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JP2000077413A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

Info

Publication number
JP2000077413A
JP2000077413A JP10248451A JP24845198A JP2000077413A JP 2000077413 A JP2000077413 A JP 2000077413A JP 10248451 A JP10248451 A JP 10248451A JP 24845198 A JP24845198 A JP 24845198A JP 2000077413 A JP2000077413 A JP 2000077413A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
insulating film
film
copper
barrier metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10248451A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Manabu Iguchi
学 井口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP10248451A priority Critical patent/JP2000077413A/en
Publication of JP2000077413A publication Critical patent/JP2000077413A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a copper wiring in resistance to electromigration by a method wherein barrier metal is formed into a two-layered laminated barrier metal film used for an embedded metal wiring, a first barrier metal layer comes into contact with wiring metal and is satisfactory in adhesion to it, and a second barrier metal layer comes into contact with an inter-wiring insulating film and is made to serve as a diffusion preventing layer. SOLUTION: A first interlayer insulating film 2 is formed on a silicon substrate 1, an inter-wiring insulating film 3 is formed on the interlayer insulating film 2, a wiring groove is provided to the insulating film 3, a first and a second barrier metal layer, 6 and 7 are formed on the inner wall and base of the wiring groove, and copper is filled up in the groove for the formation of a copper wiring 8. The first barrier metal layer 6 serves as a barrier film to prevent copper from diffusing into the inter- wiring insulating film 3, and the second barrier metal 7 is satisfactory in adhesion to the copper wiring 8. Furthermore, a second interlayer insulating film 9 is formed to constitute an upper wiring structure. The second interlayer insulating film 9 prevents copper from diffusing into the upper wiring structure and functions as a stopper in dry etching carried out for the formation of a wiring groove when the upper wiring structure is formed. The above processes are repeatedly carried out for the formation of a multilayer interconnection structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、埋め込み金属配線
構造を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device having a buried metal wiring structure and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIの高性能化のためにデバイ
スの微細化が進められている。しかし、配線の微細化に
伴い配線抵抗が増大し、従来のAlCu配線ではエレク
トロマイグレーション耐性が不十分になってきている。
また、配線抵抗の増大はデバイススピードを制限する主
要因でもある。以上の点から、次世代の配線としてAl
Cu配線よりも低抵抗で、エレクトロマイグレーション
耐性も勝るといわれる銅配線が注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, miniaturization of devices has been promoted in order to improve the performance of LSIs. However, as the wiring becomes finer, the wiring resistance increases, and the electromigration resistance of the conventional AlCu wiring becomes insufficient.
In addition, an increase in wiring resistance is also a main factor limiting device speed. From the above points, Al as the next generation wiring
Attention has been paid to copper wiring, which is said to have lower resistance than Cu wiring and also has higher electromigration resistance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、銅配線
を用いれば必ずエレクトロマイグレーション耐性が向上
する訳ではなく、その性能は形成プロセスおよび材料の
選択に大きく依存する。例えば、銅埋設配線のバリアメ
タルとしては窒化チタンが知られているが、窒化チタン
と銅の密着性は必ずしも良好ではないためエレクトロマ
イグレーション耐性は劣化し、銅本来の性能を十分に引
き出すことができない。バリアメタルと銅の密着性の向
上が高エレクトロマイグレーション耐性の実現には重要
である。
However, the use of copper wiring does not necessarily improve the electromigration resistance, and its performance greatly depends on the formation process and the selection of materials. For example, titanium nitride is known as a barrier metal for copper buried wiring, but the adhesion between titanium nitride and copper is not always good, so the electromigration resistance is deteriorated and the original performance of copper cannot be sufficiently brought out. . Improvement of the adhesion between the barrier metal and copper is important for realizing high electromigration resistance.

【0004】そこで本発明の目的は、溝埋込銅配線構造
においてバリアメタルを積層金属膜にすることで、銅配
線のエレクトロマイグレーション耐性が向上した半導体
装置を提供することである。また、この半導体装置の製
造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor device with improved electromigration resistance of copper wiring by using a laminated metal film as a barrier metal in a trench-buried copper wiring structure. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the semiconductor device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、溝埋込金属配
線において、バリアメタルが積層金属膜であり、配線金
属と接触するバリアメタル層が配線金属と良好な密着性
を有する金属層であり、配線間絶縁膜と接触するバリア
メタル層が拡散防止層であることを特徴とする半導体装
置に関する。
According to the present invention, in a trench-filled metal wiring, a barrier metal is a laminated metal film, and a barrier metal layer in contact with the wiring metal is a metal layer having good adhesion to the wiring metal. The present invention relates to a semiconductor device, wherein a barrier metal layer in contact with an interwiring insulating film is a diffusion preventing layer.

【0006】また本発明は、溝埋込銅配線において、バ
リアメタルが積層金属膜であり、銅配線と接触するバリ
アメタル層が銅配線と良好な密着性を有する金属層であ
り、配線間絶縁膜と接触するバリアメタル層が銅の拡散
を防止できる拡散防止層であることを特徴とする半導体
装置に関する。
Further, according to the present invention, in the trench-filled copper wiring, the barrier metal is a laminated metal film, and the barrier metal layer in contact with the copper wiring is a metal layer having good adhesion to the copper wiring. The present invention relates to a semiconductor device, wherein a barrier metal layer in contact with a film is a diffusion preventing layer capable of preventing diffusion of copper.

【0007】また本発明は、基板上に第1の絶縁膜を形
成した後に第2の絶縁膜を形成する工程、第1の絶縁膜
をエッチングストッパ膜として第2の絶縁膜に配線溝を
形成する工程、配線溝内部を含む領域上に第1のバリア
メタル膜として銅の拡散防止膜を形成し、その上に第2
のバリアメタル膜として銅と良好な密着性を有する金属
膜を形成する工程、配線溝を埋め込むように銅を堆積す
る工程、CMPによって第2の絶縁膜表面が見えるま
で、銅、第1のバリアメタル膜および第2のバリアメタ
ル膜を除去する工程を有することを特徴とする半導体装
置の製造方法に関する。
Further, the present invention provides a step of forming a second insulating film after forming a first insulating film on a substrate, forming a wiring groove in the second insulating film using the first insulating film as an etching stopper film. Forming an anti-diffusion film of copper as a first barrier metal film on a region including the inside of the wiring groove;
Forming a metal film having good adhesion to copper as a barrier metal film, depositing copper so as to fill wiring trenches, and removing copper and the first barrier until the surface of the second insulating film is visible by CMP. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of removing a metal film and a second barrier metal film.

【0008】また本発明は、基板上に第1の絶縁膜を形
成した後に低誘電率材料からなる第2の絶縁膜を形成
し、その上に第3の絶縁膜を形成する工程、第1の絶縁
膜をエッチングストッパ膜として第2及び第3の絶縁膜
に配線溝を形成する工程、配線溝内部を含む領域上に第
1のバリアメタル膜として銅の拡散防止膜を形成し、そ
の上に第2のバリアメタル膜として銅と良好な密着性を
有する金属膜を形成する工程、配線溝を埋め込むように
銅を堆積する工程、CMPによって第3の絶縁膜をスト
ッパ膜としてその表面が見えるまで、銅、第1のバリア
メタル膜および第2のバリアメタル膜を除去する工程を
有することを特徴とする半導体装置の製造方法に関す
る。
[0008] The present invention also provides a step of forming a first insulating film on a substrate, forming a second insulating film made of a low dielectric constant material, and forming a third insulating film thereon. Forming a wiring groove in the second and third insulating films using the insulating film as an etching stopper film, forming a copper diffusion preventing film as a first barrier metal film on a region including the inside of the wiring groove, Forming a metal film having good adhesion to copper as a second barrier metal film, depositing copper so as to fill wiring trenches, and using CMP to expose the surface of the third insulating film as a stopper film Up to the step of removing copper, the first barrier metal film and the second barrier metal film.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】第1の実施の形態 本発明の第1の実施の形態の構造を図1に示す。本実施
の形態の構造は、シリコン基板1上に、配線溝をドライ
エッチングにより形成する際のストッパ膜としての第1
の層間絶縁膜2、その上に配線間絶縁膜3が形成されて
いる。この配線間絶縁膜膜3には配線溝が形成され、こ
の配線溝内に、第1のバリアメタル6、第2のバリアメ
タル7が形成され、次いで銅が埋め込まれて銅配線8が
形成されている。この第1のバリアメタル6は配線間絶
縁膜3への銅の拡散を防ぐバリア膜(拡散防止膜)であ
り、第2のバリアメタル7は銅配線8と良好な密着性を
有するバリア膜である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment FIG. 1 shows the structure of a first embodiment of the present invention. The structure of the present embodiment has a structure in which a first trench as a stopper film is formed when a wiring groove is formed on the silicon substrate 1 by dry etching.
, And an inter-wiring insulating film 3 is formed thereon. A wiring groove is formed in the inter-wiring insulating film 3, a first barrier metal 6 and a second barrier metal 7 are formed in the wiring groove, and then copper is buried to form a copper wiring 8. ing. The first barrier metal 6 is a barrier film (diffusion preventing film) for preventing copper from diffusing into the inter-wiring insulating film 3, and the second barrier metal 7 is a barrier film having good adhesion to the copper wiring 8. is there.

【0010】さらに、第2の層間絶縁膜9を形成し、上
記と同様にして上層配線構造が構成される。この第2の
層間絶縁膜9は、上層配線構造の配線間絶縁膜への銅の
拡散を防ぎ、また上層配線構造の形成の際、配線溝のド
ライエッチングにおけるストッパ膜として機能する。以
上の構造を繰り返すことで多層配線構造が形成される。
Further, a second interlayer insulating film 9 is formed, and an upper wiring structure is formed in the same manner as described above. This second interlayer insulating film 9 prevents diffusion of copper into the inter-wiring insulating film of the upper wiring structure, and also functions as a stopper film in dry etching of wiring grooves when forming the upper wiring structure. By repeating the above structure, a multilayer wiring structure is formed.

【0011】本実施の形態の構造は、配線間絶縁膜3
が、銅配線の形成に用いるCMP処理に対して十分な機
械的強度を持つ材料、例えば酸化シリコン膜からなる場
合に好適である。
The structure of the present embodiment is the same as that of the
However, it is suitable when a material having sufficient mechanical strength for the CMP processing used for forming the copper wiring, for example, a silicon oxide film is used.

【0012】また、第1の層間絶縁膜2および第2の層
間絶縁膜9は、配線溝のドライエッチングにおいて配線
間絶縁膜3と高選択比がとれる材料からなり、なおかつ
第2の層間絶縁膜9については銅配線8からの銅拡散を
防ぐことが可能な材料からなることが必要である。具体
的には窒化シリコン膜が望ましい。
The first interlayer insulating film 2 and the second interlayer insulating film 9 are made of a material having a high selectivity with respect to the inter-wiring insulating film 3 in the dry etching of the wiring groove. 9 needs to be made of a material capable of preventing copper diffusion from the copper wiring 8. Specifically, a silicon nitride film is desirable.

【0013】また、第1のバリアメタル6は、銅の拡散
を防止できる金属からなり、例えば窒化チタンが挙げら
れる。第2のバリアメタル7としては、銅配線8と良好
な密着性を有する金属からなることが必要であり、さら
に第1のバリアメタル6に対しても良好な密着性を有す
る金属からなることが好ましい。例えば、アルミニウム
やAlCuなどが望ましい。
The first barrier metal 6 is made of a metal capable of preventing the diffusion of copper, for example, titanium nitride. It is necessary that the second barrier metal 7 be made of a metal having good adhesion to the copper wiring 8, and further be made of a metal having good adhesion to the first barrier metal 6. preferable. For example, aluminum or AlCu is desirable.

【0014】以上の構造により、銅配線8と第1のバリ
アメタル6の密着性が向上し銅原子が移動しにくくなる
ために、高エレクトロマイグレーション耐性をもった銅
配線を実現することができる。
According to the above structure, the adhesion between the copper wiring 8 and the first barrier metal 6 is improved and copper atoms are hardly moved, so that a copper wiring having high electromigration resistance can be realized.

【0015】本実施の形態の半導体装置は、図2及び図
3に示す方法によって製造される。
The semiconductor device according to the present embodiment is manufactured by the method shown in FIGS.

【0016】まず、図2(a)に示すように、半導体素
子と平坦化された層間絶縁膜(図示せず)が形成された
シリコン基板1上に、第1の層間絶縁膜2を500Å〜100
0Åの膜厚に成膜し、続いて配線間絶縁膜3を成膜す
る。配線間絶縁膜3の膜厚は以降に形成する銅配線8の
膜厚に相当し、3000Å〜5000Åが適当である。
First, as shown in FIG. 2A, a first interlayer insulating film 2 is formed on a silicon substrate 1 on which a semiconductor element and a flattened interlayer insulating film (not shown) are formed. 100
A film is formed to a thickness of 0 °, and then an inter-wiring insulating film 3 is formed. The film thickness of the inter-wiring insulating film 3 corresponds to the film thickness of the copper wiring 8 to be formed later, and is suitably 3000 to 5000.

【0017】次に、図2(b)に示すように、従来のリ
ソグラフィー技術を用いて任意の配線溝をパターニング
したレジスト膜4を形成する。配線溝5の幅(配線幅)
は適宜設定される。
Next, as shown in FIG. 2B, a resist film 4 is formed by patterning an arbitrary wiring groove by using a conventional lithography technique. Width of wiring groove 5 (wiring width)
Is set as appropriate.

【0018】次に、ドライエッチング技術を用いて配線
間絶縁膜3をエッチングし、配線溝5を形成する。この
とき、配線間絶縁膜3のエッチングレートに比べて第1
の層間絶縁膜2のエッチングレートが十分に低い条件を
用いることにより、配線溝の幅によらない一様な深さを
持つ配線溝を形成することが可能である。溝エッチング
後に、酸素プラズマアッシングを加えてレジスト膜4を
除去し、図2(c)に示す構造が実現される。
Next, the inter-wiring insulating film 3 is etched using a dry etching technique to form a wiring groove 5. At this time, compared with the etching rate of the inter-wiring insulating film 3, the first
By using the condition that the etching rate of the interlayer insulating film 2 is sufficiently low, it is possible to form a wiring groove having a uniform depth independent of the width of the wiring groove. After the groove etching, oxygen plasma ashing is performed to remove the resist film 4, and the structure shown in FIG. 2C is realized.

【0019】次に、図3(d)に示すように、積層のバ
リアメタルを成膜する。まず、銅拡散に対して十分なバ
リア性を有する金属を第1のバリアメタル6として200
Å〜500Åの膜厚でスパッタし、続いて銅および第1の
バリアメタル6の両方に対して良好な密着性を有する金
属を第2のバリアメタル7として200Å〜500Åの膜厚で
スパッタする。
Next, as shown in FIG. 3D, a laminated barrier metal is formed. First, a metal having a sufficient barrier property against copper diffusion is used as the first barrier metal 6.
Sputtering is performed to a thickness of {500} and then a metal having good adhesion to both copper and the first barrier metal 6 is sputtered as a second barrier metal 7 to a thickness of 200-500 [deg.].

【0020】次に、図3(e)に示すように、配線溝5
に銅配線8を埋設する。銅の埋設方法にはスパッタ+リ
フロー法、MO-CVD法、メッキ法などがあり、適宜
選択される。
Next, as shown in FIG.
Copper wiring 8 is buried. The method of burying copper includes a sputter + reflow method, an MO-CVD method, a plating method, and the like, and is appropriately selected.

【0021】次に、図3(f)に示すように、配線間絶
縁膜3の表面に存在する余剰な銅配線、および第1のバ
リアメタル6と第2のバリアメタル7をCMP(化学的
機械的研磨法)によって除去する。
Next, as shown in FIG. 3F, the excess copper wiring existing on the surface of the inter-wiring insulating film 3 and the first barrier metal 6 and the second barrier metal 7 are removed by CMP (chemical (Mechanical polishing method).

【0022】最後に、図3(g)に示すように、第2の
層間絶縁膜9を配線間絶縁膜3および銅配線8上に500
Å〜1000Åの膜厚で成膜する。
Finally, as shown in FIG. 3G, a second interlayer insulating film 9 is formed on the inter-wiring insulating film 3 and the copper wiring 8 by 500.
The film is formed to a thickness of Å to 1000Å.

【0023】第2の実施の形態 本発明の第2の実施の形態の構造を図4に示す。本実施
の形態の構造は、シリコン基板1上に、配線溝をドライ
エッチングにより形成する際のストッパ膜としての第1
の層間絶縁膜2、その上に配線間絶縁膜3とキャップ絶
縁膜10が積層されている。キャップ絶縁膜10が積層
された配線間絶縁膜3には配線溝が形成され、この配線
溝内に、第1のバリアメタル6、第2のバリアメタル7
が形成され、次いで銅が埋め込まれて銅配線8が形成さ
れている。この第1のバリアメタル6は配線間絶縁膜3
への銅の拡散を防ぐバリア膜(拡散防止膜)であり、第
2のバリアメタル7は銅配線8と良好な密着性を有する
バリア膜である。
Second Embodiment FIG. 4 shows the structure of a second embodiment of the present invention. The structure of the present embodiment has a structure in which a first trench as a stopper film is formed when a wiring groove is formed on the silicon substrate 1 by dry etching.
, An inter-wiring insulating film 3 and a cap insulating film 10 are laminated thereon. A wiring groove is formed in the inter-wiring insulating film 3 on which the cap insulating film 10 is laminated, and a first barrier metal 6 and a second barrier metal 7 are formed in the wiring groove.
Is formed and then copper is buried to form a copper wiring 8. The first barrier metal 6 is used as the inter-wiring insulating film 3.
The second barrier metal 7 is a barrier film having good adhesion to the copper wiring 8.

【0024】さらに、第2の層間絶縁膜9を形成し、上
記と同様にして上層配線構造が形成される。この第2の
層間絶縁膜9は、上層配線構造の配線間絶縁膜への銅の
拡散を防ぎ、また上層配線構造の形成の際、配線溝のド
ライエッチングにおけるストッパ膜として機能する。以
上の構造を繰り返すことで多層配線構造が形成される。
Further, a second interlayer insulating film 9 is formed, and an upper wiring structure is formed in the same manner as described above. This second interlayer insulating film 9 prevents diffusion of copper into the inter-wiring insulating film of the upper wiring structure, and also functions as a stopper film in dry etching of wiring grooves when forming the upper wiring structure. By repeating the above structure, a multilayer wiring structure is formed.

【0025】本実施の形態の構造は、配線間絶縁膜3
が、比較的機械的強度の低い材料、例えば低誘電率材料
からなる場合に好適である。低誘電率材料としては、無
機材料系ではSiOFやHSQ(Hydrogen Silsesquiox
ane)、有機材料系ではパリレン(Palylene)やフッ素
添加アモルファスカーボンなどがある。
The structure of this embodiment is based on the
However, it is suitable when the material is made of a material having a relatively low mechanical strength, for example, a low dielectric constant material. Inorganic materials such as SiOF and HSQ (Hydrogen Silsesquiox)
ane), and organic materials include parylene and fluorinated amorphous carbon.

【0026】これらの材料は、一般に膜強度が弱いため
に配線金属のCMP処理においてエンドポイント検出が
困難であり、さらに膜剥がれが起きる虞もある。そこ
で、このような低誘電率膜を、十分な機械的強度を持つ
シリコン含有絶縁膜などのキャップ絶縁膜10で保護し
ている。キャップ絶縁膜としては、シリコン酸化膜(S
iO2)、シリコン窒化膜(SiN)、酸素含有シリコ
ン窒化膜(SiON)などが挙げられる。
Since these materials generally have low film strength, it is difficult to detect an end point in CMP processing of wiring metal, and there is a possibility that film peeling may occur. Therefore, such a low dielectric constant film is protected by a cap insulating film 10 such as a silicon-containing insulating film having sufficient mechanical strength. As the cap insulating film, a silicon oxide film (S
iO 2 ), a silicon nitride film (SiN), an oxygen-containing silicon nitride film (SiON), and the like.

【0027】また、第1の層間絶縁膜2および第2の層
間絶縁膜9は、配線溝のドライエッチングにおいて配線
間絶縁膜3と高選択比がとれる材料からなり、なおかつ
第2の層間絶縁膜9については銅配線8からの銅拡散を
防ぐことが可能な材料からなることが必要である。具体
的には窒化シリコン膜が望ましい。
The first interlayer insulating film 2 and the second interlayer insulating film 9 are made of a material having a high selectivity with respect to the inter-wiring insulating film 3 in the dry etching of the wiring groove. 9 needs to be made of a material capable of preventing copper diffusion from the copper wiring 8. Specifically, a silicon nitride film is desirable.

【0028】また、第1のバリアメタル6は、銅の拡散
を防止できる金属からなり、例えば窒化チタンが挙げら
れる。第2のバリアメタル7としては、銅配線8と良好
な密着性を有する金属からなることが必要であり、さら
に第1のバリアメタル6に対しても良好な密着性を有す
る金属からなることが好ましい。例えば、アルミニウム
やAlCuなどが望ましい。
The first barrier metal 6 is made of a metal capable of preventing the diffusion of copper, for example, titanium nitride. It is necessary that the second barrier metal 7 be made of a metal having good adhesion to the copper wiring 8, and further be made of a metal having good adhesion to the first barrier metal 6. preferable. For example, aluminum or AlCu is desirable.

【0029】以上の構造により、銅配線8と第1のバリ
アメタル6の密着性が向上し銅原子が移動しにくくなる
ために、高エレクトロマイグレーション耐性をもった銅
配線を実現することができる。
With the above structure, the adhesion between the copper wiring 8 and the first barrier metal 6 is improved and copper atoms are less likely to move, so that a copper wiring having high electromigration resistance can be realized.

【0030】本実施の形態の半導体装置は、図5及び図
6に示す方法によって製造される。
The semiconductor device according to the present embodiment is manufactured by the method shown in FIGS.

【0031】まず、図5(a)に示すように、半導体素
子と平坦化された層間絶縁膜(図示せず)が形成された
シリコン基板1上に、第1の層間絶縁膜2を500Å〜100
0Åの膜厚に成膜し、続いて低誘電率材料からなる配線
間絶縁膜3とキャップ絶縁膜10を成膜する。配線間絶
縁膜3の膜厚は3000Å〜5000Å、キャップ絶縁膜10の
膜厚は500Å〜1500Åが適当である。配線間絶縁膜3と
キャップ絶縁膜10の膜厚の合計が以降に形成する銅配
線8の膜厚となる。
First, as shown in FIG. 5A, a first interlayer insulating film 2 is formed on a silicon substrate 1 on which a semiconductor element and a flattened interlayer insulating film (not shown) are formed by 500 .ANG. 100
A film having a thickness of 0 ° is formed, and then an inter-wiring insulating film 3 and a cap insulating film 10 made of a low dielectric constant material are formed. It is appropriate that the thickness of the inter-wiring insulating film 3 is 3000 to 5000, and the thickness of the cap insulating film 10 is 500 to 1500. The total thickness of the inter-wiring insulating film 3 and the cap insulating film 10 is the thickness of the copper wiring 8 to be formed later.

【0032】次に、図5(b)に示すように、従来のリ
ソグラフィー技術を用いて任意の配線溝をパターニング
したレジスト膜4を形成する。配線溝5の幅(配線幅)
は適宜設定される。
Next, as shown in FIG. 5B, a resist film 4 in which an arbitrary wiring groove is patterned by using a conventional lithography technique is formed. Width of wiring groove 5 (wiring width)
Is set as appropriate.

【0033】次に、ドライエッチング技術を用いて配線
間絶縁膜3をエッチングし、配線溝5を形成する。この
とき、配線間絶縁膜3のエッチングレートに比べて第1
の層間絶縁膜2のエッチングレートが十分に低い条件を
用いることにより、配線溝の幅によらない一様な深さを
持つ配線溝を形成することが可能である。溝エッチング
後に、レジスト膜4を除去し、図5(c)に示す構造が
実現される。
Next, the inter-wiring insulating film 3 is etched using a dry etching technique to form a wiring groove 5. At this time, compared with the etching rate of the inter-wiring insulating film 3, the first
By using the condition that the etching rate of the interlayer insulating film 2 is sufficiently low, it is possible to form a wiring groove having a uniform depth independent of the width of the wiring groove. After the groove etching, the resist film 4 is removed, and the structure shown in FIG. 5C is realized.

【0034】次に、図6(d)に示すように、積層のバ
リアメタルを成膜する。まず、銅拡散に対して十分なバ
リア性を有する金属を第1のバリアメタル6として200
Å〜500Åの膜厚でスパッタし、続いて銅および第1の
バリアメタル6の両方に対して良好な密着性を有する金
属を第2のバリアメタル7として200Å〜500Åの膜厚で
スパッタする。
Next, as shown in FIG. 6D, a laminated barrier metal is formed. First, a metal having a sufficient barrier property against copper diffusion is used as the first barrier metal 6.
Sputtering is performed to a thickness of {500} and then a metal having good adhesion to both copper and the first barrier metal 6 is sputtered as a second barrier metal 7 to a thickness of 200-500 [deg.].

【0035】次に、図6(e)に示すように、配線溝5
に銅配線8を埋設する。銅の埋設方法にはスパッタ+リ
フロー法、MO-CVD法、メッキ法などがある。但
し、低誘電率膜は一般に耐熱性が低く、耐熱温度を超え
る熱処理を加えると分解する虞があるため、比較的低温
での処理が可能な方法を用いることが好ましい。
Next, as shown in FIG.
Copper wiring 8 is buried. As a method of burying copper, there are a sputtering + reflow method, an MO-CVD method, a plating method and the like. However, the low dielectric constant film generally has low heat resistance, and may be decomposed by heat treatment exceeding the heat resistance temperature. Therefore, it is preferable to use a method that can perform treatment at a relatively low temperature.

【0036】次に、図6(f)に示すように、キャップ
絶縁膜10の表面に存在する余剰な銅配線、および第1
のバリアメタル6と第2のバリアメタル7をCMP法に
よって除去する。このとき、キャップ絶縁膜10はCM
Pのストッパ膜として働く。
Next, as shown in FIG. 6F, excess copper wiring existing on the surface of the cap insulating film 10 and the first
The barrier metal 6 and the second barrier metal 7 are removed by the CMP method. At this time, the cap insulating film 10 is
Acts as a P stopper film.

【0037】最後に、図6(g)に示すように、第2の
層間絶縁膜9を配線間絶縁膜3および銅配線8上に500
Å〜1000Åの膜厚で成膜する。
Finally, as shown in FIG. 6 (g), a second interlayer insulating film 9 is formed on the
The film is formed to a thickness of Å to 1000Å.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、銅配線とバリアメタルの密着性が向上し、銅原
子が移動しにくくなるために、高エレクトロマイグレー
ション耐性をもった銅配線を実現することができる。そ
の結果、デバイススピードが速く高性能であり且つ信頼
性が高い微細構造の半導体装置を提供することができ
る。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the adhesion between the copper wiring and the barrier metal is improved, and the copper atoms are less likely to move. Can be realized. As a result, a semiconductor device having a fine structure with high device speed, high performance, and high reliability can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の一実施形態の概略断面図
である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of one embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の概略工程断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a semiconductor device according to the present invention;

【図3】本発明の半導体装置の概略工程断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the present invention, illustrating the process;

【図4】本発明の半導体装置の他の実施形態の概略断面
図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of another embodiment of the semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の半導体装置の概略工程断面図である。FIG. 5 is a schematic process sectional view of the semiconductor device of the present invention.

【図6】本発明の半導体装置の概略工程断面図である。FIG. 6 is a schematic process sectional view of the semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】 1 シリコン基板 2 第1の層間絶縁膜 3 配線間絶縁膜 4 レジスト膜 5 配線溝 6 第1のバリアメタル 7 第2のバリアメタル 8 銅配線 9 第2の層間絶縁膜 10キャップ絶縁膜[Description of Reference Numerals] 1 silicon substrate 2 first interlayer insulating film 3 wiring insulating film 4 resist film 5 wiring groove 6 first barrier metal 7 second barrier metal 8 copper wiring 9 second interlayer insulating film 10 cap Insulating film

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溝埋込金属配線において、バリアメタル
が積層金属膜であり、配線金属と接触するバリアメタル
層が配線金属と良好な密着性を有する金属層であり、配
線間絶縁膜と接触するバリアメタル層が拡散防止層であ
ることを特徴とする半導体装置。
In the trench-filled metal wiring, the barrier metal is a laminated metal film, the barrier metal layer in contact with the wiring metal is a metal layer having good adhesion to the wiring metal, and is in contact with the inter-wiring insulating film. A semiconductor device, wherein the barrier metal layer is a diffusion prevention layer.
【請求項2】 溝埋込銅配線において、バリアメタルが
積層金属膜であり、銅配線と接触するバリアメタル層が
銅配線と良好な密着性を有する金属層であり、配線間絶
縁膜と接触するバリアメタル層が銅の拡散を防止できる
拡散防止層であることを特徴とする半導体装置。
2. In the trench-filled copper wiring, the barrier metal is a laminated metal film, the barrier metal layer in contact with the copper wiring is a metal layer having good adhesion to the copper wiring, and is in contact with the inter-wiring insulating film. A barrier metal layer which is a diffusion prevention layer capable of preventing diffusion of copper.
【請求項3】 銅配線と接触するバリアメタル層が、ア
ルミニウム又はAlCuを含んでなることを特徴とする
請求項2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the barrier metal layer in contact with the copper wiring contains aluminum or AlCu.
【請求項4】 配線間絶縁膜と接触するバリアメタル層
が窒化チタンを含んでなることを特徴とする請求項3記
載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the barrier metal layer in contact with the inter-wiring insulating film contains titanium nitride.
【請求項5】 配線間絶縁膜材料が、酸化シリコン、S
iOF、HSQ、フッ素添加アモルファスカーボン、パ
リレンのいずれかを含んでなることを特徴とする請求項
4記載の半導体装置。
5. An inter-wiring insulating film material comprising silicon oxide, S
5. The semiconductor device according to claim 4, comprising iOF, HSQ, fluorinated amorphous carbon, or parylene.
【請求項6】 基板上に第1の絶縁膜を形成した後に第
2の絶縁膜を形成する工程、第1の絶縁膜をエッチング
ストッパ膜として第2の絶縁膜に配線溝を形成する工
程、配線溝内部を含む領域上に第1のバリアメタル膜と
して銅の拡散防止膜を形成し、その上に第2のバリアメ
タル膜として銅と良好な密着性を有する金属膜を形成す
る工程、配線溝を埋め込むように銅を堆積する工程、C
MPによって第2の絶縁膜表面が見えるまで、銅、第1
のバリアメタル膜および第2のバリアメタル膜を除去す
る工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
6. A step of forming a second insulating film after forming a first insulating film on a substrate; a step of forming a wiring groove in the second insulating film using the first insulating film as an etching stopper film; Forming a copper diffusion prevention film as a first barrier metal film on a region including the inside of the wiring groove, and forming a metal film having good adhesion to copper as a second barrier metal film thereon; Depositing copper to fill the trench, C
Until the surface of the second insulating film can be seen by MP, the copper, the first
A step of removing the barrier metal film and the second barrier metal film.
【請求項7】 基板上に第1の絶縁膜を形成した後に低
誘電率材料からなる第2の絶縁膜を形成し、その上に第
3の絶縁膜を形成する工程、第1の絶縁膜をエッチング
ストッパ膜として第2及び第3の絶縁膜に配線溝を形成
する工程、配線溝内部を含む領域上に第1のバリアメタ
ル膜として銅の拡散防止膜を形成し、その上に第2のバ
リアメタル膜として銅と良好な密着性を有する金属膜を
形成する工程、配線溝を埋め込むように銅を堆積する工
程、CMPによって第3の絶縁膜をストッパ膜としてそ
の表面が見えるまで、銅、第1のバリアメタル膜および
第2のバリアメタル膜を除去する工程を有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
7. A step of forming a first insulating film on a substrate, forming a second insulating film made of a material having a low dielectric constant, and forming a third insulating film thereon. Forming a wiring groove in the second and third insulating films using as an etching stopper film, forming a copper diffusion prevention film as a first barrier metal film on a region including the inside of the wiring groove, and forming a second Forming a metal film having good adhesion to copper as a barrier metal film, depositing copper so as to fill wiring trenches, using copper as a stopper film with the third insulating film as a stopper film by CMP until the surface is visible. And a step of removing the first barrier metal film and the second barrier metal film.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6861759B2 (en) 2002-06-28 2005-03-01 Nec Electronics Corporation Semiconductor apparatus of which reliability of interconnections is improved and manufacturing method of the same
JP2008010896A (en) * 2007-09-28 2008-01-17 Seiko Epson Corp Wiring structure and wiring forming method for semiconductor integrated circuit

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