(57)【要約】【課題】アスペクト比の高いコンタクトホールに対して、カバレッジ等の埋め込み特性を向上させ、信頼性を確保できる半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１０１の上に形成された絶縁膜１０２に、下層配線溝１０３を形成する。次に、下層配線溝１０３内に第１のバリアメタル膜１０４及び第１の金属膜１０５からなる下層配線１０６を形成する。次に、絶縁膜１０２の上に、拡散防止絶縁膜１０７及び層間絶縁膜１０８を順次堆積する。その後、層間絶縁膜１０８及び拡散防止絶縁膜１０７を除去し、下層配線１０３に到達するコンタクトホール１０９を形成する。次に、コンタクトホール１０９の下部領域に第２の金属膜１１０を選択的に形成する。次に、コンタクトホール１０９内の第２の金属膜１１０上に第２のバリアメタル膜１１１及び第３の金属膜１１２からなるコンタクトプラグ１１３を形成する。【選択図】図１
2006216818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された金属配線と、
前記金属配線上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された前記金属配線に到達するコンタクトホールと、
前記コンタクトホール内に形成されたコンタクトプラグとを有する半導体装置において、
前記コンタクトホールの下部領域に前記コンタクトプラグと前記金属配線とを接続するコンタクト電極を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記絶縁膜は、前記金属配線上に形成された拡散防止絶縁膜と、
前記拡散防止絶縁膜上に形成された層間絶縁膜とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記コンタクト電極の上面は、前記拡散防止絶縁膜の上面よりも低いことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記コンタクトプラグは、バリアメタル膜及び金属膜からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体装置において、
前記コンタクト電極は、Ｃｕであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
半導体基板上に金属配線を形成する工程（ａ）と、
前記金属配線上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、
前記絶縁膜に前記金属配線に到達するコンタクトホールを形成する工程（ｃ）と、
前記コンタクトホールの下部領域にコンタクト電極を形成する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後に、前記コンタクトホール内のコンタクト電極上にコンタクトプラグを形成する工程（ｅ）とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記金属配線上に拡散防止絶縁膜を形成する工程（ｂ１）と、
前記拡散防止絶縁膜上に層間絶縁膜を形成する工程（ｂ２）とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、
前記コンタクト電極は、前記コンタクト電極の上面が前記拡散防止絶縁膜の上面よりも低くなるように形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
半導体基板上に金属配線を形成する工程（ａ）と、
前記金属配線上に第１の絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、
前記第１の絶縁膜に前記金属配線に到達する第１のコンタクトホールを形成する工程（ｃ）と、
前記第１のコンタクトホールの下部領域にコンタクト電極を形成する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後に、前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程（ｅ）と、
前記第２の絶縁膜に前記第１のコンタクトホールに到達する第２のコンタクトホールを形成する工程（ｆ）と、
前記第２のコンタクトホール内のコンタクト電極上にコンタクトプラグを形成する工程（ｇ）とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜は拡散防止絶縁膜からなり、前記第２の絶縁膜は層間絶縁膜からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法において、
前記コンタクト電極は、前記コンタクト電極の上面が前記拡散防止絶縁膜の上面よりも低くなるように形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｄ）は、選択Ｃｕ−ＣＶＤ法又は選択Ｃｕめっき法を用いることにより前記コンタクト電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項６〜１１のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｄ）は、前記金属配線を体積膨張させることにより前記コンタクト電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項６〜１１のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｄ）は、金属膜を堆積する工程（ｄ１）と、前記金属膜をエッチバックして前記コンタクト電極を形成する工程（ｄ２）とを有す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、コンタクトプラグを有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置の高集積化に伴い、半導体装置の加工寸法を微細にする各種プロセス技術開発が進められている。このプロセス技術開発の一つとして、半導体装置内の各素子と各配線や各配線間を接続する、いわゆるコンタクトプラグの形成技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、従来のコンタクトプラグを有する半導体装置の製造方法について説明する。
【０００４】
図１１は、従来のコンタクトプラグを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【０００５】
まず、図１１（ａ）に示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１の上に、ＣＶＤ法により、絶縁膜２を堆積する。その後、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法により、絶縁膜２に下層配線溝３を形成した後、スパッタ法及び金属めっき法により、下層配線溝３を含む絶縁膜２上に、第１のバリアメタル膜４ａ及び第１の金属膜５ａを順次堆積する。
【０００６】
次に、図１１（ｂ）に示すように、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨）法により、絶縁膜２上の第１の金属膜５ａ及び第１のバリアメタル膜４ａを研磨して、下層配線溝３領域以外の部分に絶縁膜２の上面を露出させ、下層配線溝３内に第１のバリアメタル膜４ａ及び第１の金属膜５ａを残して、第１のバリアメタル膜４及び第１の金属膜５からなる下層配線６を形成する。
【０００７】
次に、図１１（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、絶縁膜２の上に拡散防止絶縁膜７を堆積する。その後、ＣＶＤ法により、拡散防止絶縁膜７の上に層間絶縁膜８を堆積する。
【０００８】
次に、図１１（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜８の上に、コンタクトパターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして層間絶縁膜８及び拡散防止絶縁膜７を除去し、下層配線６に到達するコンタクトホール９を形成する。
【０００９】
次に、図１２（ａ）に示すように、スパッタ法により、層間絶縁膜８上にコンタクトホール９を覆うように第２のバリアメタル膜１０ａを堆積する。続けて、金属めっき法により、第２のバリアメタル膜１０ａの上にコンタクトホール９を埋め込むように第２の金属膜１１ａを堆積する。
【００１０】
次に、図１２（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、層間絶縁膜８上の第２の金属膜１１ａ及び第２のバリアメタル膜１０ａを研磨し、コンタクトホール９領域以外の部分に層間絶縁膜８の上面を露出させ、コンタクトホール９内に第２のバリアメタル膜１０ａ及び第２の金属膜１１ａを残して、第２のバリアメタル膜１０及び第２の金属膜１１からなるコンタクトプラグ１２を形成する。
【特許文献１】特開２００１−２７４２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来のコンタクトプラグを有する半導体装置及びその製造方法には、以下のような問題が発生する。
【００１２】
半導体集積回路の微細化が加速するにつれて配線パターンの縮小化が進み、コンタクトホールのアスペクト比が高くなってきている。このアスペクト比の高いコンタクトホールに対して従来のコンタクトプラグを有する半導体装置を形成する場合には、コンタクトホールの下部領域においてコンタクトプラグとなる金属膜及びバリアメタル膜のカバレッジが悪くなる。このように金属膜及びバリアメタル膜のカバレッジが悪くなると、コンタクト抵抗が増大し、良好なコンタクトを取ることが困難となる。
【００１３】
本発明は、アスペクト比の高いコンタクトホールに対して、コンタクトプラグとなる金属膜及バリアメタル膜のカバレッジを改善し、信頼性を確保でき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している。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された金属配線と、金属配線上に形成された絶縁膜と、絶縁膜に形成された金属配線に到達するコンタクトホールと、コンタクトホール内に形成されたコンタクトプラグとを有する半導体装置において、コンタクトホールの下部領域にコンタクトプラグと金属配線とを接続するコンタクト電極を有する。
【００１５】
これにより、コンタクトホールの底部が底上げされており、コンタクトホールの実効的なアスペクト比が低下するためコンタクトプラグの良好な埋め込みを実現することができ、コンタクト特性を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る半導体装置において、絶縁膜は、金属配線上に形成された拡散防止絶縁膜と、拡散防止絶縁膜上に形成された層間絶縁膜とを有する。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置において、コンタクト電極の上面は、拡散防止絶縁膜の上面よりも低い。
【００１８】
また、本発明に係る半導体装置において、コンタクトプラグは、バリアメタル膜及び金属膜からなることを特徴とする半導体装置。
【００１９】
また、本発明に係る半導体装置において、コンタクト電極は、Ｃｕである。
【００２０】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に金属配線を形成する工程（ａ）と、金属配線上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、絶縁膜に金属配線に到達するコンタクトホールを形成する工程（ｃ）と、コンタクトホールの下部領域にコンタクト電極を形成する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、コンタクトホール内のコンタクト電極上にコンタクトプラグを形成する工程（ｅ）とを有する。
【００２１】
これにより、コンタクトプラグを形成する際、コンタクトホールの底部が底上げされており、コンタクトホールの実効的なアスペクト比が低下するためコンタクトプラグの良好な埋め込みを実現することができ、コンタクト特性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ｂ）は、金属配線上に拡散防止絶縁膜を形成する工程（ｂ１）と、拡散防止絶縁膜上に層間絶縁膜を形成する工程（ｂ２）とを有する。
【００２３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、コンタクト電極は、コンタクト電極の上面が拡散防止絶縁膜の上面よりも低くなるように形成されている。
【００２４】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に金属配線を形成する工程（ａ）と、金属配線上に第１の絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、第１の絶縁膜に金属配線に到達する第１のコンタクトホールを形成する工程（ｃ）と、第１のコンタクトホールの下部領域にコンタクト電極を形成する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程（ｅ）と、第２の絶縁膜に第１のコンタクトホールに到達する第２のコンタクトホールを形成する工程（ｆ）と、第２のコンタクトホール内のコンタクト電極上にコンタクトプラグを形成する工程（ｇ）とを有する。
【００２５】
これにより、コンタクトプラグを形成する際、コンタクトホールの底部が底上げされており、コンタクトホールの実効的なアスペクト比が低下するためコンタクトプラグの良好な埋め込みを実現することができ、コンタクト特性を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、第１の絶縁膜は拡散防止絶縁膜からなり、第２の絶縁膜は層間絶縁膜からなる。
【００２７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、コンタクト電極は、コンタクト電極の上面が拡散防止絶縁膜の上面よりも低くなるように形成されている。
【００２８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ｄ）は、選択Ｃｕ−ＣＶＤ法又は選択Ｃｕめっき法を用いることによりコンタクト電極を形成する。
【００２９】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ｄ）は、金属配線を体積膨張させることによりコンタクト電極を形成する。
【００３０】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法において、工程（ｄ）は、金属膜を堆積する工程（ｄ１）と、金属膜をエッチバックしてコンタクト電極を形成する工程（ｄ２）とを有する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、アスペクト比の高いコンタクトホールに対して、コンタクトプラグとなる金属膜及バリアメタル膜のカバレッジを向上することができ、コンタクト抵抗の増大等を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るコンタクトプラグを有する半導体装置及びその製造方法を説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るコンタクトプラグを有する半導体装置を示す断面図である。
【００３４】
図１に示す半導体装置は、半導体基板１０１上に形成された絶縁膜１０２と、絶縁膜１０２に形成された下層配線溝１０３内に形成された第１のバリアメタル膜１０４及び第１の金属膜１０５からなる下層配線１０６と、絶縁膜１０２上に形成された拡散防止絶縁膜１０７と、拡散防止絶縁膜１０７上に形成された層間絶縁膜１０８と、層間絶縁膜１０８及び拡散防止絶縁膜１０７を貫通し下層配線１０６に到達するように形成されたコンタクトホール１０９と、コンタクトホール１０９の下部領域に形成された第２の金属膜１１０と、コンタクトホール１０９の上部領域に形成された第２のバリアメタル膜１１１及び第３の金属膜１１２からなるコンタクトプラグ１１３とを有する。
【００３５】
本発明の第１の実施形態の半導体装置は、コンタクトホール１０９の下部領域に、第２の金属膜１１０が存在している。このため、コンタクトホール１０９の底部が底上げされ、コンタクトホール１０９の実効的なアスペクト比が低下している。これにより、コンタクトプラグ１１３のカバレッジを向上させることができる。
【００３６】
なお、第２の金属膜１１０にＣｕを用いる場合、第２の金属膜１１０は、第２の金属膜１１０の上面の高さが拡散防止絶縁膜１０７の上面の高さよりも低くなるように形成する。これにより、第２の金属膜１１０は拡散防止絶縁膜１０７及び第２のバリアメタル膜１１１に囲まれるため、第２の金属膜１１０の層間絶縁膜１０８への拡散を防ぐことができる。
【００３７】
（第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法）
図２（ａ）〜図３（ｃ）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の各工程を示す断面図である。
【００３８】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１０１の上に、ＣＶＤ法により、絶縁膜１０２を堆積する。ここで、絶縁膜１０２としては、例えば、シリコン酸化膜を用いる。次に、フォトリソグラフィ法により、絶縁膜１０２の上に、下層配線溝パターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして、下層配線溝１０３を形成する。その後、スパッタ法及び金属めっき法により、下層配線溝１０３を含む絶縁膜１０２上に、第１のバリアメタル膜１０４ａ及び第１の金属膜１０５ａを順次堆積する。ここで、第１のバリアメタル膜１０４ａとしては、例えば、ＴａＮを用いる。また、第１の金属膜１０５ａとしては、例えば、Ｃｕを用いる。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、第１の金属膜１０５ａ及び第１のバリアメタル膜１０４ａを研磨し、下層配線溝１０３領域以外の部分に絶縁膜１０２の上面を露出させ、下層配線溝１０３内に第１のバリアメタル膜１０４ａ及び第１の金属膜１０５ａを残して、第１のバリアメタル膜１０４及び第１の金属膜１０５からなる下層配線１０６を形成する。
【００４０】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、絶縁膜１０２の上に、拡散防止絶縁膜１０７を堆積する。ここで、拡散防止絶縁膜１０７としては、例えば、厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜を用いる。その後、ＣＶＤ法により、拡散防止絶縁膜１０７の上に、層間絶縁膜１０８を堆積する。ここで、層間絶縁膜１０８としては、例えば、厚さ５００ｎｍのシリコン酸化膜を用いる。
【００４１】
次に、図２（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜１０８の上に、コンタクトパターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして層間絶縁膜１０８及び拡散防止絶縁膜１０７を除去し、下層配線１０６に到達するように形成されたコンタクトホール１０９を形成する。
【００４２】
次に、図３（ａ）に示すように、選択ＣＶＤ法又は選択金属めっき法により、コンタクトホール１０９の下部領域に、厚さ５０ｎｍの第２の金属膜１１０を選択的に形成する。ここで、第２の金属膜１１０として下層配線１０６と同じ材料であるＣｕを用いる場合は、例えば、選択Ｃｕ−ＣＶＤ法又は選択Ｃｕめっき法を用い、第２の金属膜１１０として下層配線１０６と異なる材料を用いる場合は、例えば、ＣｏＰ（コバルトリン）、ＣｏＷＰ（コバルトタングステンリン）又はＷＣＮ（ニトロセルロース）等の選択ＣＶＤ法又は選択金属めっき法を用いる。
【００４３】
次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタ法により、層間絶縁膜１０８の上に、コンタクトホール１０９を覆うように第２のバリアメタル膜１１１ａを堆積する。ここで、第２のバリアメタル膜１１１ａとしては、例えば、ＴａＮを用いる。続いて、金属めっき法により、第２のバリアメタル膜１１１ａの上に、コンタクトホール１０９を埋め込むように第３の金属膜１１２ａを堆積する。ここで、第３の金属膜１１２ａとしては、例えば、Ｃｕを用いる。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法により、第３の金属膜１１２ａ及び第２のバリアメタル膜１１１ａを研磨し、コンタクトホール１０９領域以外の部分に層間絶縁膜１０８の上面を露出させ、コンタクトホール１０９内に第３の金属膜１１２ａ及び第２のバリアメタル膜１１１ａを残して第２のバリアメタル膜１１１及び第３の金属膜１１２からなるコンタクトプラグ１１３を形成する。
【００４５】
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、コンタクトホール１０９の下部領域に、第２の金属膜１１０を形成しているため、第２のバリアメタル膜１１１ａ及び第３の金属膜１１２ａを形成する際、コンタクトホール１０９の底部が底上げされており、コンタクトホール１０９の実効的なアスペクト比が低下する。これにより、コンタクトプラグ１１３となる第２のバリアメタル膜１１１ａ及び第３の金属膜１１２ａのカバレッジが改善され、コンタクト特性を向上させることができる。
【００４６】
なお、第２の金属膜１１０にＣｕを用いる場合、第２の金属膜１１０の上面の高さが拡散防止絶縁膜１０７の上面の高さよりも低くなるよう第２の金属膜１１０を形成する。これにより、第２の金属膜１１０にＣｕを用いる場合であっても、第２の金属膜１１０は拡散防止絶縁膜１０７及び第２のバリアメタル膜１１１に囲まれているため、第２の金属膜１１０の層間絶縁膜１０８への拡散を防ぐことができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図４（ａ）〜図５（ｃ）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の各工程を示す断面図である。
【００４８】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１０１の上に、ＣＶＤ法により、絶縁膜１０２を堆積する。ここで、絶縁膜１０２としては、例えば、シリコン酸化膜を用いる。次に、フォトリソグラフィ法により、絶縁膜１０２の上に、下層配線溝パターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして、下層配線溝１０３を形成する。その後、スパッタ法及び金属めっき法により、下層配線溝１０３を含む絶縁膜１０２上に、第１のバリアメタル膜１０４ａ及び第１の金属膜１０５ａを順次堆積する。ここで、第１のバリアメタル膜１０４ａとしては、例えば、ＴａＮを用いる。また、第１の金属膜１０５ａとしては、例えば、Ｃｕを用いる。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、第１の金属膜１０５ａ及び第１のバリアメタル膜１０４ａを研磨し、下層配線溝１０３領域以外の部分に絶縁膜１０２の上面を露出させ、下層配線溝１０３内に第１のバリアメタル膜１０４ａ及び第１の金属膜１０５ａを残して、第１のバリアメタル膜１０４及び第１の金属膜１０５からなる下層配線１０６を形成する。
【００５０】
次に、図４（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、絶縁膜１０２の上に、拡散防止絶縁膜１０７を堆積する。ここで、拡散防止絶縁膜１０７としては、例えば、厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜を用いる。その後、ＣＶＤ法により、拡散防止絶縁膜１０７の上に、層間絶縁膜１０８を堆積する。ここで、層間絶縁膜１０８としては、例えば、厚さ５００ｎｍのシリコン酸化膜を用いる。
【００５１】
次に、図４（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜１０８の上に、コンタクトパターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして層間絶縁膜１０８及び拡散防止絶縁膜１０７を除去し、下層配線１０６に到達するコンタクトホール１０９を形成する。
【００５２】
次に、図５（ａ）に示すように、下層配線１０６に対して不活性ガス雰囲気中で３００℃以上、３０秒間の加熱処理を行い、第１の金属膜１０５を体積膨張させて、コンタクトホール１０９の下部領域に第１の金属膜１０５を厚さ５０ｎｍ程度盛り上げて第２の金属膜１１０を形成する。ここで、加熱処理の不活性ガスとしては、Ｎ2（窒素）又はＡｒ（アルゴン）を用いる。
【００５３】
次に、図５（ｂ）に示すように、スパッタ法により、層間絶縁膜１０８の上に、コンタクトホール１０９を覆うように第２のバリアメタル膜１１１ａを堆積する。ここで、第２のバリアメタル膜１１１ａとしては、例えば、ＴａＮを用いる。続いて、金属めっき法により、第２のバリアメタル膜１１１ａの上に、コンタクトホール１０９を埋め込むように第３の金属膜１１２ａを堆積する。ここで、第３の金属膜１１２ａとしては、例えば、Ｃｕを用いる。
【００５４】
次に、図５（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法により、第３の金属膜１１２ａ及び第２のバリアメタル膜１１１ａを研磨し、コンタクトホール１０９領域以外の部分に層間絶縁膜１０８の上面を露出させ、コンタクトホール１０９内に第３の金属膜１１２ａ及び第２のバリアメタル膜１１１ａを残して、第２のバリアメタル膜１１１及び第３の金属膜１１２からなるコンタクトプラグ１１３を形成する。
【００５５】
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、コンタクトホール１０９の下部領域に、第２の金属膜１１０を形成しているため、第２のバリアメタル膜１１１ａ及び第３の金属膜１１２ａを形成する際、コンタクトホール１０９の底部が底上げされており、コンタクトホール１０９の実効的なアスペクト比が低下する。これにより、コンタクトプラグ１１３となる第２のバリアメタル膜１１１ａ及び第３の金属膜１１２ａのカバレッジが改善し、コンタクトプラグ１１３の特性を向上させることができる。
【００５６】
なお、第２の金属膜１１０にＣｕを用いる場合、第２の金属膜１１０の上面の高さが拡散防止絶縁膜１０７の上面の高さよりも低くなるよう第２の金属膜１１０を形成する。これにより、第２の金属膜１１０にＣｕを用いる場合であっても、第２の金属膜１１０は拡散防止絶縁膜１０７及び第２のバリアメタル膜１１１に囲まれているため、第２の金属膜１１０の層間絶縁膜１０８への拡散を防ぐことができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図６（ａ）〜図８（ｂ）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の各工程を示す断面図である。
【００５８】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１０１の上に、ＣＶＤ法により、絶縁膜１０２を堆積する。ここで、絶縁膜１０２としては、例えば、シリコン酸化膜を用いる。次に、フォトリソグラフィ法により、絶縁膜１０２の上に、下層配線溝パターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして下層配線溝１０３を形成する。その後、スパッタ法及び金属めっき法により、下層配線溝１０３を含む絶縁膜１０２上に、第１のバリアメタル膜１０４ａ及び第１の金属膜１０５ａを順次堆積する。ここで、第１のバリアメタル膜１０４ａとしては、例えば、ＴａＮを用いる。また、第１の金属膜１０５ａとしては、例えば、Ｃｕを用いる。
【００５９】
次に、図６（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、第１の金属膜１０５ａ及び第１のバリアメタル膜１０４ａを研磨して、下層配線溝１０３領域以外の部分に絶縁膜１０２の上面を露出し、下層配線溝１０３内に第１のバリアメタル膜１０４ａ及び第１の金属膜１０５ａを残して、第１のバリアメタル膜１０４及び第１の金属膜１０５からなる下層配線１０６を形成する。
【００６０】
次に、図６（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、絶縁膜１０２の上に、拡散防止絶縁膜１０７を堆積する。ここで、拡散防止絶縁膜１０７としては、例えば、厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜を用いる。
【００６１】
次に、図６（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、拡散防止絶縁膜１０７の上に、コンタクトパターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして拡散防止絶縁膜１０７を除去し、下層配線１０６に到達するコンタクトホール１０９ａを形成する。
【００６２】
次に、図７（ａ）に示すように、金属めっき法により、拡散防止絶縁膜１０７の上に、コンタクトホール１０９ａを埋め込むように第２の金属膜１１０ａを堆積する。
【００６３】
次に、図７（ｂ）に示すように、ドライエッチング法により、コンタクトホール１０９ａ領域以外の部分に拡散防止絶縁膜１０７の上面を露出させ、コンタクトホール１０９ａ内に第２の金属膜１１０ａを拡散防止絶縁膜１０７より低い高さまでエッチバックして、第２の金属膜１１０を残存させる。
【００６４】
次に、図７（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、コンタクトホール１０９ａを含む拡散防止絶縁膜１０７上に、層間絶縁膜１０８を堆積する。ここで、層間絶縁膜１０８としては、例えば、厚さ５００ｎｍのシリコン酸化膜を用いる。
【００６５】
次に、図７（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜１０８の上に、コンタクトパターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして層間絶縁膜１０８を除去し、第２の金属膜１１０に到達するコンタクトホール１０９を形成する。ここで、コンタクトホール１０９は、コンタクトホール１０９ａと一連に繋がっている。
【００６６】
次に、図８（ａ）に示すように、スパッタ法により、層間絶縁膜１０８の上に、コンタクトホール１０９を覆うように第２のバリアメタル膜１１１ａを堆積する。ここで、第２のバリアメタル膜１１１ａとしては、例えば、ＴａＮを用いる。続いて、金属めっき法により、第２のバリアメタル膜１１１ａの上に、コンタクトホール１０９を埋め込むように第３の金属膜１１２ａを堆積する。ここで、第３の金属膜１１２ａとしては、例えば、Ｃｕを用いる。
【００６７】
次に、図８（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、第３の金属膜１１２ａ及び第２のバリアメタル膜１１１ａを研磨し、コンタクトホール１０９領域以外の部分に層間絶縁膜１０８の上面を露出させ、コンタクトホール１０９内に第３の金属膜１１２ａ及び第２のバリアメタル膜１１１ａを残して、第２のバリアメタル膜１１１及び第３の金属膜１１２からなるコンタクトプラグ１１３を形成する。
【００６８】
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、コンタクトホール１０９の下部領域に、第２の金属膜１１０を形成しているため、第２のバリアメタル膜１１１ａ及び第３の金属膜１１２ａを形成する際、コンタクトホール１０９の底部が底上げされており、コンタクトホール１０９の実効的なアスペクト比が低下する。これにより、コンタクトプラグ１１３となる第２のバリアメタル膜１１１ａ及び金属膜１１２ａのカバレッジを改善し、コンタクトプラグ１１３の特性を向上させることができる。
【００６９】
なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す第２の金属膜１１０の形成工程において、第２の金属膜１１０は、選択ＣＶＤ法又は選択金属めっき法により、コンタクトホール１０９の下部領域に、選択的に形成してもよい。ここで、第２の金属膜１１０として下層配線１０６と同じ材料であるＣｕを用いる場合は、例えば、選択Ｃｕ−ＣＶＤ法又は選択Ｃｕめっき法を用い、第２の金属膜１１０として下層配線１０６と異なる材料を用いる場合は、例えば、ＣｏＰ、ＣｏＷＰ又はＷＣＮ等の選択ＣＶＤ法又は選択金属めっき法を用いる。さらに、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す第２の金属膜１１０の形成工程において、第２の金属膜１１０は、下層配線１０６に対して不活性ガス雰囲気中で３００℃以上、３０秒間の加熱処理を行い、コンタクトホール１０９の下部領域に、第１の金属膜を体積膨張させて形成してもよい。ここで、加熱処理の不活性ガスとしては、Ｎ2又はＡｒを用いる。また、第２の金属膜１１０にＣｕを用いる場合、過剰研磨により、第２の金属膜１１０の上面の高さが拡散防止絶縁膜１０７の上面の高さよりも低くなるよう第２の金属膜１１０を形成する。これにより、第２の金属膜１１０にＣｕを用いる場合であっても、第２の金属膜１１０は拡散防止絶縁膜１０７及び第２のバリアメタル膜１１１に囲まれているため、第２の金属膜１１０の層間絶縁膜１０８への拡散を防ぐことができる。また、図７（ｂ）に示す工程において、ＣＭＰ法により、コンタクトホール１０９ａ領域以外の部分に拡散防止絶縁膜１０７の上面を露出させ、コンタクトホール１０９ａ内に第２の金属膜１１０ａを拡散防止絶縁膜１０７より低い高さまで研磨して、第２の金属膜１１０を残存させてもよい。
【００７０】
（第４の実施形態）
図９（ａ）〜図１０（ｄ）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の各工程を示す断面図である。
【００７１】
まず、図９（ａ）に示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１０１の上に、ＣＶＤ法により、絶縁膜１０２を堆積する。ここで、絶縁膜１０２としては、例えば、シリコン酸化膜を用いる。次に、フォトリソグラフィ法により、絶縁膜１０２の上に、下層配線溝パターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして下層配線溝１０３を形成する。その後、スパッタ法及び金属めっき法により、下層配線溝１０３を含む絶縁膜１０２上に、第１のバリアメタル膜１０４ａ及び第１の金属膜１０５ａを順次堆積する。ここで、第１のバリアメタル膜１０４ａとしては、例えば、ＴａＮを用いる。また、第１の金属膜１０５ａとしては、例えば、Ｃｕを用いる。
【００７２】
次に、図９（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、第１の金属膜１０５ａ及び第１のバリアメタル膜１０４ａを研磨して、下層配線溝１０３領域以外の部分に絶縁膜１０２の上面を露出し、下層配線溝１０３内に第１のバリアメタル膜１０４ａ及び第１の金属膜１０５ａを残して、第１のバリアメタル膜１０４及び第１の金属膜１０５からなる下層配線１０６を形成する。
【００７３】
次に、図９（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により、絶縁膜１０２の上に、拡散防止絶縁膜１０７を堆積する。ここで、拡散防止絶縁膜１０７としては、例えば、厚さ１００ｎｍのシリコン窒化膜を用いる。その後、ＣＶＤ法により、拡散防止絶縁膜１０７の上に、層間絶縁膜１０８を堆積する。ここで、層間絶縁膜１０８としては、例えば、厚さ５００ｎｍのシリコン酸化膜を用いる。
【００７４】
次に、図９（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜１０８の上に、コンタクトパターンを有するレジストマスクを形成する（図示せず）。その後、ドライエッチング法により、このレジストマスクをエッチングマスクとして層間絶縁膜１０８及び拡散防止絶縁膜１０７を除去し、下層配線１０６に到達するコンタクトホール１０９を形成する。
【００７５】
次に、図１０（ａ）に示すように、金属めっき法により、層間絶縁膜１０８の上に、コンタクトホール１０９を埋め込むように第２の金属膜１１０ｂを堆積する。
【００７６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ドライエッチング法により、コンタクトホール１０９領域以外の部分に層間絶縁膜１０８の上面を露出させて、コンタクトホール１０９内に第２の金属膜１１０ｂを拡散防止絶縁膜１０７より低い高さまでエッチバックして残存させる。
【００７７】
次に、図１０（ｃ）に示すように、スパッタ法により、層間絶縁膜１０８の上に、コンタクトホール１０９を覆うように第２のバリアメタル膜１１１ａを堆積する。ここで、第２のバリアメタル膜１１１ａとしては、例えば、ＴａＮを用いる。続けて、金属めっき法により、第２のバリアメタル膜１１１ａの上に、コンタクトホール１０９を埋め込むように第３の金属膜１１２ａを堆積する。ここで、第３の金属膜１１２ａとしては、例えば、Ｃｕを用いる。
【００７８】
次に、図１０（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法により、第３の金属膜１１２ａ及び第２のバリアメタル１１１ａを研磨し、コンタクトホール１０９領域以外の部分に層間絶縁膜１０８の上面を露出させ、コンタクトホール１０９内に第３の金属膜１１２ａ及び第２のバリアメタル膜１１１ａを残して、第２のバリアメタル膜１１１ａ及び第３の金属膜１１２ａからなるコンタクトプラグ１１３を形成する。
【００７９】
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、コンタクトホール１０９の下部領域に、第２の金属膜１１０を形成しているため、第２のバリアメタル膜１１１ａ及び第３の金属膜１１２ａを形成する際、コンタクトホール１０９の底部が底上げされており、コンタクトホール１０９の実効的なアスペクト比が低下する。これにより、コンタクトプラグ１１３となる第２のバリアメタル膜１１１ａ及び第３の金属膜１１２ａのカバレッジを改善し、コンタクトプラグ１１３の特性を向上させることができる。
【００８０】
なお、第２の金属膜１１０にＣｕを用いる場合、第２の金属膜１１０の上面の高さが拡散防止絶縁膜１０７の上面の高さよりも低くなるよう第２の金属膜１１０を形成する。これにより、第２の金属膜１１０にＣｕを用いる場合であっても、第２の金属膜１１０は拡散防止絶縁膜１０７及び第２のバリアメタル膜１１１に囲まれているため、第２の金属膜１１０の層間絶縁膜１０８への拡散を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、埋め込みコンタクトを有する半導体装置及びその製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の断面図
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図３】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図４】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図５】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図６】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図７】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図８】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図９】第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図１０】第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図１１】従来のコンタクトプラグを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図１２】従来のコンタクトプラグを有する半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【符号の説明】
【００８３】
１０１  半導体基板
１０２  絶縁膜
１０３  下層配線溝
１０４  第１のバリアメタル膜
１０４ａ  第１のバリアメタル膜
１０５  第１の金属膜
１０５ａ  第１の金属膜
１０６  下層配線
１０７  拡散防止絶縁膜
１０８  層間絶縁膜
１０９  コンタクトホール
１０９ａ  コンタクトホール
１１０  第２の金属膜
１１０ａ  第２の金属膜
１１０ｂ  第２の金属膜
１１１  第２のバリアメタル膜
１１１ａ  第２のバリアメタル膜
１１２  第３の金属膜
１１２ａ  第３の金属膜
１１３  コンタクトプラグ
【図１】
2006216818.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006216818.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006216818.tif 000008
【図７】
2006216818.tif 000009
【図８】
2006216818.tif 000010
【図９】
2006216818.tif 000011
【図１０】
2006216818.tif 000012
【図１１】
2006216818.tif 000013
【図１２】
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