JP2001035917A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor device and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 埋込配線を有する半導体装置において、配線
構成元素の拡散バリア性を向上させ、かつ、配線容量を
低減する。
【解決手段】 埋込配線構造で構成される第2層配線1
1L2および第3層配線11L3の導体膜13の表面を
囲むように酸化シリコン膜よりも誘電率の高い窒化シリ
コン膜からなる絶縁膜14を形成し、その絶縁膜14を
配線毎に分離されるように形成した。これにより、隣接
配線間が絶縁膜14によって接続されるのを防ぐように
した。
(57) Abstract: In a semiconductor device having a buried wiring, a diffusion barrier property of wiring constituent elements is improved and a wiring capacitance is reduced. SOLUTION: A second layer wiring 1 having a buried wiring structure is provided.
An insulating film 14 made of a silicon nitride film having a higher dielectric constant than a silicon oxide film is formed so as to surround the surface of the conductor film 13 of the 1L2 and the third layer wiring 11L3, and the insulating film 14 is separated for each wiring. Formed. This prevents the adjacent wirings from being connected by the insulating film 14.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造技術に関し、特に、半導体装置を構成する配線
の形成方法に適用して有効な技術に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a technique for manufacturing the same, and more particularly to a technique which is effective when applied to a method for forming a wiring constituting a semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】本発明者が検討した配線形成技術は、例
えばダマシン(Damascene )法またはデュアルダマシン
(Dual-Damascene)法と呼ばれる配線形成技術である。
ダマシン法は、絶縁膜に配線形成用の溝を形成した後、
その絶縁膜上および配線形成用の溝内に配線形成用の導
体膜を被着し、さらに、その導体膜を配線形成用の溝内
のみに残すように、例えば化学的機械的研磨法(CM
P;Chemical MechanicalPolishing )によって研磨す
ることにより、配線形成用の溝内に埋込配線を形成する
方法である。また、デュアルダマシン法は、ダマシン法
を応用した方法であり、絶縁膜に配線形成用の溝および
下層配線等との接続を行うための接続孔を形成した後、
その絶縁膜上、配線形成用の溝および接続孔内に配線形
成用の導体膜を被着し、さらに、その導体膜を溝および
接続孔内のみに残すようにCMPによって研磨すること
により、配線形成用の溝内に埋込配線を形成し、かつ、
接続孔内にプラグを形成する方法である。いずれの場合
においても、配線形成用の導体膜には、例えば銅(C
u)等のような低抵抗な材料が使用されるが、銅は熱や
電界等によって絶縁膜中に拡散され易いので、これを防
ぐために配線形成用の溝内に、Cuの拡散防止用のバリ
ア導体膜を形成した後、上記配線形成用の導体膜を形成
するのが一般的である。2. Description of the Related Art A wiring forming technique studied by the present inventors is a wiring forming technique called, for example, a damascene method or a dual-damascene method.
In the damascene method, after forming grooves for wiring formation in the insulating film,
A conductive film for forming a wiring is applied on the insulating film and in the groove for forming the wiring, and furthermore, for example, a chemical mechanical polishing method (CM) is used to leave the conductive film only in the groove for forming the wiring.
This is a method of forming a buried wiring in a wiring forming groove by polishing by P (Chemical Mechanical Polishing). In addition, the dual damascene method is a method to which the damascene method is applied, and after forming a groove for forming a wiring and a connection hole for making connection with a lower layer wiring and the like in an insulating film,
On the insulating film, a conductor film for forming a wiring is deposited in the groove and the connection hole for forming the wiring, and further polished by CMP so as to leave the conductor film only in the groove and the connection hole. Forming a buried wiring in the forming groove, and
This is a method of forming a plug in a connection hole. In any case, for example, copper (C
Although a low-resistance material such as u) is used, copper is easily diffused into the insulating film due to heat or an electric field. After the formation of the barrier conductor film, the conductor film for forming the wiring is generally formed.
【0003】また、本発明者が検討した埋込配線の形成
技術の一例においては、上記いずれの方法においても、
配線形成用の溝が形成された絶縁膜の上面上の全面に、
その埋込配線の上面を覆うように、例えば窒化シリコン
膜等のような高誘電率材料からなるバリア用の絶縁膜を
堆積することにより、埋込配線中の銅が埋込配線の上面
側から絶縁膜中に拡散するのを防止している。[0003] Further, in one example of a technique for forming a buried wiring studied by the present inventors, in any of the above methods,
On the entire surface on the upper surface of the insulating film in which the trench for wiring formation is formed,
By depositing an insulating film for a barrier made of a high dielectric constant material such as a silicon nitride film so as to cover the upper surface of the embedded wiring, copper in the embedded wiring is removed from the upper surface side of the embedded wiring. Diffusion into the insulating film is prevented.
【0004】また、本発明者が検討したデュアルダマシ
ン法の一例においては、上記接続孔を形成するための第
1の絶縁膜の上面上であり、かつ、上記配線形成用の溝
を形成する第2の絶縁膜の下層に、例えば窒化シリコン
膜等のようなマスク膜を予め形成しておき、上記第2の
絶縁膜に配線形成用の溝を形成するためのエッチング処
理に際して、そのマスク膜をエッチングマスクとして、
そのマスク膜から露出する第1の絶縁膜をエッチング除
去することにより、上記接続孔を穿孔するものである
が、そのマスク膜を上記第1の絶縁膜の上面上の全面に
形成している。In one example of a dual damascene method studied by the present inventors, a second damascene method for forming the connection hole is provided on the upper surface of the first insulating film for forming the connection hole. A mask film such as, for example, a silicon nitride film is formed in advance below the second insulating film, and the mask film is used in the etching process for forming a wiring formation groove in the second insulating film. As an etching mask,
The connection hole is formed by etching away the first insulating film exposed from the mask film. The mask film is formed on the entire upper surface of the first insulating film.
【0005】なお、埋込配線技術については、例えば株
式会社プレスジャーナル、「月刊セミコンダクタワール
ド1996年12月号」p129〜p134に記載があ
り、デュアルダマシン配線の現状と課題等について詳細
に説明されている。The embedded wiring technology is described, for example, in Press Journal Inc., “Monthly Semiconductor World, December 1996”, pp. 129-134, and the current state and problems of dual damascene wiring are described in detail. I have.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記高誘電
率材料からなるバリア用の絶縁膜やマスク膜を複数の配
線に対して平面的に重なるように形成する技術において
は、以下の課題があることを本発明者は見出した。However, there is the following problem in the technique of forming a barrier insulating film or a mask film made of the above high dielectric constant material so as to overlap a plurality of wirings in a plane. The present inventor has found that.
【0007】すなわち、高誘電率材料からなるバリア用
の絶縁膜やマスク膜を通じて同層の配線間に電気的なパ
ス(比較的大きな並列の容量成分)が形成され、同層の
配線層間における配線容量が増大する結果、信号遅延が
生じ、半導体装置の動作速度の向上が阻害される。That is, an electrical path (a relatively large parallel capacitance component) is formed between wirings in the same layer through a barrier insulating film or a mask film made of a high dielectric constant material, and wiring between the wiring layers in the same layer is formed. As a result of the increase in capacitance, signal delay occurs, which hinders improvement in the operation speed of the semiconductor device.
【0008】本発明の目的は、埋込配線を有する半導体
装置において、配線構成元素の拡散バリア性を向上さ
せ、かつ、配線容量を低減することのできる技術を提供
することにある。An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the diffusion barrier property of wiring constituent elements and reducing the wiring capacity in a semiconductor device having a buried wiring.
【0009】また、本発明の目的は、埋込配線を有する
半導体装置の動作速度を向上させることのできる技術を
提供することにある。Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the operation speed of a semiconductor device having embedded wiring.
【0010】また、本発明の目的は、埋込配線を有する
半導体装置の信頼性を向上させることのできる技術を提
供することにある。Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the reliability of a semiconductor device having embedded wiring.
【0011】さらに、本発明の目的は、埋込配線を有す
る半導体装置の歩留まりを向上させることのできる技術
を提供することにある。A further object of the present invention is to provide a technique capable of improving the yield of semiconductor devices having embedded wiring.
【0012】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.
【0014】すなわち、(1) 本発明は、第1の絶縁膜に
形成された複数の溝または孔と、前記複数の溝または孔
内に形成された銅系導体膜と、前記第1の絶縁膜よりも
誘電率の高い材料からなり、かつ、前記複数の溝または
孔内における銅系導体膜の各々の上面を覆う複数の第2
の絶縁膜とを有し、前記複数の第2の絶縁膜は互いに分
離された状態で設けられているものである。That is, (1) The present invention provides a semiconductor device, comprising: a plurality of grooves or holes formed in a first insulating film; a copper-based conductor film formed in the plurality of grooves or holes; A plurality of second conductors made of a material having a higher dielectric constant than the film and covering the upper surface of each of the copper-based conductor films in the plurality of grooves or holes;
And the plurality of second insulating films are provided so as to be separated from each other.
【0015】(2)本発明は、第1の絶縁膜に形成された
複数の溝と、前記複数の溝内に形成された銅系導体膜
と、前記第1の絶縁膜よりも誘電率の高い材料からな
り、かつ、前記複数の溝内における銅系導体膜の各々の
底面に設けられた複数の第3の絶縁膜とを有し、前記複
数の第3の絶縁膜は互いに分離された状態で設けられて
いるものである。(2) The present invention provides a semiconductor device, comprising: a plurality of trenches formed in a first insulating film; a copper-based conductor film formed in the plurality of trenches; A plurality of third insulating films formed of a high material, and provided on the bottom surface of each of the copper-based conductor films in the plurality of trenches, wherein the plurality of third insulating films are separated from each other It is provided in a state.
【0016】(3) 本発明は、第1の絶縁膜に形成された
複数の溝または孔と、前記複数の溝または孔内に形成さ
れた銅系導体膜と、前記第1の絶縁膜よりも誘電率の高
い材料からなり、かつ、前記複数の溝または孔内におけ
る銅系導体膜の各々の上面を互いに分離された状態で覆
う複数の第2の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜よりも誘電
率の高い材料からなり、かつ、前記複数の溝内における
銅系導体膜の各々の底面に互いに分離された状態で設け
られた複数の第3の絶縁膜とを有するものである。(3) The present invention provides a semiconductor device, comprising: a plurality of grooves or holes formed in a first insulating film; a copper-based conductor film formed in the plurality of grooves or holes; A plurality of second insulating films made of a material having a high dielectric constant, and covering the upper surfaces of the copper-based conductor films in the plurality of grooves or holes in a state of being separated from each other; and the first insulating film And a plurality of third insulating films provided separately from each other on the bottom surface of the copper-based conductor film in the plurality of grooves.
【0017】(4) 本発明は、上記(1) または(3) におい
て、前記銅系導体膜の上面を前記第1の絶縁膜の上面よ
りも窪ませて、その窪ませた部分に前記第2の絶縁膜を
形成したものである。(4) The invention according to (1) or (3), wherein the upper surface of the copper-based conductor film is depressed from the upper surface of the first insulating film, and 2 is formed.
【0018】(5) 本発明は、上記(2) または(4) におい
て、前記第3の絶縁膜をその下層の絶縁膜に接続孔を穿
孔する際のエッチングマスクとして用いるものである。(5) In the present invention, in the above (2) or (4), the third insulating film is used as an etching mask for forming a connection hole in a lower insulating film.
【0019】(6) 本発明は、上記(1) 〜(5) において、
前記銅系導体膜の側面に、前記第1の絶縁膜よりも誘電
率の高い第4の絶縁膜を設けたものである。(6) The present invention provides the above (1) to (5)
A fourth insulating film having a higher dielectric constant than the first insulating film is provided on a side surface of the copper-based conductor film.
【0020】(7) 本発明は、上記(1) 〜(6) において、
前記銅系導体膜の表面に接して銅の拡散を抑制する導体
膜を設けたものである。(7) The present invention provides the above (1) to (6)
A conductive film for suppressing copper diffusion is provided in contact with the surface of the copper-based conductive film.
【0021】(8) 本発明は、第1の絶縁膜に形成された
複数の溝または孔と、前記複数の溝または孔内に形成さ
れた銅系導体膜と、前記複数の溝または孔内における銅
系導体膜の各々の表面の少なくとも一部を覆い、かつ、
前記銅系導体膜の銅の拡散を抑制する絶縁膜とを有し、
前記銅の拡散を抑制する絶縁膜は各々の銅系導体膜毎に
形成され互いに分離されているものである。(8) The present invention provides a semiconductor device, comprising: a plurality of grooves or holes formed in a first insulating film; a copper-based conductor film formed in the plurality of grooves or holes; Covers at least a part of each surface of the copper-based conductor film, and
An insulating film for suppressing the diffusion of copper in the copper-based conductor film,
The insulating film for suppressing the diffusion of copper is formed for each copper-based conductor film and is separated from each other.
【0022】(9) 本発明は、(a)第1の絶縁膜に複数
の溝または孔を形成する工程と、(b)前記第1の絶縁
膜において前記複数の溝または孔内の少なくとも配線が
接する部分を前記第1の絶縁膜よりも誘電率の高い絶縁
膜に改質する工程と、(c)前記複数の溝または孔内に
導体膜を埋め込む工程とを有するものである。(9) The present invention provides (a) a step of forming a plurality of grooves or holes in a first insulating film, and (b) at least wiring in the plurality of grooves or holes in the first insulating film. And (c) embedding a conductive film in the plurality of grooves or holes.
【0023】(10)本発明は、(a)絶縁膜上に、接続孔
形成用のエッチングマスクである第3の絶縁膜を配線毎
に互いに分離されるように形成した後、それを覆うよう
に第1の絶縁膜を形成する工程と、(b)前記第1の絶
縁膜に複数の溝または接続孔をエッチング処理によって
形成し、かつ、前記第3の絶縁膜をエッチングマスクと
してそこから露出する絶縁膜をエッチング除去すること
により、その絶縁膜に接続孔を形成する工程とを有する
ものである。(10) According to the present invention, (a) a third insulating film, which is an etching mask for forming a connection hole, is formed on an insulating film so as to be separated from each other for each wiring, and is then covered. And (b) forming a plurality of grooves or connection holes in the first insulating film by etching, and exposing the third insulating film using the third insulating film as an etching mask. Forming a connection hole in the insulating film by removing the insulating film by etching.
【0024】(11)本発明は、(a)第1の絶縁膜に複数
の溝または孔を形成する工程と、(b)前記第1の絶縁
膜において前記複数の溝または孔内の少なくとも配線が
接する部分を窒化することで第4の絶縁膜を形成する工
程と、(c)前記複数の溝または孔から露出する導体部
分に対して還元処理する工程と、(d)前記複数の溝ま
たは孔内に導体膜を埋め込む工程とを有するものであ
る。(11) The present invention provides (a) a step of forming a plurality of grooves or holes in a first insulating film, and (b) at least wiring in the plurality of grooves or holes in the first insulating film. Forming a fourth insulating film by nitriding a portion in contact with, a reducing process on a conductor portion exposed from the plurality of grooves or holes, and (d) a process of reducing the conductive portion exposed from the plurality of grooves or holes. Embedding a conductive film in the hole.
【0025】(12)本発明は、上記(11)において、前記工
程(b)は、窒素、アンモニアまたは窒素水素混合ガス
の雰囲気中で熱処理またはプラズマ処理を行い、前記工
程(c)は、水素またはアンモニアガス雰囲気中で熱処
理またはプラズマ処理を行うものである。(12) In the present invention, in the above (11), the step (b) is a heat treatment or a plasma treatment in an atmosphere of a mixed gas of nitrogen, ammonia or nitrogen-hydrogen, and the step (c) is a hydrogen Alternatively, heat treatment or plasma treatment is performed in an ammonia gas atmosphere.
【0026】(13)本発明は、上記(1)、(3)、(4) 、(5)、
(6) または(7) において、前記第2の絶縁膜が、Six
Ny またはSiONからなるものである。(13) The present invention relates to the above (1), (3), (4), (5),
(6) or (7), wherein the second insulating film is formed of Six x
It is made of N y or SiON.
【0027】(14)本発明は、上記(8) において、前記銅
の拡散を抑制する絶縁膜が、Six Ny またはSiON
からなるものである。[0027] (14) The present invention, in the above (8), inhibits the insulating film diffusion of the copper, Si x N y or SiON
It consists of
【0028】(15)本発明は、上記(8) 、(14)において、
前記銅系導体膜の表面に接して銅の拡散を抑制する導体
膜を設けたものである。(15) The present invention relates to the above (8) and (14)
A conductive film for suppressing copper diffusion is provided in contact with the surface of the copper-based conductive film.
【0029】(16)本発明は、上記(2)、(3)、(4)、(5) 、
(6) 、(7) または(10)において、前記第3の絶縁膜が、
Six Ny またはSiONからなるものである。(16) The present invention relates to the above (2), (3), (4), (5),
(6), (7) or (10), wherein the third insulating film is
It is made of Si x N y or SiON.
【0030】(17)本発明は、上記(6) 、(7) または(11)
において、前記第4の絶縁膜が、SiNまたはSiON
からなるものである。(17) The present invention relates to the above (6), (7) or (11)
Wherein the fourth insulating film is made of SiN or SiON
It consists of
【0031】(18)本発明は、上記(7) または(15)におい
て、前記銅の拡散を抑制する導体膜が、TiN、TiO
N、TiSiN、TaN、TaON、TaSiN、W
N、WSiNまたはWONからなるものである。(18) The invention according to (7) or (15), wherein the conductive film for suppressing the diffusion of copper is made of TiN, TiO.
N, TiSiN, TaN, TaON, TaSiN, W
N, WSiN or WON.
【0032】(19)本発明は、上記(1) 〜(18)において、
前記第1の絶縁膜がSOG膜、SiOF膜、ポリイミド
膜または炭素を含んだ絶縁膜からなり、前記第2の絶縁
膜がTEOS膜からなるものである。(19) The present invention relates to the above (1) to (18)
The first insulating film is made of an SOG film, a SiOF film, a polyimide film or an insulating film containing carbon, and the second insulating film is made of a TEOS film.
【0033】(20)本発明は、第1の絶縁膜に形成された
複数の溝または孔と、前記複数の溝または孔内に形成さ
れた銅系導体膜と、前記複数の溝または孔内における銅
系導体膜の各々の表面の少なくとも一部を覆い、前記銅
系導体膜の銅の拡散を抑制する絶縁膜とを有し、前記銅
の拡散を抑制する絶縁膜は各々の銅系導体膜毎に互いに
分離されているものである。(20) The present invention provides a semiconductor device, comprising: a plurality of grooves or holes formed in a first insulating film; a copper-based conductor film formed in the plurality of grooves or holes; An insulating film that covers at least a part of each surface of the copper-based conductor film in the above, and that suppresses copper diffusion of the copper-based conductor film, wherein the copper-based conductor insulating film suppresses copper diffusion. The films are separated from each other.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において同一機能を有するものは同一の符
号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、本実
施の形態においては、pチャネル型のMISFET(Me
tal Insulator Semiconductor Field Effect Transisto
r )をpMISと略し、nチャネル型のMISFETを
nMISと略す。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted. In the present embodiment, a p-channel type MISFET (Me
tal Insulator Semiconductor Field Effect Transisto
r) is abbreviated as pMIS, and an n-channel MISFET is abbreviated as nMIS.
【0035】(実施の形態1)本実施の形態1において
は、例えばツイン・ウエル方式のCMIS(Compliment
ary MIS)回路を有する半導体装置に本発明を適用した場
合について説明する。図1は、その半導体装置の要部断
面図である。半導体基板1は、例えばn−形のSi単結
晶からなり、その主面には、例えばnウエル2nおよび
pウエル2pが形成されている。nウエル2nには、例
えばn形不純物のリンまたはAsが導入され、pウエル
2pには、例えばp形不純物のホウ素が導入されてい
る。半導体基板1の主面には、例えば溝型の分離部3が
形成されている。すなわち、分離部3は、半導体基板1
の厚さ方向に掘られた溝内に、例えば酸化シリコン膜か
らなる絶縁膜が埋め込まれて形成されている。なお、分
離部3はLOCOS(LocalOxidization of Silicon)
法等によって形成されたフィールド絶縁膜で形成しても
良い。(Embodiment 1) In Embodiment 1, for example, a twin well type CMIS (Compliment
The case where the present invention is applied to a semiconductor device having an ary MIS) circuit will be described. FIG. 1 is a sectional view of a main part of the semiconductor device. The semiconductor substrate 1 is made of, for example, n-type Si single crystal, and has, for example, an n-well 2n and a p-well 2p on its main surface. For example, an n-type impurity such as phosphorus or As is introduced into the n-well 2n, and a p-type impurity such as boron is introduced into the p-well 2p. On the main surface of the semiconductor substrate 1, for example, a groove-shaped separation portion 3 is formed. That is, the separation unit 3 is a semiconductor substrate 1
An insulating film made of, for example, a silicon oxide film is buried and formed in a groove dug in the thickness direction. The separation unit 3 is a LOCOS (Local Oxidization of Silicon)
It may be formed of a field insulating film formed by a method or the like.
【0036】この分離部3によって囲まれた活性領域に
は、nMISQnおよびpMISQpが形成されてい
る。nMISQnおよびpMISQpのゲート絶縁膜4
は、例えば酸化シリコン膜からなり、熱酸化法等によっ
て形成されている。このゲート絶縁膜4に対して窒化処
理を施すことにより、ゲート絶縁膜4と半導体基板1と
の界面に窒素を偏析させても良い。また、nMISQn
およびpMISQpのゲート電極5は、例えば低抵抗ポ
リシリコンの単体膜からなる。ただし、ゲート電極5
は、例えば低抵抗ポリシリコン膜上にタングステンシリ
サイド等のようなシリサイド膜を設けた、いわゆるポリ
サイド構造としても良いし、低抵抗ポリシリコン膜上に
窒化チタンや窒化タングステン等のようなバリア層を介
してタングステン等のような金属膜を設けた、いわゆる
ポリメタル構造としても良い。nMISQnの半導体領
域6は、例えばリンまたはヒ素を、ゲート電極5をマス
クとして半導体基板1にイオン注入法等によって導入す
ることにより、ゲート電極5に対して自己整合的に形成
されている。また、pMISQpの半導体領域7は、例
えばホウ素を、ゲート電極5をマスクとして半導体基板
1にイオン注入法等によって導入することにより、ゲー
ト電極5に対して自己整合的に形成されている。An nMISQn and a pMISQp are formed in the active region surrounded by the isolation portion 3. Gate insulating film 4 of nMISQn and pMISQp
Is made of, for example, a silicon oxide film and is formed by a thermal oxidation method or the like. By subjecting the gate insulating film 4 to a nitriding treatment, nitrogen may be segregated at the interface between the gate insulating film 4 and the semiconductor substrate 1. Also, nMISQn
The gate electrode 5 of pMISQp is made of, for example, a single film of low-resistance polysilicon. However, the gate electrode 5
For example, a so-called polycide structure in which a silicide film such as tungsten silicide is provided on a low-resistance polysilicon film may be used, or a barrier layer such as titanium nitride or tungsten nitride may be provided on the low-resistance polysilicon film. A so-called polymetal structure in which a metal film such as tungsten is provided. The nMISQn semiconductor region 6 is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 5 by introducing, for example, phosphorus or arsenic into the semiconductor substrate 1 using the gate electrode 5 as a mask by an ion implantation method or the like. The semiconductor region 7 of pMISQp is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 5 by introducing, for example, boron into the semiconductor substrate 1 by using the gate electrode 5 as a mask by an ion implantation method or the like.
【0037】半導体基板1の主面上には、例えば酸化シ
リコン膜からなる層間絶縁膜8aが形成されている。層
間絶縁膜8aには、例えば平面略円形状の複数の接続孔
9aが穿孔されている。各接続孔9a内には、例えばタ
ングステン等のような導体膜10が埋め込まれている。
導体膜10は、半導体領域6,7と電気的に接続されて
いる。層間絶縁膜8aの上面には、第1層配線11L1
が形成されている。第1層配線11L1は、例えばタン
グステンからなり、通常のフォトリソグラフィ技術およ
びエッチング技術によってパターン形成されている。こ
の第1層配線11Lは、上記導体膜10と電気的に接続
されている。On the main surface of the semiconductor substrate 1, an interlayer insulating film 8a made of, for example, a silicon oxide film is formed. In the interlayer insulating film 8a, for example, a plurality of connection holes 9a having a substantially circular shape in a plane are formed. A conductor film 10 such as tungsten is buried in each connection hole 9a.
Conductive film 10 is electrically connected to semiconductor regions 6 and 7. On the upper surface of the interlayer insulating film 8a, a first layer wiring 11L1
Are formed. The first layer wiring 11L1 is made of, for example, tungsten, and is patterned by ordinary photolithography and etching. The first layer wiring 11L is electrically connected to the conductor film 10.
【0038】また、層間絶縁膜8aの主面上には、例え
ば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜8bが堆積されて
おり、これによって第1層配線11L1の上面および側
面が覆われている。この層間絶縁膜8b上には、例えば
酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜8cが堆積されてい
る。層間絶縁膜8cには、配線溝12aが形成されてい
る。配線溝12aは、例えば平面帯状に形成されてい
る。また、配線溝12aの底面から露出する層間絶縁膜
8bの一部には、例えば平面略円形状の接続孔9bが穿
孔されている。そして、上記配線溝12aおよび接続孔
9b内には、例えば銅からなる導体膜13が埋め込まれ
て第2層配線11L2が形成されている。第2層配線1
1L2は、接続孔9bを通じて第1層配線11L1と電
気的に接続されている。この配線溝12aおよび接続孔
9b内の導体膜13は一体的に形成されている。この導
体膜13の表面(底面、側面および上面)は、例えば窒
化シリコン膜からなる絶縁膜14によって被覆されてい
る。この絶縁膜14は導体膜13の表面に直接接した状
態で形成されている。すなわち、第2層配線11L2を
構成する銅からなる導体膜13の表面が、層間絶縁膜8
b、8c等よりも誘電率の高い絶縁膜14が接した状態
で覆われている。誘電率の高い物質と低い物質とを直列
に並べた場合、誘電率の高い物質中での電界強度は低下
する。したがって、銅からなる導体膜13の表面に誘電
率の高い絶縁膜14が接するように形成することによ
り、導体膜13表面での電界強度を弱めることができる
ので、銅の拡散を抑制することが可能となる。また、絶
縁膜14が隣接配線毎に分離されていることにより、絶
縁膜14を通じて隣接配線間に大容量のパスが形成され
るのを防止できるので、隣接配線間の容量を低減させる
ことが可能となる。これにより、半導体装置の動作速度
を向上させることが可能となる。さらに、本実施の形態
1においては、第2層配線11L2の上面が層間絶縁膜
8cの上面よりも若干低くなるように形成され、それに
よって形成された窪みに上記絶縁膜14のうちのキャッ
プ絶縁膜14cが形成されている。これにより、キャッ
プ絶縁膜14cによる段差を無くし平坦性を向上させる
ことができるので、段差に起因する微細配線の不良発生
率を低減できる。このため、半導体装置の信頼性および
歩留まりを向上させることが可能となっている。絶縁膜
14の誘電率は、例えば5より大きいものが好ましい。On the main surface of the interlayer insulating film 8a, an interlayer insulating film 8b made of, for example, a silicon oxide film is deposited, thereby covering the upper surface and side surfaces of the first layer wiring 11L1. On this interlayer insulating film 8b, an interlayer insulating film 8c made of, for example, a silicon oxide film is deposited. A wiring groove 12a is formed in the interlayer insulating film 8c. The wiring groove 12a is formed, for example, in a flat band shape. A part of the interlayer insulating film 8b exposed from the bottom surface of the wiring groove 12a is provided with, for example, a substantially circular connection hole 9b in a plane. A conductive film 13 made of, for example, copper is buried in the wiring groove 12a and the connection hole 9b to form a second-layer wiring 11L2. Second layer wiring 1
1L2 is electrically connected to the first layer wiring 11L1 through the connection hole 9b. The conductor film 13 in the wiring groove 12a and the connection hole 9b is formed integrally. The surface (bottom, side, and top) of the conductor film 13 is covered with an insulating film 14 made of, for example, a silicon nitride film. This insulating film 14 is formed in a state of directly contacting the surface of the conductor film 13. That is, the surface of the conductor film 13 made of copper constituting the second-layer wiring 11L2 is
The insulating film 14 having a higher dielectric constant than b, 8c, and the like is covered in a contact state. When a substance having a high dielectric constant and a substance having a low dielectric constant are arranged in series, the electric field strength in the substance having a high dielectric constant decreases. Therefore, by forming the insulating film 14 having a high dielectric constant so as to be in contact with the surface of the conductor film 13 made of copper, the electric field intensity on the surface of the conductor film 13 can be weakened. It becomes possible. In addition, since the insulating film 14 is separated for each adjacent wiring, it is possible to prevent a large-capacity path from being formed between the adjacent wirings through the insulating film 14, so that the capacitance between the adjacent wirings can be reduced. Becomes Thus, the operation speed of the semiconductor device can be improved. Further, in the first embodiment, the upper surface of the second-layer wiring 11L2 is formed to be slightly lower than the upper surface of the interlayer insulating film 8c, and the recess formed by the cap insulating film 14 of the insulating film 14 is formed. The film 14c is formed. Thereby, the step due to the cap insulating film 14c can be eliminated and the flatness can be improved, so that the failure rate of the fine wiring due to the step can be reduced. Therefore, it is possible to improve the reliability and yield of the semiconductor device. The dielectric constant of the insulating film 14 is preferably, for example, larger than 5.
【0039】また、層間絶縁膜8cの主面上には、例え
ば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜8dが堆積されて
おり、これによって第2層配線11L2の上面が覆われ
ている。この層間絶縁膜8d上には、例えば酸化シリコ
ン膜からなる層間絶縁膜8eが堆積されている。層間絶
縁膜8eには、第3層配線11L3が形成されている。
第3層配線11L3および銅の拡散バリアの構造は、上
記第2層配線11L2と同じである。すなわち、第3層
配線11L3は、層間絶縁膜8eに形成された配線溝1
2bおよび接続孔9c内に導体膜13が埋め込まれて形
成され、接続孔9bを通じて第2層配線11L2と電気
的に接続されている。そして、その導体膜13の表面は
層間絶縁膜8d,8eよりも誘電率の高い絶縁膜14が
接した状態で覆われている。On the main surface of the interlayer insulating film 8c, an interlayer insulating film 8d made of, for example, a silicon oxide film is deposited, thereby covering the upper surface of the second layer wiring 11L2. On the interlayer insulating film 8d, an interlayer insulating film 8e made of, for example, a silicon oxide film is deposited. The third-layer wiring 11L3 is formed in the interlayer insulating film 8e.
The structures of the third-layer wiring 11L3 and the copper diffusion barrier are the same as those of the second-layer wiring 11L2. That is, the third layer wiring 11L3 is formed in the wiring groove 1 formed in the interlayer insulating film 8e.
The conductor film 13 is formed so as to be buried in the connection holes 9b and the connection holes 9c, and is electrically connected to the second-layer wiring 11L2 through the connection holes 9b. The surface of the conductor film 13 is covered with an insulating film 14 having a higher dielectric constant than the interlayer insulating films 8d and 8e.
【0040】次に、本実施の形態1の半導体装置の製造
方法を説明する。ここでは、図1の第2層配線11L2
および第3層配線11L3を抜き出して説明する。Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. Here, the second layer wiring 11L2 of FIG.
The third layer wiring 11L3 will be described.
【0041】図2は半導体装置の製造工程中における一
部破断要部斜視図である。この段階では、第2層配線1
1L2は形成されているが、第3層配線形成用の配線溝
は形成されていない。FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the essential part during the manufacturing process of the semiconductor device. At this stage, the second layer wiring 1
Although 1L2 is formed, a wiring groove for forming a third-layer wiring is not formed.
【0042】まず、層間絶縁膜8dの上面に、例えば窒
化シリコン膜等、層間絶縁膜8d等よりも誘電率の高い
材料からなる絶縁膜(第3の絶縁膜)14aをCVD法
等によって形成する。続いて、図3に示すように、絶縁
膜14aをフォトリソグラフィ技術およびエッチング技
術によってパターニングする。本実施の形態1におい
て、絶縁膜14aは、後述のようにエッチングストッパ
として機能を有する膜であるが、銅の拡散を抑制する機
能も有している。したがって、それぞれの機能を有する
膜を別々に形成する場合に比べて製造工程の簡略化が可
能となる。この段階で絶縁膜14aは、配線の平面形状
に沿うように平面帯状に形成されている。すなわち、絶
縁膜14aは配線毎に分離されるようになっている。こ
れにより、絶縁膜14aを通じて隣接配線間に大容量の
パスが形成されるのを防止できるので、隣接配線間の容
量を低減させることが可能となる。ただし、絶縁膜14
aの幅は、後述の配線溝との合わせ余裕を確保する観点
等から配線よりも幅広となるように形成されている。絶
縁膜14aの一部には、第2層配線との接続孔を形成す
べく、例えば平面略円形状の開口部15が形成されてい
る。その後、図4に示すように、層間絶縁膜8d上に、
例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜8eをCVD
法等によって形成する。これにより、絶縁膜14aの表
面(上面、側面および開口部15の内部)を被覆する。First, an insulating film (third insulating film) 14a made of a material having a higher dielectric constant than the interlayer insulating film 8d, such as a silicon nitride film, is formed on the upper surface of the interlayer insulating film 8d by a CVD method or the like. . Subsequently, as shown in FIG. 3, the insulating film 14a is patterned by a photolithography technique and an etching technique. In the first embodiment, the insulating film 14a is a film having a function as an etching stopper as described later, but also has a function of suppressing copper diffusion. Therefore, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the films having the respective functions are separately formed. At this stage, the insulating film 14a is formed in a planar band shape so as to follow the planar shape of the wiring. That is, the insulating film 14a is separated for each wiring. This can prevent a large-capacity path from being formed between the adjacent wirings through the insulating film 14a, thereby reducing the capacitance between the adjacent wirings. However, the insulating film 14
The width a is formed to be wider than the wiring from the viewpoint of securing a margin for alignment with a wiring groove described later. An opening 15 having, for example, a substantially circular shape in a plane is formed in a part of the insulating film 14a in order to form a connection hole with the second layer wiring. Thereafter, as shown in FIG. 4, on the interlayer insulating film 8d,
For example, an interlayer insulating film 8e made of a silicon oxide film is formed by CVD.
It is formed by a method or the like. Thereby, the surface (the upper surface, the side surface, and the inside of the opening 15) of the insulating film 14a is covered.
【0043】次いで、通常のフォトレジスト膜をマスク
としたエッチング処理を施すことにより、図5に示すよ
うに、層間絶縁膜8eに、配線溝12bを形成する。こ
の配線溝12bの形成処理の際、酸化シリコン膜の方が
窒化シリコン膜よりもエッチング除去され易い条件とす
ることにより、絶縁膜14aをエッチングマスクとして
開口部15から露出する層間絶縁膜8dをエッチング除
去する。これにより、接続孔9cも形成する。この段階
では、接続孔9cの底部にキャップ絶縁膜14cが残さ
れるので、第2層配線11L2の上面が露出されない。
これにより、接続孔9cの形成時に埋込配線用の導体膜
13の上部が削れてしまう問題やそれに起因する汚染の
問題を解消できる。したがって、半導体装置の信頼性お
よび歩留まりを向上させることが可能となる。続いて、
図6に示すように、層間絶縁膜8e上、配線溝12b内
および接続孔9c内に、例えば窒化シリコン膜等、層間
絶縁膜8d,8e等よりも誘電率の高い材料からなる絶
縁膜14bをCVD法等によって形成する。配線溝12
bの底部では上記絶縁膜14a、14bの重ね膜となる
ので他の部分よりも窒化シリコン膜が厚くなる。その
後、例えば異方性ドライエッチング処理を施すことによ
り、絶縁膜14bをエッチバックし、かつ、接続孔9c
の底部の絶縁膜14b、14cを除去する。この処理に
より、図7に示すように、接続孔9cの底部から第2層
配線11L2の上面の一部が露出されるが、配線溝12
bおよび接続孔9cの内壁面には絶縁膜(第4の絶縁
膜)14bが残される。Next, by performing an etching process using a normal photoresist film as a mask, as shown in FIG. 5, a wiring groove 12b is formed in the interlayer insulating film 8e. In the process of forming the wiring groove 12b, the silicon oxide film is more easily etched and removed than the silicon nitride film, so that the interlayer insulating film 8d exposed from the opening 15 is etched using the insulating film 14a as an etching mask. Remove. Thereby, the connection hole 9c is also formed. At this stage, since the cap insulating film 14c is left at the bottom of the connection hole 9c, the upper surface of the second layer wiring 11L2 is not exposed.
This can solve the problem that the upper portion of the conductor film 13 for buried wiring is shaved when the connection hole 9c is formed and the problem of contamination caused by the shaving. Therefore, the reliability and yield of the semiconductor device can be improved. continue,
As shown in FIG. 6, an insulating film 14b made of a material having a higher dielectric constant than the interlayer insulating films 8d and 8e, such as a silicon nitride film, is formed on the interlayer insulating film 8e, in the wiring groove 12b, and in the connection hole 9c. It is formed by a CVD method or the like. Wiring groove 12
At the bottom of b, the silicon nitride film becomes thicker than the other parts because it becomes an overlapped film of the insulating films 14a and 14b. Thereafter, the insulating film 14b is etched back by performing, for example, anisotropic dry etching, and the connection hole 9c is formed.
The insulating films 14b and 14c at the bottom of the step are removed. By this processing, as shown in FIG. 7, a part of the upper surface of the second layer wiring 11L2 is exposed from the bottom of the connection hole 9c.
An insulating film (fourth insulating film) 14b is left on the inner wall surfaces of the connection holes 9c and the connection holes 9c.
【0044】次いで、図8に示すように、層間絶縁膜8
e上、配線溝12b内および接続孔9c内に、例えば銅
からなる導体膜13をスパッタリング法、CVD(Chem
icalVapor Deposition )法またはメッキ法あるいはそ
れらの方法の組み合わせにより成膜する。この工程に先
立って、例えばTiN、TiON、TiSiN、Ta
N、TaON、TaSiN、WN、WSiNまたはWO
Nからなる銅の拡散バリアとなる導体膜を層間絶縁膜8
e上、配線溝12b内および接続孔9c内にCVD法ま
たはスパッタリング法によって形成しても良い。このよ
うなバリア導体膜を設けることにより銅の拡散における
耐性をさらに向上させることが可能となる。また、銅を
堆積する際の密着性を向上させることも可能となる。こ
の導体膜13の成膜処理工程後、熱処理により導体膜1
3を流動させて導体膜13を接続孔9cおよび配線溝1
2b内に良好に流し込むようにしても良い。その後、そ
の導体膜13をCMP法等によってエッチバックするこ
とにより、図9に示すように、配線溝12bおよび接続
孔9c内のみに導体膜13を残す。この際、導体膜13
の上面が層間絶縁膜8eの上面よりも若干低くなるよう
にCMP条件または、後処理条件を設定する。また、層
間絶縁膜8eの上面も平坦になるように削る。Next, as shown in FIG.
e, a conductor film 13 made of, for example, copper is formed in the wiring groove 12b and the connection hole 9c by sputtering, CVD (Chem).
The film is formed by the ical vapor deposition) method, the plating method, or a combination of these methods. Prior to this step, for example, TiN, TiON, TiSiN, Ta
N, TaON, TaSiN, WN, WSiN or WO
A conductor film serving as a copper diffusion barrier made of N is formed into an interlayer insulating film 8.
e, it may be formed in the wiring groove 12b and the connection hole 9c by the CVD method or the sputtering method. By providing such a barrier conductor film, it is possible to further improve the resistance to copper diffusion. In addition, it is possible to improve the adhesion when depositing copper. After the conductive film 13 is formed, the conductive film 1 is heated.
3 to allow the conductive film 13 to be connected to the connection hole 9c and the wiring groove 1
You may make it flow well in 2b. Thereafter, the conductive film 13 is etched back by a CMP method or the like, so that the conductive film 13 is left only in the wiring groove 12b and the connection hole 9c as shown in FIG. At this time, the conductive film 13
Conditions or post-processing conditions are set such that the upper surface of is slightly lower than the upper surface of the interlayer insulating film 8e. Further, the upper surface of the interlayer insulating film 8e is also ground so as to be flat.
【0045】次いで、図10に示すように、層間絶縁膜
8e上に、例えば窒化シリコン膜等、層間絶縁膜8e等
よりも誘電率の高い材料からなるキャップ絶縁膜形成用
の絶縁膜14をCVD法等によって堆積した後、その絶
縁膜14をCMP法等によってエッチバックすることに
より、図11に示すように、導体膜13の上面のみにキ
ャップ絶縁膜(第2の絶縁膜)14cを形成する。キャ
ップ絶縁膜14cは窪みの中に埋め込まれ、その上面が
層間絶縁膜8eの上面とほぼ一致するように形成されて
いる。このため、平坦性を向上させることができる。こ
のようにして埋込配線構造の第3層配線11L3を形成
し、かつ、導体膜13中の銅の拡散を防ぐ絶縁膜14を
第3層配線11L3の導体膜13の表面(底面、側面お
よび上面)に接した状態で取り囲むように形成する。Next, as shown in FIG. 10, an insulating film 14 for forming a cap insulating film made of a material having a higher dielectric constant than the interlayer insulating film 8e, such as a silicon nitride film, is formed on the interlayer insulating film 8e by CVD. After being deposited by a method or the like, the insulating film 14 is etched back by a CMP method or the like, so that a cap insulating film (second insulating film) 14c is formed only on the upper surface of the conductor film 13 as shown in FIG. . The cap insulating film 14c is buried in the depression, and is formed so that the upper surface thereof substantially coincides with the upper surface of the interlayer insulating film 8e. For this reason, flatness can be improved. In this manner, the third layer wiring 11L3 having the buried wiring structure is formed, and the insulating film 14 for preventing the diffusion of copper in the conductive film 13 is formed on the surface (bottom, side, and bottom) of the conductive film 13 of the third layer wiring 11L3. (Upper surface).
【0046】これ以降は同様の埋込配線の形成工程を繰
り返すことにより多層埋込配線構造を有する半導体装置
を製造する。Thereafter, a semiconductor device having a multilayer embedded wiring structure is manufactured by repeating the same embedded wiring forming process.
【0047】(実施の形態2)本実施の形態2において
は、埋込配線の他の形成方法の一例を説明する。ここで
は、前記実施の形態1と同様に、図1の第2層配線11
L2および第3層配線11L3を抜き出して説明する。(Embodiment 2) In Embodiment 2, an example of another method for forming a buried wiring will be described. Here, as in the first embodiment, the second layer wiring 11 shown in FIG.
The L2 and the third layer wiring 11L3 will be extracted and described.
【0048】図12は、半導体装置の製造工程中の要部
断面図である。第2層配線11L2におけるキャップ絶
縁膜14cは前記実施の形態1とは異なり、通常のフォ
トリソグラフィ技術およびエッチング技術によってパタ
ーン形成されている。FIG. 12 is a cross-sectional view of a principal part in a manufacturing step of a semiconductor device. Unlike the first embodiment, the cap insulating film 14c in the second-layer wiring 11L2 is formed by patterning using ordinary photolithography and etching techniques.
【0049】まず、層間絶縁膜8d上に、例えば酸化シ
リコン膜からなる層間絶縁膜8fをCVD法等によって
形成する。これにより、キャップ絶縁膜14cは層間絶
縁膜8fによって覆われる。続いて、層間絶縁膜8f上
に、例えば窒化シリコン膜等からなる絶縁膜16をパタ
ーン形成する。絶縁膜16は、配線溝形成時のマスクと
なる膜であり、配線溝形成領域には、配線と同形状の開
口部16aが形成されている。この絶縁膜16は、後ほ
ど除去されるので配線毎に分離されるように形成する必
要もない。First, an interlayer insulating film 8f made of, for example, a silicon oxide film is formed on the interlayer insulating film 8d by a CVD method or the like. Thus, the cap insulating film 14c is covered with the interlayer insulating film 8f. Subsequently, an insulating film 16 made of, for example, a silicon nitride film or the like is pattern-formed on the interlayer insulating film 8f. The insulating film 16 is a film serving as a mask when forming a wiring groove, and an opening 16a having the same shape as the wiring is formed in the wiring groove forming region. Since the insulating film 16 is removed later, it is not necessary to form the insulating film 16 so as to be separated for each wiring.
【0050】次いで、図13に示すように、層間絶縁膜
8f上に、フォトレジスト膜17をパターン形成する。
フォトレジスト膜17は、接続孔形成時のマスクとなる
膜であり、接続孔形成領域には、例えば平面略円形状の
開口部17aが形成されている。続いて、フォトレジス
ト膜17をエッチングマスクとして層間絶縁膜8fにエ
ッチング処理を施すことにより、図14に示すように、
接続孔9cを穿孔する。この際、酸化シリコン膜の方
が、窒化シリコン膜よりもエッチング除去され易い条件
でエッチング処理を施すことにより、第2層配線11L
2の上面のキャップ絶縁膜14cをエッチングストッパ
として機能させる。したがって、この処理段階では接続
孔9cの底部にキャップ絶縁膜14cが残されており、
第2層配線11L2の上面は被覆されている。このよう
なエッチング条件にすることにより、接続孔9cの形成
時に第2層配線11L2の導体膜13が削られてしまう
問題やそれに起因する汚染の問題を解消できる。したが
って、半導体装置の信頼性および歩留まりを向上させる
ことが可能となる。その後、フォトレジスト膜17(図
13参照)を除去した後、絶縁膜16をエッチングマス
クとして、層間絶縁膜8fをエッチング除去することに
より、図15に示すように、配線溝12bを形成する。
この際の配線溝12bの深さは、例えば時間によって制
御されている。この段階においても接続孔9cの底部に
はキャップ絶縁膜14cが残されている。なお、配線溝
12bを形成した後に、上記フォトレジスト膜をエッチ
ングマスクとして接続孔9cを穿孔することも可能であ
る。Next, as shown in FIG. 13, a photoresist film 17 is patterned on the interlayer insulating film 8f.
The photoresist film 17 is a film serving as a mask when forming a connection hole. In the connection hole formation region, for example, an opening 17a having a substantially circular shape in a plane is formed. Subsequently, by performing an etching process on the interlayer insulating film 8f using the photoresist film 17 as an etching mask, as shown in FIG.
A connection hole 9c is formed. At this time, the second oxide layer 11L is etched by performing the etching process under the condition that the silicon oxide film is more easily etched and removed than the silicon nitride film.
The cap insulating film 14c on the upper surface of the substrate 2 functions as an etching stopper. Therefore, at this processing stage, the cap insulating film 14c is left at the bottom of the connection hole 9c,
The upper surface of the second layer wiring 11L2 is covered. By adopting such etching conditions, it is possible to solve the problem that the conductive film 13 of the second-layer wiring 11L2 is shaved at the time of forming the connection hole 9c and the problem of contamination due to it. Therefore, the reliability and yield of the semiconductor device can be improved. Then, after removing the photoresist film 17 (see FIG. 13), the interlayer insulating film 8f is removed by etching using the insulating film 16 as an etching mask, thereby forming a wiring groove 12b as shown in FIG.
At this time, the depth of the wiring groove 12b is controlled by, for example, time. Also at this stage, the cap insulating film 14c remains at the bottom of the connection hole 9c. After forming the wiring groove 12b, the connection hole 9c can be formed by using the photoresist film as an etching mask.
【0051】次いで、絶縁膜16を選択的にエッチング
除去する。すなわち、窒化シリコン膜の方が、酸化シリ
コン膜よりもエッチング除去され易い条件でエッチング
処理を施す。この際、接続孔9cの底部に残されたキャ
ップ絶縁膜14cも窒化シリコン膜からなるので同時に
エッチング除去される。その結果、図16に示すよう
に、接続孔9cの底部からは第2層配線11L2の導体
膜13の上面も露出される。上記絶縁膜16は後述の銅
からなる導体膜のCMP処理時に除去するようにしても
良い。続いて、例えば窒素またはアンモニア雰囲気中に
おいてプラズマ処理を施すことにより、層間絶縁膜8f
の表面、配線溝12bおよび接続孔9cの内壁面部分を
改質させて図17に示すように窒化膜(第4の絶縁膜)
18を形成する。窒化膜18は、例えばSiN、Six
Ny (Si3 N4 等)、SiON等からなり、層間絶縁
膜8f等よりも誘電率の高い材料からなる。すなわち、
この窒化膜18は、銅の拡散を抑制するバリアとして機
能する膜である。バリア用の絶縁膜や導体膜をCVD法
で被着する場合は、その膜厚分、配線溝や接続孔の平面
寸法を大きくとる必要がある。しかし、本実施の形態2
の方法によれば、配線溝や接続孔の内壁面に露出する層
間絶縁膜8f部分を改質させてバリア用の窒化膜18を
形成するので、配線溝12bや接続孔9cの平面寸法に
窒化膜18の厚さを見込む必要がない。したがって、配
線の高密度設計が可能である。また、銅からなる導体膜
の断面積を大きくできるので、配線抵抗を低減できる。
また、窒化膜18におけるSiONは窒素の量が少ない
ので誘電率を下げることができる。このため、配線間容
量を低減できる。Next, the insulating film 16 is selectively removed by etching. That is, the etching process is performed under the condition that the silicon nitride film is more easily removed by etching than the silicon oxide film. At this time, the cap insulating film 14c left at the bottom of the connection hole 9c is also made of a silicon nitride film, and thus is simultaneously removed by etching. As a result, as shown in FIG. 16, the upper surface of the conductor film 13 of the second layer wiring 11L2 is also exposed from the bottom of the connection hole 9c. The insulating film 16 may be removed at the time of a CMP process for a conductor film made of copper, which will be described later. Subsequently, the interlayer insulating film 8f is subjected to plasma processing in, for example, a nitrogen or ammonia atmosphere.
The surface of the wiring groove 12b and the inner wall surface of the connection hole 9c are modified to form a nitride film (fourth insulating film) as shown in FIG.
18 are formed. Nitride layer 18 is, for example SiN, Si x
It is made of Ny (Si 3 N 4 or the like), SiON or the like, and is made of a material having a higher dielectric constant than the interlayer insulating film 8f or the like. That is,
This nitride film 18 is a film that functions as a barrier that suppresses copper diffusion. When a barrier insulating film or a conductor film is deposited by a CVD method, it is necessary to increase the plane dimensions of the wiring groove and the connection hole by the thickness. However, Embodiment 2
According to the method of (1), the portion of the interlayer insulating film 8f exposed on the inner wall surface of the wiring groove or the connection hole is modified to form the barrier nitride film 18, so that the planarization of the wiring groove 12b or the connection hole 9c is performed. It is not necessary to allow for the thickness of the film 18. Therefore, high-density wiring design is possible. Further, since the cross-sectional area of the conductor film made of copper can be increased, the wiring resistance can be reduced.
Further, since the amount of nitrogen in SiON in the nitride film 18 is small, the dielectric constant can be reduced. Therefore, the capacitance between wirings can be reduced.
【0052】ところで、このような表面改質処理に際し
ては、処理条件によって銅からなる導体膜13(ここで
は第2層配線11L2の導体膜13)の露出表面も窒化
され銅窒化膜が形成される。そこで、本実施の形態2に
おいては、上記表面改質処理後に、例えば水素雰囲気中
においてプラズマ処理または熱処理を施すことによって
銅窒化膜を除去する。By the way, at the time of such a surface modification treatment, the exposed surface of the conductor film 13 made of copper (here, the conductor film 13 of the second-layer wiring 11L2) is also nitrided to form a copper nitride film depending on the treatment conditions. . Therefore, in the second embodiment, after the surface modification treatment, the copper nitride film is removed by performing a plasma treatment or a heat treatment in, for example, a hydrogen atmosphere.
【0053】次いで、前記実施の形態1と同様に銅から
なる導体膜を成膜する。本実施の形態2においては、例
えばメッキ法による導体膜の成膜方法を説明する。ま
ず、図18に示すように、層間絶縁膜8f上、配線溝1
2b内および接続孔9c内に、例えば銅からなる薄い導
体膜13aをスパッタリング法等によって形成する。こ
の導体膜13aはメッキ処理時におけるシード膜とな
る。なお、前記実施の形態1と同様に、導体膜13aの
形成処理に先立って、例えばTiN、TiON、TiS
iN、TaN、TaON、TaSiN、WN、WSiN
またはWONからなる銅の拡散バリアとなる導体膜をC
VD法またはスパッタリング法によって形成しても良
い。続いて、シード用の導体膜13aを形成した後、図
19に示すように、そのシード用の導体膜13a上に、
銅からなる導体膜13bを、例えば電解メッキ法等によ
り形成する。この導体膜13bの形成処理に際しては無
電解メッキ法を使用することもできる。その場合はシー
ド用の導体膜13aは形成しなくても良い。導体膜13
bの成膜処理後、熱処理により導体膜13a、13bを
流動させて導体膜13a、13bを接続孔9cおよび配
線溝12b内に良好に流し込むようにしても良い。その
後、導体膜13bをCMP法等によってエッチバックす
ることにより、図20に示すように、配線溝12bおよ
び接続孔9c内のみに導体膜13a,13bを残す。本
実施の形態2においては、導体膜13a、13bの上面
が層間絶縁膜8eの上面とほぼ一致するようなCMP条
件を設定する。Next, a conductor film made of copper is formed in the same manner as in the first embodiment. In the second embodiment, a method for forming a conductive film by, for example, a plating method will be described. First, as shown in FIG. 18, the wiring groove 1 is formed on the interlayer insulating film 8f.
A thin conductor film 13a made of, for example, copper is formed in 2b and the connection hole 9c by a sputtering method or the like. This conductor film 13a becomes a seed film at the time of plating. Note that, similarly to the first embodiment, prior to the formation process of the conductor film 13a, for example, TiN, TiON, TiS
iN, TaN, TaON, TaSiN, WN, WSiN
Alternatively, a conductor film serving as a copper diffusion barrier made of WON is C
It may be formed by a VD method or a sputtering method. Subsequently, after the seed conductor film 13a is formed, as shown in FIG. 19, the seed conductor film 13a is formed on the seed conductor film 13a.
The conductor film 13b made of copper is formed by, for example, an electrolytic plating method. In forming the conductive film 13b, an electroless plating method may be used. In that case, the seed conductive film 13a may not be formed. Conductive film 13
After the film formation process b, heat treatment may be performed to flow the conductor films 13a and 13b so that the conductor films 13a and 13b can flow well into the connection holes 9c and the wiring grooves 12b. Thereafter, the conductive film 13b is etched back by a CMP method or the like, so that the conductive films 13a and 13b are left only in the wiring groove 12b and the connection hole 9c as shown in FIG. In the second embodiment, the CMP conditions are set such that the upper surfaces of the conductor films 13a and 13b substantially coincide with the upper surface of the interlayer insulating film 8e.
【0054】次いで、層間絶縁膜8f上に、例えば窒化
シリコン膜等、層間絶縁膜8f等よりも誘電率の高い材
料からなるキャップ絶縁膜形成用の絶縁膜をCVD法等
によって堆積した後、その絶縁膜を通常のフォトリソグ
ラフィ技術およびエッチング技術によってパターン形成
することにより、図21に示すように、導体膜13bの
上面を覆うようにキャップ絶縁膜14cを形成する。こ
のようにして埋込配線構造の第3層配線11L3を形成
し、かつ、導体膜13a、13b中の銅の拡散を防ぐ窒
化膜18を、第3層配線11L3の導体膜13の表面に
接した状態で形成する。この絶縁膜18およびキャップ
絶縁膜14cは配線毎に分離されている。したがって、
本実施の形態2においても前記実施の形態1と同様の効
果を得ることが可能となる。Next, an insulating film for forming a cap insulating film made of a material having a higher dielectric constant than the interlayer insulating film 8f, such as a silicon nitride film, is deposited on the interlayer insulating film 8f by a CVD method or the like. By patterning the insulating film by a usual photolithography technique and etching technique, as shown in FIG. 21, a cap insulating film 14c is formed so as to cover the upper surface of the conductor film 13b. Thus, the third layer wiring 11L3 having the buried wiring structure is formed, and the nitride film 18 for preventing the diffusion of copper in the conductor films 13a and 13b is brought into contact with the surface of the conductor film 13 of the third layer wiring 11L3. It is formed in a state where it is formed. The insulating film 18 and the cap insulating film 14c are separated for each wiring. Therefore,
Also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
【0055】これ以降は同様の埋込配線の形成工程を繰
り返すことにより多層埋込配線構造を有する半導体装置
を製造する。Thereafter, a semiconductor device having a multilayer embedded wiring structure is manufactured by repeating the same embedded wiring forming process.
【0056】(実施の形態3)本実施の形態3において
は、銅の拡散を抑制するバリアの材料が前記実施の形態
1,2と異なる。図22は、半導体装置の製造工程中に
おける要部断面図である。層間絶縁膜8dには接続孔9
cが穿孔されており、その内部には導体膜19が埋め込
まれている。導体膜19は、例えばタングステン等から
なり、第2層配線11L2と電気的に接続されている。
層間絶縁膜8eには配線溝12bが形成され、その底面
からは導体膜19の上面が露出されている。(Embodiment 3) In Embodiment 3, a barrier material for suppressing the diffusion of copper is different from Embodiments 1 and 2. FIG. 22 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step thereof. A connection hole 9 is formed in the interlayer insulating film 8d.
c is perforated, and a conductor film 19 is buried therein. The conductor film 19 is made of, for example, tungsten or the like, and is electrically connected to the second-layer wiring 11L2.
A wiring groove 12b is formed in the interlayer insulating film 8e, and the upper surface of the conductor film 19 is exposed from the bottom surface.
【0057】まず、層間絶縁膜8e上および配線溝12
b内に、例えばタンタル(Ta)からなるバリア膜20
をスパッタリング法またはCVD法等によって形成す
る。続いて、酸素雰囲気中において熱処理を施すことに
より、バリア膜20のうち、粒界等のバリア性の低い部
分を酸化して部分的に酸化タンタル(Tax Oy )にす
る。これにより、バリア膜(第1の膜)20のうちで、
粒界等のバリア性の低い部分は、層間絶縁膜8d,8e
よりも誘電率の高い物質となる。すなわち、バリア膜2
0は銅の拡散を抑制する機能を有する。バリア膜20の
導電性は確保されている。その後、図23に示すよう
に、バリア膜20上に、バリア用の導体膜21をスパッ
タリング法またはCVD法等によって形成する。この導
体膜21は、例えばTaNまたはTaONあるいは両方
を含む膜からなり、銅の拡散を抑制する機能を有する。
この際、下層の酸化タンタルからなるバリア膜20が形
成されているので、配線溝12b内においても導体膜2
1の被着性を損なうことがない。すなわち、銅の拡散バ
リア性が高く、かつ、銅との密着性が高い窒化タンタル
を良好に被着することができる。また、タンタル成膜後
に窒化タンタルを成膜し、更に酸素雰囲気中で熱処理を
行うことにより、窒化タンタルが良好に形成されないと
ころや粒界部分を通じて酸素がタンタルに達し、タンタ
ルからなる導体膜21の一部を酸化させることで、部分
的に酸化タンタルを形成するようにしても良い。これに
より、上記と同様の効果を得ることができる。First, on the interlayer insulating film 8e and the wiring groove 12
b, a barrier film 20 made of, for example, tantalum (Ta)
Is formed by a sputtering method, a CVD method, or the like. Subsequently, by performing heat treatment in an oxygen atmosphere, of the barrier film 20, it is partially oxidized tantalum to oxidize the lower part of the barrier of the grain boundary or the like (Ta x O y). Thereby, of the barrier films (first films) 20,
Portions having low barrier properties such as grain boundaries are formed by interlayer insulating films 8d and 8e.
It becomes a substance having a higher dielectric constant. That is, the barrier film 2
0 has the function of suppressing the diffusion of copper. The conductivity of the barrier film 20 is ensured. Thereafter, as shown in FIG. 23, a barrier conductor film 21 is formed on the barrier film 20 by a sputtering method, a CVD method, or the like. The conductor film 21 is made of, for example, a film containing TaN, TaON, or both, and has a function of suppressing copper diffusion.
At this time, since the lower barrier film 20 made of tantalum oxide is formed, the conductive film 2 is also formed in the wiring groove 12b.
1 does not impair the adherence. That is, tantalum nitride having a high copper diffusion barrier property and a high adhesion to copper can be satisfactorily applied. In addition, by forming a tantalum nitride film after the tantalum film formation and further performing a heat treatment in an oxygen atmosphere, oxygen reaches the tantalum through a portion where the tantalum nitride is not formed well or through a grain boundary portion, and the tantalum nitride film is formed. By partially oxidizing, tantalum oxide may be partially formed. Thereby, the same effect as described above can be obtained.
【0058】次いで、前記実施の形態1,2と同様に、
銅からなる導体膜13を形成した後、導体膜13、21
およびバリア膜20をCMP法等によってエッチバック
することにより、図24に示すように、配線溝12b内
にのみ導体膜13,21およびバリア膜20を残し、埋
込配線構造の第3層配線11L3を形成する。続いて、
前記実施の形態1,2と導体膜13の上面のみを覆うよ
うに、キャップ絶縁膜14cを通常のフォトリソグラフ
ィ技術およびエッチング技術によって形成する。Next, as in the first and second embodiments,
After forming the conductor film 13 made of copper, the conductor films 13 and 21 are formed.
By etching back the barrier film 20 by a CMP method or the like, as shown in FIG. 24, the conductor films 13, 21 and the barrier film 20 are left only in the wiring groove 12b, and the third layer wiring 11L3 having the buried wiring structure is formed. To form continue,
The cap insulating film 14c is formed by ordinary photolithography and etching so as to cover only the upper surfaces of the conductor films 13 in the first and second embodiments.
【0059】このような本実施の形態3においても前記
実施の形態1,2と同様の効果を得ることが可能とな
る。特に、本実施の形態3においては、導体膜13をバ
リア用の導体膜21で囲み、さらに、その周囲を誘電率
の高いバリア膜20およびキャップ絶縁膜14cで取り
囲むことにより、銅の拡散バリア性を向上でき、かつ、
隣接配線間の容量を低減させることができる。According to the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained. In particular, in the third embodiment, the conductive film 13 is surrounded by the conductive film 21 for the barrier, and the periphery thereof is surrounded by the barrier film 20 having a high dielectric constant and the cap insulating film 14c, so that the copper diffusion barrier property is improved. Can be improved, and
The capacitance between adjacent wirings can be reduced.
【0060】(実施の形態4)本実施の形態4において
は、図26に示すように、配線溝12b内に、埋込配線
を構成する導体膜13の底面および側面に接した状態
で、例えばTiN、TiON、TiSiN、TaN、T
aON、TaSiN、WN、WSiNまたはWONから
なる銅の拡散バリアとなる導体膜22が形成されてい
る。そして、その導体膜13の上面を覆うように、キャ
ップ絶縁膜14cが形成されている。キャップ絶縁膜1
4cは、通常のフォトリソグラフィ技術およびエッチン
グ技術によってパターン形成され、前記実施の形態1〜
3と同様に、個々の配線毎に分離されて形成されてい
る。ただし、前記実施の形態1と同様に、キャップ絶縁
膜14cを埋め込むようにしても良い。本実施の形態4
においても、前記実施の形態1〜3と同様に、銅の拡散
バリア性を向上でき、かつ、隣接配線間の容量を低減さ
せることができる。なお、図26は図1の第2層配線と
第3層配線部分のみを抜き出して示している。(Embodiment 4) In Embodiment 4, as shown in FIG. 26, in a state in which the bottom and side surfaces of the conductor film 13 constituting the buried wiring are in contact with the wiring groove 12b, for example, TiN, TiON, TiSiN, TaN, T
A conductive film 22 serving as a copper diffusion barrier made of aON, TaSiN, WN, WSiN or WON is formed. Then, a cap insulating film 14c is formed so as to cover the upper surface of the conductor film 13. Cap insulating film 1
4c is pattern-formed by ordinary photolithography and etching techniques,
As in the case of No. 3, it is formed separately for each individual wiring. However, similarly to the first embodiment, the cap insulating film 14c may be embedded. Embodiment 4
Also, in the same manner as in the first to third embodiments, the copper diffusion barrier property can be improved, and the capacitance between adjacent wirings can be reduced. FIG. 26 shows only the second layer wiring and the third layer wiring of FIG.
【0061】(実施の形態5)本実施の形態5において
は、図27に示すように、配線溝12bおよび接続孔9
c内に、埋込配線を構成する導体膜13の表面(上面を
除く)に接した状態で、上記導体膜22が形成されてい
る。また、その導体膜13上には、前記実施の形態2と
同様に、キャップ絶縁膜14cが形成されている。ただ
し、前記実施の形態1と同様に、キャップ絶縁膜14c
を埋め込むようにしても良い。そして、配線溝12a、
12bの底面には、前記実施の形態1と同様に、接続孔
9cを形成する際のマスクとして機能する絶縁膜14a
が形成されている。キャップ絶縁膜14cおよび絶縁膜
14aは、前記実施の形態1と同様に、個々の配線毎に
分離されている。したがって、本実施の形態5において
も、前記実施の形態1〜3と同様に、銅の拡散バリア性
を向上でき、かつ、隣接配線間の容量を低減させること
ができる。なお、図27は図1の第2層配線と第3層配
線部分のみを抜き出して示している。(Fifth Embodiment) In a fifth embodiment, as shown in FIG.
The conductor film 22 is formed in c in a state of being in contact with the surface (excluding the upper surface) of the conductor film 13 constituting the embedded wiring. Further, a cap insulating film 14c is formed on the conductor film 13 as in the second embodiment. However, as in the first embodiment, the cap insulating film 14c
May be embedded. Then, the wiring groove 12a,
An insulating film 14a functioning as a mask when forming the connection hole 9c is formed on the bottom surface of the
Are formed. The cap insulating film 14c and the insulating film 14a are separated for each individual wiring as in the first embodiment. Therefore, also in the fifth embodiment, as in the first to third embodiments, the diffusion barrier property of copper can be improved, and the capacitance between adjacent wirings can be reduced. FIG. 27 shows only the second layer wiring and the third layer wiring of FIG.
【0062】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say,
【0063】例えば前記実施の形態1〜5においては、
バリア用の絶縁膜を窒化シリコン膜とした場合について
説明したが、これに限定されるものではなく、例えばS
iON膜を用いることもできる。この場合、バリア用の
絶縁膜中におけるNの量が少ないので誘電率を下げるこ
とが可能となる。For example, in the first to fifth embodiments,
Although the case where the barrier insulating film is a silicon nitride film has been described, the present invention is not limited to this.
An iON film can also be used. In this case, the dielectric constant can be reduced because the amount of N in the barrier insulating film is small.
【0064】また、前記実施の形態1〜5においては、
層間絶縁膜が酸化シリコン膜からなり、かつ、バリア用
の絶縁膜が窒化シリコン膜からなる場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、例えば層間絶縁
膜を有機SOG(Spin On Glass) 膜、SiOF膜、ポリ
イミド膜または炭素を含んだ絶縁膜とし、バリア用の絶
縁膜をTEOS(Tetraethoxysilane )膜などの相対的
に誘電率の高い膜としても良い。In the first to fifth embodiments,
The case where the interlayer insulating film is made of a silicon oxide film and the insulating film for the barrier is made of a silicon nitride film has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the interlayer insulating film may be made of organic SOG (Spin On Glass). A film, a SiOF film, a polyimide film, or an insulating film containing carbon may be used, and the insulating film for the barrier may be a film having a relatively high dielectric constant such as a TEOS (Tetraethoxysilane) film.
【0065】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるCMI
S回路を有する半導体装置およびその製造方法に適用し
た場合について説明したが、それに限定されるものでは
なく、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memor
y)、SRAM(Static Random Access Memory )また
はフラッシュメモリ(EEPROM;Electric Erasabl
e Programmable Read Only Memory )等のようなメモリ
回路を有する半導体装置、マイクロプロセッサ等のよう
な論理回路を有する半導体装置あるいは上記メモリ回路
と論理回路とを同一半導体基板に設けている混載型の半
導体装置にも適用できる。In the above description, the invention made mainly by the present inventor is described in the CMI which is the application field in which the invention is based.
The case where the present invention is applied to a semiconductor device having an S circuit and a method of manufacturing the same has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a dynamic random access memory (DRAM)
y), SRAM (Static Random Access Memory) or flash memory (EEPROM; Electric Erasabl)
e) A semiconductor device having a memory circuit such as Programmable Read Only Memory), a semiconductor device having a logic circuit such as a microprocessor, or a hybrid semiconductor device having the memory circuit and the logic circuit provided on the same semiconductor substrate. Also applicable to
【0066】[0066]
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
It is as follows.
【0067】(1) .本発明によれば、絶縁膜に形成され
た溝または孔内に配線を設けている半導体装置におい
て、配線構成元素の拡散バリア性を向上させ、かつ、配
線容量を低減させることが可能となる。これにより、半
導体装置の信頼性および歩留まりを向上させることが可
能となる。また、半導体装置の動作速度を向上させるこ
とが可能となる。(1). According to the present invention, in a semiconductor device in which a wiring is provided in a groove or a hole formed in an insulating film, it is possible to improve a diffusion barrier property of a wiring constituent element and to reduce a wiring capacitance. This makes it possible to improve the reliability and yield of the semiconductor device. Further, the operation speed of the semiconductor device can be improved.
【0068】(2) .本発明によれば、前記銅系導体膜の
上面を前記第1の絶縁膜の上面よりも窪ませて、その窪
ませた部分に前記第2の絶縁膜を形成したことにより、
半導体装置を構成する配線層における平坦性を向上させ
ることが可能となる。したがって、半導体装置の歩留ま
りおよび信頼性を向上させることが可能となる。(2). According to the present invention, the upper surface of the copper-based conductor film is depressed from the upper surface of the first insulating film, and the second insulating film is formed in the depressed portion.
It is possible to improve the flatness of a wiring layer included in the semiconductor device. Therefore, the yield and reliability of the semiconductor device can be improved.
【0069】(3) .本発明によれば、第1の絶縁膜に複
数の溝または孔を形成する工程と、前記第1の絶縁膜に
おいて前記複数の溝または孔内の少なくとも配線が接す
る部分を前記第1の絶縁膜よりも誘電率の高い絶縁膜に
改質する工程と、前記複数の溝または孔内に導体膜を埋
め込む工程とを有することにより、銅の拡散を抑制する
誘電率の高い絶縁膜を、溝や孔の断面寸法を増大させる
ことなく形成することができる。このため、配線密度を
向上させることができる。また、銅系導体膜の断面積を
増大させて配線抵抗を低減させることが可能となる。(3). According to the present invention, the step of forming a plurality of grooves or holes in the first insulating film and the step of forming at least a portion of the plurality of grooves or holes in the first insulating film where the wiring is in contact with the first insulating film By having a step of modifying the insulating film to have a higher dielectric constant and a step of burying a conductive film in the plurality of grooves or holes, the insulating film having a high dielectric constant for suppressing the diffusion of copper is The hole can be formed without increasing the cross-sectional dimension of the hole. For this reason, the wiring density can be improved. In addition, it is possible to increase the cross-sectional area of the copper-based conductor film and reduce the wiring resistance.
【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置の要部
断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
【図2】図1の半導体装置の配線形成工程中における一
部破断要部斜視図である。FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of the semiconductor device of FIG. 1 during a wiring forming step;
【図3】図2に続く図1の半導体装置の配線形成工程中
における一部破断要部斜視図である。FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of the main part of the semiconductor device of FIG. 1 during a wiring forming step following FIG. 2;
【図4】図3に続く図1の半導体装置の配線形成工程中
における一部破断要部斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a partly broken main part of the semiconductor device of FIG. 1 during a wiring forming step following FIG. 3;
【図5】図4に続く図1の半導体装置の配線形成工程中
における一部破断要部斜視図である。FIG. 5 is a partially broken perspective view of the main part of the semiconductor device of FIG. 1 during a wiring forming step following FIG. 4;
【図6】図5に続く図1の半導体装置の配線形成工程中
における一部破断要部斜視図である。6 is a fragmentary perspective view of the main part of the semiconductor device shown in FIG. 1 during a wiring forming step following that of FIG. 5;
【図7】図6に続く図1の半導体装置の配線形成工程中
における一部破断要部斜視図である。7 is a partially broken perspective view of the main part of the semiconductor device of FIG. 1 during a wiring forming step following FIG. 6;
【図8】図7に続く図1の半導体装置の配線形成工程中
における一部破断要部斜視図である。8 is a perspective view of a partly broken main part of the semiconductor device of FIG. 1 in a wiring forming step following FIG. 7;
【図9】図8に続く図1の半導体装置の配線形成工程中
における一部破断要部斜視図である。9 is a perspective view of a partly broken main part of the semiconductor device of FIG. 1 during a wiring forming step following FIG. 8;
【図10】図9に続く図1の半導体装置の配線形成工程
中における一部破断要部斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of a partly broken main part of the semiconductor device of FIG. 1 during a wiring forming step following FIG. 9;
【図11】図10に続く図1の半導体装置の配線形成工
程中における一部破断要部斜視図である。11 is a perspective view of a partly broken main part of the semiconductor device of FIG. 1 in a wiring forming step following FIG. 10;
【図12】本発明の他の実施の形態である半導体装置の
配線形成工程中における要部断面図である。FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention during a wiring forming step;
【図13】図12に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 12;
【図14】図13に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。14 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 13;
【図15】図14に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。15 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 14;
【図16】図15に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。16 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 15;
【図17】図16に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。17 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 16;
【図18】図17に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。18 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 17;
【図19】図18に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。19 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 18;
【図20】図19に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。20 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 19;
【図21】図20に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。21 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 20;
【図22】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
装置の配線形成工程中における要部断面図である。FIG. 22 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention during a wiring forming step;
【図23】図22に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。23 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 22;
【図24】図23に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。24 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a wiring formation step following that of FIG. 23;
【図25】図24に続く半導体装置の配線形成工程中に
おける要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a wiring forming step following FIG. 24;
【図26】本発明の他の実施の形態である半導体装置の
要部断面図である。FIG. 26 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention;
【図27】本発明の他の実施の形態である半導体装置の
要部断面図である。FIG. 27 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention;
1 半導体基板 2p pウエル 2n nウエル 3 分離部 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 6 半導体領域 7 半導体領域 8a〜8f 層間絶縁膜 9a〜9c 接続孔 10 導体膜 11L1 第1層配線 11L2 第2層配線 11L3 第3層配線 12a、12b 配線溝 13 導体膜 13a、13b 導体膜 14 絶縁膜 14a 絶縁膜(第3の絶縁膜) 14b 絶縁膜(第4の絶縁膜) 14c キャップ絶縁膜(第2の絶縁膜) 15 開口部 16 絶縁膜 16a 開口部 17 フォトレジスト膜 17 開口部 18 窒化膜(第4の絶縁膜) 19 導体膜 20 バリア膜(第1の膜) 21 導体膜 22 導体膜 Qp pMIS Qn nMIS DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2p p well 2n n well 3 Separation part 4 Gate insulating film 5 Gate electrode 6 Semiconductor region 7 Semiconductor region 8a-8f Interlayer insulating film 9a-9c Connection hole 10 Conductor film 11L1 First layer wiring 11L2 Second layer wiring 11L3 Third layer wiring 12a, 12b Wiring groove 13 Conductive film 13a, 13b Conductive film 14 Insulating film 14a Insulating film (third insulating film) 14b Insulating film (fourth insulating film) 14c Cap insulating film (second insulating film) 15 opening 16 insulating film 16a opening 17 photoresist film 17 opening 18 nitride film (fourth insulating film) 19 conductive film 20 barrier film (first film) 21 conductive film 22 conductive film Qp pMIS Qn nMIS
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 純司 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 山口 日出 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 大和田 伸郎 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Fターム(参考) 5F033 HH11 HH19 HH21 HH27 HH28 HH30 HH32 HH33 HH34 HH35 JJ01 JJ11 JJ19 JJ27 JJ28 JJ30 JJ32 JJ33 JJ34 JJ35 KK01 KK11 KK19 KK27 KK28 KK30 KK32 KK33 KK34 KK35 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 PP27 PP28 QQ00 QQ09 QQ16 QQ25 QQ28 QQ31 QQ37 QQ48 QQ73 QQ75 QQ90 QQ92 RR04 RR06 RR08 SS11 TT02 TT06 TT07 XX10 XX25 XX27 XX28 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing from the front page (72) Inventor Junji Noguchi 3-16-1, Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 Inside the Device Development Center, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hideki Yamaguchi 6-16, Shinmachi, Ome-shi, Tokyo No. 3 Inside the Hitachi, Ltd. Device Development Center (72) Inventor Nobuo Owada 3-16, Shinmachi, Ome-shi, Tokyo 3 Inside the Hitachi, Ltd. Device Development Center F-term (reference) 5F033 HH11 HH19 HH21 HH27 HH28 HH30 HH32 HH33 HH34 HH35 JJ01 JJ11 JJ19 JJ27 JJ28 JJ30 JJ32 JJ33 JJ34 JJ35 KK01 KK11 KK19 KK27 KK28 KK30 KK32 KK33 KK34 KK35 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 PP27 PP28 Q16 Q31 Q28 Q16 Q29 Q16 Q28 XX10 XX25 XX27 XX28
Claims (10)
は孔と、前記複数の溝または孔内に形成された銅系導体
膜と、前記第1の絶縁膜よりも誘電率の高い材料からな
り、かつ、前記複数の溝または孔内における銅系導体膜
の各々の上面を覆う複数の第2の絶縁膜とを有し、前記
複数の第2の絶縁膜は互いに分離された状態で設けられ
ていることを特徴とする半導体装置。1. A plurality of grooves or holes formed in a first insulating film, a copper-based conductor film formed in the plurality of grooves or holes, and a dielectric constant higher than that of the first insulating film. A plurality of second insulating films made of a material and covering respective upper surfaces of the copper-based conductor films in the plurality of grooves or holes, wherein the plurality of second insulating films are separated from each other. A semiconductor device characterized by being provided by:
前記複数の溝内に形成された銅系導体膜と、前記第1の
絶縁膜よりも誘電率の高い材料からなり、かつ、前記複
数の溝内における銅系導体膜の各々の底面に設けられた
複数の第3の絶縁膜とを有し、前記複数の第3の絶縁膜
は互いに分離された状態で設けられていることを特徴と
する半導体装置。A plurality of grooves formed in the first insulating film;
A copper-based conductor film formed in the plurality of grooves, a material having a higher dielectric constant than the first insulating film, and provided on each bottom surface of the copper-based conductor film in the plurality of grooves; A plurality of third insulating films, wherein the plurality of third insulating films are provided separately from each other.
は孔と、前記複数の溝または孔内に形成された銅系導体
膜と、前記第1の絶縁膜よりも誘電率の高い材料からな
り、かつ、前記複数の溝または孔内における銅系導体膜
の各々の上面を互いに分離された状態で覆う複数の第2
の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜よりも誘電率の高い材料
からなり、かつ、前記複数の溝内における銅系導体膜の
各々の底面に互いに分離された状態で設けられた複数の
第3の絶縁膜とを有することを特徴とする半導体装置。3. A plurality of grooves or holes formed in the first insulating film, a copper-based conductor film formed in the plurality of grooves or holes, and a dielectric constant higher than that of the first insulating film. A plurality of second layers made of a material and covering the upper surfaces of the copper-based conductor films in the plurality of grooves or holes in a state of being separated from each other;
And a plurality of second insulating films made of a material having a higher dielectric constant than the first insulating film, and provided on the bottom surfaces of the copper-based conductor films in the plurality of grooves in a state of being separated from each other. 3. A semiconductor device, comprising:
いて、前記銅系導体膜の上面を前記第1の絶縁膜の上面
よりも窪ませて、その窪ませた部分に前記第2の絶縁膜
を形成したことを特徴とする半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper surface of the copper-based conductor film is depressed from an upper surface of the first insulating film, and the second insulating film is formed in the depressed portion. A semiconductor device characterized by forming:
いて、前記第3の絶縁膜をその下層の絶縁膜に接続孔を
穿孔する際のエッチングマスクとして用いることを特徴
とする半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 2, wherein the third insulating film is used as an etching mask when a connection hole is formed in a lower insulating film.
導体装置において、前記銅系導体膜の側面に、前記第1
の絶縁膜よりも誘電率の高い第4の絶縁膜を設けたこと
を特徴とする半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first conductive film is formed on a side surface of said copper-based conductor film.
And a fourth insulating film having a higher dielectric constant than the insulating film.
は孔と、前記複数の溝または孔内に形成された銅系導体
膜と、前記第1の絶縁膜よりも誘電率の高い材料からな
り、かつ、前記銅系導体膜の少なくとも一部を囲む第1
の膜とを有し、前記第1の膜は互いに分離された状態で
設けられていることを特徴とする半導体装置。7. A plurality of grooves or holes formed in the first insulating film, a copper-based conductor film formed in the plurality of grooves or holes, and a dielectric constant higher than that of the first insulating film. A first material made of a material and surrounding at least a part of the copper-based conductor film;
Wherein the first film is provided so as to be separated from the first film.
導体装置において、前記銅系導体膜の表面に接して銅の
拡散を抑制する導体膜を設けたことを特徴とする半導体
装置。8. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a conductor film that is in contact with a surface of said copper-based conductor film and suppresses copper diffusion. .
形成する工程と、(b)前記第1の絶縁膜において前記
複数の溝または孔内の少なくとも配線が接する部分を前
記第1の絶縁膜よりも誘電率の高い第2の絶縁膜に改質
する工程と、(c)前記複数の溝または孔内に導体膜を
埋め込む工程とを有することを特徴とする半導体装置の
製造方法。9. A step of: (a) forming a plurality of grooves or holes in a first insulating film; and (b) forming at least a portion of the plurality of grooves or holes in the first insulating film which contacts a wiring. A semiconductor device having a step of reforming into a second insulating film having a higher dielectric constant than the first insulating film; and (c) a step of burying a conductive film in the plurality of grooves or holes. Production method.
ッチングマスクである第3の絶縁膜を配線毎に互いに分
離されるように形成した後、それを覆うように第1の絶
縁膜を形成する工程と、(b)前記第1の絶縁膜に複数
の溝または接続孔をエッチング処理によって形成し、か
つ、前記第3の絶縁膜をエッチングマスクとしてそこか
ら露出する絶縁膜をエッチング除去することにより、そ
の絶縁膜に接続孔を形成する工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。10. A third insulating film serving as an etching mask for forming a connection hole is formed on an insulating film so as to be separated from each other for each wiring, and then a first insulating film is formed so as to cover the third insulating film. Forming a film, and (b) forming a plurality of grooves or connection holes in the first insulating film by etching, and etching the insulating film exposed therefrom using the third insulating film as an etching mask. Forming a connection hole in the insulating film by removing the insulating film.
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