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JP5428151B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP5428151B2
JP5428151B2 JP2007304944A JP2007304944A JP5428151B2 JP 5428151 B2 JP5428151 B2 JP 5428151B2 JP 2007304944 A JP2007304944 A JP 2007304944A JP 2007304944 A JP2007304944 A JP 2007304944A JP 5428151 B2 JP5428151 B2 JP 5428151B2
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Description

本発明は、銅を含有する導電材料からなる配線を有する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 having a wiring made of a conductive material containing copper and a method for manufacturing the same.

近年では、半導体素子の高集積化とチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層配線化が加速的に進められている。こうした多層配線を有するロジックデバイスにおいては、配線遅延がデバイス信号遅延の支配的要因の1つになりつつある。デバイスの信号遅延は配線抵抗値と配線容量の積に比例しており、従って配線遅延の改善のためには、配線抵抗値や配線容量を軽減することが重要である。   In recent years, with the high integration of semiconductor elements and the reduction in chip size, miniaturization of wiring and multilayer wiring have been accelerated. In a logic device having such multilayer wiring, wiring delay is becoming one of the dominant factors of device signal delay. The signal delay of the device is proportional to the product of the wiring resistance value and the wiring capacitance. Therefore, to improve the wiring delay, it is important to reduce the wiring resistance value and the wiring capacitance.

そこで、配線抵抗を低減するため、銅(Cu)を用いた配線を形成することが検討されている。以下、当該配線をCu配線と記載する。このCu配線は、Cuを例えば90%以上含有する導電材料からなる配線であり、純粋にCuのみからなる配線に限定されるものではない。   Therefore, in order to reduce the wiring resistance, it has been studied to form a wiring using copper (Cu). Hereinafter, the wiring is referred to as Cu wiring. This Cu wiring is a wiring made of a conductive material containing, for example, 90% or more of Cu, and is not limited to a wiring made purely of Cu.

Cu配線は、その耐湿性に難があり、最上層の配線に適用するには適さない。そのため、Cu配線の上層配線としては、比較的耐湿性に優れたアルミニウム(Al)を含有する材料を用いた配線(Al配線)が好適である。
Cu配線とその上部のAl配線とを接続するには、両者の間に導電性の接続プラグを形成する。この接続プラグは、配線信頼性や耐熱性を考慮して、その材料として高融点金属であるタングステン(W)が用いられる。
The Cu wiring has difficulty in moisture resistance, and is not suitable for application to the uppermost layer wiring. Therefore, as the upper wiring of the Cu wiring, wiring (Al wiring) using a material containing aluminum (Al) having relatively excellent moisture resistance is preferable.
In order to connect the Cu wiring and the upper Al wiring, a conductive connection plug is formed between the two. This connection plug uses tungsten (W), which is a refractory metal, in consideration of wiring reliability and heat resistance.

この接続プラグ(Wプラグ)を形成するには、Cu配線を埋め込む層間絶縁膜に、Cu配線の表面の一部を露出させる開口、ここではビア孔を形成する。次に、密着層として窒化チタン(TiN)等を材料とする下地膜を形成し、この下地膜を介してWを堆積し、Wでビア孔を埋め込む。そして、表面のWを平坦化してWプラグを形成する。   In order to form the connection plug (W plug), an opening, in this case, a via hole is formed in the interlayer insulating film in which the Cu wiring is embedded to expose a part of the surface of the Cu wiring. Next, a base film made of titanium nitride (TiN) or the like is formed as an adhesion layer, W is deposited through the base film, and the via hole is filled with W. Then, the W on the surface is flattened to form a W plug.

ここで、Wを堆積する際には、例えば熱CVD法を採用する。処理温度を例えば450℃程度とし、供給ガスとしては、熱分解反応によりWを供給するためのWF6ガスに加えて、H2ガス及びシラン系(SiH4,Si26等)ガスを含有するものが用いられる。供給ガスにシラン系ガスをH2ガスと共に添加することにより、シラン系ガスのSiがWF6ガスと反応し、WF6ガスの熱分解反応を促進することができる。 Here, when depositing W, for example, a thermal CVD method is employed. For example, the processing temperature is about 450 ° C., and the supply gas contains H 2 gas and silane-based (SiH 4 , Si 2 H 6, etc.) gas in addition to WF 6 gas for supplying W by thermal decomposition reaction What to do is used. By the silane-based gas to feed gas is added together with H 2 gas, Si of the silane-based gas can react with WF 6 gas, to promote the thermal decomposition reaction of WF 6 gas.

なお、Cu配線とその上層配線とを接続するWプラグを形成する代わりに、Cu配線を埋め込む層間絶縁膜に開口として溝を形成し、この溝をWで充填してなるヒューズ(Wヒューズ)を形成する場合にも、上記と同様の供給ガスを用いた熱CVD法が採用される。   Instead of forming a W plug for connecting the Cu wiring and its upper layer wiring, a groove (W fuse) is formed by forming a groove as an opening in an interlayer insulating film embedding the Cu wiring and filling the groove with W. Also in the case of forming, the thermal CVD method using the same supply gas as described above is adopted.

特開2002−43418号公報JP 2002-43418 A

Cu配線上の接続孔にWプラグを形成する場合、Wプラグの下地膜として例えばTiN膜を形成する場合が多い。この下地膜を厚く形成すると、Cu配線、Wプラグ及び上層配線間の接触抵抗が増加する。従って、下地膜はある程度薄く形成する必要がある。   When a W plug is formed in a connection hole on a Cu wiring, for example, a TiN film is often formed as a base film for the W plug. When the base film is formed thick, the contact resistance between the Cu wiring, the W plug and the upper layer wiring increases. Therefore, it is necessary to form the base film thin to some extent.

しかしながら、薄い下地膜を形成すると、接続孔の内壁面において十分な段差被覆性を得ることができない。そのため、接続孔の内壁面に段差が生じる。この段差形成に起因して、接続孔を埋め込むようにCVD法によりWを堆積すると、供給ガスが下地膜の段差部分を透過して、接続孔の底面に露出するCu表面を浸食する場合がある。この浸食は特に、供給ガス中のシラン系ガスが主因であると考えられる。シラン系ガスはCuとの反応が活性であり、シラン系ガスによるCuの浸食が促進する。Cuの浸食が進むと、Cu配線とWプラグとの間における接触抵抗が増大し、電気特性が劣化するという問題がある。   However, if a thin base film is formed, sufficient step coverage cannot be obtained on the inner wall surface of the connection hole. Therefore, a step is generated on the inner wall surface of the connection hole. When W is deposited by CVD so as to fill the connection hole due to the formation of the step, the supply gas may permeate the step portion of the base film and erode the Cu surface exposed on the bottom surface of the connection hole. . This erosion is considered to be mainly caused by the silane-based gas in the supply gas. The silane-based gas has an active reaction with Cu, and Cu erosion by the silane-based gas is promoted. As Cu erosion progresses, there is a problem that the contact resistance between the Cu wiring and the W plug increases, and the electrical characteristics deteriorate.

特許文献1には、ダマシン法で形成されるCu配線のWプラグにおいて、下地膜を塊状の多結晶構造に形成し、Cu拡散を防止する旨が開示されている。しかしながらこの場合、下地膜を窒素濃度を高くして所期の特殊な状態に形成することを要する。また、特許文献1の明細書の例えば段落[0037]には、CVD法によりWプラグを形成する際の供給ガスをWF6ガスとシラン系ガスであるSiH4ガスとの混合ガスとする旨が明記されており、シラン系ガスを用いたことによる上記の問題の発生は不可避であると考えられる。 Patent Document 1 discloses that in a W plug of Cu wiring formed by a damascene method, a base film is formed in a massive polycrystalline structure to prevent Cu diffusion. However, in this case, it is necessary to form the base film in a desired special state by increasing the nitrogen concentration. Further, for example, paragraph [0037] of the specification of Patent Document 1 states that the supply gas for forming the W plug by the CVD method is a mixed gas of WF 6 gas and SiH 4 gas that is a silane-based gas. It is clearly stated that the occurrence of the above problems due to the use of silane-based gas is considered inevitable.

本件は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、Wを材料とする接続部の下地膜の形成工程として、形成容易なプロセスを選択することができ、下層のCu配線である第1の配線のCuの浸食を抑制することにより、第1の配線と接続部との間における接触抵抗を低く抑えるとともにその均一性を高め、信頼性の高い半導体装置を実現することを可能とする、半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present case has been made in view of the above-described problem, and a process that can be easily formed can be selected as the formation process of the base film of the connection portion using W as a material. By suppressing Cu erosion of the wiring, it is possible to suppress the contact resistance between the first wiring and the connection portion and to increase the uniformity thereof, thereby realizing a highly reliable semiconductor device. An object is to provide an apparatus and a method for manufacturing the same.

本件の半導体装置の製造方法は、半導体基板の上方に銅を含有する第1の配線を形成する工程と、前記第1の配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜に、前記第1の配線の表面の一部を露出させる開口を形成する工程と、前記開口の内壁面にTiN又はWNからなる下地膜を形成する工程と、WF6と、B26及びNH3の少なくとも一方と、H2とを含有し、且つシラン系ガスを含有しない第1の供給ガスを用い、前記下地膜上に第1のW含有膜を形成する工程とを含む。 In the method of manufacturing a semiconductor device of the present case, a step of forming a first wiring containing copper above a semiconductor substrate, a step of forming an interlayer insulating film on the first wiring, and the interlayer insulating film, forming said forming an opening for exposing a portion of the surface of the first wiring, the base film made of TiN or WN on the inner wall surface of the opening, and WF 6, B 2 H 6 and NH 3 Forming a first W-containing film on the base film using a first supply gas containing at least one of the above and H 2 and not containing a silane-based gas.

本件によれば、Wを材料とする接続部の下地膜の形成工程として、形成容易なプロセスを選択することができ、下層のCu配線である第1の配線のCuの浸食を抑制することにより、第1の配線と接続部との間における接触抵抗を低く抑えるとともにその均一性を高め、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。   According to the present case, a process that can be easily formed can be selected as the formation process of the base film of the connection portion using W as a material, and by suppressing Cu erosion of the first wiring that is the lower-layer Cu wiring In addition, the contact resistance between the first wiring and the connection portion can be kept low, and the uniformity thereof can be enhanced, thereby realizing a highly reliable semiconductor device.

―本発明の基本骨子―
本発明者は、Wを材料とする接続部を形成する際に生じるCu配線のCu浸食を、配線材料にCuを用いたことにより発生する特有の問題であると認識した。
―Basic outline of the present invention―
The present inventor has recognized that the Cu erosion of the Cu wiring that occurs when forming the connection portion made of W as a material is a unique problem caused by using Cu as the wiring material.

本発明では、CVD法の供給ガスにおいて、シラン系ガスの少なくとも一部に替わってB26及びNH3の少なくとも一方を用いる。
26及びNH3は、シラン系ガスと同様にWF6ガスの熱分解反応を促進する性質を有する。その一方で、シラン系ガスと異なり、Cuとの反応性に乏しい。従って、CVD法によりB26及びNH3の少なくとも一方を含有する供給ガスを用いて、接続孔等の開口を埋め込むようにWを堆積する際に、下地膜を薄く形成して開口の内壁面に段差が生じた場合でも、開口の底面に露出するCu表面を供給ガスが浸食することが防止される。従って、開口を埋め込むようにWを堆積した場合、堆積したWにはCu配線のCuの移動が発生せず、薄い下地膜でも当該下地膜によりWがCu配線のCuと峻別された状態で、Wプラグ等の接続部が形成される。
In the present invention, at least one of B 2 H 6 and NH 3 is used in place of at least a part of the silane-based gas in the supply gas of the CVD method.
B 2 H 6 and NH 3 have the property of accelerating the thermal decomposition reaction of WF 6 gas, like silane-based gases. On the other hand, unlike the silane-based gas, the reactivity with Cu is poor. Therefore, when depositing W so as to embed an opening such as a connection hole by using a supply gas containing at least one of B 2 H 6 and NH 3 by a CVD method, a base film is formed thinly, Even when a step is generated on the wall surface, the supply gas is prevented from eroding the Cu surface exposed on the bottom surface of the opening. Therefore, when W is deposited so as to fill the opening, Cu movement of the Cu wiring does not occur in the deposited W, and even in a thin base film, W is distinguished from Cu of the Cu wiring by the base film. A connecting portion such as a W plug is formed.

―本発明を適用した具体的な諸実施形態―
以下、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施形態では、半導体装置としてMOSトランジスタを例示し、その構成を製造方法と共に説明する。なお、本発明が適用される半導体装置としては、MOSトランジスタ以外でも、各種の半導体メモリやバイポーラトランジスタ等、微細配線を要する半導体装置であれば適用可能である。
-Specific embodiments to which the present invention is applied-
Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a MOS transistor is exemplified as a semiconductor device, and the configuration thereof will be described together with a manufacturing method. The semiconductor device to which the present invention is applied can be applied to any semiconductor device requiring fine wiring, such as various semiconductor memories and bipolar transistors, other than MOS transistors.

(第1の実施形態)
図1〜図9は、第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
初めに、図1(a)に示すように、シリコン基板1の素子分離構造2により確定された活性領域に、ゲート絶縁膜3を介してゲート電極4を形成する。
詳細には、先ず、シリコン基板1における素子分離領域に分離溝2aを形成し、この分離溝2aを埋め込むように絶縁膜、ここではシリコン酸化膜を形成する。そして、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)法によりシリコン酸化膜を平坦化する。以上により、分離溝2aを充填するSTI(Shallow Trench Isolation)素子分離構造2が形成され、素子分離構造2によりシリコン基板1上で活性領域が画定される。
(First embodiment)
1 to 9 are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the MOS transistor according to the first embodiment in the order of steps.
First, as shown in FIG. 1A, a gate electrode 4 is formed through a gate insulating film 3 in an active region determined by the element isolation structure 2 of the silicon substrate 1.
Specifically, first, an isolation groove 2a is formed in an element isolation region in the silicon substrate 1, and an insulating film, here a silicon oxide film, is formed so as to fill the isolation groove 2a. Then, the silicon oxide film is planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) method. As described above, the STI (Shallow Trench Isolation) element isolation structure 2 filling the isolation groove 2 a is formed, and the active region is defined on the silicon substrate 1 by the element isolation structure 2.

次に、シリコン基板1の活性領域上に膜厚2nm程度に薄いシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にCVD法等により多結晶シリコン膜を膜厚150nm程度に堆積する。その後、多結晶シリコン膜及びシリコン酸化膜をリソグラフィー及びドライエッチングにより加工する。以上により、シリコン基板1上でゲート絶縁膜3を介してなるゲート電極4が形成される。   Next, a silicon oxide film having a thickness of about 2 nm is formed on the active region of the silicon substrate 1. Then, a polycrystalline silicon film is deposited to a thickness of about 150 nm on the silicon oxide film by a CVD method or the like. Thereafter, the polycrystalline silicon film and the silicon oxide film are processed by lithography and dry etching. Thus, the gate electrode 4 is formed on the silicon substrate 1 with the gate insulating film 3 interposed therebetween.

続いて、図1(b)に示すように、ソース/ドレイン領域5を形成する。
詳細には、活性領域にn型不純物、ここではリン(P+)をドーズ量1×1016/cm2程度、加速エネルギー10keV程度でイオン注入する。ここで、p型不純物の場合には、例えばホウ素(B+)をドーズ量5×1015/cm2程度、加速エネルギー5keV程度でイオン注入する。その後、シリコン基板1をアニール処理して不純物を活性化する。以上により、活性領域におけるゲート電極4の両側にソース/ドレイン領域5が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, source / drain regions 5 are formed.
Specifically, an n-type impurity, here, phosphorus (P + ) is ion-implanted into the active region at a dose of about 1 × 10 16 / cm 2 and an acceleration energy of about 10 keV. Here, in the case of a p-type impurity, for example, boron (B + ) is ion-implanted with a dose amount of about 5 × 10 15 / cm 2 and an acceleration energy of about 5 keV. Thereafter, the silicon substrate 1 is annealed to activate the impurities. Thus, source / drain regions 5 are formed on both sides of the gate electrode 4 in the active region.

続いて、図1(b)に示すように、層間絶縁膜6を形成し、この層間絶縁膜6にWプラグ7を形成する。
詳細には、先ず、ゲート電極4を覆うように、シリコン基板1の全面にCVD法等により絶縁膜、ここではシリコン酸化膜を堆積し、層間絶縁膜6を形成する。
次に、層間絶縁膜6をリソグラフィー及びドライエッチングにより加工し、ソース/ドレイン領域5(及びゲート電極4:不図示)の表面の一部を露出させるコンタクト孔7aを形成する。そして、コンタクト孔7aの内壁面を覆うように、スパッタ法によりTiN等を堆積し、密着層となる下地膜7bを形成する。
その後、下地膜7bを介してコンタクト孔7aを埋め込むように、層間絶縁膜6上にCVD法等によりタングステン(W)を堆積し、堆積されたWの表面をCMP法により研磨して平坦化する。以上により、下地膜7bを介してコンタクト孔7aを充填してなるWプラグ7が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, an interlayer insulating film 6 is formed, and a W plug 7 is formed in the interlayer insulating film 6.
Specifically, first, an insulating film, here a silicon oxide film, is deposited on the entire surface of the silicon substrate 1 by a CVD method or the like so as to cover the gate electrode 4 to form an interlayer insulating film 6.
Next, the interlayer insulating film 6 is processed by lithography and dry etching to form a contact hole 7a exposing a part of the surface of the source / drain region 5 (and the gate electrode 4: not shown). Then, TiN or the like is deposited by a sputtering method so as to cover the inner wall surface of the contact hole 7a, thereby forming a base film 7b serving as an adhesion layer.
Thereafter, tungsten (W) is deposited on the interlayer insulating film 6 by a CVD method or the like so as to fill the contact hole 7a through the base film 7b, and the surface of the deposited W is polished and planarized by the CMP method. . As a result, the W plug 7 filling the contact hole 7a through the base film 7b is formed.

続いて、図2(a)に示すように、層間絶縁膜8を形成し、ダマシン法、ここではシングルダマシン法によりこの層間絶縁膜8にCu配線9を形成する。なお、図2(a)〜図では、図示の便宜上、層間絶縁膜8から上部の構成のみを図示し、層間絶縁膜6及びWプラグ7から下部の構成の図示を省略する。 Subsequently, as shown in FIG. 2A, an interlayer insulating film 8 is formed, and a Cu wiring 9 is formed in the interlayer insulating film 8 by a damascene method, here, a single damascene method. 2A to 9 , for convenience of illustration, only the upper structure from the interlayer insulating film 8 is illustrated, and the lower structure from the interlayer insulating film 6 and the W plug 7 is not illustrated.

詳細には、先ず、Wプラグ7を覆うように、層間絶縁膜6の全面にCVD法等により絶縁膜、ここではPECVD法によりシリコン酸化膜を例えば膜厚500nm程度に堆積し、平坦化のための研磨処理を行って、層間絶縁膜8を形成する。
次に、下地からの反射を防止するため反射防止膜(不図示)を形成する。その後、反射防止膜にフォトレジストを塗布し、これをフォトリソグラフィーにより加工して配線溝形状のレジストパターン(不図示)を形成する。
次に、レジストパターンをマスクとして反射防止膜及び層間絶縁膜8をエッチングし、Wプラグ7の表面を露出させる配線溝9aを形成する。その後、不要なレジストパターン及び反射防止膜を除去する。
More specifically, first, an insulating film, such as a silicon oxide film, is deposited to a thickness of, for example, about 500 nm by a CVD method or the like over the entire surface of the interlayer insulating film 6 so as to cover the W plug 7 for planarization. Then, the interlayer insulating film 8 is formed.
Next, an antireflection film (not shown) is formed to prevent reflection from the base. Thereafter, a photoresist is applied to the antireflection film, and this is processed by photolithography to form a wiring groove-shaped resist pattern (not shown).
Next, the antireflection film and the interlayer insulating film 8 are etched using the resist pattern as a mask, thereby forming a wiring groove 9 a that exposes the surface of the W plug 7. Thereafter, unnecessary resist patterns and antireflection films are removed.

次に、配線溝9aの内壁面を覆うように、密着層となる下地膜9bとしてTiN膜、Ta膜又はTaN膜をスパッタ法により例えば膜厚15nm程度に成膜し、次に下地膜9b上にメッキ電極膜(不図示)を例えば膜厚130nm程度に形成する。
次に、電界メッキ法によりCu膜(Cu又はその合金膜。以下同じ)を成膜した後、CMP法によりCu膜及び下地膜9bを研磨する。以上により、配線溝9a内に下地膜9bを介してCu(Cu又はその合金。以下同じ)で充填され、Wプラグ7と電気的に接続されてなるCu配線9が形成される。
Next, a TiN film, a Ta film or a TaN film is formed to a thickness of, for example, about 15 nm as a base film 9b serving as an adhesion layer so as to cover the inner wall surface of the wiring trench 9a, and then on the base film 9b. A plating electrode film (not shown) is formed to a thickness of about 130 nm, for example.
Next, after forming a Cu film (Cu or an alloy film thereof; the same applies hereinafter) by electroplating, the Cu film and the base film 9b are polished by CMP. As described above, the Cu wiring 9 is formed which is filled with Cu (Cu or an alloy thereof; the same shall apply hereinafter) in the wiring groove 9a through the base film 9b and is electrically connected to the W plug 7.

続いて、図2(b)〜図6(a)に示すように、エッチングストッパー膜11及び層間絶縁膜12を形成し、ダマシン法、ここではデュアルダマシン法によりエッチングストッパー膜11及び層間絶縁膜12にCu配線部13を形成する。
詳細には、先ず、図2(b)に示すように、Cu配線9を覆うように、層間絶縁膜8上絶縁膜、ここではシリコン窒化膜をCVD法等により膜厚50nm程度に堆積し、エッチングストッパー膜11を形成する。
次に、エッチングストッパー膜11の全面にCVD法等により絶縁膜、ここではカーボン(C)をドープさせたシリコン酸化膜を例えば膜厚500nm程度に堆積し、層間絶縁膜12を形成する。
次に、Cu配線部13を形成するときのエッチングマスクとなるSiN膜31をプラズマCVD法により例えば膜厚100nm程度に形成する。
Subsequently, as shown in FIGS. 2B to 6A, an etching stopper film 11 and an interlayer insulating film 12 are formed, and the etching stopper film 11 and the interlayer insulating film 12 are formed by a damascene method, here, a dual damascene method. A Cu wiring portion 13 is formed on the substrate.
Specifically, first, as shown in FIG. 2B, an insulating film on the interlayer insulating film 8, here a silicon nitride film is deposited to a thickness of about 50 nm by a CVD method or the like so as to cover the Cu wiring 9, An etching stopper film 11 is formed.
Next, an insulating film, here a silicon oxide film doped with carbon (C), is deposited to a thickness of, for example, about 500 nm over the entire surface of the etching stopper film 11 to form an interlayer insulating film 12.
Next, a SiN film 31 serving as an etching mask when forming the Cu wiring portion 13 is formed to a thickness of, for example, about 100 nm by plasma CVD.

次に、図3(a)に示すように、SiN膜31上に反射防止膜32を形成した後、この反射防止膜32上にフォトレジストを塗布し、これをフォトリソグラフィーにより加工して配線溝形状のレジストパターン33を形成する。
次に、図3(b)に示すように、レジストパターン33をマスクとして反射防止膜32及びSiN膜31をプラズマエッチングし、SiN膜31に配線溝パターン31aを形成する。その後、不要なレジストパターン33及び反射防止膜32を除去する。
Next, as shown in FIG. 3A, after forming an antireflection film 32 on the SiN film 31, a photoresist is applied on the antireflection film 32, and this is processed by photolithography to form a wiring groove. A resist pattern 33 having a shape is formed.
Next, as shown in FIG. 3B, the antireflection film 32 and the SiN film 31 are plasma etched using the resist pattern 33 as a mask to form a wiring groove pattern 31 a in the SiN film 31. Thereafter, unnecessary resist pattern 33 and antireflection film 32 are removed.

次に、図4(a)に示すように、SiN膜31上に配線溝パターン31aを埋め込むように反射防止膜34を例えば膜厚110nm程度に形成した後、この反射防止膜34上にフォトレジストを塗布し、これをフォトリソグラフィーにより加工してビア孔パターン35aを有するレジストパターン35を形成する。
次に、図4(b)に示すように、レジストパターン35をマスクとして反射防止膜34及びSiN膜31をプラズマエッチングする。
Next, as shown in FIG. 4A, after forming an antireflection film 34 to a thickness of, for example, about 110 nm so as to embed the wiring groove pattern 31a on the SiN film 31, a photoresist is formed on the antireflection film 34. And is processed by photolithography to form a resist pattern 35 having a via hole pattern 35a.
Next, as shown in FIG. 4B, the antireflection film 34 and the SiN film 31 are plasma etched using the resist pattern 35 as a mask.

次に、図5(a)に示すように、レジストパターン35をマスクとし、エッチングストッパー膜11をストッパーとして、層間絶縁膜12をエッチングする。このとき、層間絶縁膜12にビア孔13aが形成されてエッチングストッパー膜11の表面の一部が露出する。ここで、エッチングストッパー膜11の一部が露出するが開口はされない(Cu配線9の表面の一部は露出しない)状態で、レジストパターン35及び反射防止膜34が当該エッチングにより消失するが、当該状態のときに残存するレジストパターン35及び反射防止膜34を除去するようにしても良い。
次に、上記のエッチングに引き続く一連工程の一環として、SiN膜31をマスクとして、エッチングストッパー膜11がエッチングされてCu配線9の表面の一部が露出するまで、層間絶縁膜12をエッチングし、層間絶縁膜12に配線溝13bを形成する。当該一連工程により、配線溝13bとビア孔13aとが連続的に一体形成された複合溝13cが形成される。
Next, as shown in FIG. 5A, the interlayer insulating film 12 is etched using the resist pattern 35 as a mask and the etching stopper film 11 as a stopper. At this time, a via hole 13a is formed in the interlayer insulating film 12, and a part of the surface of the etching stopper film 11 is exposed. Here, in a state where a part of the etching stopper film 11 is exposed but not opened (a part of the surface of the Cu wiring 9 is not exposed), the resist pattern 35 and the antireflection film 34 are lost by the etching. The resist pattern 35 and the antireflection film 34 remaining in the state may be removed.
Next, as part of a series of steps following the above etching, the interlayer insulating film 12 is etched until the etching stopper film 11 is etched and a part of the surface of the Cu wiring 9 is exposed using the SiN film 31 as a mask. A wiring trench 13 b is formed in the interlayer insulating film 12. By the series of steps, a composite groove 13c in which the wiring groove 13b and the via hole 13a are integrally formed continuously is formed.

次に、図5(b)に示すように、複合溝13cの内壁面を覆うように、密着層となる下地膜13dとしてTiN膜、Ta膜又はTaN膜(例えば膜厚15nm程度)をスパッタ法により成膜し、次に下地膜13d上にメッキ電極膜(不図示)(例えば膜厚130nm程度)を形成し、電界メッキ法によりCu膜13eを成膜する。
そして、図6(a)に示すように、CMP法によりCu膜13e及び下地膜13dを研磨する。以上により、複合溝13c内に下地膜13dを介してCuで充填され、Cu配線9と電気的に接続されてなるCu配線部13が形成される。ここで、残存したSiN膜31はCMPのストッパーとして機能し、除去される。
Next, as shown in FIG. 5B, a TiN film, a Ta film, or a TaN film (for example, a film thickness of about 15 nm) is sputtered as a base film 13d serving as an adhesion layer so as to cover the inner wall surface of the composite groove 13c. Then, a plating electrode film (not shown) (for example, a film thickness of about 130 nm) is formed on the base film 13d, and a Cu film 13e is formed by electroplating.
Then, as shown in FIG. 6A, the Cu film 13e and the base film 13d are polished by the CMP method. As described above, the Cu wiring portion 13 is formed which is filled with Cu through the base film 13 d in the composite groove 13 c and is electrically connected to the Cu wiring 9. Here, the remaining SiN film 31 functions as a CMP stopper and is removed.

続いて、図6(b)に示すように、エッチングストッパー膜14及び層間絶縁膜15を形成する。
詳細には、先ず、Cu配線部13を覆うように、層間絶縁膜12上に絶縁膜、ここではシリコン窒化膜をCVD法等により膜厚50nm程度に堆積し、エッチングストッパー膜14を形成する。
次に、エッチングストッパー膜14の全面にCVD法等により絶縁膜、ここではPECVD法によりシリコン酸化膜を例えば膜厚800nm程度に堆積し、層間絶縁膜15を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, an etching stopper film 14 and an interlayer insulating film 15 are formed.
Specifically, first, an insulating film, here, a silicon nitride film is deposited on the interlayer insulating film 12 to a thickness of about 50 nm by a CVD method or the like so as to cover the Cu wiring portion 13, thereby forming an etching stopper film 14.
Next, an insulating film is deposited on the entire surface of the etching stopper film 14 by a CVD method or the like, here a silicon oxide film is deposited to a thickness of, for example, about 800 nm by a PECVD method, thereby forming an interlayer insulating film 15.

続いて、図7(a)に示すように、ビア孔16を形成する。
詳細には、エッチングストッパー膜14をストッパーとして用い、Cu配線部13の表面の一部が露出するまで層間絶縁膜15をエッチングする。以上により、エッチングストッパー膜14及び層間絶縁膜15にビア孔16が形成される。
ここで、ビア孔16の底面で露出するCu配線部13の表面の一部は大気に晒されており、若干の表面酸化が生じる。この表面酸化膜を例えばH2を用いたプラズマ処理により除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, a via hole 16 is formed.
Specifically, using the etching stopper film 14 as a stopper, the interlayer insulating film 15 is etched until a part of the surface of the Cu wiring portion 13 is exposed. Thus, the via hole 16 is formed in the etching stopper film 14 and the interlayer insulating film 15.
Here, a part of the surface of the Cu wiring portion 13 exposed at the bottom surface of the via hole 16 is exposed to the atmosphere, and some surface oxidation occurs. This surface oxide film is removed by plasma treatment using, for example, H 2 .

続いて、図7(b)に示すように、下地膜17を形成する。
詳細には、ビア孔16の内壁面を覆うように層間絶縁膜15上に、密着層となる下地膜17としてTiN膜を例えば反応型スパッタ法により形成する。本実施形態では、TiN膜の段差被覆率は、電気特性に大きな影響を与えないため、高い精度による制御を必要としない。従って、当該TiN膜として、通常ではCu拡散を防止するために15nm〜20nm程度の均一な膜厚として段差被覆率の確保を要するのに対して、本実施形態では、図示のように不均一な膜厚に下地膜17を形成しても良い。ここでは、密着機能を果たす観点から膜厚下限値を設定して、下地膜17を膜厚2nm〜10nm程度、更に詳細には3nm〜5nm程度、例えば5nm程度に形成する。下地膜17としては、TiN膜の代わりに例えばWN膜を形成しても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, a base film 17 is formed.
Specifically, a TiN film is formed on the interlayer insulating film 15 so as to cover the inner wall surface of the via hole 16 as a base film 17 serving as an adhesion layer by, for example, reactive sputtering. In the present embodiment, the step coverage of the TiN film does not significantly affect the electrical characteristics, and therefore does not require control with high accuracy. Therefore, as the TiN film, it is usually necessary to secure a step coverage with a uniform film thickness of about 15 nm to 20 nm in order to prevent Cu diffusion, whereas in the present embodiment, the TiN film is not uniform as shown in the figure. The base film 17 may be formed in a film thickness. Here, the lower limit value of the film thickness is set from the viewpoint of achieving the adhesion function, and the base film 17 is formed with a film thickness of about 2 nm to 10 nm, more specifically about 3 nm to 5 nm, for example, about 5 nm. For example, a WN film may be formed as the base film 17 instead of the TiN film.

続いて、図8(a)に示すように、タングステン(W)膜18を堆積する。
詳細には、例えば2段階の熱CVD法により、以下のようにW膜18を堆積する。
先ず、第1段階(初期段階)として、WF6、H2及びB26を含有し、シラン系ガスを含有しない第1の供給ガスを用いる。第1の供給ガスの流量におけるB26ガスの含有割合としては、WF6ガスの熱分解反応の十分な促進効率を確保する観点から下限値を、タングステンの異常凹凸成長を抑制する観点から上限値を設定して、例えば0.05%〜10%程度とすれば良い。ここでは第1の供給ガスの流量を、WF6/H2/B26について50sccm/3000sccm/10sccm程度とする。また、希釈ガスとしてN2ガスを導入する。成膜温度(基板温度:第1の温度)としては、300℃〜360℃程度、ここでは330℃程度に設定する。
上記の要件で、ビア孔16の内壁面及び層間絶縁膜15上を下地膜17により覆うように、膜厚2nm〜20nm程度、ここでは5nm程度のW膜18aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, a tungsten (W) film 18 is deposited.
Specifically, the W film 18 is deposited as follows by, for example, a two-stage thermal CVD method.
First, as a first stage (initial stage), a first supply gas containing WF 6 , H 2 and B 2 H 6 and not containing a silane-based gas is used. The content ratio of the B 2 H 6 gas at the flow rate of the first supply gas is set to a lower limit from the viewpoint of ensuring sufficient acceleration efficiency of the thermal decomposition reaction of the WF 6 gas, and from the viewpoint of suppressing abnormal uneven growth of tungsten. An upper limit may be set, for example, about 0.05% to 10%. Here, the flow rate of the first supply gas is set to about 50 sccm / 3000 sccm / 10 sccm for WF 6 / H 2 / B 2 H 6 . In addition, N2 gas is introduced as a dilution gas. The film forming temperature (substrate temperature: first temperature) is set to about 300 ° C. to 360 ° C., here about 330 ° C.
With the above requirements, a W film 18a having a film thickness of about 2 nm to 20 nm, here about 5 nm, is formed so as to cover the inner wall surface of the via hole 16 and the interlayer insulating film 15 with the base film 17.

次に、WF 6 及び2を含有する第2の供給ガスを用い、第2の供給ガスの流量を、WF6/H2について100sccm/3000sccm程度に設定する。また、成膜温度(基板温度:第2の温度)を第1の温度よりも高温である350℃〜450℃程度、ここでは400℃程度に設定する。
上記の要件で、W膜18aと一体となってビア孔16を埋め込むように、膜厚100nm〜500nm程度、ここでは200nm程度のW膜18bを形成する。以上のように、W膜18aとW膜18bとが一体化してW膜18が形成される。なお、図8(a)では便宜上、W膜18aとW膜18bとの境界を破線で示す。
Next, the second supply gas containing WF 6 and H 2 is used, and the flow rate of the second supply gas is set to about 100 sccm / 3000 sccm for WF 6 / H 2 . Further, the film formation temperature (substrate temperature: second temperature) is set to about 350 ° C. to 450 ° C., which is higher than the first temperature, here, about 400 ° C.
Under the above requirements, the W film 18b having a thickness of about 100 nm to 500 nm, here, about 200 nm is formed so as to embed the via hole 16 integrally with the W film 18a. As described above, the W film 18a is formed by integrating the W film 18a and the W film 18b. In FIG. 8A, for convenience, the boundary between the W film 18a and the W film 18b is indicated by a broken line.

続いて、図8(b)に示すように、Wプラグ19を形成する。
詳細には、層間絶縁膜15をストッパーとしてW膜18及び下地膜17をCMPにより研磨して平坦化する。以上により、ビア孔16内を下地膜17を介してW膜18で充填してなるWプラグ19が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 8B, a W plug 19 is formed.
Specifically, the W film 18 and the base film 17 are polished and planarized by CMP using the interlayer insulating film 15 as a stopper. Thus, the W plug 19 is formed by filling the via hole 16 with the W film 18 through the base film 17.

ここで、Wプラグ19は、W膜18aにB26ガスのホウ素(B)を含有しており、その結果、W膜18の全体として見れば、少なくともW膜18の下地膜17との界面部分(W膜18aの部分)にBを含有する構成となる。 Here, the W plug 19 contains boron (B) of B 2 H 6 gas in the W film 18 a, and as a result, when viewed as a whole of the W film 18, at least with the base film 17 of the W film 18. The interface portion (W film 18a portion) contains B.

続いて、図9に示すように、上層配線21を形成する。
詳細には、先ず、Wプラグ19の表面を覆うように層間絶縁膜15上に、密着膜21aとしてTi膜又はTiN膜等をスパッタ法により例えば膜厚50nm程度に成膜する。
次に、密着膜21a上にAl膜(Al又はその合金膜)21bをスパッタ法により例えば膜厚1000nm程度に成膜する。
次に、Al膜21b上に、密着膜21cとしてTi膜又はTiN膜等をスパッタ法により例えば膜厚50nm程度に成膜する。
そして、密着膜21c、Al膜21b及び密着膜21aを配線形状にエッチングする。以上により、Wプラグ19と電気的に接続され、層間絶縁膜15上で延在する上層配線21が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 9, the upper layer wiring 21 is formed.
More specifically, first, a Ti film or a TiN film is deposited as an adhesion film 21a to a thickness of, for example, about 50 nm on the interlayer insulating film 15 so as to cover the surface of the W plug 19 by sputtering.
Next, an Al film (Al or an alloy film thereof) 21b is formed on the adhesion film 21a by sputtering, for example, with a film thickness of about 1000 nm.
Next, a Ti film, a TiN film, or the like is formed as an adhesion film 21c on the Al film 21b by sputtering, for example, to a film thickness of about 50 nm.
Then, the adhesion film 21c, the Al film 21b, and the adhesion film 21a are etched into a wiring shape. Thus, the upper layer wiring 21 that is electrically connected to the W plug 19 and extends on the interlayer insulating film 15 is formed.

しかる後、保護膜の形成や上層配線21との接続パッドの形成等を経て、本実施形態によるMOSトランジスタを完成させる。   Thereafter, the MOS transistor according to the present embodiment is completed through formation of a protective film, formation of a connection pad with the upper layer wiring 21, and the like.

本実施形態では、Wプラグ19を形成する際に、先ず、B26を含有する第1の供給ガスを用いて、接続孔等の開口を埋め込むようにW膜18aを堆積する。この構成により、下地膜17を薄く形成してビア孔17の内壁面に段差が生じた場合でも、ビア孔17の底面に露出するCu表面を供給ガスが浸食することが防止される。従って、ビア孔17を埋め込むようにW膜18を堆積した場合、堆積したW膜18にはCu配線部13のCuの移動が発生せず、薄い下地膜17でも当該下地膜17によりWがCu配線部13のCuと峻別された状態で、Wプラグ19が形成される。 In the present embodiment, when forming the W plug 19, first, the W film 18 a is deposited using a first supply gas containing B 2 H 6 so as to embed an opening such as a connection hole. With this configuration, even when the base film 17 is formed thin and a step is generated on the inner wall surface of the via hole 17, the supply gas is prevented from eroding the Cu surface exposed on the bottom surface of the via hole 17. Therefore, when the W film 18 is deposited so as to embed the via hole 17, the Cu movement of the Cu wiring portion 13 does not occur in the deposited W film 18. A W plug 19 is formed in a state of being distinct from Cu of the wiring portion 13.

従って、本実施形態によれば、Wプラグ19の下地膜17の形成工程として、形成容易なプロセスを選択することができ、下層のCu配線部13のCuの浸食を抑制することにより、Cu配線部13とWプラグ19との間における接触抵抗を低く抑えるとともにその均一性を高め、信頼性の高いMOSトランジスタを実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, a process that can be easily formed can be selected as the formation process of the base film 17 of the W plug 19, and Cu wiring is suppressed by suppressing Cu erosion of the underlying Cu wiring portion 13. The contact resistance between the portion 13 and the W plug 19 can be kept low, and the uniformity thereof can be enhanced, thereby realizing a highly reliable MOS transistor.

(第2の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態と同様にMOSトランジスタの製造方法を開示するが、上層配線とその下層のCu配線部とを接続するWプラグの形成工程が若干相違する。
図10は、第2の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法の主要工程のみを示す概略断面図である。
(Second Embodiment)
In this embodiment, a method for manufacturing a MOS transistor is disclosed as in the first embodiment, but the process of forming a W plug for connecting an upper wiring and a Cu wiring portion below it is slightly different.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing only main steps of the MOS transistor manufacturing method according to the second embodiment.

初めに、第1の実施形態の図1(a)〜図7(b)と同様の各工程を順次実行する。
続いて、図10(a)に示すように、タングステン(W)膜18を堆積する。
詳細には、第1の実施形態と同様に、2段階の熱CVD法により、以下のようにW膜22を堆積する。
先ず、第1段階(初期段階)として、WF6、H2及びNH3を含有し、シラン系ガスを含有しない第1の供給ガスを用いる。第1の供給ガスの流量におけるNH3ガスの含有割合としては、WF6ガスの熱分解反応の十分な促進効率を確保する観点から下限値を、成膜被覆率の低減を抑制する観点から上限値を設定して、例えば2%〜30%程度とすれば良い。ここでは第1の供給ガスの流量を、WF6/H2/NH3について50sccm/3000sccm/200sccm程度とする。また、希釈ガスとしてN2ガスを導入する。成膜温度(基板温度:第1の温度)としては、300℃〜360℃程度、ここでは330℃程度に設定する。また、WF6とNH3とを同時に反応室に導入せず、交互に導入することにより、WF6の分解の急速な反応を抑制して、薄膜成長を行う場合もある。
上記の要件で、ビア孔16の内壁面及び層間絶縁膜15上を下地膜17を介して覆うように、膜厚2nm〜10nm程度、ここでは5nm程度のW膜22aを形成する。
First, the same steps as those in FIGS. 1A to 7B of the first embodiment are sequentially performed.
Subsequently, as shown in FIG. 10A, a tungsten (W) film 18 is deposited.
Specifically, as in the first embodiment, the W film 22 is deposited as follows by a two-stage thermal CVD method.
First, as a first stage (initial stage), a first supply gas containing WF 6 , H 2 and NH 3 and not containing a silane-based gas is used. The NH 3 gas content ratio in the flow rate of the first supply gas is a lower limit from the viewpoint of ensuring sufficient acceleration efficiency of the thermal decomposition reaction of the WF 6 gas, and an upper limit from the viewpoint of suppressing a reduction in the film deposition coverage. A value may be set, for example, about 2% to 30%. Here, the flow rate of the first supply gas is set to about 50 sccm / 3000 sccm / 200 sccm for WF 6 / H 2 / NH 3 . Further, N 2 gas is introduced as a dilution gas. The film forming temperature (substrate temperature: first temperature) is set to about 300 ° C. to 360 ° C., here about 330 ° C. In some cases, WF 6 and NH 3 are not simultaneously introduced into the reaction chamber, but are introduced alternately, thereby suppressing the rapid reaction of WF 6 decomposition and performing thin film growth.
With the above requirements, a W film 22a having a film thickness of about 2 nm to 10 nm, here about 5 nm, is formed so as to cover the inner wall surface of the via hole 16 and the interlayer insulating film 15 via the base film 17.

次に、WF6及びH2を含有する第2の供給ガスを用い、第2の供給ガスの流量を、WF6/H2について100sccm/3000sccm程度に設定する。また、成膜温度(基板温度:第2の温度)を第1の温度よりも高温である350℃〜450℃程度、ここでは400℃程度に設定する。
上記の要件で、W膜22aと一体となってビア孔16を埋め込むように、膜厚100nm〜500nm程度、ここでは200nm程度のW膜22bを形成する。以上のように、W膜22aとW膜22bとが一体化してW膜22が形成される。なお、図示の例では便宜上、W膜22aとW膜22bとの境界を破線で示す。
Next, the second supply gas containing WF 6 and H 2 is used, and the flow rate of the second supply gas is set to about 100 sccm / 3000 sccm for WF 6 / H 2 . Further, the film formation temperature (substrate temperature: second temperature) is set to about 350 ° C. to 450 ° C., which is higher than the first temperature, here, about 400 ° C.
With the above requirements, the W film 22b having a thickness of about 100 nm to 500 nm, here, about 200 nm is formed so as to be embedded in the W hole 22a and burying the via hole 16. As described above, the W film 22a is formed by integrating the W film 22a and the W film 22b. In the illustrated example, the boundary between the W film 22a and the W film 22b is indicated by a broken line for convenience.

続いて、図8(b)と同様にCMPにより、ビア孔16内を下地膜17を介してW膜22で充填してなるWプラグ23を形成した後、図9と同様の工程を経る。以上により、図10(b)に示すように、Wプラグ23と電気的に接続され、層間絶縁膜15上で延在する上層配線21が形成される。   Subsequently, after the W plug 23 is formed by filling the via hole 16 with the W film 22 through the base film 17 by CMP as in FIG. 8B, the same process as in FIG. 9 is performed. As a result, as shown in FIG. 10B, the upper layer wiring 21 that is electrically connected to the W plug 23 and extends on the interlayer insulating film 15 is formed.

ここで、Wプラグ23は、W膜22aにNH3ガスの窒素(N)を含有しており、その結果、W膜22の全体として見れば、少なくともW膜22の下地膜17との界面部分(W膜22aの部分)にNを含有する構成となる。 Here, the W plug 23 contains NH 3 gas nitrogen (N) in the W film 22 a, and as a result, when viewed as a whole of the W film 22, at least the interface portion of the W film 22 with the base film 17. It becomes the structure which contains N in (the part of W film | membrane 22a).

しかる後、保護膜の形成や上層配線21との接続パッドの形成等を経て、本実施形態によるMOSトランジスタを完成させる。   Thereafter, the MOS transistor according to the present embodiment is completed through formation of a protective film, formation of a connection pad with the upper layer wiring 21, and the like.

本実施形態では、Wプラグ23を形成する際に、先ず、NH3を含有する第1の供給ガスを用いて、接続孔等の開口を埋め込むようにW膜22aを堆積する。この構成により、下地膜17を薄く形成してビア孔17の内壁面に段差が生じた場合でも、ビア孔17の底面に露出するCu表面を供給ガスが浸食することが防止される。従って、ビア孔17を埋め込むようにW膜22を堆積した場合、堆積したW膜22にはCu配線部13のCuの移動が発生せず、薄い下地膜17でも当該下地膜17によりWがCu配線部13のCuと峻別された状態で、Wプラグ23が形成される。 In this embodiment, when the W plug 23 is formed, first, a W film 22a is deposited using a first supply gas containing NH 3 so as to fill an opening such as a connection hole. With this configuration, even when the base film 17 is formed thin and a step is generated on the inner wall surface of the via hole 17, the supply gas is prevented from eroding the Cu surface exposed on the bottom surface of the via hole 17. Therefore, when the W film 22 is deposited so as to fill the via hole 17, the Cu movement of the Cu wiring portion 13 does not occur in the deposited W film 22, and even if the base film 17 is thin, W is Cu by the base film 17. A W plug 23 is formed in a state of being distinct from Cu of the wiring portion 13.

従って、本実施形態によれば、Wプラグ23の下地膜17の形成工程として、形成容易なプロセスを選択することができ、下層のCu配線部13のCuの浸食を抑制することにより、Cu配線部13とWプラグ23との間における接触抵抗を低く抑えるとともにその均一性を高め、信頼性の高いMOSトランジスタを実現することができる。   Therefore, according to the present embodiment, a process that can be easily formed can be selected as the formation process of the base film 17 of the W plug 23, and Cu wiring is suppressed by suppressing Cu erosion of the underlying Cu wiring portion 13. The contact resistance between the portion 13 and the W plug 23 can be kept low and the uniformity thereof can be improved, thereby realizing a highly reliable MOS transistor.

なお、上記したように、第1の実施形態ではWプラグ19のW膜18aを形成する際に、第1の供給ガスとしてB26を含有したものを用い、第1の実施形態ではWプラグ23のW膜22aを形成する際に、第1の供給ガスとしてNH3を含有したものを用いる場合を例示した。本発明はこれらに限定されることなく、例えば第1の供給ガスとしてB26及びNH3を共に含有するものを用いることも考えられる。 As described above, when the W film 18a of the W plug 19 is formed in the first embodiment, a material containing B 2 H 6 is used as the first supply gas, and in the first embodiment, W 2 is used. When the W film 22a of the plug 23 is formed, the case where NH 3 is used as the first supply gas is exemplified. The present invention is not limited to these. For example, it is also conceivable to use a gas containing both B 2 H 6 and NH 3 as the first supply gas.

また、第1及び第2の実施形態では、第1の供給ガスを用いて形成する対象がWプラグである場合を例示した。本発明はこれらに限定されることなく、Cu配線部13を埋め込む層間絶縁膜15に開口として溝を形成し、この溝をW膜で充填してなるヒューズ(Wヒューズ)を形成する場合にも、上記と同様の第1の供給ガスを用いた熱CVD法が採用される。   In the first and second embodiments, the case where the object to be formed using the first supply gas is a W plug is exemplified. The present invention is not limited to these, and also when a groove is formed as an opening in the interlayer insulating film 15 in which the Cu wiring portion 13 is embedded, and a fuse (W fuse) is formed by filling the groove with a W film. The thermal CVD method using the first supply gas similar to the above is employed.

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.

(付記1)半導体基板の上方に銅を含有する第1の配線を形成する工程と、
前記第1の配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記第1の配線の表面の一部を露出させる開口を形成する工程と、
WF6と、B26及びNH3の少なくとも一方とを含有する第1の供給ガスを用い、前記開口にWを含有する接続部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 1) Forming a first wiring containing copper above the semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film on the first wiring;
Forming an opening in the interlayer insulating film to expose a part of the surface of the first wiring;
Forming a connection portion containing W in the opening using a first supply gas containing WF 6 and at least one of B 2 H 6 and NH 3 . Production method.

(付記2)前記接続部を形成する工程は、
前記第1の供給ガスを用いて、前記開口の内壁面を覆う第1のW含有膜を形成する工程と、
WF6及びH2を含有する第2の供給ガスを用い、前記開口を充填する第2のW含有膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 2) The step of forming the connecting portion includes:
Forming a first W-containing film that covers an inner wall surface of the opening using the first supply gas;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: forming a second W-containing film that fills the opening using a second supply gas containing WF 6 and H 2 .

(付記3)前記第1のW含有膜を形成する工程では、成膜温度を300℃以上360℃以下の第1の温度とし、
前記第2のW含有膜を形成する工程では、成膜温度を前記第1の温度よりも高い第2の温度とすることを特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 3) In the step of forming the first W-containing film, the film forming temperature is set to a first temperature of 300 ° C. or higher and 360 ° C. or lower,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 2, wherein in the step of forming the second W-containing film, a film forming temperature is set to a second temperature higher than the first temperature.

(付記4)前記接続部と電気的に接続されるように、前記層間絶縁膜上にAlを含有する第2の配線を形成する工程を更に含むことを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   (Appendix 4) Any one of appendices 1 to 3, further comprising a step of forming a second wiring containing Al on the interlayer insulating film so as to be electrically connected to the connection portion. 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.

(付記5)前記開口部を形成する工程の後、前記接続部を形成する工程の前に、前記開口部の内壁に下地膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする付記1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 5) After the process of forming the said opening part, before the process of forming the said connection part, the process of forming a base film in the inner wall of the said opening part is further included, The additional notes 1-4 characterized by the above-mentioned A manufacturing method of a semiconductor device given in any 1 paragraph.

(付記6)前記下地膜は、TiN又はWNを含むことを特徴とする付記1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 6) The said base film contains TiN or WN, The manufacturing method of the semiconductor device of any one of Additional remark 1-5 characterized by the above-mentioned.

(付記7)前記下地膜は、その最厚部分の厚みが2nm以上10nm以下であることを特徴とする付記1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 7) The said base film is the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Additional remark 1-6 characterized by the thickness of the thickest part being 2 nm or more and 10 nm or less.

(付記8)前記第1の供給ガスはシラン系ガスを含有しないことを特徴とする付記1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   (Additional remark 8) The said 1st supply gas does not contain silane type gas, The manufacturing method of the semiconductor device of any one of Additional remark 1-7 characterized by the above-mentioned.

(付記9)半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成された、銅を含有する第1の配線と、
前記第1の配線上に形成され、前記第1の配線の一部を露出させるように形成された開口を有する層間絶縁膜と、
前記開口部に形成されたWを含有する接続部と
を含み、
前記接続部は、前記接続部はB又はNを含有することを特徴とする半導体装置。
(Appendix 9) a semiconductor substrate;
A first wiring containing copper formed above the semiconductor substrate;
An interlayer insulating film formed on the first wiring and having an opening formed so as to expose a part of the first wiring;
A connection portion containing W formed in the opening,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the connection portion contains B or N.

(付記10)前記接続部と電気的に接続されるように前記層間絶縁膜上に形成されてなる、Alを含有する第2の配線を更に含むことを特徴とする付記9に記載の半導体装置。   (Supplementary note 10) The semiconductor device according to supplementary note 9, further comprising: a second wiring containing Al formed on the interlayer insulating film so as to be electrically connected to the connection portion. .

(付記11)前記開口部の内壁面と前記接続部の間に形成された下地膜をさらに有し、前記下地膜はTiN又はWNを含むことを特徴とする付記9又は10に記載の半導体装置。   (Supplementary note 11) The semiconductor device according to supplementary note 9 or 10, further comprising a base film formed between an inner wall surface of the opening and the connection part, wherein the base film contains TiN or WN. .

(付記12)前記下地膜は、その最厚部分の厚みが2nm以上10nm以下であることを特徴とする付記9〜11のいずれか1項に記載の半導体装置。   (Supplementary note 12) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 9 to 11, wherein the base film has a thickness of a thickest portion of 2 nm to 10 nm.

第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of the MOS transistor by 1st Embodiment in order of a process. 図1に引き続き、第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view subsequent to FIG. 1 illustrating the MOS transistor manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps. 図2に引き続き、第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the MOS transistor according to the first embodiment in order of processes subsequent to FIG. 2. 図3に引き続き、第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing the MOS transistor according to the first embodiment in order of processes following FIG. 3. 図4に引き続き、第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing the MOS transistor according to the first embodiment in order of processes following FIG. 4. 図5に引き続き、第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the MOS transistor manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps, following FIG. 5; 図6に引き続き、第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view subsequent to FIG. 6 showing the MOS transistor manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps. 図7に引き続き、第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing the MOS transistor according to the first embodiment in order of processes subsequent to FIG. 7. 図8に引き続き、第1の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing the MOS transistor according to the first embodiment in order of processes following FIG. 8. 第2の実施形態によるMOSトランジスタの製造方法の主要工程のみを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows only the main processes of the manufacturing method of the MOS transistor by 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 素子分離構造
2a 分離溝
3 ゲート絶縁膜
4 ゲート電極
5 ソース/ドレイン領域
6,8,12,15 層間絶縁膜
7 Wプラグ
7a コンタクト孔
7b,9b,13d,17 下地膜
9 Cu配線
9a,13b 配線溝
11,14 エッチングストッパー膜
13 Cu配線部
13a,16 ビア孔
13c 複合溝
13e Cu膜
18,18a,18b,22,22a,22b W膜
19,23 Wプラグ
21 上層配線
21a,21c 密着膜
21b Al膜
31 SiN膜
31a 配線溝パターン
32,34 反射防止膜
33,35 レジストパターン
35a ビア孔パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Element isolation structure 2a Isolation groove 3 Gate insulating film 4 Gate electrode 5 Source / drain region 6, 8, 12, 15 Interlayer insulating film 7 W plug 7a Contact hole 7b, 9b, 13d, 17 Base film 9 Cu wiring 9a, 13b Wiring groove 11, 14 Etching stopper film 13 Cu wiring part 13a, 16 Via hole 13c Composite groove 13e Cu film 18, 18a, 18b, 22, 22a, 22b W film 19, 23 W plug 21 Upper layer wiring 21a, 21c Adhesion film 21b Al film 31 SiN film 31a Wiring groove pattern 32, 34 Antireflection film 33, 35 Resist pattern 35a Via hole pattern

Claims (4)

半導体基板の上方に銅を含有する第1の配線を形成する工程と、
前記第1の配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記第1の配線の表面の一部を露出させる開口を形成する工程と、
前記開口の内壁面にTiN又はWNからなる下地膜を形成する工程と、
WF6と、B26及びNH3の少なくとも一方と、H2とを含有し、且つシラン系ガスを含有しない第1の供給ガスを用い、前記下地膜上に第1のW含有膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first wiring containing copper above the semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating film on the first wiring;
Forming an opening in the interlayer insulating film to expose a part of the surface of the first wiring;
Forming a base film made of TiN or WN on the inner wall surface of the opening,
A first W-containing film is formed on the base film using a first supply gas containing WF 6 , at least one of B 2 H 6 and NH 3 , and H 2 and not containing a silane-based gas. And a step of forming the semiconductor device.
前記第1のW含有膜の形成後、WF6及びH2を含有し、且つB26及びNH3を含有しない第2の供給ガスを用い、前記開口を充填する第2のW含有膜を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 After the formation of the first W-containing film, a second W-containing film that fills the opening using a second supply gas that contains WF 6 and H 2 and does not contain B 2 H 6 and NH 3 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: 前記第1のW含有膜を形成する工程では、成膜温度を300℃以上360℃以下の第1の温度とし、
前記第2のW含有膜を形成する工程では、成膜温度を前記第1の温度よりも高い第2の温度とすることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
In the step of forming the first W-containing film, the film forming temperature is set to a first temperature of 300 ° C. or higher and 360 ° C. or lower,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein, in the step of forming the second W-containing film, a film formation temperature is set to a second temperature higher than the first temperature.
前記第2のW含有膜と電気的に接続されるように、前記層間絶縁膜上にAlを含有する第2の配線を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method according to claim 2, further comprising a step of forming a second wiring containing Al on the interlayer insulating film so as to be electrically connected to the second W-containing film. Semiconductor device manufacturing method.
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