JP4339152B2 - 配線構造の形成方法 - Google Patents
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Description
Vd/Ve>1
とする第1のスパッタ工程と、
Vd/Ve<1
とする第2のスパッタ工程と
を含む複数のスパッタ工程として実行するとともに、
前記第2の成膜条件を、前記第2の下地膜の堆積速度(Vd)とエッチング速度(Ve)との比をVd/Veとして、
1<Vd/Ve<2
の条件で実行し、前記第2の下地膜を、前記溝の内壁面における側壁面の膜厚に対して底面の膜厚が70%〜130%の範囲内の値となるように成膜する。
近時におけるCu配線微細化の要請に応えるには、ビア孔及び配線溝のそれぞれに対して好適なバリア・カバレッジを考慮する必要がある。具体的には、ビア孔のバリア・カバレッジについては、コンタクト抵抗の低減のために底部位におけるバリアメタル膜を薄膜化することや、配線信頼性の向上のために側壁部位におけるバリアメタル膜の膜厚を確保すること、埋込み不良を回避するためにビア孔の肩口近傍におけるいわゆるオーバーハングの発生を抑制することが必須とされる。一方、配線溝のバリア・カバレッジについては、配線抵抗の抑制のためにバリアメタル膜の全体的な薄膜化が望まれる。
バリアメタル膜のビア孔に対する成膜工程において、バリアメタル膜の被覆形状(バリア・カバレッジ)としては、(1)底面では、コンタクト抵抗の低減を目的としたバリアメタル膜の薄膜化、(2)側壁面では、配線信頼性の向上を目的としたバリアメタル膜の膜厚の確保、(3)肩口近傍では、電解メッキ法によるCu埋込み不良の回避を目的としたオーバーハング発生の低減が要求される。
ここでは、例えば下層配線101と不図示の上層配線とを接続するためのビア孔102を層間絶縁膜103にエッチングストッパ膜104及びハードマスク105を用いて形成した場合に、スパッタ法によりビア孔102の内壁を覆うように層間絶縁膜103上にTaのバリアメタル膜106を形成し、その後にメッキ法によりビア孔102を埋め込むようにCu107を堆積する。ここで、バリアメタル膜106を形成する際のスパッタ法として、ロングスロー・スパッタ法を用いる場合を図1(a)に、バイアス・スパッタ法を用いる場合を図1(b)に、マルチステップ・スパッタ法を用いる場合を図2(a)に、1ステップの低パワー・スパッタ法を用いる場合を図2(b)にそれぞれ示す。
配線溝に対する成膜工程において、バリア・カバレッジとしては、配線抵抗の低減を目的としたバリアメタル膜の配線溝内壁(側壁面及び底面)における薄膜化が要求される。この要求を満たすためには、図2(b)に示す1ステップの低パワー・スパッタ法が適している。
バリアメタル膜のビア孔に対する要求及び配線溝に対する要求を勘案し、バリアメタル膜のビア孔の底面における膜厚と側壁面における膜厚との比を、配線溝の底面における膜厚と側壁面における膜厚との比よりも小さくすることが好適である。これは、上述のようにビア孔にはマルチステップ・スパッタ法を適用し、配線溝には1ステップの低パワー・スパッタ法を適用することにより達成される。
以下、本発明をダマシン法によるCu配線の形成(及びビア接続)に適用した具体的な諸実施形態について説明する。
図4及び図5は、第1の実施形態による配線の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図4(a)に示すように、不図示の半導体基板にMOSトランジスタ等の半導体素子を形成した後、この半導体素子と接続されるように、下層配線1を形成する。この下層配線1は層間絶縁膜21及びエッチングストッパ膜22に配線溝が形成され、バリアメタル膜23を介してメッキ成膜されるものである。なお、バリアメタル膜23は例えば1ステップの低パワー・スパッタ法により後述するバリアメタル膜14と同様に形成されるものである。
図7及び図8は、第2の実施形態による配線の形成方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図7(a)に示すように、不図示の半導体基板にMOSトランジスタ等の半導体素子を形成した後、この半導体素子と接続されるように、下層配線1を形成する。この下層配線1は層間絶縁膜21及びエッチングストッパ膜22に配線溝が形成され、バリアメタル膜41を介してメッキ成膜されるものである。なお、バリアメタル膜41は例えばCVD法により後述するバリアメタル膜31と同様に形成されるものである。
第1の成膜条件により、前記接続孔の内壁面を覆うように前記第1の絶縁膜上に第1の下地膜を形成する工程と、
前記接続孔内を前記第1の下地膜を介して第1の導電材料により埋め込む工程と、
前記接続孔内に前記第1の導電材料が残るように、前記第1の絶縁膜上の前記第1の導電材料及び前記第1の下地膜を除去する工程と、
前記第1の導電材料の上面を覆う第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜に、前記第1の導電材料の上面を露出させる溝を形成する工程と、
前記第1の成膜条件とは異なる第2の成膜条件により、前記溝の内壁面を覆うように前記第2の絶縁膜上に第2の下地膜を形成する工程と、
前記溝内を前記第2の下地膜を介して第2の導電材料により埋め込む工程と
を含むことを特徴とする配線構造の形成方法。
Vd/Ve>1
とする第1のスパッタ工程と、
1<Vd/Ve
とする第2のスパッタ工程と
を含む複数のスパッタ工程として実行することを特徴とする付記6に記載の配線構造の形成方法。
1<Vd/Ve<2
の条件で実行することを特徴とする付記6又は7に記載の配線構造の形成方法。
前記半導体基板上に設けられ、接続孔を有する第1の絶縁膜と、
前記接続孔の内壁面を覆う第1の下地膜と、
前記接続孔内を前記第1の下地膜を介して埋め込む第1の導電材料と、
前記第1の絶縁膜上に形成され、前記第1の導電材料の上面を露出させる溝を有する第2の絶縁膜と、
前記溝の内壁面を覆う第2の下地膜と、
前記溝内を前記第2の下地膜を介して埋め込む第2の導電材料と
を含み、
前記接続孔の内壁面における前記第1の下地膜の膜厚は側壁面の膜厚に対して底面の膜厚が0%〜150%の範囲内の値となり、前記溝の内壁面における前記第2の下地膜の膜厚は側壁面の膜厚に対して底面の膜厚が70%〜130%の範囲内の値となることを特徴とする半導体装置。
前記半導体基板上に設けられ、接続孔を有する第1の絶縁膜と、
前記接続孔の内壁面を覆う第1の下地膜と、
前記接続孔内を前記第1の下地膜を介して埋め込む第1の導電材料と、
前記第1の絶縁膜上に形成され、前記第1の導電材料の上面を露出させる溝を有する第2の絶縁膜と、
前記溝の内壁面を覆う第2の下地膜と、
前記溝内を前記第2の下地膜を介して埋め込む第2の導電材料と
を含み、
前記第1の下地膜の前記接続孔の底面における膜厚と側壁面における膜厚との比は、前記第2の下地膜の前記溝の底面における膜厚と側壁面における膜厚との比よりも小さいことを特徴とする半導体装置。
2,22,104 エッチングストッパ膜
3,11,21,103 層間絶縁膜
4,12,105 ハードマスク
5,102 ビア孔
6,14,23,31,41,106,111,112 バリアメタル膜
7,15 シード金属膜
8,16,107 Cu
9 ビアプラグ
13 配線溝
17 配線層
18 配線構造
Claims (2)
- 基板上の第1の絶縁膜に接続孔を形成する工程と、
第1の成膜条件により、前記接続孔の内壁面を覆うように前記第1の絶縁膜上に第1の下地膜を形成する工程と、
前記接続孔内を前記第1の下地膜を介して第1の導電材料により埋め込む工程と、
前記接続孔内に前記第1の導電材料が残るように、前記第1の絶縁膜上の前記第1の導電材料及び前記第1の下地膜を除去する工程と、
前記第1の導電材料の上面を覆う第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜に、前記第1の導電材料の上面を露出させる溝を形成する工程と、
前記第1の成膜条件とは異なる第2の成膜条件により、前記溝の内壁面を覆うように前記第2の絶縁膜上に第2の下地膜を形成する工程と、
前記溝内を前記第2の下地膜を介して第2の導電材料により埋め込む工程と
を含み、
前記第1の成膜条件と前記第2の成膜条件とでは共に成膜方法がスパッタ法であり、
前記第1の成膜条件を、前記第1の下地膜の堆積速度(Vd)とエッチング速度(Ve)との比をVd/Veとして、
Vd/Ve>1
とする第1のスパッタ工程と、
Vd/Ve<1
とする第2のスパッタ工程と
を含む複数のスパッタ工程として実行するとともに、
前記第2の成膜条件を、前記第2の下地膜の堆積速度(Vd)とエッチング速度(Ve)との比をVd/Veとして、
1<Vd/Ve<2
の条件で実行し、前記第2の下地膜を、前記溝の内壁面における側壁面の膜厚に対して底面の膜厚が70%〜130%の範囲内の値となるように成膜することを特徴とする配線構造の形成方法。 - 前記スパッタ法は、前記基板にバイアス電圧を印加して成膜するバイアス・スパッタ法であることを特徴とする請求項1に記載の配線構造の形成方法。
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