JPH10189592A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH10189592A
JPH10189592A JP35596496A JP35596496A JPH10189592A JP H10189592 A JPH10189592 A JP H10189592A JP 35596496 A JP35596496 A JP 35596496A JP 35596496 A JP35596496 A JP 35596496A JP H10189592 A JPH10189592 A JP H10189592A
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JP
Japan
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film
conductive film
photoresist
forming
metal wiring
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JP35596496A
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Yasushi Miyamoto
靖史 宮本
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ダマシン法による埋め込みCu配線において、
層間絶縁膜中へのCuの拡散を防止するためのバリア膜
による層間容量の増大を抑制する。 【解決手段】層間絶縁膜3に形成した溝DTの内面を被
覆するように窒化チタン膜1を形成し、その上にCu膜
2を形成した後、化学的機械研磨(CMP)法により溝
DT内以外の部分のCu膜2及び窒化チタン膜1を除去
する。CMP法により表面が陥没した溝DT内のCu膜
2上に窒化チタンタングステン膜4を形成し、レジスト
エッチバック法により、溝DT内の表面が陥没したCu
膜2上にのみ窒化チタンタングステン膜4を残す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に、埋め込み配線を備える半導体装置の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上に形成された層間絶縁膜で
あるシリコン酸化膜に溝を形成し、その溝の内面を窒化
チタン等のバリアメタルで被覆し、しかる後、その溝
に、例えば、銅の金属配線を埋め込むという、いわゆる
ダマシン法において、金属配線上面よりCuが層間絶縁
膜であるシリコン酸化膜中に拡散し、シリコン酸化膜の
質を低下させるという問題が有り、それを防止するため
にCu配線形成後、Cu配線上にチタンタングステン窒
化膜等のバリア膜を形成する方法が有効であることが従
来知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の方法で
は、半導体基板全面にバリア膜が形成されるので、層間
容量が増大し、素子の動作速度を低下させるという問題
が有った。
【0004】そこで、本発明の目的は、ダマシン法に従
って形成したCu配線のバリア膜を層間容量を増大させ
ることなく形成することができる半導体装置の製造方法
を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成
した絶縁膜に溝を形成する第1の工程と、前記溝が形成
された前記絶縁膜上に、前記溝の内面を被覆するように
第1の導電膜を形成する第2の工程と、前記第2の工程
後、前記第1の導電膜上に、前記溝内を埋め込むように
金属配線を形成する第3の工程と、化学的機械研磨法に
より、前記溝内以外の前記金属配線及び前記第1の導電
膜を除去し、更に、前記溝内の前記金属配線の表層を除
去して、前記金属配線近傍の前記絶縁膜の表面に対して
前記金属配線の表面を陥没させ、前記金属配線に凹部を
形成する第4の工程と、前記第4の工程後、前記凹部を
含む前記半導体基板上に第2の導電膜を形成する第5の
工程と、前記凹部内以外に形成された前記第2の導電膜
を除去する第6の工程と、を備える。
【0006】また、本発明の別の態様による半導体装置
の製造方法は、半導体基板上に形成した絶縁膜に溝を形
成する第1の工程と、前記溝が形成された前記絶縁膜上
に、前記溝の内面を被覆するように第1の導電膜を形成
する第2の工程と、前記第2の工程後、前記第1の導電
膜上に、前記溝内を埋め込むように金属配線を形成する
第3の工程と、前記溝内以外の前記金属配線及び前記第
1の導電膜を除去する第4の工程と、前記第4の工程
後、前記半導体基板上にフォトレジストを形成する第5
の工程と、前記フォトレジストを露光して、前記金属配
線上のフォトレジストを除去する第6の工程と、前記第
6の工程後、前記フォトレジストをマスクとして前記金
属配線の表層をエッチングにより除去し、前記金属配線
近傍の前記絶縁膜の表面に対して前記金属配線の表面を
陥没させ、前記金属配線に凹部を形成する第7の工程
と、前記凹部を含む前記半導体基板上に第2の導電膜を
形成する第8の工程と、前記凹部内以外に形成された前
記第2の導電膜及び前記フォトレジストを除去する第9
の工程と、を備える。
【0007】本発明の一態様では、前記第6の工程が、
前記第2の導電膜上にフォトレジストを形成する第7の
工程と、前記フォトレジスト及び前記第2の導電膜を、
前記絶縁膜の表面が露出し、且つ、前記凹部が前記第2
の導電膜により埋まる程度にエッチバックする第8の工
程と、を更に備える。
【0008】本発明の一態様では、前記第6の工程が、
前記絶縁膜の表面が露出し、且つ、前記凹部が前記第2
の導電膜により埋まる程度に前記第2の導電膜に化学的
機械研磨を行う第7の工程、を更に備える。
【0009】本発明の一態様では、前記第2の導電膜
が、多結晶シリコン、窒化チタン及び窒化チタンタング
ステンのうちのいずれか1つである。
【0010】本発明の一態様では、前記第9の工程が、
前記第2の導電膜上に第2のフォトレジストを形成する
第10の工程と、前記第2のフォトレジスト、前記第2
の導電膜及び前記フォトレジストを、前記絶縁膜の表面
が露出し、且つ、前記凹部が前記第2の導電膜により埋
まる程度にエッチバックする第11の工程と、を更に備
える。
【0011】本発明の一態様では、前記第9の工程が、
前記絶縁膜の表面が露出し、且つ、前記凹部が前記第2
の導電膜により埋まる程度に前記第2の導電膜に化学的
機械研磨を行う第10の工程、を更に備える。
【0012】本発明の一態様では、前記第6の工程で、
前記フォトレジストを全面露光し、前記金属配線による
反射を用いて前記金属配線上のフォトレジストを除去す
る。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0014】図1(a)〜(d)は、本発明の第1の実
施例を説明するために工程順に示した半導体基板の断面
図である。
【0015】まず、図1(a)に示すように、シリコン
半導体基板10の上に、層間絶縁膜となるシリコン酸化
膜3を形成した後、シリコン酸化膜3の表面にフォトリ
ソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、深さ
0.5μm程度の配線形成用パターンを有する溝DTを
形成する。次に、溝DTを含むシリコン酸化膜3の上に
スパッタ法により厚さ0.1μm程度のバリアメタル
(TiN)膜1及びCu膜2を順次形成する。なお、C
u膜2は、Cuに限らず、金属ならば良く、例えば、A
lを用いても良い。
【0016】次に、図1(b)に示すように、化学的機
械研磨(CMP)処理を行い、シリコン酸化膜3の表面
を露出させ、更に、Cu膜2の表層を陥没させて、Cu
膜2近傍のシリコン酸化膜3表面よりもCu膜2の表面
の方を低くする。このように、Cu等の金属は、シリコ
ン酸化膜3やバリアメタル(TiN)膜1に比し柔らか
いので、CMP処理を施すと、周囲のシリコン酸化膜3
やバリアメタル(TiN)膜1の表面よりもやや削れ具
合が大きい。
【0017】次に、図1(c)に示すように、スパッタ
方により、Cu膜2のバリア膜となる厚さ0.3μm程
度のチタンタングステン窒化膜4を形成する。次に、レ
ジスト膜5を厚さ1μm程度に形成する。
【0018】次に、図1(d)に示すように、Arスパ
ッタ法によりエッチバックを行い、Cu膜2上のみチタ
ンタングステン窒化膜4を残す。なお、バリア膜となる
チタンタングステン窒化膜4の代わりに、チタン窒化膜
若しくは多結晶シリコン膜を用いても良い。このよう
に、チタンタングステン窒化膜4上にレジスト膜5を塗
布することにより、Cu膜2上のチタンタングステン窒
化膜4の陥没部分がレジスト膜5で埋められ、表面が平
坦になるので、図1(d)に示す工程においてエッチバ
ック処理を施した場合、Cu膜2上にのみチタンタング
ステン窒化膜4を残存させることができる。
【0019】或いは、図1(c)に示す工程において、
チタンタングステン窒化膜4を形成した後、レジスト膜
5を塗布せずにCMPでチタンタングステン窒化膜4を
研磨することにより、シリコン酸化膜3表面を露出さ
せ、Cu膜2上にのみチタンタングステン窒化膜4を残
しても良い。
【0020】図2(a)〜(e)は、本発明の第2の実
施例を説明するために工程順に示した半導体基板の断面
図である。
【0021】まず、図2(a)に示すように、シリコン
半導体基板10の上にシリコン酸化膜3を形成した後、
シリコン酸化膜3の表面に、フォトリソグラフィー技術
及びエッチング技術を用いて、深さ0.5μm程度の配
線形成用パターンを有する溝DTを形成する。次に、溝
DTを含むシリコン酸化膜3の上にスパッタ法により厚
さ0.1μm程度のバリアメタル(TiN)膜1及びC
u膜2を順次形成する。しかる後、化学的機械研磨(C
MP)処理を行い、シリコン酸化膜3の表面を露出させ
る。
【0022】次に、図2(b)に示すように、レジスト
膜5を形成し、Cu膜2の反射による全面露光を行う。
【0023】次に、図2(c)に示すように、Cu膜2
上以外にのみレジスト膜5を残してCu膜2のエッチン
グを行い、Cu膜2の上に窪みを付ける。
【0024】次に、図2(d)に示すように、半導体基
板10全面に、バリア膜4としてシリコン窒化膜或いは
ポリシリコン膜を堆積させる。
【0025】次に、図2(e)に示すように、化学的機
械研磨を行い、Cu配線上以外のレジスト膜5及びバリ
ア膜4を除去することで、Cu膜2上にのみバリア膜4
を残す。この結果、シリコン酸化膜3上にレジスト膜5
が除去しきれずに残存している場合には、アッシング処
理によりレジスト膜5を除去する。
【0026】また、図2(d)に示す工程後、バリア膜
4上にレジスト膜(不図示)を塗布し、レジスト膜5に
よる段差を緩和して表面を平坦化した後、エッチバック
処理を施して、Cu配線上以外のレジスト膜5及びバリ
ア膜4を除去することで、Cu膜2上にのみバリア膜4
を残しても良い。
【0027】
【発明の効果】本発明により、例えば、ダマシン法に従
って形成されたCu等の金属配線において、金属配線の
上面のみをチタンタングステン窒化膜で被覆することに
より、この金属配線上面からCu等が層間絶縁膜中へ拡
散することを防ぐことができ、且つ、層間容量の増大が
抑制され、素子の動作速度低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するために工程順
に示した断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するために工程順
に示した断面図である。
【符号の説明】
1 バリアメタル 2 Cu配線 3 シリコン酸化膜 4 チタンタングステン窒化膜(バリア膜) 5 レジスト 10 シリコン半導体基板 DT 溝

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成した絶縁膜に溝を形
    成する第1の工程と、 前記溝が形成された前記絶縁膜上に、前記溝の内面を被
    覆するように第1の導電膜を形成する第2の工程と、 前記第2の工程後、前記第1の導電膜上に、前記溝内を
    埋め込むように金属配線を形成する第3の工程と、 化学的機械研磨法により、前記溝内以外の前記金属配線
    及び前記第1の導電膜を除去し、更に、前記溝内の前記
    金属配線の表層を除去して、前記金属配線近傍の前記絶
    縁膜の表面に対して前記金属配線の表面を陥没させ、前
    記金属配線に凹部を形成する第4の工程と、 前記第4の工程後、前記凹部を含む前記半導体基板上に
    第2の導電膜を形成する第5の工程と、 前記凹部内以外に形成された前記第2の導電膜を除去す
    る第6の工程と、 を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に形成した絶縁膜に溝を形
    成する第1の工程と、 前記溝が形成された前記絶縁膜上に、前記溝の内面を被
    覆するように第1の導電膜を形成する第2の工程と、 前記第2の工程後、前記第1の導電膜上に、前記溝内を
    埋め込むように金属配線を形成する第3の工程と、 前記溝内以外の前記金属配線及び前記第1の導電膜を除
    去する第4の工程と、 前記第4の工程後、前記半導体基板上にフォトレジスト
    を形成する第5の工程と、 前記フォトレジストを露光して、前記金属配線上のフォ
    トレジストを除去する第6の工程と、 前記第6の工程後、前記フォトレジストをマスクとして
    前記金属配線の表層をエッチングにより除去し、前記金
    属配線近傍の前記絶縁膜の表面に対して前記金属配線の
    表面を陥没させ、前記金属配線に凹部を形成する第7の
    工程と、 前記凹部を含む前記半導体基板上に第2の導電膜を形成
    する第8の工程と、 前記凹部内以外に形成された前記第2の導電膜及び前記
    フォトレジストを除去する第9の工程と、 を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記第6の工程が、
    前記第2の導電膜上にフォトレジストを形成する第7の
    工程と、 前記フォトレジスト及び前記第2の導電膜を、前記絶縁
    膜の表面が露出し、且つ、前記凹部が前記第2の導電膜
    により埋まる程度にエッチバックする第8の工程と、 を更に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記第6の工程が、
    前記絶縁膜の表面が露出し、且つ、前記凹部が前記第2
    の導電膜により埋まる程度に前記第2の導電膜に化学的
    機械研磨を行う第7の工程、 を更に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2において、前記第2の導
    電膜が、多結晶シリコン、窒化チタン及び窒化チタンタ
    ングステンのうちのいずれか1つであることを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項2において、前記第9の工程が、
    前記第2の導電膜上に第2のフォトレジストを形成する
    第10の工程と、 前記第2のフォトレジスト、前記第2の導電膜及び前記
    フォトレジストを、前記絶縁膜の表面が露出し、且つ、
    前記凹部が前記第2の導電膜により埋まる程度にエッチ
    バックする第11の工程と、 を更に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項2において、前記第9の工程が、
    前記絶縁膜の表面が露出し、且つ、前記凹部が前記第2
    の導電膜により埋まる程度に前記第2の導電膜に化学的
    機械研磨を行う第10の工程、 を更に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項2において、前記第6の工程で、
    前記フォトレジストを全面露光し、前記金属配線による
    反射を用いて前記金属配線上のフォトレジストを除去す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP35596496A 1996-12-25 1996-12-25 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH10189592A (ja)

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