度が350℃の条件下にてCVD法により、膜厚300nmの絶縁膜105を成膜する。ここで、絶縁膜105は、Si(シリコン)と、C(炭素)、O(酸素)又はN(窒素)などとによって構成される材料よりなる。また、本実施形態では、絶縁膜105は、単層の絶縁膜よりなる場合を例に説明しているが、2層以上重ねて成膜された絶縁膜よりなる場合であってもよい。さらに、絶縁膜105の成膜方法としては、溶剤を塗布した後、200℃以上の条件下にてアニール処理することによって成膜することも可能である。
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、絶縁膜105に、フォトレジストをマスクに用いたドライエッチング法により、下層配線104の上面を露出するビアホール105bと、該ビアホール105bに連通する上層配線溝105aを順に形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a via
次に、図1(c)に示すように、ビアホール105bの底部及び壁部並びに上層配線溝105aの底部及び壁部を含む絶縁膜105の上に、スパッタ法により、金属窒化膜として、凹部106aを有する例えばTaN膜106を成膜する。ここで、TaN膜106は、ターゲットバイアス30kW、基板バイアス400W、窒素(N2)流量が75×10−3ml/min(sccm)以下の条件で成膜する。当該条件下にて成膜することにより、後述するように膜厚4nm以上であって且つ8nm以下のTaN膜106を成膜する。このように、半導体装置の微細化に伴い、ビアホール105bが開口径200nm以下あるいは高さ500nm以上となる場合に、上述したように、ビアホール105bの底部及び壁部に一様に例えば5nm程度成膜しようとしても、該底部では3nm程度しか成膜されないといった事態を回避することができる。
Next, as shown in FIG. 1C, a
続いて、凹部106aの底部及び壁部を含むTaN膜106の上に、スパッタ法により、凹部107aを有するTa膜107を成膜する。ここで、Ta膜107の最大膜厚は、ビアホール105b及び上層配線溝105a内を後述する銅膜で埋め込む際に埋め込み不良が発生しない程度の膜厚が適当であるため、前述したTaN膜106の膜厚とTa膜107の膜厚との合計が最大40nm程度となるように成膜することが好ましい。また、Ta膜107は、後述するようにα−Ta膜によって構成されている。
Subsequently, a
続いて、凹部107aの底部及び壁部を含むTa膜107上に、スパッタ法により、凹部108aを有する銅よりなる膜厚40nmのシード層108を成膜する。ここで、シード層108の成膜条件は、ターゲットバイアス40kW、基板バイアス600Wである。ここで、シード層108の成膜はPVD(Physical Vapor Deposition)法を用いたが、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて成膜しても構わない。
Subsequently, a 40 nm-
次に、図1(d)に示すように、電解めっき法により、半導体装置を硫酸銅溶液内に浸漬し、上述のシード膜108に電流を流すことにより、凹部108aの内部を含む該シード層108上に膜厚500nmの銅膜が成膜される。このようにして、シード層108を含む銅膜109が形成される。なお、ここで用いた硫酸銅めっき液は、塩素10ppm〜100ppm、硫酸濃度10〜250g/L、銅濃度5〜100g/Lである。
Next, as shown in FIG. 1 (d), the seed layer including the inside of the
次に、図1(e)に示すように、CMP法により、ビアホール105b及び上層配線溝105aの外側に存在している銅膜109、Ta膜107、及びTaN膜106を除去することにより、Ta膜107とTaN膜106との積層構造のバリア膜を備えたビア109b及び上層配線109aが形成される。
Next, as shown in FIG. 1E, the
ここで、TaN膜106の膜厚が、ビアホール105bの底部において4nm以上であって且つ8nm未満である理由について説明する。
Here, the reason why the thickness of the
図2(a)は、本発明の第1の実施形態におけるTaN膜106の膜厚とTa/TaN積層膜の比抵抗との関係を示している。なお、横軸はTaN膜106の膜厚を表しており、縦軸はバリア膜(Ta/TaN積層膜)の比抵抗を表している。
FIG. 2A shows the relationship between the film thickness of the
図2(a)が示すように、TaN膜106が4nm未満になると、バリア膜(Ta/TaN積層膜)の比抵抗が急激に上昇することが分かる。このことから、TaN膜106の膜厚は、4nm以上であることが好ましいことが分かる。
As shown in FIG. 2A, it can be seen that when the
また、図2(b)は、XRD(X線回折)を用いて測定したTa膜107の配向性がTaN膜106の膜厚に依存することを示している。なお、横軸は試料に照射するX線の角度を表しており、縦軸はピークの大きさを表している。
FIG. 2B shows that the orientation of the
図2(b)が示すように、TaN膜106の膜厚が薄くなると、TaN膜106上のTa膜107がα−Taからβ−Taに変化していることが分かる。ここで、β−Ta(330)のピークは37.392(deg)であり、α−Ta(110)のピークは38.5(deg)であり、β−Ta(331)のピークは41.2(deg)となっている。β−Taは、シリコン酸化膜等のアモルファス表面上にて成膜しやすく、α−TaはTaN膜の結晶化した(アモルファス構造ではない)表面にて成膜されやすい。このように、TaN膜106が薄膜化すると、β−Taを成膜しやすいというメカニズムは、以下の通りである。すなわち、TaN膜106の下地膜となる下層配線104を構成する銅膜の最表面が、ドライエッチング、洗浄時のダメージ又は酸化によりアモルファス化しているため、その上にTaN膜106を成膜しようとすると、成膜初期には、TaN膜106における銅膜との界面部分もまたアモルファス構造になっている。そして、TaN膜106の成膜が膜厚3nm以上になると、結晶化が徐々に進んでアモルファス構造ではない部分が増加してくると考えられる。TaN膜106における結晶化された表面では、その上に成膜されるTa膜107は一定の格子サイトにTa原子がスパッタ後のマイグレーションにより固定されやすくなり、立方晶のTa膜107が成膜されやすくなる。以上のことから、TaN膜106の膜厚は、最表面が結晶化するのに必要な膜厚が必要であって、図2(b)に示す通り、4nm以上である。
As shown in FIG. 2B, it can be seen that when the thickness of the
図3は、本発明の第1の実施形態におけるビア抵抗と累積度数との関係を示している。なお、横軸はビア抵抗を表しており、縦軸は累積度数を示している。また、同図では、TaN膜106の膜厚が、4.0nmである場合(3a)と、3.2nmである場合(3b)とを示している。
FIG. 3 shows the relationship between via resistance and cumulative frequency in the first embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the via resistance, and the vertical axis represents the cumulative frequency. In the same figure, the case where the thickness of the
図3に示すように、TaN膜106の膜厚がビアホール105bの底部において3.2nmである場合(3b)には、ビア抵抗の分布が高抵抗側にばらついていることが分かる。また、TaN膜106の膜厚がビアホール105bの底部において4.0nmである場合(3a)には、ビア抵抗のばらつきが抑制されていることが分かる。このように、ビア抵抗のばらつきを抑制するという観点からも、TaN膜106の膜厚は、ビアホール105bの底部において4nm以上にすることが好ましいことが分かる。
As shown in FIG. 3, when the thickness of the
一方で、TaN膜106の膜厚がビアホール105bの底部において8nm以上になると、比抵抗の高いTaN膜106そのものの比抵抗分だけ比抵抗が増加することになるため、ビア抵抗を小さくすることができなくなる。また、膜厚8nm以上のTaN膜106を成膜した場合には、ビアホール105b及び上層配線溝105aへの銅膜109の埋め込み特性に大きな影響を与えることになる。
On the other hand, when the thickness of the
以上説明したように、TaN膜106の膜厚は、ビアホール105bの底部において4nm以上であって且つ8nm未満とすることが必要となる。
As described above, the thickness of the
次に、TaN膜106を成膜する際の窒素(N2)流量が75×10−3ml/min(sccm)以下である理由について説明する。
Next, the reason why the nitrogen (N 2 ) flow rate when forming the
図4(a)は、TaN膜106の比抵抗と窒素(N2)流量との関係を示している。なお、横軸はN2流量を表しており、縦軸はTaN膜106の比抵抗を表している。
FIG. 4A shows the relationship between the specific resistance of the
図4(a)に示すように、N2流量が75(sccm)を超えると、TaN膜106の比抵抗が上昇することが分かる。
As shown in FIG. 4A, it can be seen that when the N 2 flow rate exceeds 75 (sccm), the specific resistance of the
また、図4(b)は、TaN膜106の膜厚均一性(Rs)と窒素(N2)流量との関係を示している。なお、横軸はN2流量を表しており、縦軸はTaN膜106の膜厚均一性を表している。
FIG. 4B shows the relationship between the film thickness uniformity (Rs) of the
図4(b)に示すように、N2流量が75(sccm)を超えると、TaN膜106の膜厚均一性が悪化することが分かる。N2流量が多いとTaN膜106の結晶化は促進されが、チェンバー内のターゲットやシールドなどの窒化が進んでパーティクル発生の要因となってしまうため、N2流量が多いとTaN膜106の比抵抗が上昇し、膜厚均一性が悪化するという問題が生じる。
As shown in FIG. 4B, it can be seen that when the N 2 flow rate exceeds 75 (sccm), the film thickness uniformity of the
以上のことから、TaN膜106を形成する際の窒素流量は75(sccm)以下であることが望ましい。
From the above, the nitrogen flow rate when forming the
以上説明したように、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、開口径200nm以下あるいは高さ500nm以上のビアホール105bに、比抵抗の低いα−Ta膜よりなるTa膜107とTaN膜106との積層構造よりなるバリア膜を成膜することができるため、ビア抵抗の上昇が抑制されたビア構造を備えた半導体装置が実現される。その結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, the Ta film made of the α-Ta film having a low specific resistance is formed in the via
なお、本実施形態において、金属窒化膜としてTaN膜106を成膜した場合について説明したが、TaN膜の代わりに、例えば、Ti(チタン)、W(タングステン)、Zr(ジルコニウム)等、IV族、Va族、又はVIa族元素の金属窒化膜を成膜する場合であっても、本発明は同様に実施可能である。
In this embodiment, the case where the
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図5(a)〜図5(e)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工程順に示す要部断面図である。 FIG. 5A to FIG. 5E are cross-sectional views of relevant parts showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.
図5(a)〜図5(e)に示した本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図5(b)に示す工程においてビアホールの底部に露出する下層配線の表面を窒化することに特徴を有し、その他の工程は上述した第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様であるため、以下では、その特徴部分を中心に説明する。なお、図5(a)〜図5(e)に示す構成部分おいて、上述した第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明に用いた図1(a)〜図1(e)に示す構成部分に対応する部分は符号は異なるが同様であるため、その説明は繰り返さない。 In the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. 5A to 5E, the surface of the lower layer wiring exposed at the bottom of the via hole in the step shown in FIG. Since the other steps are the same as those of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment described above, the following description will focus on the characteristic portions. 5A to FIG. 5E, FIG. 1A to FIG. 1E used for explaining the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment described above. Since the parts corresponding to the constituent parts shown in FIG. 2 are the same but different in the reference numerals, the description thereof will not be repeated.
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図5(b)に示すように、
ビアホール205bに露出している下層配線204を構成する銅膜の表面を外気に曝した状態で、100℃〜400℃の条件下にて、窒素アニール処理を行うことにより、露出している銅膜の表面を窒化して結晶化した領域210を形成する。ここでは、窒素アニール処理の代わりに、同様の状態で、室温〜400℃の条件下にてアンモニアプラズマ法により、露出している銅膜の表面を窒化して結晶化した領域210を形成してもよい。また、窒素アニール処理又はアンモニアプラズマ方で用いるガスとしては、窒素を含み酸素を含まないガスであればかまわない。また、プラズマ処理により窒化しているが、ガスを分解できる短波長のレーザー照射を用いて窒化してもよい。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG.
The exposed copper film is formed by performing a nitrogen annealing process at 100 ° C. to 400 ° C. in a state where the surface of the copper film constituting the
このように、ビアホール205bの底部に露出している下層配線204を構成する銅膜の表面を結晶化又は窒化していることにより、ドライエッチング又は洗浄によって該表面がダメージを受けることを防止できる。これにより、ビアホール205bの底部に露出している銅膜の表面が結晶化しにくくなったり、格子欠陥が生じたりすることがなくなる。その結果、次工程の図5(c)に示す工程におけるTaN膜206の成膜の際に、窒化膜の成膜を補助することが可能となる。
Thus, by crystallization or nitriding the surface of the copper film constituting the
すなわち、図5(c)に示す工程において、ビアホール205bの内部及び上層配線溝205aの内部を含む絶縁膜205上にTaN膜206を形成すると、前工程においてビアホール205bの底部に露出する下層配線204を構成する銅膜の表面が結晶化されており、アモルファス構造ではなくなっていることにより、TaN膜206は成膜初期から結晶化されることになる。したがって、成膜初期から結晶化しているTaN膜206の上層に成膜するTa膜207は、α−Ta膜として成膜されやすくなる。また、このように、ビアホール205bの底部に露出する下層配線204を構成する銅膜の表面が結晶化されてアモルファス構造ではなくなっているため、上述した第1の実施形態のように、TaN膜206の膜厚は4nm以上であって且つ8nm未満の範囲で成膜しなくても、Ta膜207はα−Ta膜として成膜されることとなる。ただし、TaN膜206の膜厚を4nm以上であって且つ8nm未満とすれば、Ta膜207はさらにα−Ta膜として成膜されやすくなるので、第1の実施形態と同様の成膜条件でTaN膜206の膜厚を4nm以上であって且つ8nm未満とすることがより好ましい。
5C, when the
以上説明したように、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、開口径200nm以下あるいは高さ500nm以上のビアホール105bに、比抵抗の低いα−Ta膜よりなるTa膜207とTaN膜206との積層構造よりなるバリア膜を成膜することができるため、ビア抵抗の上昇が抑制されたビア構造を備えた半導体装置が実現される。その結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, the Ta film made of the α-Ta film having a low specific resistance is formed in the via
なお、本実施形態においても、第1の実施携帯と同様に、金属窒化膜としてのTaN膜206の代わりに、例えば、Ti(チタン)、W(タングステン)、Zr(ジルコニウム)等、IV族、Va族、又はVIa族元素の金属窒化膜を同様に用いることができる。
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, instead of the
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図6(a)〜図6(e)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す要部断面図である。 FIG. 6A to FIG. 6E are cross-sectional views of relevant parts showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention in the order of steps.
図6(a)〜図6(e)に示した本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図6(c)に示す工程において成膜するTaN膜の表面を窒化することに特徴を有し、その他の工程は上述した第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様であるため、以下では、その特徴部分を中心に説明する。なお、図6(a)〜図6(e)に示す構成部分おいて、上述した第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明に用いた図1(a)〜図1(e)に示す構成部分に対応する部分は符号は異なるが同様であるため、その説明は繰り返さない。 In the method of manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIGS. 6A to 6E, the surface of the TaN film formed in the step shown in FIG. 6C is nitrided. Since the other steps are the same as those of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment described above, the following description will focus on the features. 6A to 6E used in the description of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment described above. Since the parts corresponding to the constituent parts shown in FIG. 2 are the same but different in the reference numerals, the description thereof will not be repeated.
図6(c)に示すように、ビアホール305bの底部及び壁部並びに上層配線溝305aの底部及び壁部を含む絶縁膜305の上に、スパッタ法により、金属窒化膜として、凹部306aを有する例えばTaN(タンタルナイドライド)膜306を成膜する。続いて、アンモニアプラズマ処理により、TaN膜306の表面の窒化を促進する。このようにするのは、スパッタ後のTaN膜306の表面はアモルファス化しやすいために、TaN膜306の最表面を窒化して結晶化することにより、最表面が結晶化しているTaN膜306の上にTa膜307をα−Ta膜として成膜しやすくするためである。そして、凹部306aの底部及び壁部を含むTaN膜306の上にTa膜307を成膜すると、下地のTaN膜306の窒素量が増加しており、TaN膜306の最表面の結晶化が促進されていることから、Ta膜307はα−Ta膜として成膜されやすくなる。ここで、TaN膜306の窒化処理の方法として、アンモニアプラズマ法を用いているが、用いるガスは窒素を含み酸素を含まないガスであればよい。また、プラズマ処理により窒化しているが、ガスを分解できる短波長のレーザー照射を用いて窒化することもできる。
As shown in FIG. 6C, for example, a
なお、このように、TaN膜306の表面は結晶化されてアモルファス構造ではなくなっているため、第2の実施形態と同様に、TaN膜306の膜厚は4nm以上であって且つ8nm未満の範囲で成膜しなくても、Ta膜307はα−Ta膜として成膜されることとなる。ただし、TaN膜306の膜厚を4nm以上であって且つ8nm未満とすれば、Ta膜307はさらにα−Ta膜として成膜されやすくなるので、第1の実施形態と同様の成膜条件下で、TaN膜306の膜厚を4nm以上であって且つ8nm未満とすることがより好ましい。
As described above, since the surface of the
また、第2の実施形態と同様に、図6(b)に示す工程において、ビアホール305bに露出している下層配線304を構成する銅膜の表面を窒化処理することにより、該銅膜表面をアモルファス構造ではなく結晶化しておいてもよい。このようにすると、Ta膜307はさらにα−Ta膜として成膜されやすくなるからである。
Similarly to the second embodiment, in the step shown in FIG. 6B, the surface of the copper film constituting the
以上説明したように、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、開口径200nm以下あるいは高さ500nm以上のビアホール305bに、比抵抗の低いα−Ta膜よりなるTa膜307とTaN膜306との積層構造よりなるバリア膜を成膜することができるため、ビア抵抗の上昇が抑制されたビア構造を備えた半導体装置が実現される。その結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, the Ta film made of the α-Ta film having a low specific resistance is formed in the via
なお、本実施形態においても、第1の実施携帯と同様に、金属窒化膜としてのTaN膜306の代わりに、例えば、Ti(チタン)、W(タングステン)、Zr(ジルコニウム)等、IV族、Va族、又はVIa族元素の金属窒化膜を同様に用いることができる。
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, instead of the
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図7(a)〜図7(e)は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す要部断面図である。 FIG. 7A to FIG. 7E are cross-sectional views of relevant parts showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention in the order of steps.
図7(a)〜図7(e)に示した本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図7(b)に示す工程においてビアホールの底部に露出する下層配線の表面をシリサイド化することに特徴を有し、その他の工程は上述した第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様であるため、以下では、その特徴部分を中心に説明する。なお、図7(a)〜図7(e)に示す構成部分おいて、上述した第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明に用いた図1(a)〜図1(e)に示す構成部分に対応する部分は符号は異なるが同様であるため、その説明は繰り返さない。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 7A to 7E, the surface of the lower layer wiring exposed at the bottom of the via hole in the step shown in FIG. 7B. Since the other steps are the same as those of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment described above, the following description will focus on the characteristic portions. 7A to 7E used in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment described above in the components shown in FIGS. Since the parts corresponding to the constituent parts shown in FIG. 2 are the same but different in the reference numerals, the description thereof will not be repeated.
本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図7(b)に示すように、ビアホール405bに露出している下層配線404を構成する銅膜の表面を外気に曝した状態で、100℃〜450℃の条件下にて、SiH4ガスを流すことにより、露出している銅膜の表面をシリサイド化している領域410を形成する。ここで、この銅膜表面のシリサイド化している領域410の膜厚が増加すると配線抵抗が上昇するため、該領域410の膜厚は5nm以下であることが好ましい。また、SiH4ガスの代わりに、ポリシラン(SinH2n+2)(n≦2)又は有機シラン(例えば、テトラメチルシラン)などよりなるガスを用いてもよい。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7B, the surface of the copper film constituting the
このように、ビアホール405bに露出している銅膜の表面をシリサイド化することにより、シリコンと窒素との反応が促進されるため、ビアホール405bの底部における窒素の割合が増加することになる。したがって、ビアホール405bの底部に露出している下層配線404のシリサイド化している領域410上に、スパッタ法により、TaN膜406を成膜すると、ビアホール405aの底部において結晶化したTaN膜406が成膜されやすくなる。その結果、次工程の図7(c)に示す工程において、TaN膜406上に形成されるTa膜407はα−Ta膜として成膜されやすくなる。
Thus, siliciding the surface of the copper film exposed to the via
すなわち、図7(c)に示す工程において、ビアホール405bの内部及び上層配線溝405aの内部を含む絶縁膜405上にTaN膜406を形成すると、前工程においてビアホール405bの底部に露出する下層配線404を構成する銅膜の表面がシリサイド化されているため、シリコンと窒素との反応が促進され結晶化しやすくなる。よって、該銅膜の表面とTaN膜406との界面はアモルファス構造ではなくなることにより、TaN膜406は成膜初期から結晶化されることになる。したがって、成膜初期から結晶化しているTaN膜406の上層に成膜するTa膜407は、α−Ta膜として成膜されやすくなる。また、このように、ビアホール405bの底部に露出する下層配線404を構成する銅膜の表面が結晶化されてアモルファス構造ではなくなっているため、第2の実施形態と同様に、上述した第1の実施形態のように、TaN膜406の膜厚は4nm以上であって且つ8nm未満の範囲で成膜しなくても、Ta膜407はα−Ta膜として成膜されることとなる。ただし、TaN膜406の膜厚を4nm以上であって且つ8nm未満とすれば、Ta膜407はさらにα−Ta膜として成膜されやすくなるので、第1の実施形態と同様の成膜条件下で、TaN膜406の膜厚を4nm以上であって且つ8nm未満とすることがより好ましい。
That is, in the step shown in FIG. 7C, when the
以上説明したように、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法によると、開口径200nm以下あるいは高さ500nm以上のビアホール305bに、比抵抗の低いα−Ta膜よりなるTa膜407とTaN膜406との積層構造よりなるバリア膜を成膜することができるため、ビア抵抗の上昇が抑制されたビア構造を備えた半導体装置が実現される。その結果、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the semiconductor device manufacturing method of the fourth embodiment of the present invention, the Ta film made of the α-Ta film having a low specific resistance is formed in the via
なお、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、金属窒化膜としてのTaN膜406の代わりに、例えば、Ti(チタン)、W(タングステン)、Zr(ジルコニウム)等、IV族、Va族、又はVIa族元素の金属窒化膜を同様に用いることができる。
In this embodiment, as in the first embodiment, instead of the
なお、以上の各実施形態において、下層配線、ビア、及び上層配線は、低抵抗化の観点から、銅膜を材料とした場合について説明したが、銅膜に限定されるものではなく、他の導電膜であってもよい。 In each of the above embodiments, the lower layer wiring, the via, and the upper layer wiring have been described with respect to the case of using a copper film as a material from the viewpoint of reducing the resistance. However, the present invention is not limited to the copper film. A conductive film may be used.
以上説明したように、本発明は、低抵抗なバリア膜を成膜して、ビア抵抗の上昇を抑制するための半導体装置の製造方法にとって有用である。 As described above, the present invention is useful for a method of manufacturing a semiconductor device for forming a low resistance barrier film to suppress an increase in via resistance.
100、200、300、400 半導体基板
101、201、301、401 絶縁膜
101a、201a、301a、401a 下層配線溝
102、202、302、402 金属窒化膜
102a、202a、302a、402a 凹部
103、203、303、403 Ta膜
103a、203a、303a、403a 凹部
104、204、304、404 下層配線
105、205、305、405 絶縁膜
105a、205a、305a、405a 上層配線溝
105b、205b、305b、405b ビアホール
106、206、306、406 TaN膜
106a、206a、306a、406a 凹部
107、207、307、407 Ta膜
107a、207a、307a、407a 凹部
108、208、308、408 シード層
108a、208a、308a、408a 凹部
109、209、309、409 銅膜
109a、209a、309a、409a 上層配線
109b、209b、309b、409b ビア
210 結晶化している領域
410 シリサイド化している領域
100, 200, 300, 400
Claims (17)
前記ビアホールの底部及び壁部に沿うように形成されたIVa族、Va族又はVIa族元素の金属窒化膜と、
前記金属窒化膜の上に、前記ビアホールの底部及び壁部に沿うように形成されたTa膜と、
前記Ta膜の上に、前記ビアホールを充填するように形成された導電膜よりなるビアとを備え、
前記ビアホールの底部における前記金属窒化膜の膜厚は、4nm以上であって且つ8nm未満である、半導体装置。 An insulating film formed on a semiconductor substrate and having a via hole;
A metal nitride film of an IVa group, a Va group or a VIa group element formed along the bottom and wall of the via hole;
A Ta film formed on the metal nitride film along the bottom and wall of the via hole,
A via made of a conductive film formed to fill the via hole on the Ta film;
The thickness of the metal nitride film at the bottom of the via hole is 4 nm or more and less than 8 nm.
前記半導体基板上に形成され、前記ビアホールの底部において前記金属窒化膜と接続する導電膜よりなる下層配線をさらに備えている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device further comprising a lower layer wiring formed on the semiconductor substrate and made of a conductive film connected to the metal nitride film at the bottom of the via hole.
前記下層配線の上に形成され、前記下層配線の表面を露出するビアホールを有する絶縁膜と、
前記ビアホールの底部及び壁部に沿うように形成され、前記ビアホールの底部にて前記下層配線の表面と接続するIVa族、Va族又はVIa族元素の金属窒化膜と、
前記金属窒化膜の上に、前記ビアホールの底部及び壁部に沿うように形成されたTa膜と、
前記Ta膜の上に、前記ビアホールを充填するように形成された導電膜よりなるビアとを備え、
前記金属窒化膜と接続する前記下層配線の表面は結晶化している、半導体装置。 A lower layer wiring made of a conductive film formed on a semiconductor substrate;
An insulating film formed on the lower wiring and having a via hole exposing the surface of the lower wiring;
A metal nitride film of an IVa group, Va group or VIa group element formed along the bottom and wall of the via hole and connected to the surface of the lower layer wiring at the bottom of the via hole;
A Ta film formed on the metal nitride film along the bottom and wall of the via hole,
A via made of a conductive film formed to fill the via hole on the Ta film;
A semiconductor device, wherein a surface of the lower wiring connected to the metal nitride film is crystallized.
前記金属窒化膜と接続する前記下層配線の表面は窒化している、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3.
A semiconductor device, wherein a surface of the lower wiring connected to the metal nitride film is nitrided.
前記金属窒化膜と接続する前記下層配線の表面はシリサイド化している、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3.
A semiconductor device, wherein a surface of the lower wiring connected to the metal nitride film is silicided.
前記金属窒化膜の表面は結晶化している、半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 3 to 5,
A semiconductor device, wherein a surface of the metal nitride film is crystallized.
前記ビアは銅膜よりなる、半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The via is a semiconductor device made of a copper film.
前記下層配線は銅膜よりなる、半導体装置。 In the semiconductor device of any one of Claims 2-7,
The lower layer wiring is a semiconductor device made of a copper film.
前記ビアホールの底部及び壁部に沿うように、IVa族、Va族又はVIa族元素の金属窒化膜を形成する工程(b)と、
前記金属窒化膜の上に、前記ビアホールの底部及び壁部に沿うように、Ta膜を形成する工程(c)と、
前記Ta膜の上に、前記ビアホールを充填するように、導電膜よりなるビアを形成する工程(d)とを備え、
前記金属窒化膜の膜厚は、4nm以上であって且つ8nm未満である、半導体装置の製造方法。 Forming a via hole in the insulating film on the semiconductor substrate (a);
A step (b) of forming a metal nitride film of an IVa group, Va group or VIa group element along the bottom and wall of the via hole;
(C) forming a Ta film on the metal nitride film along the bottom and wall of the via hole;
(D) forming a via made of a conductive film on the Ta film so as to fill the via hole;
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the metal nitride film has a thickness of 4 nm or more and less than 8 nm.
前記工程(a)よりも前に、
前記半導体基板上に、導電膜よりなる下層配線を形成する工程(e)をさらに備え、
前記工程(a)は、前記下層配線の表面を露出する前記ビアホールを形成する工程である、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
Prior to step (a),
A step (e) of forming a lower wiring made of a conductive film on the semiconductor substrate;
The method (a) is a method of manufacturing a semiconductor device, which is a step of forming the via hole exposing the surface of the lower layer wiring.
前記下層配線の上に絶縁膜を形成する工程(b)と、
前記絶縁膜に、前記下層配線の表面を露出するビアホールを形成する工程(c)と、
前記ビアホールの底部及び壁部に沿うように、前記ビアホールの底部にて前記下層配線の表面と接続するIVa族、Va族又はVIa族元素の金属窒化膜を形成する工程(d)と、
前記金属窒化膜の上に、前記ビアホールの底部及び壁部に沿うように、Ta膜を形成する工程(e)と、
前記Ta膜の上に、前記ビアホールを充填するように、導電膜よりなるビアを形成する工程(f)とを備え、
前記ビアホールの底部にて前記金属窒化膜と接続する前記下層配線の表面は、結晶化している、半導体装置の製造方法。 Forming a lower wiring made of a conductive film on a semiconductor substrate (a);
Forming an insulating film on the lower layer wiring (b);
Forming a via hole exposing the surface of the lower layer wiring in the insulating film (c);
Forming a metal nitride film of an IVa group, a Va group or a VIa group element connected to the surface of the lower layer wiring at the bottom of the via hole along the bottom and wall of the via hole;
A step (e) of forming a Ta film on the metal nitride film along the bottom and wall of the via hole;
A step (f) of forming a via made of a conductive film so as to fill the via hole on the Ta film;
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein a surface of the lower layer wiring connected to the metal nitride film at the bottom of the via hole is crystallized.
前記工程(c)と前記工程(d)との間に、
前記ビアホールの底部に露出した前記下層配線の表面を窒化処理する工程(g)をさらに備える、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 11,
Between the step (c) and the step (d),
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step (g) of nitriding the surface of the lower layer wiring exposed at the bottom of the via hole.
前記工程(c)と前記工程(d)との間に、
前記ビアホールの底部に露出した前記下層配線の表面をシリサイド化する工程(h)をさらに備える、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 11,
Between the step (c) and the step (d),
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step (h) of siliciding the surface of the lower layer wiring exposed at the bottom of the via hole.
前記工程(c)と前記工程(d)との間に、
前記ビアホールの底部に露出した前記下層配線の表面を窒素アニールする工程(i)をさらに備える、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 11,
Between the step (c) and the step (d),
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step (i) of performing nitrogen annealing on the surface of the lower layer wiring exposed at the bottom of the via hole.
前記工程(d)と前記工程(e)の間に、
前記金属窒化膜の表面を窒化処理する工程(j)をさらに備える、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 11-14,
Between the step (d) and the step (e),
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising a step (j) of nitriding the surface of the metal nitride film.
前記ビアは銅膜よりなる、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 9-15,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the via is made of a copper film.
前記下層配線は銅膜よりなる、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 10 to 16,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the lower layer wiring is made of a copper film.
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