JP2006179948A - Semiconductor device and method of manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置技術に関し、特に、銅を主成分とする主導体膜を含む埋込配線を有する半導体装置の製造方法および半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device technology, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having an embedded wiring including a main conductor film containing copper as a main component, and a technology effective when applied to the semiconductor device. It is.
埋込配線構造は、絶縁膜に形成された配線溝や孔等のような配線開口部内に、ダマシン(Damascene)技術(シングルダマシン(Single-Damascene)技術およびデュアルダマシン(Dual-Damascene)技術)と称する配線形成技術によって、配線材料を埋め込むことで形成される。しかし、主配線材料が銅の場合、銅がアルミニウム等のような金属と比較して絶縁膜中に拡散され易いことから、その銅からなる埋込配線が絶縁膜と直接接しないように、その埋込配線の表面(底面および側面)を薄いバリア金属膜で覆うことにより、その埋込配線中の銅が絶縁膜中に拡散するのを抑制または防止するようにしている。また、配線開口部が形成された絶縁膜の上面上に、例えば窒化シリコン膜等からなる配線キャップ用絶縁膜を形成して上記埋込配線の上面を覆うことにより、その埋込配線中の銅が埋込配線の上面から絶縁膜中に拡散するのを抑制または防止するようにしている。 The embedded wiring structure has Damascene technology (Single-Damascene technology and Dual-Damascene technology) in the wiring openings such as wiring grooves and holes formed in the insulating film. It is formed by embedding a wiring material by a so-called wiring forming technique. However, when the main wiring material is copper, copper is more easily diffused into the insulating film than a metal such as aluminum, so that the embedded wiring made of copper is not in direct contact with the insulating film. By covering the surface (bottom surface and side surface) of the embedded wiring with a thin barrier metal film, diffusion of copper in the embedded wiring into the insulating film is suppressed or prevented. Further, a wiring cap insulating film made of, for example, a silicon nitride film is formed on the upper surface of the insulating film in which the wiring opening is formed to cover the upper surface of the embedded wiring, so that the copper in the embedded wiring is covered. Is suppressed or prevented from diffusing from the upper surface of the buried wiring into the insulating film.
なお、ダマシン配線技術としては、例えば特開2000−323479号公報(特許文献1参照)に記載があり、銅配線上面と絶縁膜上面とをずらした埋込配線構造が開示されている。また、例えば特開平11−111843号公報(特許文献2参照)には、埋込配線における銅層上面を絶縁膜上面よりも低く形成し、そこにバリア絶縁膜を埋め込む埋込配線構造が開示されている。また、例えば特開平10−50632号公報(特許文献3参照)には、埋込配線における銅層およびバリアメタルの上面を絶縁膜上面よりも低く形成し、そこにバリア絶縁膜を埋め込む埋込配線構造が開示されている。また、例えば特開2000−277612号公報(特許文献4参照)には、埋込配線のバリアメタルおよび金属膜の上面を絶縁膜上面より高く形成することにより、CMP(Chemical Mechanical Polishing)のスラリ残留を防止する技術が開示されている。さらに、例えば特開平10−189602号公報(特許文献5参照)には、タングステンプラグの上面を絶縁膜上面よりも若干高く形成し埋め込んだプラグに丸みを持たせる技術が開示されている。
ところが、本発明者の検討結果によれば、上記銅を主導体層とする埋込み配線技術においては、以下の課題があることを見い出した。 However, according to the examination results of the present inventors, it has been found that the embedded wiring technology using the copper as the main conductor layer has the following problems.
すなわち、銅を配線材料に用いた場合、TDDB(Time Dependence on Dielectric Breakdown)寿命が、他の金属材料(例えばアルミニウムやタングステン)に比べて著しく短いという問題である。その上、配線ピッチの微細化が進み、実効電界強度が増加する傾向にあることに加え、近年は配線容量を低減する観点等から酸化シリコンよりも誘電率の低い絶縁材料を配線間の絶縁膜として使用する方向にあるが、誘電率の低い絶縁膜は一般的に絶縁耐圧も低いことから、TDDB寿命の確保が益々困難になる状況にある。 That is, when copper is used as a wiring material, the TDDB (Time Dependence on Dielectric Breakdown) life is significantly shorter than other metal materials (for example, aluminum or tungsten). Furthermore, in addition to the trend toward finer wiring pitches and increased effective electric field strength, in recent years, insulating materials having a dielectric constant lower than that of silicon oxide have been used for insulating films between wirings from the viewpoint of reducing wiring capacity. However, since an insulating film having a low dielectric constant generally has a low withstand voltage, it is increasingly difficult to ensure the TDDB life.
本発明の目的は、銅を主導体膜とする配線間の絶縁破壊耐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。 The objective of this invention is providing the technique which can improve the dielectric breakdown tolerance between the wiring which uses copper as a main conductor film.
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 be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
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。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、本発明は、配線を構成する主導体膜が銅によって形成され、その主導体膜において電界が集中する箇所を、その周囲の絶縁膜の研磨面から離れるように形成するものである。 That is, according to the present invention, the main conductor film constituting the wiring is formed of copper, and the portion where the electric field concentrates in the main conductor film is formed so as to be away from the polishing surface of the surrounding insulating film.
また、本発明は、配線を構成する主導体膜が銅によって形成され、その主導体膜において電界が集中する箇所に丸みを形成するものである。 Further, according to the present invention, the main conductor film constituting the wiring is formed of copper, and a roundness is formed at a location where the electric field concentrates in the main conductor film.
本願におい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とおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、配線を構成する主導体膜が銅によって形成され、その主導体膜において電界が集中する箇所を、その周囲の絶縁膜の研磨面から離れるように形成することにより、銅を主導体膜とする配線間の絶縁破壊耐性を向上させることが可能となる。 That is, the main conductor film constituting the wiring is formed of copper, and the portion where the electric field concentrates in the main conductor film is formed so as to be away from the polishing surface of the surrounding insulating film, so that the copper is separated from the main conductor film. It is possible to improve the dielectric breakdown resistance between the wirings to be performed.
本願発明を詳細に説明する前に、本実施の形態における用語の意味を説明すると次の通りである。 Before describing the present invention in detail, the meaning of terms in the present embodiment will be described as follows.
1.TDDB(Time Dependence on Dielectric Breakdown)寿命とは、絶縁破壊の時間的依存性を客観的に計る尺度であって、所定の温度(例えば140℃)の測定条件下で電極間に比較的高い電圧を加え、電圧印加から絶縁破壊までの時間を印加電界に対してプロットしたグラフを作成し、このグラフから実際の使用電界強度(例えば0.2MV/cm)に外挿して求めた時間(寿命)をいう。 1. TDDB (Time Dependence on Dielectric Breakdown) lifetime is a measure for objectively measuring the time dependency of dielectric breakdown, and a relatively high voltage is applied between electrodes under measurement conditions of a predetermined temperature (eg, 140 ° C.). In addition, a graph in which the time from voltage application to dielectric breakdown is plotted against the applied electric field is created, and the time (life) obtained by extrapolating from this graph to the actual electric field strength used (for example, 0.2 MV / cm) Say.
図1〜図3は、本願のTDDB寿命測定に使用した試料の一例を示し、図1は平面図、図2および図3は図1におけるB−B’線断面およびC−C’線の断面を各々示している。この試料は実際にはウエハのTEG(Test Equipment Group)領域に形成される。図示するように一対の櫛形配線Lを第2配線層M2に形成し、最上層のパットP1,P2に各々接続する。この櫛形配線L間に電界が印加され電流が測定される。パットP1,P2は測定端子である。櫛形配線Lの配線幅、配線間隔、配線厚さは何れも0.5μmである。また、配線対向長は1.58×105μmとした。 1 to 3 show an example of a sample used for TDDB lifetime measurement of the present application, FIG. 1 is a plan view, and FIGS. 2 and 3 are cross sections taken along line BB ′ and CC ′ in FIG. 1. Respectively. This sample is actually formed in a TEG (Test Equipment Group) region of the wafer. As shown in the figure, a pair of comb-shaped wirings L is formed in the second wiring layer M2 and connected to the uppermost pads P1 and P2. An electric field is applied between the comb-shaped wires L, and a current is measured. Pads P1 and P2 are measurement terminals. The wiring width, the wiring interval, and the wiring thickness of the comb-shaped wiring L are all 0.5 μm. Also, the wiring facing length was 1.58 × 10 5 μm.
図4は、測定の概要を示した説明図である。試料は測定ステージSに保持され、パッドP1,P2間に電流電圧測定器(I/V測定器)を接続する。測定ステージSはヒータHで加熱され試料温度が140℃に調整される。TDDB寿命測定には定電圧ストレス法と低電流ストレス法とがあるが、本願では絶縁膜に印加される平均電界が一定となる定電圧ストレス法を用いている。電圧印加の後、時間の経過とともに電流密度は減少し、その後、急激な電流増加(絶縁破壊)が観測される。ここでは、リーク電流密度が1μA/cm2に達した時間をTDDB寿命(5MV/cmにおけるTDDB寿命)とした。なお、本願において、TDDB寿命とは、特に言及しない限り0.2MV/cmにおける破壊時間(寿命)をいうが、広義には所定の電界強度に言及した上で破壊までの時間としてTDDB寿命の語を用いる場合もある。また、特に言及しない限り、TDDB寿命は、試料温度140℃の場合をいう。また、TDDB寿命は前記の櫛形配線Lで測定した場合をいうが、実際の配線間の破壊寿命を反映することは言うまでもない。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing an outline of the measurement. The sample is held on the measurement stage S, and a current / voltage measuring device (I / V measuring device) is connected between the pads P1 and P2. The measurement stage S is heated by the heater H, and the sample temperature is adjusted to 140 ° C. The TDDB lifetime measurement includes a constant voltage stress method and a low current stress method. In this application, the constant voltage stress method is used in which the average electric field applied to the insulating film is constant. After voltage application, the current density decreases with the passage of time, and then a rapid current increase (dielectric breakdown) is observed. Here, the time when the leakage current density reached 1 μA / cm 2 was defined as the TDDB life (TDDB life at 5 MV / cm). In the present application, the TDDB lifetime refers to a breakdown time (life) at 0.2 MV / cm unless otherwise specified. In a broad sense, the term “TDDB lifetime” refers to a predetermined electric field strength and the time until breakdown. May be used. Unless otherwise specified, the TDDB lifetime refers to the case where the sample temperature is 140 ° C. In addition, the TDDB life refers to the case where the measurement is performed with the comb-shaped wiring L, but it goes without saying that the breakdown life between the actual wirings is reflected.
2.プラズマ処理とは、プラズマ状態にある環境に、基板表面、あるいは、基板上に絶縁膜、金属膜等のような部材が形成されている時にはその部材表面を暴露し、プラズマの化学的、機械的(ボンバードメント)作用を表面に与えて処理することをいう。一般にプラズマは特定のガス(処理ガス)に置換した反応室内に必要に応じて処理ガスを補充しつつ、高周波電界等の作用によりガスを電離させて生成するが、現実には完全に処理ガスで置換することはできない。よって、本実施の形態では、例えばアンモニアプラズマと称しても、完全なアンモニアプラズマを意図するものではなく、そのプラズマ内に含まれる不純物ガス(窒素、酸素、二酸化炭素、水蒸気等)の存在を排除するものではない。同様に、言うまでもないことであるが、プラズマ中に他の希釈ガスや添加ガスを含むことを排除するものではない。 2. Plasma treatment means that the surface of a substrate, or when a member such as an insulating film or metal film is formed on the substrate, is exposed to the environment in a plasma state, and the chemical and mechanical properties of the plasma are exposed. (Bombardment) This refers to processing by applying an action to the surface. In general, plasma is generated by ionizing a gas by the action of a high-frequency electric field while replenishing the processing gas as needed in a reaction chamber substituted with a specific gas (processing gas). It cannot be replaced. Therefore, in this embodiment, for example, ammonia plasma is not intended to be complete ammonia plasma, and the presence of impurity gases (nitrogen, oxygen, carbon dioxide, water vapor, etc.) contained in the plasma is excluded. Not what you want. Similarly, it goes without saying that the inclusion of other dilution gas or additive gas in the plasma is not excluded.
3.還元性雰囲気のプラズマ(還元性プラズマ)とは、還元作用、すなわち、酸素を引き抜く作用を有するラジカル、イオン、原子、分子等の反応種が支配的に存在するプラズマ環境をいい、ラジカル、イオンには、原子あるいは分子状のラジカルあるいはイオンが含まれる。また、環境内には単一の反応種のみならず、複数種の反応種が含まれていても良い。例えば水素ラジカルとNH3ラジカルとが同時に存在する環境でも良い。 3. Plasma in a reducing atmosphere (reducing plasma) refers to a plasma environment in which reactive species such as radicals, ions, atoms, and molecules that have a reducing action, that is, an action of extracting oxygen, exist predominantly. Includes atomic or molecular radicals or ions. In addition, the environment may contain not only a single reactive species but also a plurality of reactive species. For example, an environment in which hydrogen radicals and NH 3 radicals exist simultaneously may be used.
4.本実施の形態において、例えば銅からなると表現した場合、主成分として銅が用いられていることを意図する。すなわち、一般に高純度な銅であっても、不純物が含まれることは当然であり、添加物や不純物も銅からなる部材に含まれることを排除するものではない。これは銅に限らず、その他の金属(窒化チタン等)でも同様である。 4). In this embodiment, for example, when expressed as copper, it is intended that copper is used as a main component. That is, even if it is generally high-purity copper, it is natural that impurities are included, and it does not exclude that additives and impurities are also included in a member made of copper. This applies not only to copper but also to other metals (such as titanium nitride).
5.化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)とは、一般に被研磨面を相対的に軟らかい布様のシート材料等からなる研磨パッドに接触させた状態で、スラリを供給しながら面方向に相対移動させて研磨を行うことをいい、本実施の形態においては、その他、被研磨面を硬質の砥石面に対して相対移動させることによって研磨を行うCML(Chemical Mechanical Lapping)、その他の固定砥粒を使用するもの、及び砥粒を使用しない砥粒フリーCMP等も含むものとする。 5. Chemical mechanical polishing (CMP) means that the surface to be polished is generally brought into contact with a polishing pad made of a relatively soft cloth-like sheet material, etc., and is moved relative to the surface while supplying slurry. In this embodiment, in addition, CML (Chemical Mechanical Lapping) for polishing by moving the surface to be polished relative to the hard grindstone surface, and other fixed abrasive grains are used. And abrasive-free CMP that does not use abrasive grains.
6.砥粒フリー化学機械研磨は、一般に砥粒の重量濃度が0.5%重量未満のスラリを用いた化学機械研磨をいい、有砥粒化学機械研磨とは、砥粒の重量濃度が0.5%重量よりも高濃度のスラリを用いた化学機械研磨をいう。しかし、これらは相対的なものであり、第1ステップの研磨が砥粒フリー化学機械研磨で、それに続く第2ステップの研磨が有砥粒化学機械研磨である場合、第1ステップの研磨濃度が第2ステップの研磨濃度よりも1桁以上、望ましくは2桁以上小さい場合などには、この第1ステップの研磨を砥粒フリー化学機械研磨という場合もある。本明細書中において、砥粒フリー化学機械研磨と言うときは、対象とする金属膜の単位平坦化プロセス全体を砥粒フリー化学機械研磨で行う場合の他、主要プロセスを砥粒フリー化学機械研磨で行い、副次的なプロセスを有砥粒化学機械研磨で行う場合も含むものとする。 6). Abrasive-free chemical mechanical polishing generally refers to chemical mechanical polishing using a slurry having an abrasive weight concentration of less than 0.5% by weight. Abrasive chemical mechanical polishing refers to an abrasive weight concentration of 0.5%. Chemical mechanical polishing using a slurry with a concentration higher than% weight. However, these are relative, and when the polishing in the first step is abrasive-free chemical mechanical polishing and the subsequent polishing in the second step is abrasive chemical mechanical polishing, the polishing concentration in the first step is If the polishing concentration in the second step is one digit or more, preferably two digits or less, the first step polishing may be referred to as abrasive-free chemical mechanical polishing. In this specification, the term “abrasive-free chemical mechanical polishing” refers to the case where the entire unit flattening process of the target metal film is performed by abrasive-free chemical mechanical polishing, and the main process is abrasive-free chemical mechanical polishing. This includes the case where the secondary process is carried out by abrasive chemical mechanical polishing.
7.研磨液(スラリ)とは、一般に化学エッチング薬剤に研磨砥粒を混合した懸濁液をいい、本願においては発明の性質上、研磨砥粒が混合されていないものを含むものとする。 7). The polishing liquid (slurry) generally refers to a suspension in which abrasive grains are mixed with a chemical etching agent. In the present application, a slurry in which abrasive grains are not mixed is included in the nature of the invention.
8.防食剤とは、金属の表面に耐食性、疎水性あるいはその両方の性質を有する保護膜を形成することによって、上記CMPによる研磨の進行を阻止または抑制する薬剤をいい、一般にベンゾトリアゾール(BTA)などが使用される(詳しくは特開平8−64594号公報参照)。 8). An anticorrosive agent is an agent that prevents or suppresses the progress of polishing by CMP by forming a protective film having corrosion resistance and / or hydrophobic properties on the surface of a metal. Generally, benzotriazole (BTA), etc. (For details, refer to Japanese Patent Laid-Open No. 8-64594).
9.スクラッチフリーとは、上記CMP法によって研磨されたウエハの研磨面の全面内または所定の単位面積内に、所定寸法以上の欠陥が検出されない状態を言う。この所定寸法は、半導体装置の世代や種類等によって変わるので一概には言えないが、本実施の形態では、インラインの比較欠陥検査において、例えば直径200mmのウエハの研磨面内に、例えば0.3μm以上の欠陥が検出されない状態されている。 9. Scratch-free means a state in which a defect having a predetermined dimension or more is not detected within the entire polished surface of a wafer polished by the CMP method or within a predetermined unit area. Since this predetermined dimension varies depending on the generation and type of the semiconductor device, it cannot be generally specified. However, in this embodiment, in the in-line comparative defect inspection, for example, 0.3 μm in the polishing surface of a wafer having a diameter of 200 mm, for example. The above defects are not detected.
10.導電性バリア膜とは、一般に銅が層間絶縁膜内や下層へ拡散するのを防止するために、埋込配線の側面または底面に比較的薄く形成される拡散バリア性を有する導電膜であり、一般に、チタン(Ti)またはタンタル(Ta)等のような高融点金属または窒化チタン(TiN)または窒化タンタル(TaN)等のような高融点金属窒化物等が使用される。 10. The conductive barrier film is a conductive film having a diffusion barrier property that is relatively thinly formed on the side surface or bottom surface of the embedded wiring in order to prevent copper from diffusing into the interlayer insulating film or the lower layer. Generally, a refractory metal such as titanium (Ti) or tantalum (Ta) or a refractory metal nitride such as titanium nitride (TiN) or tantalum nitride (TaN) is used.
11.埋込配線または埋込メタル配線とは、一般にシングルダマシン(single damascene)やデュアルダマシン(dual damascene)等のように、絶縁膜に形成された溝や孔などのような配線開口部の内部に導電膜を埋め込んだ後、絶縁膜上の不要な導電膜を除去する配線形成技術によってパターニングされた配線をいう。また、一般に、シングルダマシンとは、プラグメタルと、配線用メタルとの2段階に分けて埋め込む、埋込配線プロセスを言う。同様にデュアルダマシンとは、一般にプラグメタルと、配線用メタルとを一度に埋め込む、埋込配線プロセスを言う。一般に、銅埋込配線を多層構成で使用されることが多い。 11. A buried wiring or a buried metal wiring is generally conductive inside a wiring opening such as a groove or a hole formed in an insulating film, such as a single damascene or a dual damascene. A wiring that is patterned by a wiring formation technique for removing an unnecessary conductive film on an insulating film after the film is embedded. In general, single damascene refers to an embedded wiring process in which plug metal and wiring metal are embedded in two stages. Similarly, dual damascene generally refers to an embedded wiring process in which plug metal and wiring metal are embedded at once. In general, copper embedded wiring is often used in a multilayer configuration.
12.本願において半導体装置というときは、特に単結晶シリコン基板上に作られるものだけでなく、特にそうでない旨が明示された場合を除き、SOI(Silicon On Insulator)基板やTFT(Thin Film Transistor)液晶製造用基板などといった他の基板上に作られるものを含むものとする。 12 In this application, the term “semiconductor device” refers to manufacturing of SOI (Silicon On Insulator) substrates and TFT (Thin Film Transistor) liquid crystals, not only those manufactured on a single crystal silicon substrate, but unless otherwise specified. Including those made on other substrates such as industrial substrates.
13.ウエハとは、半導体集積回路の製造に用いるシリコンその他の半導体単結晶基板(一般にほぼ円板形、半導体ウエハ)、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそれらの複合的基板を言う。 13. A wafer is a silicon or other semiconductor single crystal substrate (generally disk-shaped, semiconductor wafer), a sapphire substrate, a glass substrate, other insulating, anti-insulating, or semiconductor substrates used in the manufacture of semiconductor integrated circuits, and their composites. Say the board.
14.半導体集積回路チップまたは半導体チップ(以下、単にチップという)とは、ウエハ工程(ウエハプロセスまたは前工程)が完了したウエハを単位回路群に分割したものを言う。 14 A semiconductor integrated circuit chip or a semiconductor chip (hereinafter simply referred to as a chip) refers to a wafer obtained by completing a wafer process (wafer process or previous process) and divided into unit circuit groups.
15.シリコンナイトライド、窒化ケイ素または窒化シリコン膜というときは、Si3N4のみではなく、シリコンの窒化物で類似組成の絶縁膜を含む。 15. The term “silicon nitride, silicon nitride, or silicon nitride film” includes not only Si 3 N 4 but also an insulating film having a similar composition of silicon nitride.
16.低誘電率な絶縁膜(Low−K絶縁膜)とは、パッシベーション膜に含まれる酸化シリコン膜(たとえばTEOS(Tetraethoxysilane)酸化膜)の誘電率よりも低い誘電率を有する絶縁膜を例示できる。一般的には、TEOS酸化膜の比誘電率ε=4.1〜4.2程度以下を低誘電率な絶縁膜と言う。 16. Examples of the low dielectric constant insulating film (Low-K insulating film) include an insulating film having a dielectric constant lower than that of a silicon oxide film (eg, TEOS (Tetraethoxysilane) oxide film) included in the passivation film. Generally, the dielectric constant ε = 4.1 to 4.2 or less of the TEOS oxide film is called an insulating film having a low dielectric constant.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、本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。 Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。 In the drawings used in the present embodiment, hatching may be added even in a plan view for easy understanding of the drawings.
また、本実施の形態においては、電界効果トランジスタを代表するMIS・FET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)をMISと略し、pチャネル型のMIS・FETをpMISと略し、nチャネル型のMIS・FETをnMISと略す。 In the present embodiment, a MIS • FET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) representing a field effect transistor is abbreviated as MIS, a p-channel type MIS • FET is abbreviated as pMIS, and an n-channel type MIS • FET. Is abbreviated as nMIS.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態においては、例えばCMIS(Complementary MIS)−LSI(Large Scale Integrated circuit)の製造方法に本発明の技術思想を適用した場合について図5の製造フロー図に沿って、図6〜図18により説明する。なお、図5の破線で囲まれた工程は同一処理室内での処理を例示している。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, for example, when the technical idea of the present invention is applied to a manufacturing method of CMIS (Complementary MIS) -LSI (Large Scale Integrated circuit), the manufacturing flow diagram of FIG. Will be described. In addition, the process enclosed with the broken line of FIG. 5 has illustrated the process in the same process chamber.
まず、図6はCMIS−LSIの製造工程中における要部平面図、図7は図6のX1−X1線の断面図である。ウエハ1Wを構成する半導体基板(以下、単に基板という)1Sは、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンからなる。基板1Sの主面(デバイス形成面)には、溝形の分離部(SGI(Shallow Groove Isolation)またはSTI(Shallow Trench Isolation))2が形成されている。この分離部2は、基板1Sの主面に形成された溝内に、例えば酸化シリコン膜が埋め込まれて形成されている。また、基板1Sの主面側には、p型ウエルPWLおよびn型ウエルNWLが形成されている。p型ウエルPWLには、例えばホウ素が導入され、n型ウエルNWLには、例えばリンが導入されている。この分離部2に囲まれたp型ウエルPWLおよびn型ウエルNWLの活性領域には、それぞれnMISQnおよびpMISQpが形成されている。
First, FIG. 6 is a plan view of an essential part in the manufacturing process of the CMIS-LSI, and FIG. A semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) 1S constituting the
nMISQnおよびpMISQpのゲート絶縁膜3は、例えば厚さ6nm程度の酸化シリコン膜からなる。ここでいうゲート絶縁膜3の膜厚とは、二酸化シリコン換算膜厚であり、実際の膜厚と一致しない場合もある。ゲート絶縁膜3は、酸化シリコン膜に代えて酸窒化シリコン膜で構成しても良い。すなわち、ゲート絶縁膜3と基板1Sとの界面に窒素を偏析させる構造としても良い。酸窒化シリコン膜は、ゲート絶縁膜3のホットキャリア耐性を向上でき、絶縁耐性を向上させることができる。また、酸窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて不純物が貫通し難いので、酸窒化シリコン膜を用いることにより、ゲート電極材料中の不純物が基板1S側に拡散することに起因するしきい値電圧の変動を抑制できる。酸窒化シリコン膜を形成するには、例えば基板1SをNO、NO2またはNH3といった含窒素ガス雰囲気中で熱処理すれば良い。
The
nMISQnおよびpMISQpのゲート電極4は、例えば低抵抗多結晶シリコン膜上に、例えばチタンシリサイド(TiSix)層またはコバルトシリサイド(CoSix)層を積層することで形成されている。ただし、ゲート電極構造は、これに限定されるものではなく、例えば低抵抗多結晶シリコン膜、WN(窒化タングステン)膜およびW(タングステン)膜の積層膜で構成される、いわゆるポリメタルゲート構造としても良い。ゲート電極4の側面には、例えば酸化シリコンからなるサイドウォール5が形成されている。
The
nMISQnのソースおよびドレイン用の半導体領域6は、チャネルに隣接するn−型半導体領域と、n−型半導体領域に接続され、かつ、n−型半導体領域分だけチャネルから離間する位置に設けられたn+型半導体領域とを有している。n−型半導体領域およびn+型半導体領域には、例えばリンまたはヒ素が導入されている。一方、pMISQpのソースおよびドレイン用の半導体領域7は、チャネルに隣接するp−型半導体領域と、p−型半導体領域に接続され、かつ、p−型半導体領域分だけチャネルから離間する位置に設けられたp+型半導体領域とを有している。p−型半導体領域およびp+型半導体領域には、例えばホウ素が導入されている。この半導体領域6,7の上面一部には、例えばチタンシリサイド層または上記コバルトシリサイド層等のようなシリサイド層が形成されている。
このような基板1S上には絶縁膜8が堆積されている。この絶縁膜8は、ゲート電極4,4の狭いスペースを埋め込み可能なリフロー性の高い膜、例えばBPSG(Boron-doped Phospho SilicateGlass)膜からなる。また、スピン塗布法によって形成されるSOG(SpinOn Glass) 膜で構成しても良い。絶縁膜8には、コンタクトホール9が形成されている。コンタクトホール9の底部からは半導体領域6,7の上面(シリサイド層の面)一部が露出されている。このコンタクトホール9内には、プラグ10が形成されている。プラグ10は、例えばコンタクトホール9の内部を含む絶縁膜8上にCVD法等で窒化チタン(TiN)膜およびタングステン(W)膜を堆積した後、絶縁膜8上の不要な窒化チタン膜およびタングステン膜をCMP法またはエッチバック法によって除去し、コンタクトホール9内のみにこれらの膜を残すことで形成されている。
An insulating
絶縁膜8上には、例えばタングステンからなる第1層配線L1が形成されている。第1層配線L1は、プラグ10を通じてnMISQnおよびpMISQpのソース・ドレイン用の半導体領域6,7やゲート電極4と電気的に接続されている。第1層配線L1は、タングステンに限定されず種々変更可能であり、例えばアルミニウム(Al)またはアルミニウム合金等の単体膜あるいはこれらの単体膜の上下層の少なくとも一方にチタン(Ti)や窒化チタン(TiN)等のような金属膜を形成した積層金属膜としても良い。
On the insulating
また、絶縁膜8上には、第1層配線L1を覆うように、絶縁膜11aが堆積されている。絶縁膜11aは、例えば有機ポリマーまたは有機シリカガラス等のような低誘電率材料(いわゆるLow−K絶縁膜、Low−K材料)からなる。この有機ポリマーには、例えばSiLK(米The Dow Chemical Co製、比誘電率=2.7、耐熱温度=490℃以上、絶縁破壊耐圧=4.0〜5.0MV/Vm)またはポリアリルエーテル(PAE)系材料のFLARE(米Honeywell Electronic Materials製、比誘電率=2.8、耐熱温度=400℃以上)がある。このPAE系材料は、基本性能が高く、機械的強度、熱的安定性および低コスト性に優れるという特徴を有している。上記有機シリカガラス(SiOC系材料)には、例えばHSG−R7(日立化成工業製、比誘電率=2.8、耐熱温度=650℃)、Black Diamond(米Applied Materials,Inc製、比誘電率=3.0〜2.4、耐熱温度=450℃)またはp−MTES(日立開発製、比誘電率=3.2)がある。この他のSiOC系材料には、例えばCORAL(米Novellus Systems,Inc製、比誘電率=2.7〜2.4、耐熱温度=500℃)、Aurora2.7(日本エー・エス・エム社製、比誘電率=2.7、耐熱温度=450℃)がある。
On the insulating
また、絶縁膜11aの低誘電率材料には、例えばFSG(SiOF系材料)、HSQ(hydrogen silsesquioxane)系材料、MSQ(methyl silsesquioxane)系材料、ポーラスHSQ系材料、ポーラスMSQ材料またはポーラス有機系材料を用いることもできる。上記HSQ系材料には、例えばOCD T−12(東京応化工業製、比誘電率=3.4〜2.9、耐熱温度=450℃)、FOx(米Dow Corning Corp.製、比誘電率=2.9)またはOCL T−32(東京応化工業製、比誘電率=2.5、耐熱温度=450℃)等がある。上記MSQ系材料には、例えばOCD T−9(東京応化工業製、比誘電率=2.7、耐熱温度=600℃)、LKD−T200(JSR製、比誘電率=2.7〜2.5、耐熱温度=450℃)、HOSP(米Honeywell Electronic Materials製、比誘電率=2.5、耐熱温度=550℃)、HSG−RZ25(日立化成工業製、比誘電率=2.5、耐熱温度=650℃)、OCL T−31(東京応化工業製、比誘電率=2.3、耐熱温度=500℃)またはLKD−T400(JSR製、比誘電率=2.2〜2、耐熱温度=450℃)等がある。上記ポーラスHSQ系材料には、例えばXLK(米Dow Corning Corp.製、比誘電率=2.5〜2)、OCL T−72(東京応化工業製、比誘電率=2.2〜1.9、耐熱温度=450℃)、Nanoglass(米Honeywell Electronic Materials製、比誘電率=2.2〜1.8、耐熱温度=500℃以上)またはMesoELK(米Air Productsand Chemicals,Inc、比誘電率=2以下)がある。上記ポーラスMSQ系材料には、例えばHSG−6211X(日立化成工業製、比誘電率=2.4、耐熱温度=650℃)、ALCAP−S(旭化成工業製、比誘電率=2.3〜1.8、耐熱温度=450℃)、OCL T−77(東京応化工業製、比誘電率=2.2〜1.9、耐熱温度=600℃)、HSG−6210X(日立化成工業製、比誘電率=2.1、耐熱温度=650℃)またはsilica aerogel(神戸製鋼所製、比誘電率1.4〜1.1)等がある。上記ポーラス有機系材料には、例えばPolyELK(米Air Productsand Chemicals,Inc、比誘電率=2以下、耐熱温度=490℃)等がある。上記SiOC系材料、SiOF系材料は、例えばCVD法(Chemical Vapor Deposition)によって形成されている。例えば上記Black Diamondは、トリメチルシランと酸素との混合ガスを用いたCVD法等によって形成される。また、上記p−MTESは、例えばメチルトリエトキシシランとN2Oとの混合ガスを用いたCVD法等によって形成される。それ以外の上記低誘電率の絶縁材料は、例えば塗布法で形成されている。
Examples of the low dielectric constant material of the insulating
このようなLow−K材料からなる絶縁膜11a上には、Low−Kキャップ用の絶縁膜12aが堆積されている。この絶縁膜12aは、例えば二酸化シリコン(SiO2)に代表される酸化シリコン(SiOx)膜からなり、例えば化学機械研磨処理(CMP;Chemical Mechanical Polishing)時における絶縁膜11aの機械的強度の確保、表面保護および耐湿性の確保等のような機能を有している。絶縁膜12aの厚さは、絶縁膜11aよりも相対的に薄く、例えば25nm〜100nm程度、好ましくは、例えば50nm程度である。ただし、絶縁膜12aは、酸化シリコン膜に限定されずるものではなく種々変更可能であり、例えば窒化シリコン(SixNy)膜、炭化シリコン(SiC)膜または炭窒化シリコン(SiCN)膜を用いても良い。これら窒化シリコン膜、炭化シリコン膜または炭窒化シリコン膜は、例えばプラズマCVD法によって形成することができる。プラズマCVD法で形成された炭化シリコン膜としては、例えばBLOk(AMAT社製、比誘電率=4.3)がある。その形成に際しては、例えばトリメチルシランとヘリウム(またはN2、NH3)との混合ガスを用いる。このような絶縁膜11a,12aには、第1層配線L1の一部が露出するスルーホール13が穿孔されている。このスルーホール13内には、例えばタングステン等からなるプラグ14が埋め込まれている。
An insulating
まず、本実施の形態においては、上記の絶縁膜12aおよびプラグ14上に絶縁膜15aをプラズマCVD法等によって堆積する。絶縁膜15aは、例えばプラズマCVD法によって形成された窒化シリコン膜からなり、その厚さは、例えば25nm〜50nm程度、好ましくは50nm程度である。絶縁膜15aの他の材料として、例えばプラズマCVD法で形成された炭化シリコン膜、プラズマCVD法で形成されたSiCN膜、プラズマCVD法で形成された酸窒化シリコン(SiON)膜の単体膜を用いても良い。これらの膜を用いた場合、窒化シリコン膜に比べて誘電率を大幅に下げることができるので、配線容量を下げることができ、半導体装置の動作速度を向上させることができる。プラズマCVD法で形成された炭化シリコン膜には、例えばBLOk(AMAT社製)がある。その成膜ガスは、上記した通りである。上記SiCN膜の成膜に際しては、例えばヘリウム(He)と、アンモニア(NH3)と、トリメチルシラン(3MS)との混合ガスを用いる。また、上記プラズマCVD法で形成された酸窒化シリコン膜としては、例えばPE−TMS(Canon製、誘電率=3.9)がある。上記酸窒化シリコン膜を用いた場合の膜厚は、例えば25nm〜50nm程度、好ましくは、例えば50nm程度であり、その形成に際しては、例えばトリメトキシシラン(TMS)ガスと酸化窒素(N2O)ガスとの混合ガスを用いる。
First, in the present embodiment, the insulating
続いて、絶縁膜15a上に、絶縁膜(第1絶縁膜)11b,12bを下層から順に堆積する。絶縁膜11bは、上記絶縁膜11aと同じ低誘電率な絶縁膜からなる。また、その上層の絶縁膜12bは、上記絶縁膜12aと同じ絶縁膜からなり、同じLow−Kキャップ用の絶縁膜として機能する。その後、フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチング法により、絶縁膜11b,12bを選択的に除去し、配線溝(配線開口部)16aを形成する(図5の工程100)。配線溝16aを形成するには、フォトレジスト膜から露出する絶縁膜11b,12bを除去する際に、絶縁膜11b,12bと、絶縁膜15aとのエッチング選択比を大きくとることで、絶縁膜15aをエッチングストッパとして機能させる。すなわち、この絶縁膜15aの表面でエッチングを一旦停止させた後、絶縁膜15aを選択的にエッチング除去する。これにより、配線溝16aの形成深さ精度を向上させることができ、配線溝16aの掘り過ぎを防止できる。このような配線溝16aは、その平面形状が、図6に示すように、例えば帯状に形成されている。配線溝16aの底面からは上記プラグ14の上面が露出されている。
Subsequently, insulating films (first insulating films) 11b and 12b are sequentially deposited from the lower layer on the insulating
次に、図8は、図7に続く半導体装置の製造工程中における図6のX1−X1線に相当する部分の断面図を示し、図9は、図8に続く半導体装置の製造工程中における図6のX1−X1線に相当する部分の断面図を示している。 Next, FIG. 8 shows a cross-sectional view of a portion corresponding to line X1-X1 in FIG. 6 during the manufacturing process of the semiconductor device following FIG. 7, and FIG. 9 shows the semiconductor device during the manufacturing process following FIG. Sectional drawing of the part corresponded to the X1-X1 line | wire of FIG. 6 is shown.
まず、図8に示すように、基板1Sの主面上の全面に、例えば窒化チタン(TiN)等からなる厚さ50nm程度の薄い導電性バリア膜(第1導体膜)17aをスパッタリング法等で堆積する(図5の工程101)。この導電性バリア膜17aは、例えば後述の主導体膜形成用の銅の拡散を防止する機能、その主導体膜と絶縁膜11b,12a,12b,15aとの密着性を向上させる機能および主導体膜のリフロー時に銅の濡れ性を向上させる機能等を有している。このような導電性バリア膜17aとしては、上記窒化チタンに代えて、銅と殆ど反応しない窒化タングステン(WN)または窒化タンタル(TaN)等のような高融点金属窒化物を用いることが好ましい。また、その窒化チタンに代えて、高融点金属窒化物にシリコン(Si)を添加した材料や、銅と反応し難いタンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、チタンタングステン(TiW)合金等のような高融点金属を用いることもできる。また、本実施の形態1によれば、導電性バリア膜17aの膜厚を、例えば10nm、それよりも小さい6〜7nmまたは5nm以下としても良好なTDDB特性を得ることができる。
First, as shown in FIG. 8, a thin conductive barrier film (first conductor film) 17a made of titanium nitride (TiN) or the like and having a thickness of about 50 nm is formed on the entire main surface of the
続いて、導電性バリア膜17a上に、例えば厚さ800〜1600nm程度の相対的に厚い銅からなる主導体膜(第2導体膜)18aを堆積する(図5の工程101)。本実施の形態1では、主導体膜18aを、例えばメッキ法で形成した。メッキ法を用いることにより、良好な膜質の主導体膜18aを埋め込み性良く、かつ、低コストで形成することができる。この場合、まず、導電性バリア膜17a上に、銅からなる薄い導体膜をスパッタリング法で堆積した後、その上に、銅からなる相対的に厚い導体膜を、例えば電解メッキ法または無電解メッキ法によって成長させることで主導体膜18aを堆積した。このメッキ処理では、例えば硫酸銅を基本とするメッキ液を使用した。ただし、上記主導体膜18aをスパッタリング法で形成することもできる。この導電性バリア膜17aおよび主導体膜18aを形成するためのスパッタリング法としては、通常のスパッタリング法でも良いが、埋込み性および膜質の向上を図る上では、例えばロングスロースパッタリング法やコリメートスパッタリング法等のような指向性の高いスパッタリング法を用いることが好ましい。また、主導体膜18aをCVD法で形成することもできる。その後、例えば475℃程度の非酸化性雰囲気(例えば水素雰囲気)中において基板1Sに対して熱処理を施すことにより主導体膜18aをリフローさせ、銅を配線溝16aの内部に隙間なく埋め込む。
Subsequently, a main conductor film (second conductor film) 18a made of relatively thick copper having a thickness of, for example, about 800 to 1600 nm is deposited on the
次に、主導体膜18aおよび導電性バリア膜17aをCMP法によって研磨する(図5の工程102)。このCMP処理は、一般的な有砥粒CMP処理を採用しても良いが、本実施の形態1においては、例えば上記砥粒フリーCMP(第1ステップ)および有砥粒CMP(第2ステップ)の2ステップCMP法を採用している。すなわち、例えば次の通りである。
Next, the
まず、第1ステップは、銅からなる主導体膜18aを選択的に研磨することを目的とている。研磨液(スラリ)中には、保護膜形成用の防蝕剤、銅の酸化剤および銅の酸化膜をエッチングする成分が含まれているが、砥粒は含まれていない。研磨液中の砥粒の含有量は、例えば0.5重量%以下または0.1重量%以下のものが好ましく、特に0.05重量%以下あるいは0.01重量%以下のものはさらに好ましい。ただし、砥粒を研磨剤全体の3〜4%程度含ませても良い。研磨液としては、銅の腐食域に属するようにそのpHが調整されたものが使用され、さらに導電性バリア膜17aに対する主導体膜18aの研磨選択比が、例えば少なくとも5以上となるようにその組成が調整されたものが使用される。このような研磨液として、酸化剤と有機酸とを含んだスラリを例示することができる。酸化剤としては、過酸化水素(H2O2)、水酸化アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウムなどを例示することができ、有機酸としては、クエン酸、マロン酸、フマル酸、リンゴ酸、アジピン酸、安息香酸、フタル酸、酒石酸、乳酸、コハク酸、シュウ酸などを例示できる。これらのうち、過酸化水素は金属成分を含まず、かつ強酸ではないため、研磨液に用いて好適な酸化剤である。また、クエン酸は食品添加物としても一般に使用されており、毒性が低く、廃液としての害も低く、臭いもなく、水への溶解度も高いため、研磨液に用いて好適な有機酸である。本実施の形態では、例えば純水に5体積%の過酸化水素と0.03重量%のクエン酸とを加え、砥粒の含有量を0.01重量%未満にした研磨液を使用する。防蝕剤としては、例えばBTAが用いられている。
First, the first step is intended to selectively polish the
この第1ステップの砥粒フリーCMPでは、主導体膜18aの保護作用とエッチング作用との両方を生じさせながら主導体膜18aを主に化学的要素で研磨する。すなわち、上記研磨液で化学機械研磨を行うと、まず銅表面が酸化剤によって酸化され、表面に薄い酸化層が形成される。次に酸化物を水溶性化する物質が供給されると上記酸化層が水溶液となって溶出し、上記酸化層の厚さか減る。酸化層が薄くなった部分は再度酸化性物質に晒されて酸化層の厚さが増し、この反応を繰り返して化学機械研磨が進行する。保護膜の除去は主に研磨パッドとの接触で行われる。なお、上記のような砥粒フリーの研磨液を使用した化学機械研磨については、本願発明者などによる特願平9−299937号および特願平10−317233号に詳しく記載されている。
In this first-step abrasive-free CMP, the
続く第2ステップは、導電性バリア膜17aを選択的に研磨することを目的としている。この第2ステップでは、導電性バリア膜17aを研磨パッドの接触により主として機械的要素で研磨する。ここでは、研磨液として上記防蝕剤、上記酸化剤および酸化膜をエッチングする成分の他に、砥粒が含まれている。本実施の形態1では、研磨液として、例えば純水に5体積%の過酸化水素、0.03重量%のクエン酸および0.5〜0.8重量%の砥粒を混合したものを使用するが、これに限定されるものではない。この砥粒の添加量は、主として下地の絶縁膜12bが削られないような量に設定されており、その量は、例えば1重量%以下にされている。砥粒としては、例えばコロイダルシリカ(SiO2)が使用されている。このコロイダルシリカを用いることにより、CMP処理による絶縁膜12bの研磨面の損傷を大幅に低減でき、スクラッチフリーを実現できる。ただし、砥粒はコロイダルシリカに代えてアルミナ(Al2O3)を用いることもできる。また、この第2ステップでは、酸化剤の量を第1ステップ時の酸化剤の量よりも減らしている。すなわち、研磨液中の防蝕剤の量を相対的に増やしている。そして、導電性バリア膜17aに対する主導体膜18aの研磨選択比が前記砥粒フリー化学機械研磨のそれよりも低い条件、例えば選択比3以下の条件で研磨を行う。このような条件による研磨により、第2ステップでは、銅系の主導体膜18aの酸化を抑えつつ、保護を強化できるので、主導体膜18aが過剰に研磨されないようにでき、ディッシングやエロージョン等を抑制または防止できる。このため、配線抵抗の増大やバラツキを抑制または防止できるので、半導体装置の性能を向上させることができる。
The subsequent second step is intended to selectively polish the
以上のようなCMP処理により、図9に示すように、配線溝16a内に埋込第2層配線(配線)L2を形成する。埋込第2層配線L2は、相対的に薄い導電性バリア膜17aと、相対的に厚い主導体膜18aとを有しており、プラグ14を通じて第1層配線L1と電気的に接続されている。本実施の形態1によれば、埋込第2層配線L2を形成するための研磨処理において、上記のようなCMP法を採用することにより、CMP処理による絶縁膜12bの研磨面の損傷を大幅に低減でき、上記スクラッチフリーな研磨が可能となる。上述の例では、Low−K材料の絶縁膜11b上に、絶縁キャップ用の絶縁膜12bを設けたが、本実施の形態1のCMP法によればスクラッチフリー研磨が可能なので、上記絶縁キャップ用の絶縁膜(例えば絶縁膜12b)を設けない構造にすることもできる。すなわち、CMP面に絶縁膜11bが露出される構造にすることもできる。なお、Low−Kバリアレス技術については、本願発明者を含む特願2001−316557号(出願日;2001年10月15日)に開示がある。
By the CMP process as described above, the buried second layer wiring (wiring) L2 is formed in the
研磨処理後の基板1Sは、その表面に防蝕処理が施される。この防蝕処理部は、研磨処理部の構成と類似した構成になっており、ここでは、まず研磨盤(プラテン)の表面に取り付けた研磨パッドに基板1Sの主面が押し付けられて研磨スラリが機械的に除去された後、例えばベンゾトリアゾール(BTA)などの防蝕剤を含んだ薬液が基板1Sの主面に供給されることによって、基板1Sの主面に形成された銅配線の表面部分に疎水性保護膜が形成される。防蝕処理後の基板1Sは、その表面の乾燥防止のため、浸漬処理部に一時的に保管される。浸漬処理部は、防蝕処理後の基板1Sを後洗浄するまでの間、その表面が乾燥しないように維持するためのもので、例えば純水をオーバーフローさせた浸漬槽(ストッカ)の中に所定枚数の基板1Sを浸漬させて保管する構造になっている。このとき、埋込第2層配線L2の電気化学的腐蝕反応が実質的に進行しない程度の低温に冷却した純水を浸漬槽に供給することで、埋込第2層配線L2の腐蝕をより一層確実に防止できる。基板1Sの乾燥防止は、例えば純水シャワーの供給等、少なくとも基板1Sの表面を湿潤状態に保持できる方法であれば、上記した浸漬槽中での保管以外の方法で行っても良い。この浸漬処理部(基板保管部)を遮光構造にし、保管中の基板1Sの表面に照明光などが照射されないようにもできる。これにより、光起電力効果による短絡電流の発生を防ぐようにできる。なお、上記のようなCMP処理および装置については、例えば本発明者による特願平11−226876号および特願2000−300853号に記載がある。
The surface of the
その後、基板1Sの表面の湿潤状態が保たれた状態で直ちにCMP後洗浄処理に移行する。まず、基板1Sに対してアルカリ洗浄処理を施す。この処理は、CMP処理時のスラリ等の異物を除去する目的を有しており、CMP処理により基板1Sに付着した酸性スラリを中和し、基板1Sと、異物と、洗浄用のブラシとのzeta電位を方向を揃えて、それらの間の吸着力をなくすために、例えばph(ペーハー)8程度またはそれ以上の弱アルカリ薬液を供給しながら、基板1Sの表面をスクラブ洗浄(またはブラシ洗浄)する。
Thereafter, the process immediately proceeds to the post-CMP cleaning process while the surface of the
続いて、図10は、図9に続く半導体装置の製造工程中における図6のX1−X1線に相当する部分の断面図を示している。ここでは、まず、基板1S(特に埋込第2層配線L2が露出するCMP研磨面)に対して還元処理を施す。すなわち、基板1S(特にCMP研磨面)に対して、例えば水素ガス雰囲気中で、例えば200〜475℃、好ましくは300℃、例えば0.5〜5分、好ましくは2分程度の熱処理を施した(水素(H2)アニール処理、図5の工程103)。これにより、CMP時に発生した埋込第2層配線L2表面の酸化銅膜を銅に還元することができ、その後の酸洗浄による埋込第2層配線L2のエッチングを抑制または防止できる。このため、配線抵抗の上昇、配線抵抗のばらつきおよび段差の発生を同時に抑制または防止でき、さらに、エッチコロージョンの発生も抑制または防止できる。また、還元処理を行わない場合、CMP処理時に基板1Sの表面に付着したBTA等のような有機物が洗浄処理に際してマスクとなり絶縁膜12bの表層を良好に削りとることができない場合があるが、本実施の形態1のように還元処理を行うことにより、CMP時に付着したBTA等の有機物を除去できるので、絶縁膜12bの表層を、充分に、かつ、均一に除去することができる。これらにより、半導体装置のTDDB寿命を大幅に向上させることが可能となる。なお、この水素アニール法は、特に埋込配線用の銅系の主導体膜をメッキ法で形成する場合に適している。このように水素アニール処理を施すことにより、メッキ法によって形成された銅を再結晶化させることができるので、配線抵抗を下げることが可能となる。また、水素アニール処理を施すことにより、熱応力によるキャップ膜の剥離を抑制または防止できる。ただし、場合によっては、上記のような水素アニールを施さなくても良い場合もある。また、この水素アニール処理を、例えばCMP後洗浄処理(後述の酸洗浄および乾燥処理を含む)後であって、後述の還元性プラズマ処理前に行っても良い。
10 is a cross-sectional view of a portion corresponding to the X1-X1 line in FIG. 6 during the manufacturing process of the semiconductor device subsequent to FIG. Here, first, reduction processing is performed on the
続いて、基板1Sに対して酸洗浄処理を施す。この処理は、TDDB特性の向上、残留金属除去、絶縁膜12b表面のダングリングボンドの低減および絶縁膜12b表面の凹凸除去等の目的を有しており、フッ酸水溶液を基板1Sの表面に供給してエッチングによる異物粒子(パーティクル)の除去を行う。フッ酸洗浄を挿入しただけでもTDDB特性を改善できる。これは、酸処理により表面のダメージ層が除去されて界面の密着性が向上したためと考えられる。その後、基板1Sに対してスピンドライヤ等のような乾燥処理を施し、次の工程に移行する。
Subsequently, an acid cleaning process is performed on the
上記の例では、アルカリ洗浄処理を行った後、還元処理を行い、さらに酸洗浄を行う場合について説明した。これによれば、TDDB特性を、アルカリ洗浄と酸洗浄との連続シーケンスのTDDB特性と比較し、約2桁向上させることができた。ただし、シーケンスは、これに限定されるものではなく種々変更可能である。例えばCMP処理後、上記還元処理を行い、その後、アルカリ洗浄処理、酸洗浄処理の順で後洗浄処理を行っても良い。また、CMP処理、還元処理および酸洗浄処理のシーケンスでも良い。酸洗浄のみを行っただけでもTDDB特性が改善する。また、上記CMP後洗浄処理に先行または並行して、基板1Sの表面を純水スクラブ洗浄、純水超音波洗浄、純水流水洗浄または純水スピン洗浄したり、基板1Sの裏面を純水スクラブ洗浄したりしても良い。以上のような洗浄処理方法、水素アニール処理方法およびそれら処理のシーケンスによる作用や効果については、例えば本願発明者による特願2001−131941号(出願日;2001年4月27日)に詳細に説明されている。
In the above example, the case has been described in which the alkali cleaning treatment is performed, the reduction treatment is performed, and the acid cleaning is further performed. According to this, the TDDB characteristics can be improved by about two orders of magnitude compared with the TDDB characteristics of the continuous sequence of alkali cleaning and acid cleaning. However, the sequence is not limited to this, and can be variously changed. For example, after the CMP process, the reduction process may be performed, and then the post-cleaning process may be performed in the order of an alkali cleaning process and an acid cleaning process. Further, a sequence of CMP treatment, reduction treatment, and acid cleaning treatment may be used. Even if only the acid cleaning is performed, the TDDB characteristics are improved. Prior to or in parallel with the post-CMP cleaning process, the surface of the
次いで、上記乾燥処理が終了したウエハ1Wを、配線キャップ用の絶縁膜を形成するためのプラズマCVD装置内に搬入する。プラズマCVD装置は、特に限定されないが、例えば平行平板型のプラズマCVD装置を用いた。
Next, the
ここで、本実施の形態1においては、まず、上記プラズマCVD装置の処理室内に、例えば窒素ガス(N2)を流入した状態でウエハ1Wに対してウエハを保持して熱処理を施す。すなわち、窒素ガスフロー雰囲気中においてウエハ1Wの主面(CMP面)に対してアニール処理を施す。これにより、埋込第2層配線L2の主導体膜18aの上面(CMP面、第1面)、特に導電性バリア膜17aとの接触部(上部角)に丸みを形成する(図5の工程104)。図11は、このような処理後の半導体装置の製造工程中における図6のX1−X1線に相当する部分の断面図、図12は図11の要部拡大断面図をそれぞれ示している。本実施の形態1によれば、埋込第2層配線L2における主導体膜18aのCMP面側の上部角が面取りされてラウンドテーパが形成されている。すなわち、主導体膜18aのCMP面側の上部は、図11および図12の上方に向かうにしたがって次第に導電性バリア膜17aから離れるような断面形状とされている。この主導体膜18aの上部角におけるラウンドテーパの大きさは、配線溝16aの幅と高さとから規定(特に法線の傾きで規定)されている。そのラウンドテーパの幅(主導体膜18aの上面に水平な方向の幅)は、ゲート絶縁膜3の厚さよりも大きい。
Here, in the first embodiment, first, for example, nitrogen gas (N 2 ) is introduced into the processing chamber of the plasma CVD apparatus, and the
このような窒素ガス雰囲気中での熱処理においてウエハ1Wを載置するサセプタの温度(すなわち、ほぼウエハ1Wの温度)は、例えば360℃〜400℃程度である。また、熱処理時間は、例えば1分程度である。この熱処理中の圧力を高めにすることにより、上記主導体膜18aの上記丸みを形成し易くすることもできる。処理ガスとして水素ガスを選択することもできるが、窒素ガスを選択することにより、比較的低温域で良好なラウンドテーパを形成することができる。なお、図12に示すように、埋込第2層配線L2の側面には、下方から上方に向かって配線幅が次第に広くなるようなテーパが形成されている。この埋込第2層配線L2の側面と絶縁膜11aの上面との成す角αは、例えば80°〜90°の範囲内、具体的には、例えば88.7°程度である。埋込第2層配線L2の上部側の幅(配線溝16aの上部側幅)および互いに隣接する埋込第2層配線L2の上部側の間隔(互いに隣接埋する埋込第2層配線L2の上部角間の距離)は、例えば0.25μm以下、あるいは0.2μm以下である。また、互いに隣接する埋込第2層配線L2の最小隣接ピッチは、例えば0.5μm以下である。配線溝16aのアスペクト比は、例えば1である。
In such a heat treatment in a nitrogen gas atmosphere, the temperature of the susceptor on which the
続いて、上記プラズマCVD装置の処理室内から窒素ガスを排気し、プラズマ電源を切った後、ウエハ1Wに対して、以下のような還元性プラズマ処理を施す(図5の工程105)。図13および図14は、上記還元性プラズマ処理中におけるウエハ1Wの上記図5のX1−X1線に相当部分の断面図を示している。
Subsequently, after exhausting nitrogen gas from the processing chamber of the plasma CVD apparatus and turning off the plasma power source, the following reducing plasma processing is performed on the
ここでは、まず、上記プラズマCVD装置の処理室内に水素ガスを流入した後、プラズマ電源を印加することにより、図13に示すように、基板1S(特に埋込第2層配線L2が露出するCMP面)に対して、水素プラズマ処理を施す。この水素プラズマ処理条件は、例えば基板1Sの直径を8インチ(約200mm)とした場合、処理圧力を5.0Torr(=6.6661×102Pa)、高周波(RF)電力を600W、基板温度を400℃、水素ガス流量を500cm3/min、処理時間を10〜30秒とした。電極間距離は600mils(15.24mm)とした。処理ガスは、例えば水素(H)の単体ガスまたは水素(H)と窒素(N)との混合ガスを用いた。
Here, first, hydrogen gas is introduced into the processing chamber of the plasma CVD apparatus, and then a plasma power source is applied. As a result, as shown in FIG. 13, the
このような水素プラズマ処理を施すことにより、本発明者らによる特願平11−226876号や特願2000−300853号等でも述べたように、有機系の除去能力が非常に高い(後述のアンモニアプラズマ処理等に比べて高い)ため、CMPでのスラリに含まれているBTA、スラリ成分やCMP後洗浄の有機酸とプロセス中に生成した残留有機物をほぼ完全に除去し、界面のリーク電流を減少させることができるので、TDDB寿命をさらに向上させることができる。 By performing such hydrogen plasma treatment, as described in Japanese Patent Application Nos. 11-226876 and 2000-300853 by the present inventors, etc., the organic removal ability is extremely high (ammonia described later). Therefore, BTA contained in the slurry in CMP, slurry components, organic acid cleaned after CMP, and residual organic substances generated during the process are almost completely removed, and leakage current at the interface is reduced. Since it can be reduced, the TDDB life can be further improved.
続いて、プラズマCVD装置の処理室内の水素ガスを排気し、プラズマ電源を切った後、大気開放せず連続して上記プラズマCVD装置の処理室内にアンモニアガスを流入し、プラズマ電源を印加することにより、基板1S(特に埋込第2層配線L2が露出するCMP面)に対して、アンモニア(NH3)プラズマ処理を施す。このアンモニアプラズマ処理条件は、例えば基板1Sの直径を8インチ(約200mm)とした場合、処理圧力を0.5〜1.0Torr(=66.6612〜133.332Pa)程度、プラズマ処理装置の上部電極の印加電力を500〜1000W程度、プラズマ処理装置の下部電極の印加電力を0〜1000W程度(0が好ましい)、基板温度を300℃〜400℃程度、アンモニアガス流量を500〜1500cm3/min程度、処理時間を5〜60秒程度とした。電極間距離は300〜600mils(7.62〜15.24mm)とした。
Subsequently, after exhausting the hydrogen gas in the processing chamber of the plasma CVD apparatus and turning off the plasma power supply, the ammonia gas is continuously flowed into the processing chamber of the plasma CVD apparatus without applying the atmosphere, and the plasma power supply is applied. Thus, ammonia (NH 3 ) plasma treatment is performed on the
このようなアンモニアプラズマ処理では、CMPで酸化された銅配線表面の酸化銅(CuO、CuO2)を銅(Cu)に還元する。また、セットフロー時の銅のシリサイド化を防ぐ窒化銅(CuN)層が埋込第2層配線L2の表面(ごく薄い領域)に形成される。配線間の絶縁膜12bの上面(ごく薄い領域)では、SiN化またはSiH化が進み、絶縁膜12b表面のダングリングボンドを補償し、また、後述のキャップ用の絶縁膜と埋込第2層配線L2および絶縁膜12bとの密着性を向上させることができ、界面のリーク電流を低減できる。これにより、TDDB寿命を向上させることができる。
In such ammonia plasma treatment, copper oxide (CuO, CuO 2 ) on the surface of the copper wiring oxidized by CMP is reduced to copper (Cu). In addition, a copper nitride (CuN) layer that prevents silicidation of copper during the set flow is formed on the surface (very thin region) of the buried second layer wiring L2. On the upper surface (very thin region) of the insulating
このような水素プラズマ処理とアンモニアプラズマ処理とを順に行うことにより、銅を主成分とする埋込第2層配線L2表面の還元および耐シリサイドバリア層の形成と、絶縁膜12bの界面のクリーニングおよびSiH効果、SiN効果を得ることができ、さらなる信頼性の向上を実現できる。層間絶縁膜が、例えばTEOS(Tetraethoxysilane)ガスを用いたプラズマCVD法で形成された酸化シリコン膜上に、プラズマCVD法で形成された窒化シリコン膜を堆積することで構成される場合で、水素プラズマとアンモニアプラズマとを組み合わせて行ったサンプルでは、アンモニアプラズマ処理単独の場合と比較して、TDDB寿命が約2桁向上することが本発明者によって明らかとされた。また、層間絶縁膜として上記SiLKを用いた場合でも、水素プラズマおよびアンモニアプラズマを用いた場合には、例えば約0.13〜0.17MV/cm、10年の動作環境でも充分な信頼度を確保できることが本発明者の実験により明らかとされた。
By sequentially performing such hydrogen plasma treatment and ammonia plasma treatment, reduction of the surface of the buried second layer wiring L2 mainly composed of copper, formation of a silicide-resistant barrier layer, cleaning of the interface of the insulating
上記した還元性プラズマ処理条件は、これら例示した条件に限られないのはもちろんである。本発明者らの検討では、圧力が高いほどプラズマダメージを低減でき、基板温度が高いほどTDDB寿命の基板内ばらつきの低減と長寿命化がはかれることが明らかとされた。また、基板温度が高く、RF電力が大きく、処理時間が長いほど銅の表面にヒロックが発生しやすい、という知見が得られている。これらの知見と装置構成等による条件のばらつきを考慮すると、例えば処理圧力は0.5〜6Torr(=0.66661×102〜7.99932×102Pa)、RF電力は300〜600W、基板温度は350〜450℃、水素ガス流量は50〜1000cm3/min、アンモニアガス流量は20〜500cm3/min、処理時間は5〜180秒、電極間距離は150〜1000mils(3.81〜25.4mm)の範囲で設定することができる。 Of course, the above-described reducing plasma processing conditions are not limited to these exemplified conditions. It has been clarified by the present inventors that plasma damage can be reduced as the pressure is increased, and that variation in the TDDB lifetime in the substrate is reduced and the lifetime is increased as the substrate temperature is increased. Further, it has been found that the higher the substrate temperature, the higher the RF power, and the longer the processing time, the more hillocks are likely to occur on the copper surface. Considering these knowledge and variations in conditions depending on the apparatus configuration, for example, the processing pressure is 0.5 to 6 Torr (= 0.66661 × 10 2 to 7.99932 × 10 2 Pa), the RF power is 300 to 600 W, the substrate The temperature is 350 to 450 ° C., the hydrogen gas flow rate is 50 to 1000 cm 3 / min, the ammonia gas flow rate is 20 to 500 cm 3 / min, the treatment time is 5 to 180 seconds, and the distance between the electrodes is 150 to 1000 mils (3.81 to 25). .4 mm).
また、上記の例では、水素プラズマ処理後にアンモニアプラズマ処理を施す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種々変更可能であり、例えばアンモニアプラズマ処理後、真空状態を維持したまま水素プラズマ処理に連続的に移行しても良い。また、還元処理としてアンモニアプラズマ処理のみを行っても良い。これらの場合でも、TDDB寿命を向上させることができた。 In the above example, the case where the ammonia plasma treatment is performed after the hydrogen plasma treatment has been described. However, the present invention is not limited to this, and various modifications are possible. For example, the hydrogen plasma is maintained while the vacuum state is maintained after the ammonia plasma treatment. You may transfer to processing continuously. Moreover, you may perform only an ammonia plasma process as a reduction process. Even in these cases, the TDDB life could be improved.
さらに、上記の例では、上記ラウンドテーパの形成工程後に、還元性プラズマ処理を施す場合について説明した。これは、還元性プラズマ処理による主導体膜18aの表面の安定化の効果を確保するためではあるが、還元性プラズマ処理を施してからラウンドテーパを形成することもできる。あるいは水素プラズマ処理を施してから上記ラウンドテーパを形成し、その後、アンモニアプラズマ処理を施すようにしても良い。あるいは還元性処理とラウンドテーパを同時形成しても良い。還元性処理とラウンドテーパを同時に形成する場合のサセプタの温度(すなわち、ほぼウエハ1Wの温度)は、例えば350℃〜400℃程度、処理時間は、例えば1〜3分、好ましくは2分程度である。
Furthermore, in the above example, the case where the reducing plasma treatment is performed after the round taper forming step has been described. This is to ensure the effect of stabilizing the surface of the
続いて、プラズマCVD装置の処理室内のアンモニアガスを排気し、プラズマ電源を切った後、セットフロー(図5の工程106)を経てウエハ1Wの主面上に配線キャップ用の絶縁膜をプラズマCVD法等によって堆積する(図5の工程107)。図15は、配線キャップ用の絶縁膜(第2絶縁膜、後の工程で第1絶縁膜にもなる)15bを堆積した後のウエハ1Wの上記図5のX1−X1線に相当する部分の断面図を示している。絶縁膜15bは、上記絶縁膜15aと同様の材料および厚さで形成されている。
Subsequently, after the ammonia gas in the processing chamber of the plasma CVD apparatus is exhausted and the plasma power supply is turned off, an insulating film for a wiring cap is formed on the main surface of the
上記セットフローは、スタビラゼイションとも呼ばれ、配線キャップ用の絶縁膜の成膜に先立ち、成膜処理の安定性を高めることを主目的とした準備段階である。成膜処理は、このセットフローを経て行われる。すなわち、まず、キャリアガスをプラズマCVD装置の処理室に流し数十秒程度してから、そのキャリアガスを流したまま処理ガスを処理室に流し、その状態を数秒程度維持した後(セットフロー)、プラズマ電源を印加して成膜処理を開始する。絶縁膜15bを窒化シリコン膜で形成する場合には、セットフロー時の上記キャリアガスとして、例えば窒素ガスを用い、上記処理ガスとして、例えばアンモニアガス(NH3)およびシランガス(SiH4)を用いる。絶縁膜15bを炭化シリコン膜で形成する場合には、セットフロー時の上記キャリアガスとして、例えばヘリウムガス(He)を用い、上記処理ガスとして、例えばトリメチルシランガス(3MS)を用いる。絶縁膜15bをSiCNで形成する場合には、セットフロー時の上記キャリアガスとして、例えばヘリウムガス(He)を用い、上記処理ガスとしてアンモニアガス(NH3)およびトリメチルシランガス(3MS)を用いる。絶縁膜15bを酸窒化シリコン膜で形成する場合には、セットフロー時の上記処理ガスとしてトリメトキシシランガス(TMS)および酸化窒素(N2O)を用いる。
The set flow is also called “stabilization” and is a preparatory stage mainly aimed at improving the stability of the film forming process prior to the formation of the insulating film for the wiring cap. The film forming process is performed through this set flow. That is, first, after flowing the carrier gas into the processing chamber of the plasma CVD apparatus for about several tens of seconds, the processing gas is flowed into the processing chamber with the carrier gas flowing, and the state is maintained for about several seconds (set flow). Then, the plasma power supply is applied to start the film forming process. When the insulating
次に、図16は、図15に続く半導体装置の製造工程中における要部平面図、図17は図16のX2−X2線の断面図を示している。ここには、埋込第3層配線(配線)L3が例示されている。配線キャップ用の絶縁膜15b上には、絶縁膜(第1絶縁膜)11cが堆積されている。絶縁膜11cの材料および形成方法は、上記Low−K材料の絶縁膜11a,11bと同じである。この絶縁膜11c上には、絶縁膜(第1絶縁膜)12cが堆積されている。絶縁膜12cの材料、形成方法および機能は、上記絶縁膜12a,12bと同じである。この絶縁膜12c上には、絶縁膜15cが堆積されている。絶縁膜15cの材料、形成方法および機能は、上記絶縁膜15a,15bと同じである。この絶縁膜15c上には、絶縁膜(第1絶縁膜)11dが堆積されている。絶縁膜11dの材料および形成方法は、上記Low−K材料の絶縁膜11a〜11cと同じである。この絶縁膜11d上には、絶縁膜(第1絶縁膜)12dが堆積されている。絶縁膜12dの材料、形成方法および機能は、上記絶縁膜12a〜12cと同じである。このように、本実施の形態1によれば、複数の配線層の絶縁膜を全体的に誘電率の低い材料で形成することにより、全体的な配線容量を低減でき、銅系の埋込配線構造を有する半導体装置の動作速度を向上させることが可能となる。
Next, FIG. 16 is a plan view of an essential part in the manufacturing process of the semiconductor device subsequent to FIG. 15, and FIG. 17 is a sectional view taken along line X2-X2 of FIG. Here, a buried third layer wiring (wiring) L3 is illustrated. An insulating film (first insulating film) 11c is deposited on the insulating
この絶縁膜15c,11d,12dには、平面帯状の配線溝(配線開口部)16bが形成されている。この配線溝16b内には、導電性バリア膜17bおよび主導体膜18bが埋め込まれており、これにより埋込第3層配線L3が形成されている。また、絶縁膜15b,11c,12cには、配線溝16bの底面から埋込第2層配線L2の上面に延びる平面略円形状のスルーホール(配線開口部)19が形成されている。埋込第3層配線L3は、スルーホール19内に埋め込まれた導電性バリア膜17bおよび主導体膜18bを通じて埋込第2層配線L2と電気的に接続されている。この埋込第3層配線L3は、デュアルダマシン法によって形成されている。すなわち、絶縁膜15c,11d,12dに配線溝16bを形成し、絶縁膜15b,11c,12cにスルーホール19を形成した後、上記導電性バリア膜17bおよび主導体膜(第2導体膜)18bを順に堆積する。すなわち、配線溝16bとスルーホール19とを同時に導電性バリア膜17bおよび主導体膜18bで埋め込む。導電性バリア膜17bおよび主導体膜18bの堆積方法は、上記埋込第2層配線の導電性バリア膜17aおよび主導体膜18aと同じである。また、導電性バリア膜17bおよび主導体膜18bの材料もそれぞれ導電性バリア膜17aおよび主導体膜18aと同じである。その後、この導電性バリア膜17bおよび主導体膜18bを、上記埋込第2層配線L2の形成と同様にCMP法によって研磨した後、埋込第2層配線L2と同様の工程を経て、埋込第3層配線L3を形成する。埋込第3層配線L3の上部角にも上記埋込第2層配線L2と同様にラウンドテーパが形成されている。このような絶縁膜12dおよび埋込第3層配線L3上には、配線キャップ用の絶縁膜(第2絶縁膜、後の工程で第1絶縁膜にもなる)15dが堆積されている。この絶縁膜15dは、上記絶縁膜15a,15bと同じである。
In the insulating
図18は、埋込第2層配線L2および埋込第3層配線L3の要部拡大断面図を示している。本実施の形態によれば、埋込第2層配線L2および埋込第3層配線L3の主導体膜18a、18bの上部角にラウンドテーパが形成されている。このため、主導体膜18a,18bの上部角に該当する部分(導電性バリア膜17a,17bの近傍)に印加される電界を緩和することができる。本発明者の検討によれば主導体膜18a,18bの上部角に該当する部分の電界E1と、導電性バリア膜17a,17bの上部角部分の電界E2との比を1:2にできる。すなわち、主導体膜18a,18bの上部角に該当する部分の電界強度を、導電性バリア膜17a,17bの上部角の電界強度の半分にできる。また、拡散係数の高い銅からなる主導体膜18a,18bを、リークパスが形成され易い絶縁膜12b,12dのCMP面(第2面)から遠ざけることができる。このため、互いに隣接する埋込第2層配線L2,L2間および埋込第3層配線L3,L3間にリークパスが形成されるのを抑制または防止することが可能となる。したがって、TDDB寿命を向上させることが可能となる。
FIG. 18 shows an enlarged cross-sectional view of the main part of the buried second layer wiring L2 and the buried third layer wiring L3. According to the present embodiment, a round taper is formed at the upper corners of the
(実施の形態2)
図19は本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程のフロー図である。本実施の形態2においては、図19に示すように、上記埋込配線の主導体膜のラウンドテーパをセットフロー工程106時に行う。すなわち、配線キャップ用の絶縁膜が、例えば窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、SiCN、酸窒化シリコン膜の場合には、上記したようにセットフローにおいて処理ガスを流す前に、窒素またはヘリウム等のようなキャリアガスを流すことから、このキャリアガスを流し始めてから処理ガスを流し始めるまでの時間を通常のセットフローよりも長くし、そのキャリアガスのみの導入期間に行い、かつ、ステージ温度を前記実施の形態1で説明した温度に設定してウエハ1Wに対して前記実施の形態1のラウンド形成工程で説明したのと同じアニール処理を施すことにより、埋込配線の主導体膜18a,18bの上部角にラウンドテーパを形成する。この場合、ラウンドテーパ工程を新たに追加するわけではないので製造工程の簡略化および製造時間の短縮を推進できる。これ以外は、前記実施の形態1と同じである。
(Embodiment 2)
FIG. 19 is a flowchart of a manufacturing process of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. In the second embodiment, as shown in FIG. 19, the round taper of the main conductor film of the embedded wiring is performed during the
(実施の形態3)
本実施の形態3においては、配線キャップ用の絶縁膜を多層にした場合について説明する。これは、配線キャップ用の絶縁膜として、例えば上記PE−TMS(Canon製)等のようなSiON膜を用いた場合、その成膜時に導電性バリア膜が酸化してしまうという、本発明者が初めて見出した問題を解決するためのものである。図20は本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a case will be described in which the insulating film for the wiring cap is multilayered. For example, when an SiON film such as PE-TMS (manufactured by Canon) is used as an insulating film for a wiring cap, the inventor says that the conductive barrier film is oxidized during the film formation. This is to solve the problem found for the first time. FIG. 20 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to another embodiment of the present invention during the manufacturing process.
まず、上記アンモニアプラズマ処理後、大気開放せず連続して、埋込第2層配線L2および絶縁膜12bの上面上に、配線キャップ用の絶縁膜(第2絶縁膜)15bをCVD法等によって堆積する際、本実施の形態3においては、その絶縁膜15bを、埋込第2層配線L2の導電性バリア膜17aの露出部分が酸化されないように堆積する。そのために、最初に導電性バリア膜17aの酸化を抑制または防止する、すなわち、酸化から保護する酸化バリア用の絶縁膜(第3絶縁膜)15b1を絶縁膜12bおよび埋込第2層配線L2上に堆積した後、大気開放せず、真空状態を維持したまま連続的に、その上に、例えばトリメトキシシラン(TMS、化学式:SiH(OCH3)3)ガスと酸化窒素(N2O)ガスとの混合ガスを用いたプラズマCVD法等によってPE−TMS(Canon製、誘電率=3.9)等のような酸窒化シリコン(SiON)膜等からなる絶縁膜(第4絶縁膜)15b2を堆積する。これにより、上記酸窒化シリコン(SiON)膜の堆積処理に際して導電性バリア膜17aの酸化を抑制または防止できるので、その導電性バリア膜17aの酸化に起因して主導体膜18a中の銅が拡散してしまう不具合を抑制または防止でき、TDDB寿命を向上させることができる。また、配線キャップ用の絶縁膜15bの大半または全部を窒化シリコン膜よりも誘電率の低い材料で形成することにより、配線容量を低減できるので、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、優れた耐湿性を有するPE−TMS等を埋込第2層配線L2の配線キャップ用の絶縁膜として使用できるので、半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。このような酸化防止膜の形成方法は、例えば次のようにする。
First, after the ammonia plasma treatment, an insulating film (second insulating film) 15b for a wiring cap is continuously formed on the upper surfaces of the buried second layer wiring L2 and the insulating
第1の方法は、酸化バリア用の絶縁膜15b1を、例えば窒化シリコン(SiC)膜、炭化シリコン(SiCN)膜または炭窒化シリコン膜等のような銅の拡散を抑制または防止する機能を有する絶縁膜によって形成する方法である。この場合の酸化バリア用の絶縁膜15b1の厚さは、例えば1nm以上であるが、配線構造の全体的な誘電率を低く抑えたいので絶縁膜15b2よりは薄く形成されている。絶縁膜15b2の厚さは、例えば50nm程度以下である。絶縁膜15b2中の窒素の含有率は、例えば1〜8%程度である。絶縁膜15b2の成膜時の処理室内の圧力は、例えば0.5〜1.0Torr(=66.6612〜133.332Pa)程度、トリメトキシシランガスの流量は、例えば100〜150cm3/min程度、N2Oのガス流量は、例えば4000cm3/min程度以下、プラズマCVD装置の上部電極および下部電極の印加電力は、例えば500〜1000W程度である。この酸化バリア用の絶縁膜15b1を、例えば炭化シリコン膜または炭窒化シリコン膜とすることで、絶縁膜15b1を窒化シリコン膜で形成した場合よりも誘電率を低減でき、配線容量を低減できるので、半導体装置の動作速度を向上させることができる。 In the first method, the insulating film 15b1 for the oxidation barrier is an insulating film having a function of suppressing or preventing copper diffusion, such as a silicon nitride (SiC) film, a silicon carbide (SiCN) film, or a silicon carbonitride film. It is a method of forming by a film. The thickness of the insulating film 15b1 for the oxidation barrier in this case is, for example, 1 nm or more, but is formed thinner than the insulating film 15b2 in order to keep the overall dielectric constant of the wiring structure low. The thickness of the insulating film 15b2 is about 50 nm or less, for example. The nitrogen content in the insulating film 15b2 is, for example, about 1 to 8%. The pressure in the processing chamber when forming the insulating film 15b2 is, for example, about 0.5 to 1.0 Torr (= 66.6612 to 133.332 Pa), and the flow rate of the trimethoxysilane gas is, for example, about 100 to 150 cm 3 / min. The gas flow rate of N 2 O is, for example, about 4000 cm 3 / min or less, and the applied power to the upper electrode and the lower electrode of the plasma CVD apparatus is, for example, about 500 to 1000 W. By using, for example, a silicon carbide film or a silicon carbonitride film as the oxidation barrier insulating film 15b1, the dielectric constant can be reduced and the wiring capacitance can be reduced as compared with the case where the insulating film 15b1 is formed of a silicon nitride film. The operating speed of the semiconductor device can be improved.
第2の方法は、酸化バリア用の絶縁膜15b1を、酸素を用いないガス条件、特に酸化性の高いN2Oガスを用いない条件でのプラズマCVD法等によって堆積されたPE−TMS(Canon製、誘電率=3.9)等のような酸窒化シリコン(SiON)膜等によって形成する方法である。この場合の絶縁膜15b1も、銅の拡散を抑制または防止する機能を有している。 In the second method, the insulating film 15b1 for the oxidation barrier is deposited by PE-TMS (Canon) deposited by a plasma CVD method or the like under a gas condition that does not use oxygen, in particular, a condition that does not use highly oxidizing N 2 O gas. In this method, a silicon oxynitride (SiON) film or the like such as manufactured by, dielectric constant = 3.9) is used. The insulating film 15b1 in this case also has a function of suppressing or preventing copper diffusion.
酸素を用いないガス条件としては、例えばトリメトキシシラン(TMS)ガスとアンモニア(NH3)ガスとの混合ガス、または、トリメトキシシラン(TMS)ガスと窒素(N2)ガスとの混合ガス等を例示できる。この場合の酸化バリア用の絶縁膜15b1の厚さは、例えば1〜10nm程度である。また、その上層の絶縁膜15b2の厚さは、上記第1の方法で説明したのと同じである。絶縁膜15b1,15b2中の窒素の含有率は、例えば1〜8%程度である。絶縁膜15b1の成膜時の処理室内の圧力は、例えば0.5〜1.0Torr(=66.6612〜133.332Pa)程度、トリメトキシシランガスの流量は、例えば100〜150cm3/min程度、N2Oガスの流量は、例えば0(零)cm3/min、N2ガスを用いた場合のそのガス流量は、例えば4000cm3/min程度以下、NH3ガスを用いた場合のそのガス流量は、例えば1500cm3/min程度以下、プラズマCVD装置の上部電極および下部電極の印加電力は、上記第1の方法と同じである。また、絶縁膜15b2の成膜条件は、上記第1の方法で説明したのと同じである。この第2の方法においては、絶縁膜15b1,15b2を、共に、例えばPE−TMS等のような誘電率の低い酸窒化シリコン膜により形成できるので、上記第1の方法を用いた場合よりも配線容量を低減でき、半導体装置の動作速度を向上させることができる。また、絶縁膜15bの全体(絶縁膜15b1,15b2)を耐湿性に優れたPE−TMS等のような酸窒化シリコン膜によって形成することにより、半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。
Examples of gas conditions that do not use oxygen include a mixed gas of trimethoxysilane (TMS) gas and ammonia (NH 3 ) gas, or a mixed gas of trimethoxysilane (TMS) gas and nitrogen (N 2 ) gas. Can be illustrated. In this case, the thickness of the oxidation barrier insulating film 15b1 is, for example, about 1 to 10 nm. The thickness of the upper insulating film 15b2 is the same as that described in the first method. The nitrogen content in the insulating films 15b1 and 15b2 is, for example, about 1 to 8%. The pressure in the processing chamber when forming the insulating film 15b1 is, for example, about 0.5 to 1.0 Torr (= 66.6612 to 133.332 Pa), and the flow rate of the trimethoxysilane gas is, for example, about 100 to 150 cm 3 / min. The flow rate of N 2 O gas is, for example, 0 (zero) cm 3 / min, the flow rate of gas when N 2 gas is used is, for example, about 4000 cm 3 / min or less, and the flow rate of gas when NH 3 gas is used. Is, for example, about 1500 cm 3 / min or less, and the power applied to the upper electrode and the lower electrode of the plasma CVD apparatus is the same as in the first method. The film formation conditions for the insulating film 15b2 are the same as those described in the first method. In this second method, both of the insulating films 15b1 and 15b2 can be formed of a silicon oxynitride film having a low dielectric constant, such as PE-TMS, so that the wiring is more than in the case of using the first method. The capacity can be reduced and the operation speed of the semiconductor device can be improved. Further, by forming the entire insulating
第3の方法は、酸化バリア用の絶縁膜15b1を、例えば成膜処理に際して酸化性の低いN2/O2を併用し、酸素(特に酸化性の高いN2O)を低減したガス条件でのプラズマCVD法等によって堆積された上記PE−TMS等のような酸窒化シリコン膜等によって形成する方法である。この場合も絶縁膜15b1は、銅の拡散を抑制または防止する機能を有している。酸素を低減したガス条件としては、例えばトリメトキシシランガスとN2ガスとO2ガスとの混合ガス、トリメトキシシランガスとNH3ガスとO2ガスとの混合ガス、トリメトキシシランガスとNH3ガスとN2ガスとO2ガスとの混合ガスまたはトリメトキシシランガスとN2OガスとNH3ガスとの混合ガス等を例示できる。この場合、N2ガスやNH3ガスは混合ガスにおける希釈ガスとしての役割を有している。 In the third method, the insulating film 15b1 for the oxidation barrier is used under gas conditions in which, for example, N 2 / O 2 having low oxidizability is used in the film forming process, and oxygen (particularly highly oxidizable N 2 O) is reduced. This is a method of forming with a silicon oxynitride film or the like such as PE-TMS deposited by the plasma CVD method or the like. Also in this case, the insulating film 15b1 has a function of suppressing or preventing copper diffusion. Examples of gas conditions with reduced oxygen include a mixed gas of trimethoxysilane gas, N 2 gas, and O 2 gas, a mixed gas of trimethoxysilane gas, NH 3 gas, and O 2 gas, trimethoxysilane gas, and NH 3 gas. Examples thereof include a mixed gas of N 2 gas and O 2 gas or a mixed gas of trimethoxysilane gas, N 2 O gas, and NH 3 gas. In this case, N 2 gas or NH 3 gas has a role as a dilution gas in the mixed gas.
この場合の絶縁膜15b1、15b2の厚さおよび窒素の含有率は、上記第2の方法で説明したのと同じである。絶縁膜15b1の成膜時の処理室内の圧力およびプラズマCVD装置の上部電極および下部電極の印加電力は、上記第1,2の方法で説明したのと同じである。成膜処理ガスとして、例えばトリメトキシシランガスとN2ガスとO2ガスとの混合ガスを用いた場合のトリメトキシシランガスの流量は、例えば75〜150cm3/min程度、N2ガスの流量は、例えば4000cm3/min程度以下、O2ガスの流量は、例えば4000cm3/min程度以下である。また、トリメトキシシランガスとNH3ガスとO2ガスとの混合ガスを用いた場合のトリメトキシシランガスの流量は、例えば75〜150cm3/min程度、NH3ガスの流量は、例えば1500cm3/min程度、O2ガスの流量は、例えば4000cm3/min程度である。トリメトキシシランガスとNH3ガスとN2ガスとO2ガスとの混合ガスを用いた場合のトリメトキシシランガスの流量は、例えば75〜150cm3/min程度、NH3のガス流量は、例えば1500cm3/min程度以下、N2ガスの流量は、例えば4000cm3/min程度、O2ガスの流量は、例えば4000cm3/min程度である。さらに、トリメトキシシランガスとN2OガスとNH3ガスとの混合ガスを用いた場合のトリメトキシシランガスの流量は、例えば75〜150cm3/min程度、N2Oガスの流量は、例えば4000cm3/min程度、NH3ガスの流量は、例えば1500cm3/min程度である。また、絶縁膜15b2の成膜条件は、上記第1,2の方法と同じである。この第3の方法の応用として、絶縁膜15bの全部を、この第3の方法で形成しても良い。すなわち、絶縁膜15bを、上記酸素を低減したガス条件でのプラズマCVD法等により堆積された酸窒化シリコン膜の単体膜によって形成しても良い。この場合、配線キャップ用の絶縁膜の成膜処理においてガスの変更やそのための制御を無くすことができるので、成膜制御を容易にでき、また、成膜処理時間を短縮できる。
In this case, the thicknesses of the insulating films 15b1 and 15b2 and the nitrogen content are the same as those described in the second method. The pressure in the processing chamber during the formation of the insulating film 15b1 and the power applied to the upper electrode and the lower electrode of the plasma CVD apparatus are the same as described in the first and second methods. For example, when the mixed gas of trimethoxysilane gas, N 2 gas, and O 2 gas is used as the film forming process gas, the flow rate of trimethoxysilane gas is, for example, about 75 to 150 cm 3 / min, and the flow rate of N 2 gas is for example 4000cm 3 / min of about or less, the flow rate of O 2 gas, for example, 4000cm or less about 3 / min. Further, when a mixed gas of trimethoxysilane gas, NH 3 gas and O 2 gas is used, the flow rate of trimethoxysilane gas is, for example, about 75 to 150 cm 3 / min, and the flow rate of NH 3 gas is, for example, 1500 cm 3 / min. The flow rate of O 2 gas is, for example, about 4000 cm 3 / min. When a mixed gas of trimethoxysilane gas, NH 3 gas, N 2 gas, and O 2 gas is used, the flow rate of trimethoxysilane gas is, for example, about 75 to 150 cm 3 / min, and the gas flow rate of NH 3 is, for example, 1500 cm 3. For example, the flow rate of N 2 gas is about 4000 cm 3 / min, and the flow rate of O 2 gas is about 4000 cm 3 / min, for example. Furthermore, when the mixed gas of trimethoxysilane gas, N 2 O gas, and NH 3 gas is used, the flow rate of trimethoxysilane gas is, for example, about 75 to 150 cm 3 / min, and the flow rate of N 2 O gas is, for example, 4000 cm 3. For example, the flow rate of NH 3 gas is about 1500 cm 3 / min. The film formation conditions for the insulating film 15b2 are the same as those in the first and second methods. As an application of the third method, the entire insulating
ただし、上記の説明では、酸窒化シリコン(SiON、窒素含有率1〜8%程度)膜の成膜に際してトリメトキシシランガスを用い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種々変更可能である。例えば第1の方法の絶縁膜15b2や上記第2の方法の絶縁膜15b1,15b2は、成膜処理において、例えばモノシラン、ジシランまたはTEOSのうちの選択されたガスと、アンモニアガスと、酸素(またはN2Oあるいはオゾン(O3))ガスとの混合ガスまたはこの混合ガスに窒素を導入した混合ガスを用いても良い。また、トリメチルシラン(3MS)ガスまたはテトラメチルシラン(4MS)ガスのうちの選択されたガスと、酸化窒素(N2O)ガス(または酸化窒素ガスおよびアンモニアガス(NH3))との混合ガスあるいはこの混合ガスに窒素(N2)ガス、窒素(N2)ガスおよび酸素(O2)ガスの混合ガスまたは窒素ガス、酸素ガスおよびアンモニアガスの混合ガスを添加した混合ガスを用いても良い。これらの場合も、導電性バリア17a露出部の酸化を抑制または防止できるので、銅の拡散を抑制または防止でき、TDDB寿命を向上させることができる。なお、導電性バリア膜が酸化する問題やその解決手段については、例えば本願発明者による特願2001−341339号(出願日;2001年11月7日)に開示がある。
However, in the above description, the case where trimethoxysilane gas is used for the formation of a silicon oxynitride (SiON, nitrogen content of about 1 to 8%) film has been described. However, the present invention is not limited to this and can be variously changed. It is. For example, the insulating film 15b2 of the first method and the insulating films 15b1 and 15b2 of the second method are formed by a gas selected from, for example, monosilane, disilane, or TEOS, ammonia gas, oxygen (or A mixed gas with N 2 O or ozone (O 3 ) gas or a mixed gas in which nitrogen is introduced into this mixed gas may be used. Further, a mixed gas of a gas selected from trimethylsilane (3MS) gas or tetramethylsilane (4MS) gas and nitrogen oxide (N 2 O) gas (or nitrogen oxide gas and ammonia gas (NH 3 )). Alternatively, a mixed gas obtained by adding a mixed gas of nitrogen (N 2 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas and oxygen (O 2 ) gas or a mixed gas of nitrogen gas, oxygen gas and ammonia gas to the mixed gas may be used. . Also in these cases, since oxidation of the exposed portion of the
(実施の形態4)
本実施の形態4は、前記実施の形態1で説明した絶縁キャップ用の絶縁膜を設けない構造を説明するものである。図21は本発明の他の実施の形態における半導体装置の製造工程中における要部断面図を示している。Low−K材料からなる絶縁膜11bの上面に絶縁キャップ用の絶縁膜が形成されておらず、絶縁膜11bの上面(CMP面、第2面)に配線キャップ用の絶縁膜15bが直接堆積されている。本実施の形態4においても、配線キャップ用の絶縁膜15bを前記実施の形態3のような多層構造としても良い。本実施の形態4においては、TDDB寿命の向上の他に、絶縁キャップ用の絶縁膜を設けない分、配線容量を低減でき、半導体装置の動作速度を向上させることが可能となる。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, a structure in which the insulating cap insulating film described in the first embodiment is not provided will be described. FIG. 21 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to another embodiment of the present invention during the manufacturing process. The insulating cap insulating film is not formed on the upper surface of the insulating
(実施の形態5)
本実施の形態5は、埋込配線の導電性バリア膜を無くした構造(バリアレス埋込配線構造)を説明するものである。図22は本発明の他の実施の形態における半導体装置の製造工程中における要部断面図を示している。銅からなる主導体膜18aが、配線溝16aにおいて絶縁膜11b,12a,12b,15aと直接接している。本実施の形態5においても、前記実施の形態4のように絶縁キャップ用の絶縁膜を無くしても良い。このような本実施の形態5によれば、埋込第2層配線L2の配線抵抗を大幅に低減できる。また、異層配線間が導電性バリア膜を介さずに直接接続されるので、その異層配線間の接触抵抗を大幅に低減させることができ、微細なスルーホールでの抵抗を低減させることができる。したがって、配線溝16aやスルーホール9が微細化されても半導体装置の性能を向上させることができるので、半導体装置を構成する配線の微細化を推進できる。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, a structure (barrierless embedded wiring structure) in which the conductive barrier film of the embedded wiring is eliminated will be described. FIG. 22 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to another embodiment of the present invention during the manufacturing process. The
また、本実施の形態5においては、その主導体膜18aの上部角にラウンドテーパが形成されている。そして、銅からなる主導体膜18aの上部角が、これに近接する絶縁膜12bの上面(CMP面、第2面)から離れて配置されている。これらにより、前記実施の形態1〜4と同様に、互いに隣接する埋込第2層配線間L2,L2にリークパスが形成されるのをさらに抑制または防止できるので、TDDB寿命をさらに向上させることが可能となる。なお、このようなバリアレス埋込配線構造については、例えば本願発明者による特願2000−104015号、特願2000−300853号または特願2001−131941号(出願日;2001年4月27日)に開示されている。
In the fifth embodiment, a round taper is formed at the upper corner of the
(実施の形態6)
本実施の形態6においては、上記のような埋込配線構造を配線層毎に使い分ける技術について説明する。半導体装置の配線層において、基板に形成された微細な素子に近い下層の配線層では隣接配線間隔が狭く、また今後さらに狭くなる傾向にあることから銅の拡散によるTDDB寿命の劣化が顕在化し易い。これに比べ、上記素子から相対的に離れている上層の配線層では隣接配線間隔が相対的に広く、銅の拡散によるTDDB寿命の劣化に対しある程度の余裕がある。一方、半導体装置の製造工程では、工程数の増加や熱処理の追加、あるいは段差を生じさせるプロセスの追加をしたくない等、プロセス上の制約もある。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, a technique for selectively using the embedded wiring structure as described above for each wiring layer will be described. In a wiring layer of a semiconductor device, in a lower wiring layer close to a fine element formed on a substrate, the interval between adjacent wirings is narrow and tends to become narrower in the future. . Compared to this, in the upper wiring layer that is relatively distant from the element, the interval between adjacent wirings is relatively wide, and there is a certain margin against the deterioration of the TDDB life due to the diffusion of copper. On the other hand, in the manufacturing process of a semiconductor device, there are process restrictions such as an increase in the number of processes, addition of heat treatment, or addition of a process that causes a step.
そこで、本実施の形態6においては、余裕の小さい下層の配線層では、前記実施の形態1等で説明した埋込配線構造とする一方、余裕の大きい上層の配線層では、通常の埋込配線構造とした。図23は、本実施の形態6の半導体装置を模式的に示す要部断面図を示している。配線層N1は、例えば第1、第2配線層等のような配線幅や配線間隔が比較的小さい下層の配線層を示し、配線層Nxは、例えば第5,第6配線層等のような配線幅や配線間隔が比較的大きい上層の配線層を示している。0.13μm世代を例にすると、配線層N1を第1配線層とした場合の埋込配線(配線)Lnの配線幅および配線間隔は、例えば0.18μm程度であり、配線層Nxを第5配線層とした場合の埋込配線(配線)Lnの配線幅および配線間隔は、例えば0.36μm程度である。また、0.1μm世代を例にすると、配線層N1を第1配線層とした場合の埋込配線Lnの配線幅および配線間隔は、例えば0.14μm程度であり、配線層Nxを第5配線層とした場合の埋込配線Lnの配線幅および配線間隔は、例えば0.28μm程度である。 Therefore, in the sixth embodiment, the lower wiring layer with a small margin has the embedded wiring structure described in the first embodiment, while the upper wiring layer with a large margin has a normal embedded wiring structure. The structure. FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view schematically showing the semiconductor device of the sixth embodiment. The wiring layer N1 is a lower wiring layer having a relatively small wiring width and wiring interval, such as the first and second wiring layers, and the wiring layer Nx is, for example, the fifth and sixth wiring layers. An upper wiring layer having a relatively large wiring width and wiring interval is shown. Taking the 0.13 μm generation as an example, the wiring width and the wiring interval of the embedded wiring (wiring) Ln when the wiring layer N1 is the first wiring layer is, for example, about 0.18 μm, and the wiring layer Nx is the fifth wiring layer Nx. When the wiring layer is used, the wiring width and the wiring interval of the embedded wiring (wiring) Ln are, for example, about 0.36 μm. Taking the 0.1 μm generation as an example, the wiring width and the wiring interval of the embedded wiring Ln when the wiring layer N1 is the first wiring layer are, for example, about 0.14 μm, and the wiring layer Nx is the fifth wiring. The wiring width and wiring interval of the embedded wiring Ln in the case of the layer is, for example, about 0.28 μm.
図23において、下層の配線層N1の埋込配線Lnは、前記実施の形態1等と同じ構造、すなわち、主導体膜18aの上部角にラウンドテーパを形成した構造とし、上層の配線層Nnの埋込配線Lnは、通常の構造、すなわち、主導体膜18aの上部角にテーパが形成されず、主導体膜18aの上面(第1面)が絶縁膜12bの上面(CMP面、第2面)とほぼ一致する構造とされている。これにより、TDDB寿命を向上させることができ、また、上記プロセス上の制約を満たすことができるので、全体的に信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
In FIG. 23, the buried wiring Ln of the lower wiring layer N1 has the same structure as that of the first embodiment, that is, a structure in which a round taper is formed at the upper corner of the
(実施の形態7)
本実施の形態7においては、配線層に応じて埋込配線のラウンドテーパ状態を変える技術について説明する。図24は、本実施の形態7の半導体装置を模式的に示す要部断面図を示している。本実施の形態7においては、下層の配線層N1も上層の配線層Nxも埋込配線Lnが、前記実施の形態1等と同じ構造、すなわち、主導体膜18aの上部角にラウンドテーパを形成した構造とされいている。ただし、ここでは、下層の埋込配線Lnの主導体膜18aにおけるラウンドテーパの深さd1の方が、上層の埋込配線Lnの主導体膜18aのラウンドテーパの深さd2の深さよりも深く形成されている。すなわち、下層の配線層N1の埋込配線Lnにおける主導体膜18aの上部角のラウンドテーパの方が大きい。その理由は、前記実施の形態6で説明したように、下層の配線層N1では隣接配線間隔が狭く銅の拡散によるTDDB寿命の低下が顕在化し易い一方、上層の配線層では隣接配線間隔が広く比較的余裕があるからである。すなわち、銅の拡散が問題とされ易い下層の配線層N1の埋込配線Lnにおける主導体膜18aのラウンドテーパを大きくすることによりTDDB寿命の向上を図る一方、余裕のある上層の配線層Nxでは埋込配線Lnの主導体膜18aのラウンドテーパを小さめに形成してプロセス上の制約を満たすことにより、半導体装置の全体的な信頼性の向上を図ることができる。
(Embodiment 7)
In the seventh embodiment, a technique for changing the round taper state of the embedded wiring according to the wiring layer will be described. FIG. 24 is a fragmentary cross-sectional view schematically showing the semiconductor device of the seventh embodiment. In the seventh embodiment, the buried wiring Ln in both the lower wiring layer N1 and the upper wiring layer Nx has the same structure as in the first embodiment, that is, a round taper is formed at the upper corner of the
(実施の形態8)
本実施の形態8においては、配線層に応じて埋込配線の段差状態を変える技術について説明する。図25は、本実施の形態8の半導体装置を模式的に示す要部断面図を示している。本実施の形態8においては、下層の配線層N1および上層の配線層Nxの埋込配線Lnの主導体膜18aの上面(第1面)が、導電性バリア膜17aおよび絶縁膜12bの上面(CMP面、第2面)よりも低くなっている。これにより、主導体膜18aがCMP面から遠ざかることと、主導体膜18aの角部が埋込配線Lnの角部(導電性バリア膜17aの角部)の電界集中箇所から離れることにより、リークパスの形成を抑制または防止でき、TDDB寿命を向上させることができる。
(Embodiment 8)
In the eighth embodiment, a technique for changing the stepped state of the embedded wiring according to the wiring layer will be described. FIG. 25 is a fragmentary cross-sectional view schematically showing the semiconductor device of the eighth embodiment. In the eighth embodiment, the upper surface (first surface) of the
このように埋込配線Lnの主導体膜18aの上面に段差を設ける技術については、例えば本願発明者による特願2001−131941号(出願日;2001年4月27日)に開示がある。ただし、本実施の形態8では、前記実施の形態6,7で説明したのと同じ理由から、下層の埋込配線Lnの主導体膜18aの段差d3の方が、上層の埋込配線層Lnの主導体膜18aの段差d4よりも大きく形成されている。したがって、本実施の形態8によれば、銅の拡散が問題とされ易い下層の配線層N1の埋込配線Lnにおける主導体膜18aの上面の段差を大きくすることによりTDDB寿命の向上を図ることができる一方、余裕のある上層の配線層Nxでは埋込配線Lnの主導体膜18aの上面の段差を小さめに形成して段差による不具合の発生を抑制または防止等、プロセス上の制約を満たすことより、半導体装置の全体的な信頼性を向上させることが可能となる。
A technique for providing a step on the upper surface of the
本実施の形態8の変形例として、下層の配線層N1の埋込配線Lnを前記実施の形態1等で説明した埋込配線構造とし、上層の配線層Nxの埋込配線Lnを図25のままとしても良い。また、下層の配線層N1の埋込配線Lnは図25のままとして、上層の配線層Nxの埋込配線Lnを、前記実施の形態1等で説明した埋込配線構造または前記図23の上層の配線層Nxにおける通常の埋込配線構造としても良い。 As a modification of the eighth embodiment, the buried wiring Ln in the lower wiring layer N1 has the buried wiring structure described in the first embodiment and the like, and the buried wiring Ln in the upper wiring layer Nx is shown in FIG. You can leave it. Further, the embedded wiring Ln of the lower wiring layer N1 remains as in FIG. 25, and the embedded wiring Ln of the upper wiring layer Nx is replaced with the embedded wiring structure described in the first embodiment or the upper layer of FIG. A normal buried wiring structure in the wiring layer Nx may be used.
(実施の形態9)
本実施の形態9においては、配線層に応じて埋込配線の段差状態を変える他の技術について説明する。図26は、本実施の形態9の半導体装置を模式的に示す要部断面図である。本実施の形態9においては、下層の配線層N1および上層の配線層Nxの埋込配線Lnの主導体膜18aおよび導電性バリア膜17aの上面(第1面)が、絶縁膜12bの上面(CMP面、第2面)よりも低くなっている。これにより、主導体膜18aがCMP面から遠ざかることにより、リークパスが形成されるのを抑制または防止でき、TDDB寿命を向上させることができる。
(Embodiment 9)
In the ninth embodiment, another technique for changing the stepped state of the embedded wiring according to the wiring layer will be described. FIG. 26 is a fragmentary cross-sectional view schematically showing the semiconductor device of the ninth embodiment. In the ninth embodiment, the upper surface (first surface) of the buried wiring Ln of the lower wiring layer N1 and the upper wiring layer Nx and the upper surface (first surface) of the
このような埋込配線Lnの上面に段差を設ける技術についても、例えば本願発明者による特願2001−131941号(出願日;2001年4月27日)に開示がある。ただし、本実施の形態9では、前記実施の形態6〜8で説明したのと同じ理由から、下層の配線層N1における埋込配線Lnの主導体膜18aの段差d5の方が、上層の配線層Nxにおける埋込配線層Lnの主導体膜18aの段差d6よりも大きく形成されている。したがって、本実施の形態9によれば、銅の拡散が問題とされ易い下層の配線層N1の埋込配線Ln上面の段差を大きくすることによりTDDB寿命の向上を図ることができる一方、余裕のある上層の配線層Nxでは埋込配線Ln上面の段差を小さめに形成して段差による不具合の発生を抑制または防止することより、半導体装置の全体的な信頼性を向上させることが可能となる。
Such a technique for providing a step on the upper surface of the embedded wiring Ln is also disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 2001-131941 (filing date; April 27, 2001) by the present inventor. However, in the ninth embodiment, for the same reason as described in the sixth to eighth embodiments, the step d5 of the
本実施の形態9の変形例として、下層の配線層N1の埋込配線Lnを前記実施の形態1等で説明した埋込配線構造とし、上層の配線層Nxの埋込配線Lnを図26のままとしても良い。また、下層の配線層N1の埋込配線Lnは図26のままとして、上層の配線層Nxの埋込配線Lnを前記実施の形態1等で説明した埋込配線構造または前記図23の上層の配線層Nxにおける通常の埋込配線構造としても良い。 As a modification of the ninth embodiment, the buried wiring Ln in the lower wiring layer N1 has the buried wiring structure described in the first embodiment and the like, and the buried wiring Ln in the upper wiring layer Nx is changed to that shown in FIG. You can leave it. Further, the embedded wiring Ln of the lower wiring layer N1 remains as in FIG. 26, and the embedded wiring Ln of the upper wiring layer Nx is replaced with the embedded wiring structure described in the first embodiment or the like in the upper layer of FIG. A normal buried wiring structure in the wiring layer Nx may be used.
(実施の形態10)
本実施の形態10においては、配線層に応じて埋込配線の段差状態を変えるさらに他の技術について説明する。図27は、本実施の形態10の半導体装置を模式的に示す要部断面図である。本実施の形態10では、下層の配線層N1および上層の配線層Nxの埋込配線Lnの主導体膜18aおよび導電性バリア膜17aの上面(CMP面、第1面)が、絶縁膜12bの上面(第2面)よりも突出している。これにより、主導体膜18aをCMP面から遠ざけることができ、リークパスの形成を抑制または防止できるので、TDDB寿命を向上させることができる。また、この場合、絶縁キャップ用の絶縁膜を無くした構造として、上記還元性プラズマ処理に際して絶縁膜11bの上面をエッチング除去することで上記段差を形成することができるので、プロセスを簡略化できる。
(Embodiment 10)
In the tenth embodiment, another technique for changing the stepped state of the embedded wiring according to the wiring layer will be described. FIG. 27 is a principal part sectional view schematically showing the semiconductor device of the tenth embodiment. In the tenth embodiment, the upper surface (CMP surface, first surface) of the buried wiring Ln of the lower wiring layer N1 and the upper wiring layer Nx and the
このような埋込配線Lnの上面に段差を設ける技術についても、例えば本願発明者による特願2001−131941号(出願日;2001年4月27日)に開示があるが、本実施の形態10では、前記実施の形態6〜9で説明したのと同じ理由から、下層の配線層N1における埋込配線Lnの突出段差d7の方が、上層の配線層Nxにおける埋込配線層Lnの突出段差d8よりも大きく形成されている。すなわち、銅の拡散が問題とされ易い下層の配線層N1の埋込配線Ln上面の突出段差を大きくすることでTDDB寿命の向上を図ることができる一方、余裕のある上層の配線層Nxでは埋込配線Ln上面の突出段差を小さめに形成して段差による不具合の発生を抑制または防止等、プロセス上の制約を満たすことにより、半導体装置の全体的な信頼性を向上させることができる。 A technique for providing a step on the upper surface of the embedded wiring Ln is also disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 2001-131941 (filed date: April 27, 2001) by the present inventor. Then, for the same reason as described in the sixth to ninth embodiments, the protruding step d7 of the embedded wiring Ln in the lower wiring layer N1 is more prominent than the protruding step of the embedded wiring layer Ln in the upper wiring layer Nx. It is formed larger than d8. In other words, the TDDB life can be improved by increasing the protruding step on the upper surface of the embedded wiring Ln of the lower wiring layer N1 where copper diffusion is likely to be a problem, while the upper wiring layer Nx with sufficient margin can be improved. The overall reliability of the semiconductor device can be improved by satisfying process restrictions such as suppressing or preventing the occurrence of defects due to the step by forming the protruding step on the upper surface of the embedded wiring Ln to be small.
本実施の形態10の変形例として、下層の配線層N1の埋込配線Lnを前記実施の形態1,8,9で説明した埋込配線構造とし、上層の配線層Nxの埋込配線Lnを図27のままとしても良い。また、下層の配線層N1の埋込配線Lnは図27のままとして、上層の配線層Nxの埋込配線Lnを前記実施の形態1,8,9で説明した埋込配線構造または前記図23の上層の配線層Nxにおける通常の埋込配線構造としても良い。 As a modification of the tenth embodiment, the buried wiring Ln in the lower wiring layer N1 has the buried wiring structure described in the first, eighth, and ninth embodiments, and the buried wiring Ln in the upper wiring layer Nx is changed to the embedded wiring Ln. 27 may be left as it is. Further, the embedded wiring Ln of the lower wiring layer N1 remains as shown in FIG. 27, and the embedded wiring Ln of the upper wiring layer Nx is replaced with the embedded wiring structure described in the first, eighth, and ninth embodiments or FIG. A normal buried wiring structure in the upper wiring layer Nx may be used.
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
明は上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
能であることは言うまでもない。
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
前記実施の形態1〜10においては、キャップ膜を後処理(プラズマ処理)後に真空破壊することなく連続的に形成する場合について説明したが、後処理の後、一旦真空破壊をして、その後、キャップ膜を形成しても良い。真空破壊しない方が本発明の効果をより効果的に奏することができるが、後処理におけるアンモニアプラズマ処理により薄い窒化層が形成されるため、真空破壊を行い大気雰囲気に暴露しても酸化層の形成を抑制できる。よって、真空破壊した場合であっても、本実施の形態の効果をある程度奏することは可能である。 In the first to tenth embodiments, the case where the cap film is continuously formed without vacuum break after the post-treatment (plasma treatment) has been described. A cap film may be formed. Although the effect of the present invention can be more effectively achieved if the vacuum is not broken, a thin nitride layer is formed by the ammonia plasma treatment in the post-treatment. Formation can be suppressed. Therefore, even when the vacuum breaks, the effect of the present embodiment can be achieved to some extent.
また、埋込配線の主導体膜におけるラウンドテーパの形成方法は、前記実施の形態1〜10で説明したものに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばプラズマCVD装置の処理室内を真空状態に維持し、処理室内に特にガスを供給しない状態でウエハに対して熱処理を施すことにより、埋込配線の主導体膜の上部角にラウンドテーパを形成しても良い。 Further, the method of forming the round taper in the main conductor film of the embedded wiring is not limited to the one described in the first to tenth embodiments, and can be variously modified. For example, the processing chamber of the plasma CVD apparatus is evacuated. A round taper may be formed at the upper corner of the main conductor film of the buried wiring by maintaining the state and performing heat treatment on the wafer without supplying gas in the processing chamber.
また、前記実施の形態では、絶縁キャップ用の絶縁膜を形成するための成膜装置内で埋込配線上面にラウンドテーパを形成す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、例えば成膜装置の外部で水素ガス雰囲気中または窒素ガス雰囲気中において熱処理を施すことにより、埋込配線上面にラウンドテーパを形成するようにしても良い。具体的には、例えば前記実施の形態の低温水素アニールの際の処理温度を前記実施の形態の場合よりも高温にし、また、その処理時間を長くするようにしても良い。その場合の処理温度は、例えば300℃〜400℃程度、処理時間は、例えば30秒〜15分程度が好ましい。 In the above embodiment, the case where the round taper is formed on the upper surface of the embedded wiring in the film forming apparatus for forming the insulating film for the insulating cap has been described. However, the present invention is not limited to this. A round taper may be formed on the upper surface of the embedded wiring by performing heat treatment in a hydrogen gas atmosphere or a nitrogen gas atmosphere outside the film forming apparatus. Specifically, for example, the processing temperature in the low-temperature hydrogen annealing of the embodiment may be set higher than that of the embodiment, and the processing time may be lengthened. In this case, the treatment temperature is preferably about 300 ° C. to 400 ° C., and the treatment time is preferably about 30 seconds to 15 minutes, for example.
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CMIS回路を有する半導体装置の製造技術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 Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、フラッシュメモリ(EEPROM;Electric Erasable Programmable Read Only Memory)またはFRAM(Ferro electric Random Access 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また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など各種の半導体装置の製造方法にも適用できる。本発明は、少なくとも埋込銅配線構造を有する半導体装置、半導体集積回路装置、電子回路装置、電子装置またはマイクロマシン等の製造方法に適用可能である。 In the above description, the case where the invention made mainly by the present inventor is applied to the manufacturing technology of a semiconductor device having a CMIS circuit which is a field of use as a background has been described. However, the present invention is not limited to this. (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), flash memory (EEPROM: Electric Erasable Programmable Read Only Memory), FRAM (Ferro electric Random Access Memory), etc. The present invention can also be applied to various semiconductor device manufacturing methods such as a semiconductor device having such a logic circuit or a mixed-type semiconductor device in which the memory circuit and the logic circuit are provided on the same semiconductor substrate. The present invention can be applied to a manufacturing method of a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit device, an electronic circuit device, an electronic device, a micromachine, or the like having at least a buried copper wiring structure.
本発明は、半導体装置の製造業に適用できる。 The present invention can be applied to the semiconductor device manufacturing industry.
1W ウエハ
1S 半導体基板
2 分離部
3 ゲート絶縁膜
4 ゲート電極
5 サイドウォール
6,7 半導体領域
8 絶縁膜
9 コンタクトホール
10 プラグ
11a 絶縁膜
11b〜11d 絶縁膜(第1絶縁膜)
12a 絶縁膜
12b〜12d 絶縁膜(第1絶縁膜)
13 スルーホール
14 プラグ
15a 絶縁膜(第1絶縁膜)
15b 絶縁膜(第2絶縁膜)
15b1 絶縁膜(第3絶縁膜)
15b2 絶縁膜(第4絶縁膜)
15c 絶縁膜(第1絶縁膜)
15d 絶縁膜(第2絶縁膜)
16a,16b 配線溝(配線開口部)
17a,17b 導電性バリア膜(第1導体膜)
18a,18b 主導体膜(第2導体膜)
19 スルーホール(配線開口部)
L 櫛形配線
M2 第2配線層
P1,P2 パッド
S 測定ステージ
H ヒータ
Qp pチャネル型のMIS・FET
Qn nチャネル型のMIS・FET
PWL p型ウエル
NWL n型ウエル
N1,Nx 配線層
L2 埋込第2層配線(配線)
L3 埋込第3層配線(配線)
Ln 埋込配線(配線)
13 Through
15b Insulating film (second insulating film)
15b1 insulating film (third insulating film)
15b2 Insulating film (fourth insulating film)
15c Insulating film (first insulating film)
15d Insulating film (second insulating film)
16a, 16b Wiring groove (wiring opening)
17a, 17b Conductive barrier film (first conductor film)
18a, 18b Main conductor film (second conductor film)
19 Through hole (wiring opening)
L Comb wiring M2 Second wiring layer P1, P2 Pad S Measurement stage H Heater Qp p channel type MIS • FET
Qn n-channel type MIS • FET
PWL p-type well NWL n-type well N1, Nx wiring layer L2 buried second layer wiring (wiring)
L3 Embedded third layer wiring (wiring)
Ln Embedded wiring (wiring)
Claims (14)
前記複数の配線層のうち、前記ウエハの主面に相対的に近い配線層の配線形成工程においては、前記(c)工程と(d)工程との間に、前記第2導体膜において前記第2絶縁膜が堆積される側の第1面と、前記第1絶縁膜において前記第2絶縁膜が堆積される側の第2面との間に段差が形成されるような加工を施す工程を有し、
前記複数の配線層のうち、前記ウエハの主面から相対的に遠い配線層の配線形成工程においては、前記段差を形成する工程を経ずに、前記第2絶縁膜を堆積することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In each wiring forming step of the plurality of wiring layers formed on the wafer, (a) a step of depositing a first insulating film on the wafer, (b) a step of forming a wiring opening in the first insulating film, (C) forming a wiring including a first conductor film having a barrier property against copper diffusion and a second conductor film containing copper as a main component in the wiring opening; (d) the first insulating film; And a step of depositing a second insulating film on the wiring,
Among the plurality of wiring layers, in the wiring forming step of the wiring layer relatively close to the main surface of the wafer, the second conductor film includes the first conductive layer between the step (c) and the step (d). A process of forming a step between the first surface on which the second insulating film is deposited and the second surface on the first insulating film on which the second insulating film is deposited; Have
Of the plurality of wiring layers, in the wiring forming step of the wiring layer relatively far from the main surface of the wafer, the second insulating film is deposited without passing through the step. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記複数の配線層のうち、前記ウエハの主面に相対的に近い配線層の配線における第2導体膜の前記段差を、前記複数の配線層のうち、前記ウエハの主面から相対的に遠い配線層の配線における第2導体膜の前記段差よりも大きく形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a wiring forming process of at least two wiring layers of a plurality of wiring layers formed on the wafer, (a) a step of depositing a first insulating film on the wafer, (b) a wiring opening in the first insulating film. (C) forming a wiring including a first conductor film having a barrier property against copper diffusion and a second conductor film containing copper as a main component in the wiring opening; A step is formed between the first surface of the second conductor film on the side where the second insulating film is deposited and the second surface of the first insulating film on the side where the second insulating film is deposited. And (e) depositing the second insulating film on the first insulating film and the wiring,
Among the plurality of wiring layers, the step of the second conductor film in the wiring of the wiring layer relatively close to the main surface of the wafer is relatively far from the main surface of the wafer among the plurality of wiring layers. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second conductor film is formed to be larger than the step in the wiring of the wiring layer.
前記(d)工程は、前記第2導体膜の第1面が前記第1絶縁膜の第2面よりも前記ウエハの主面の方向に窪むように、前記第2導体膜の第1面の表層を選択的にエッチング除去する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
In the step (d), the surface layer of the first surface of the second conductor film is formed such that the first surface of the second conductor film is recessed in the direction of the main surface of the wafer from the second surface of the first insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of selectively etching away is performed.
前記複数の配線層のうち、前記ウエハの主面に相対的に近い配線層の配線形成工程においては、前記(c)工程と(d)工程との間に、前記第1、第2導体膜において前記第2絶縁膜が堆積される側の第1面と、前記第1絶縁膜において前記第2絶縁膜が堆積される側の第2面との間に段差が形成されるような加工を施す工程を有し、
前記複数の配線層のうち、前記ウエハの主面から相対的に遠い配線層の配線形成工程においては、前記段差を形成する工程を経ずに、前記第2絶縁膜を堆積することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In each wiring forming step of the plurality of wiring layers formed on the wafer, (a) a step of depositing a first insulating film on the wafer, (b) a step of forming a wiring opening in the first insulating film, (C) forming a wiring including a first conductor film having a barrier property against copper diffusion and a second conductor film containing copper as a main component in the wiring opening; (d) the first insulating film; And a step of depositing a second insulating film on the wiring,
Among the plurality of wiring layers, in the wiring forming step of the wiring layer relatively close to the main surface of the wafer, the first and second conductor films are provided between the step (c) and the step (d). In the processing, a step is formed between the first surface on the side where the second insulating film is deposited and the second surface on the side where the second insulating film is deposited in the first insulating film. A process of applying,
Of the plurality of wiring layers, in the wiring forming step of the wiring layer relatively far from the main surface of the wafer, the second insulating film is deposited without passing through the step. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記複数の配線層のうち、前記ウエハの主面に相対的に近い配線層の配線における前記段差を、前記複数の配線層のうち、前記ウエハの主面から相対的に遠い配線層の配線における前記段差よりも大きく形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a wiring forming process of at least two wiring layers of a plurality of wiring layers formed on the wafer, (a) a step of depositing a first insulating film on the wafer, (b) a wiring opening in the first insulating film. (C) forming a wiring including a first conductor film having a barrier property against copper diffusion and a second conductor film containing copper as a main component in the wiring opening; A step is formed between the first surface of the first and second conductor films on the side where the second insulating film is deposited and the second surface of the first insulating film on the side where the second insulating film is deposited. And (e) depositing the second insulating film on the first insulating film and the wiring,
Among the plurality of wiring layers, the step in the wiring of the wiring layer relatively close to the main surface of the wafer is changed in the wiring of the wiring layer relatively far from the main surface of the wafer among the plurality of wiring layers. A manufacturing method of a semiconductor device, wherein the semiconductor device is formed larger than the step.
前記(d)工程は、前記第1、第2導体膜の第1面が前記第1絶縁膜の研磨面よりも前記ウエハの主面の方向に窪むように、前記第1、第2導体膜の第1面の表層を選択的にエッチング除去する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the step (d), the first and second conductor films are formed such that the first surfaces of the first and second conductor films are recessed in the direction of the main surface of the wafer from the polished surface of the first insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising selectively etching away a surface layer of a first surface.
前記(d)工程は、前記第1、第2導体膜の第1面が前記第1絶縁膜の第2面よりも前記ウエハの主面から遠ざかる方向に突出するように、前記第1絶縁膜の第2面を選択的にエッチング除去する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the step (d), the first insulating film is formed such that the first surfaces of the first and second conductor films protrude in a direction away from the main surface of the wafer relative to the second surface of the first insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second surface is selectively etched away.
前記複数の配線層のうち、前記半導体基板の主面に相対的に近い配線層の配線には、前記第2導体膜において前記第2絶縁膜が堆積される側の第1面と、前記第1導体膜および前記第1絶縁膜において前記第2絶縁膜が堆積される側の第2面との間に段差が設けられ、
前記複数の配線層のうち、前記半導体基板の主面から相対的に遠い配線層の配線には、前記第2導体膜の第1面と、前記第1導体膜および第1絶縁膜の第2面とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする半導体装置。 At least two wiring layers of the plurality of wiring layers formed on the semiconductor substrate are: (a) a wiring opening formed in the first insulating film; and (b) a barrier against copper diffusion in the wiring opening. A wiring formed by embedding a first conductive film and a second conductive film containing copper as a main component; (c) a first insulating film and a second insulating film deposited on the wiring; ,
Of the plurality of wiring layers, the wiring of the wiring layer relatively close to the main surface of the semiconductor substrate includes a first surface on the second conductor film on which the second insulating film is deposited, A step is provided between the first conductor film and the second surface of the first insulating film on which the second insulating film is deposited;
Among the plurality of wiring layers, the wiring of the wiring layer relatively far from the main surface of the semiconductor substrate includes a first surface of the second conductor film, a second of the first conductor film and the first insulating film. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device is formed so as to substantially coincide with a surface.
前記複数の配線層のうち、前記半導体基板の主面に相対的に近い配線層の配線における前記段差は、前記複数の配線層のうち、前記半導体基板の主面から相対的に遠い配線層の配線における前記段差よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 At least two wiring layers of the plurality of wiring layers formed on the semiconductor substrate are: (a) a wiring opening formed in the first insulating film; and (b) a barrier against copper diffusion in the wiring opening. A first surface of the second conductor film on which the second insulating film is deposited, and the first conductor. A wiring provided with a step between the film and the second surface of the first insulating film on which the second insulating film is deposited; (c) a first film deposited on the first insulating film and the wiring; Has two insulating films,
Among the plurality of wiring layers, the step in the wiring of the wiring layer relatively close to the main surface of the semiconductor substrate is the wiring layer relatively far from the main surface of the semiconductor substrate among the plurality of wiring layers. A semiconductor device characterized by being larger than the step in the wiring.
前記複数の配線層のうち、前記半導体基板の主面に相対的に近い配線層の配線には、前記第1、第2導体膜において前記第2絶縁膜が堆積される側の第1面と、前記第1絶縁膜において前記第2絶縁膜が堆積される側の第2面との間に段差が設けられ、
前記複数の配線層のうち、前記半導体基板の主面から相対的に遠い配線層の配線には、前記第1、第2導体膜の第1面と、前記第1絶縁膜の第2面とがほぼ一致するように形成されていることを特徴とする半導体装置。 At least two wiring layers of the plurality of wiring layers formed on the semiconductor substrate are: (a) a wiring opening formed in the first insulating film; and (b) a barrier against copper diffusion in the wiring opening. A wiring formed by embedding a first conductive film and a second conductive film containing copper as a main component; (c) a first insulating film and a second insulating film deposited on the wiring; ,
Among the plurality of wiring layers, the wiring in the wiring layer relatively close to the main surface of the semiconductor substrate includes a first surface on the side where the second insulating film is deposited in the first and second conductor films, A step is provided between the first insulating film and the second surface on which the second insulating film is deposited;
Among the plurality of wiring layers, the wiring of the wiring layer relatively far from the main surface of the semiconductor substrate includes a first surface of the first and second conductor films, and a second surface of the first insulating film. Are formed so as to substantially coincide with each other.
前記複数の配線層のうち、前記半導体基板の主面に相対的に近い配線層の配線における前記段差は、前記複数の配線層のうち、前記半導体基板の主面から相対的に遠い配線層の配線における前記段差よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 At least two wiring layers of the plurality of wiring layers formed on the semiconductor substrate are: (a) a wiring opening formed in the first insulating film; and (b) a barrier against copper diffusion in the wiring opening. A first surface of the first and second conductor films on which a second insulating film is deposited; and A wiring in which a step is provided between the first insulating film and the second surface on which the second insulating film is deposited; (c) the second insulating film deposited on the first insulating film and the wiring; Have
Among the plurality of wiring layers, the step in the wiring of the wiring layer relatively close to the main surface of the semiconductor substrate is the wiring layer relatively far from the main surface of the semiconductor substrate among the plurality of wiring layers. A semiconductor device characterized by being larger than the step in the wiring.
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