(57)【要約】【課題】  ビアホールのアンランデッド部におけるカバレッジを向上させる。【解決手段】  下層配線層１２を露出させる開口部１４を層間絶縁膜１３に形成する際に、下層配線層１２に対する層間絶縁層１３の選択比を下げ、開口部１４を介して下層配線層１２の端部をエッチングすることにより、開口部１４の底面をアンランデッド部１４ａに向かって傾斜させる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層上に形成された配線層と、
前記配線層上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記配線層からのはみ出し方向に向かって底部が傾斜している開口部と、
前記開口部内を被覆するバリアメタル膜と、
前記バリアメタル膜にて被覆された開口部内に埋め込まれた導電性プラグとを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
絶縁層上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、
前記配線層からはみ出すように配置され、前記はみ出し方向に向かって底部が傾斜している開口部を前記層間絶縁層に形成する工程と、
前記開口部内を被覆するバリアメタル膜を形成する工程と、
前記開口部に埋め込まれた導電性プラグを形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
絶縁層上に配線層を形成する工程と、
前記配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、
前記配線層からはみ出すように配置された開口部を前記層間絶縁層に形成する工程と、
前記開口部を介して前記配線層の端部をエッチングすることにより、前記配線層からのはみ出し方向に向かって前記開口部の底部を傾斜させる工程と、
前記開口部内を被覆するバリアメタル膜を形成する工程と、
前記開口部に埋め込まれた導電性プラグを形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、ビアホールのアンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジの改善方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置では、ビアホールを介して上下配線を接続する場合、配線層上にビアホールを形成するために必要なマージンを減少させるために、ビアホールが配線層からはみ出すことを許容したボーダレス配線が用いられている。
また、ビアホールにタングステンプラグを埋め込む場合、タングステン膜と絶縁膜との間の密着性を向上させるため、Ｔｉ／ＴｉＮなどのバリアメタル膜を密着層として用いることが行われている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１には、基板表面に堆積されたバリアメタルを逆スパッタリングにてその周囲に飛散させ、バリアメタルを構成する金属にて基板表面を被覆することにより、コンタクトホールにおけるバリアメタルのカバレッジを向上させる方法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−３０２５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ボーダレス配線では、ビアホールのアンランデッド部が深くエッチングされ、ビアホールのアンランデッド部に微細な凹部が形成される。このため、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジが不足し、タングステンプラグの形成に用いられるフッ素や洗浄に用いられる薬液が下層に到達し、配線層の品質が損なわれるという問題があった。
【０００５】
また、特許文献１に開示された方法では、バリアメタルを基板表面に堆積した後に、バリアメタルの逆スパッタリングが行われるため、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジを十分に確保することができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、ビアホールのアンランデッド部におけるカバレッジを向上させることが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、絶縁層上に形成された配線層と、前記配線層上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成され、前記配線層からのはみ出し方向に向かって底部が傾斜している開口部と、前記開口部内を被覆するバリアメタル膜と、前記バリアメタル膜にて被覆された開口部内に埋め込まれた導電性プラグとを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、開口部が配線層からはみ出した場合においても、アンランデッド部における段差を解消することが可能となり、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジ不足を解消することができる。このため、ボーダレス配線を採用した場合においても、バリアメタル膜にて配線層を有効に保護することが可能となり、配線層の信頼性を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、前記配線層からはみ出すように配置され、前記はみ出し方向に向かって底部が傾斜している開口部を前記層間絶縁層に形成する工程と、前記開口部内を被覆するバリアメタル膜を形成する工程と、前記開口部に埋め込まれた導電性プラグを形成する工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、開口部を形成する際に配線層に対する層間絶縁層の選択比を下げることで、配線層の端部をエッチングすることができ、配線層からのはみ出し方向に向かって底部を傾斜させることができる。このため、開口部が配線層からはみ出した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、アンランデッド部における段差を解消することが可能となり、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジ不足を解消することができる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、絶縁層上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に層間絶縁層を形成する工程と、前記配線層からはみ出すように配置された開口部を前記層間絶縁層に形成する工程と、前記開口部を介して前記配線層の端部をエッチングすることにより、前記配線層からのはみ出し方向に向かって前記開口部の底部を傾斜させる工程と、前記開口部内を被覆するバリアメタル膜を形成する工程と、前記開口部に埋め込まれた導電性プラグを形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、配線層からはみ出した開口部を形成した後、開口部を介して配線層の端部をエッチングすることで、配線層からのはみ出し方向に向かって底部を傾斜させることができる。このため、開口部が配線層からはみ出した場合においても、アンランデッド部における段差を解消することが可能となり、アンランデッド部におけるバリアメタル膜のカバレッジ不足を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図１（ａ）において、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮを絶縁層１上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮからなる積層構造をパターニングすることにより、絶縁層１上に下層配線層２を形成する。
【００１３】
そして、例えば、高密度プラズマＣＶＤにより、層間絶縁膜３を下層配線層２上に形成する。なお、下層配線層２上に層間絶縁膜３を形成する場合、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたプラズマＣＶＤにより、層間絶縁膜３を成膜するようにしてもよい。そして、層間絶縁膜３が下層配線層２上に形成されると、例えば、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨）を用いて、層間絶縁膜３の表面を研磨することにより、層間絶縁膜３の表面を平坦化する。
【００１４】
次に、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、層間絶縁膜３をパターニングすることにより、下層配線層２を露出させる開口部４を層間絶縁膜３に形成する。ここで、ボーダレス配線では、マスクずれなどにより開口部４が下層配線層２からはみ出すことがあり、開口部４の底面にアンランデッド部４ａが形成される。ここで、アンランデッド部４ａでは、開口部４を形成する際の下層配線層２に対する層間絶縁膜３の選択比の差異により、層間絶縁膜３が深く掘り下げられ、下層配線層２と層間絶縁膜３との境界に段差が発生する。
【００１５】
次に、図１（ｃ）に示すように、開口部４を介して下層配線層２の端部をエッチングすることにより、開口部４の底面をアンランデッド部４ａに向かって傾斜させる。ここで、下層配線層２の端部をエッチングする場合、層間絶縁層３に対する下層配線層２の選択比を上げることで、アンランデッド部４ａの層間絶縁層３がさらに掘り下げられることを防止することができ、アンランデッド部４ａにおける段差を有効に解消することが可能となる。
【００１６】
次に、図２（ａ）に示すように、スパッタリングなどの方法を用いてＴｉ／ＴｉＮを順次成膜することにより、開口部４が設けられた層間絶縁膜３上にバリアメタル膜５を形成する。
次に、図２（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３にバリアメタル膜５が形成されると、例えば、ＷＦ6／ＳｉＨ4／Ｈ2／Ａｒ系ガスを用いたＣＶＤを行うことにより、バリアメタル膜５上にタングステン膜を形成する。そして、ＣＭＰを用いてバリアメタル膜５およびタングステン膜の研磨を行うことにより、層間絶縁膜３の表面を露出させ、開口部４内に埋め込まれたタングステンプラグ６を形成する。
【００１７】
次に、図２（ｃ）に示すように、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮを層間絶縁膜３上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮからなる積層構造をパターニングすることにより、タングステンプラグ６に接続された上層配線層８を層間絶縁膜３上に形成する。
これにより、開口部４が配線層２からはみ出した場合においても、アンランデッド部４ａにおける段差を解消することが可能となり、アンランデッド部４ａにおけるバリアメタル膜５のカバレッジ不足を解消することができる。このため、ボーダレス配線を採用した場合においても、タングステンプラグ６の形成に用いられるフッ素や洗浄に用いられる薬液が下層に到達することを防止することができ、バリアメタル膜５にて下層配線層２を有効に保護することが可能となる。
【００１８】
図３および図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図３（ａ）において、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮを絶縁層１１上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮからなる積層構造をパターニングすることにより、絶縁層１１上に下層配線層１２を形成する。
【００１９】
そして、例えば、高密度プラズマＣＶＤにより、層間絶縁膜１３を下層配線層１２上に形成する。そして、層間絶縁膜１３が下層配線層１２上に形成されると、例えば、ＣＭＰを用いて、層間絶縁膜１３の表面を研磨することにより、層間絶縁膜１３の表面を平坦化する。
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、層間絶縁膜１３をパターニングすることにより、下層配線層１２を露出させる開口部１４を層間絶縁膜１３に形成する。ここで、ボーダレス配線では、開口部１４の底面にアンランデッド部１４ａが形成されることがあり、アンランデッド部１４ａでは、下層配線層１２と層間絶縁膜１３との境界に段差が発生する。このため、層間絶縁膜１３をエッチングする時に下層配線層１２に対する層間絶縁層１３の選択比を下げ、開口部１４を介して下層配線層１２の端部をエッチングすることにより、開口部１４の底面をアンランデッド部１４ａに向かって傾斜させる。
【００２０】
次に、図４（ａ）に示すように、スパッタリングなどの方法を用いてＴｉ／ＴｉＮを順次成膜することにより、開口部１４が設けられた層間絶縁膜１３にバリアメタル膜１５を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１３にバリアメタル膜１５が形成されると、例えば、ＷＦ6／ＳｉＨ4／Ｈ2／Ａｒ系ガスを用いたＣＶＤを行うことにより、バリアメタル膜１５上にタングステン膜を形成する。ＣＭＰを用いてバリアメタル膜１５およびタングステン膜の研磨を行うことにより、層間絶縁膜１３の表面を露出させ、開口部１４内に埋め込まれたタングステンプラグ６を形成する。
【００２１】
次に、図４（ｃ）に示すように、例えば、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮを層間絶縁膜１３上に順次スパッタし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮからなる積層構造をパターニングすることにより、タングステンプラグ１６に接続された上層配線層１８を層間絶縁膜１３上に形成する。
これにより、開口部１４を形成する際に下層配線層１２に対する層間絶縁層１３の選択比を下げることで、下層配線層１２の端部をエッチングすることができ、下層配線層１２からのはみ出し方向に向かって開口部１４の底部を傾斜させることができる。このため、開口部１４が下層配線層１２からはみ出した場合においても、工程数の増大を抑制しつつ、アンランデッド部１４ａにおける段差を解消することが可能となり、アンランデッド部１４ａにおけるバリアメタル膜１５のカバレッジ不足を解消することができる。この結果、ボーダレス配線を採用した場合においても、タングステンプラグ１６の形成に用いられるフッ素や洗浄に用いられる薬液が下層に到達することを防止することができ、バリアメタル膜１５にて下層配線層１２を有効に保護することが可能となる。
【００２２】
なお、上述した実施形態では、下層配線層２、１２および上層配線層７、１７として、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造をそれぞれ用いる方法について説明したが、下層配線層２、１２および上層配線層７、１７として、ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造、Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ−Ｃｕ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造またはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ構造などをそれぞれ用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００２４】
１、１１  絶縁層、２、１２  下層配線層、３、１３  層間絶縁層、４、１４  開口部、４ａ、１４ａ  アンランデッド部、５、１５  バリアメタル膜、６、１６  タングステンプラグ、７、１７  上層配線層
【図１】
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【図２】
2006228945.tif 000004
【図３】
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【図４】
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