JP2000091429A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特にCuを主成分とする金属の埋め込み配
線を形成する前の処理方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a buried wiring of a metal containing Cu as a main component.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の製造に際して、素子形成後
の半導体基板上に形成された絶縁膜に配線接続用ホール
および配線溝を形成してCuを主成分とする金属配線を
埋め込む際、通常は、Cuの成膜中あるいは成膜後に加
熱してホールや配線溝にCuを埋め込んでいる。2. Description of the Related Art In the manufacture of a semiconductor device, when a wiring hole and a wiring groove are formed in an insulating film formed on a semiconductor substrate after an element is formed and a metal wiring mainly containing Cu is buried, usually, During or after Cu film formation, Cu is buried in holes or wiring grooves by heating.
【0003】この際、加熱工程において、ホールや配線
溝の側壁から水分の放出(デガス)があると、配線の埋
め込みが損なわれてボイドが発生し、後工程でCu膜の
CMP(化学的機械研磨)を行うと、配線の欠損(ノッ
チ)が発生するという問題がある。At this time, in the heating step, if moisture is released (degas) from the side walls of the holes or the wiring grooves, the filling of the wiring is impaired and voids are generated, and the CMP (Chemical Mechanical When polishing is performed, there is a problem that a defect (notch) of the wiring occurs.
【0004】この問題について、以下、詳述する。図4
(a)および(b)は、従来の多層配線構造を有する半
導体装置におけるCu埋め込み配線の形成工程の一部に
おける基板断面を示している。[0004] This problem will be described in detail below. FIG.
4A and 4B show cross sections of a substrate in a part of a process of forming a Cu embedded wiring in a conventional semiconductor device having a multilayer wiring structure.
【0005】まず、図4(a)に示すように、半導体基
板(Si基板)31上の層間絶縁膜32に、素子との導
通を確保するためのコンタクトホールおよび埋め込み配
線パターンに対応した配線溝をデュアルダマシンプロセ
スを用いて形成する。First, as shown in FIG. 4 (a), a contact hole for ensuring conduction with the element and a wiring groove corresponding to an embedded wiring pattern are formed in an interlayer insulating film 32 on a semiconductor substrate (Si substrate) 31. Is formed using a dual damascene process.
【0006】次に、バリアメタル33をスパッタ法によ
り全面に成膜し、さらに、埋め込み配線用のCuをスパ
ッタ法により全面に成膜した後、レーザー照射法によっ
てCu膜のメルティング(溶融)を行うことによってホ
ール、配線溝内にCu34を埋め込む。Next, a barrier metal 33 is formed on the entire surface by sputtering, and Cu for buried wiring is formed on the entire surface by sputtering, and then the Cu film is melted by laser irradiation. By doing so, Cu34 is buried in the holes and the wiring grooves.
【0007】引き続き、図4(b)に示すように、所望
のホール内および配線溝内にCuを残存させてCu埋め
込み配線34aを残すように、配線部以外の余分な箇所
のCu膜およびバリアメタル層33をCMP法で研磨除
去する。Subsequently, as shown in FIG. 4B, the Cu film and the barrier at an extra portion other than the wiring portion are formed so that Cu is left in the desired hole and the wiring groove to leave the Cu embedded wiring 34a. The metal layer 33 is polished and removed by the CMP method.
【0008】しかし、上記Cu成膜後の加熱工程におい
て、ホールの側壁から水分の放出があると、図4(a)
中に示すように、配線の埋め込みが損なわれてボイド3
5が発生し、後工程でCu膜のCMPを行うと、図4
(b)中に示すように、配線の欠損部36が発生する。
なお、図5は、Cu埋め込み配線34aの欠損部36が
配線溝の側壁部に長さ方向に間欠的に発生している様子
を示す平面図である。However, if moisture is released from the side wall of the hole in the heating step after the above-mentioned Cu film formation, the heating step shown in FIG.
As shown in FIG.
5 is generated and the CMP of the Cu film is performed in a later process.
As shown in (b), a defective portion 36 of the wiring occurs.
FIG. 5 is a plan view showing a state in which the deficient portion 36 of the Cu embedded wiring 34a is intermittently generated in the length direction on the side wall of the wiring groove.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
Cu埋め込み配線の形成方法は、Cuの成膜中あるいは
成膜後の加熱工程においてホールや配線溝の側壁から水
分の放出があると、配線の埋め込みが損なわれてボイド
が発生し、配線の欠損が発生する原因になるという問題
があった。As described above, the conventional method for forming a buried Cu wiring requires the release of moisture from the side wall of a hole or a wiring groove during a heating process during or after the formation of Cu. There is a problem in that the embedding of the wiring is impaired, voids are generated, and the loss of the wiring is caused.
【0010】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、Cuを主成分とする金属の成膜中あるいは成
膜後の加熱工程において、ホールあるいは配線溝の側壁
からのデガスを防止し、配線の埋め込みの欠損を抑制
し、後工程でCuを主成分とする金属膜のCMPを行っ
た際の配線欠損の発生を抑制し、良好な埋め込み配線を
実現し得る半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and prevents degassing from a side wall of a hole or a wiring groove in a heating step during or after the formation of a metal containing Cu as a main component. In addition, a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the loss of buried wiring and suppressing the occurrence of wiring loss when performing CMP of a metal film containing Cu as a main component in a later process, thereby realizing a good buried wiring. The purpose is to provide.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上の層間絶縁膜に配線接続用ホー
ルおよび配線溝を形成する工程と、少なくとも前記配線
溝の側壁に配線溝の側壁からの水分放出に対してブロッ
ク性の高いサイドウォールを形成する工程と、次に、全
面にバリアメタル層を堆積する工程と、次に、全面に配
線材料となるCuを主成分とする金属を堆積する工程
と、次に、熱処理を施して前記Cuを主成分とする金属
のメルティングを行った後、所望のホール、配線溝内に
埋め込み配線を残すように余分な箇所の金属膜およびバ
リアメタル層を除去する工程とを具備することを特徴と
する。A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of forming a wiring connection hole and a wiring groove in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and forming a wiring groove on at least a side wall of the wiring groove. A step of forming a sidewall having a high blocking property against moisture release from the side wall, a step of depositing a barrier metal layer on the entire surface, and a metal containing Cu as a main component as a wiring material on the entire surface And then, after performing a heat treatment to melt the metal containing Cu as a main component, a desired hole, a metal film in an extra portion so as to leave an embedded wiring in the wiring groove, and Removing the barrier metal layer.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1(a)乃至図2(c)
は、本発明の第1実施例に係る多層配線構造を有する半
導体装置におけるCu埋め込み配線の形成方法の主要な
工程における基板断面を示している。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 (a) to 2 (c)
1 shows a cross section of a substrate in a main step of a method for forming a buried Cu wiring in a semiconductor device having a multilayer wiring structure according to a first embodiment of the present invention.
【0013】まず、図1(a)に示すように、素子形成
後の半導体基板(例えばSi基板)11上に層間絶縁膜
としてTEOS系のSiO2 膜12を成膜し、これをC
MP法で平坦化する。First, as shown in FIG. 1A, a TEOS-based SiO 2 film 12 is formed as an interlayer insulating film on a semiconductor substrate (eg, a Si substrate) 11 on which an element has been formed.
Flatten by the MP method.
【0014】この後、前記SiO2 膜12に、素子との
導通を確保するためのコンタクトホールおよびこれに連
なる埋め込み配線用パターンに対応した配線溝をデュア
ルダマシンプロセスを用いて形成する。Thereafter, a contact hole for ensuring conduction with the element and a wiring groove corresponding to the embedded wiring pattern connected to the contact hole are formed in the SiO 2 film 12 using a dual damascene process.
【0015】次に、Cu配線の埋め込み前に、前記ホー
ル、配線溝の側壁からの水分放出(デガス)に対してブ
ロック性の高いサイドウォールをホール、配線溝の側壁
に形成する。Next, before embedding the Cu wiring, sidewalls having a high blocking property against moisture release (degas) from the side walls of the holes and the wiring grooves are formed on the side walls of the holes and the wiring grooves.
【0016】この場合、まず、図1(b)に示すよう
に、サイドウォール材として、P−CVD(プラズマ気
相成長)法によりP−SiN膜17を全面に200nm
程度成膜する。さらに、図1(c)に示すように、全面
エッチバック法により、平坦部のみP−SiN膜を除去
することにより、サイドウォール17aとなるP−Si
N膜を残す。In this case, first, as shown in FIG. 1B, a P-SiN film 17 is formed as a sidewall material on the entire surface by P-CVD (plasma vapor deposition) to a thickness of 200 nm.
A film is formed to a degree. Further, as shown in FIG. 1 (c), the P-SiN film which is to be the side wall 17a is removed by removing the P-SiN film only in the flat portion by the whole surface etch-back method.
Leave the N film.
【0017】次に、図2(a)に示すように、バリアメ
タル層13としてWSiN膜を全面に形成した後、埋め
込み配線用のCu14をスパッタ法により全面に1μm
程度成膜する。Next, as shown in FIG. 2A, after a WSiN film is formed on the entire surface as a barrier metal layer 13, Cu 14 for buried wiring is formed on the entire surface by sputtering to a thickness of 1 μm.
A film is formed to a degree.
【0018】この後、図2(b)に示すように、レーザ
ー照射法によってCu14のメルティングを行う。引き
続き、図2(c)に示すように、所望のホール、配線溝
内のみにCuを残存させてCu埋め込み配線14aを残
すように、余分な箇所のCu膜およびバリアメタル層1
3をCMP法で研磨除去する。Thereafter, as shown in FIG. 2B, the Cu 14 is melted by a laser irradiation method. Subsequently, as shown in FIG. 2 (c), the Cu film and the barrier metal layer 1 in extra places are formed so as to leave Cu only in desired holes and wiring grooves and leave the Cu embedded wiring 14a.
3 is polished and removed by the CMP method.
【0019】なお、後続のO2 プラズマ工程での強い酸
化雰囲気によって前記Cu埋め込み配線14aの表面が
酸化されることを防止するためのCu表面保護膜(およ
びCu拡散防止膜)として、P−SiN膜を全面に成膜
してもよい。A Cu surface protective film (and a Cu diffusion preventing film) for preventing the surface of the Cu buried wiring 14a from being oxidized by a strong oxidizing atmosphere in a subsequent O 2 plasma process is used. A film may be formed over the entire surface.
【0020】上記実施例のCu配線の埋め込み方法は、
ホール、配線溝にCu14を埋め込んで埋め込み配線1
4aを形成する前に、ホール、配線溝の側壁からのデガ
スに対してブロック性が高いサイドウォール17aを側
壁に形成しておくことを特徴とするものである。The method of embedding the Cu wiring in the above embodiment is as follows.
By embedding Cu14 into holes and wiring grooves, buried wiring 1
Before forming 4a, sidewalls 17a having a high blocking property against degas from the side walls of holes and wiring grooves are formed on the side walls.
【0021】このようなCu配線の埋め込み方法によれ
ば、Cu14の成膜中あるいは成膜後の加熱工程におい
て、ホール、配線溝の側壁からのデガスを防止し、従来
例の図4(a)に示したような埋め込み欠損(ボイド)
35の発生を抑制することが可能になる。結果として、
後工程でCu膜およびバリアメタル層のCMPを行った
際、従来例の図4(b)に示したような配線欠損36の
発生を抑制し、良好な埋め込み配線14aを実現するこ
とが可能になる。According to such a method of embedding Cu wiring, degassing from the side walls of holes and wiring grooves is prevented during the heating step during or after the formation of Cu14, and the conventional example shown in FIG. Embedding defect (void) as shown in
35 can be suppressed. as a result,
When the CMP of the Cu film and the barrier metal layer is performed in a later step, it is possible to suppress the generation of the wiring defect 36 as shown in FIG. 4B of the conventional example, and to realize a good embedded wiring 14a. Become.
【0022】なお、図3は、上記実施例のCu配線の埋
め込み方法を採用した結果、Cu埋め込み配線14aに
は配線溝の側壁部に沿って長さ方向に間欠的に配線欠損
が発生していない様子を示している。FIG. 3 shows that the Cu buried wiring 14a has intermittent wiring defects in the longitudinal direction along the side wall of the wiring groove as a result of employing the Cu wiring burying method of the above embodiment. No appearance is shown.
【0023】また、前記サイドウォール17aは、デガ
スに対してブロック性が高いだけでなく、ホール、配線
溝内のCu埋め込み配線14a中のCuがホール、配線
溝の側壁から層間絶縁膜12中に拡散することを防止す
るCu拡散防止膜としての機能も有する。The side wall 17a not only has a high blocking property against degas, but also the Cu in the hole and the Cu buried wiring 14a in the wiring groove is formed in the interlayer insulating film 12 from the side wall of the hole and the wiring groove. It also has a function as a Cu diffusion prevention film for preventing diffusion.
【0024】なお、上記実施例は、Cu配線の埋め込み
方法を説明したが、Cuを主成分とする金属を埋め込ん
で埋め込み配線を形成する場合にも、上記実施例と同様
の効果が得られる。In the above embodiment, the method of embedding the Cu wiring has been described. However, the same effects as in the above embodiment can be obtained also when the embedded wiring is formed by embedding a metal containing Cu as a main component.
【0025】また、上記実施例は、コンタクトホールお
よび配線溝を形成した場合を説明したが、本発明は、層
間配線用のビアホールおよび配線溝を形成する場合、さ
らには、コンタクトホールとビアホールと配線溝を同時
に形成する場合など、一般的に層間配線用ホールおよび
配線溝を形成する場合に適用可能である。In the above embodiment, the case where the contact hole and the wiring groove are formed has been described. However, the present invention relates to the case where the via hole and the wiring groove for the interlayer wiring are formed. In general, the present invention can be applied to a case where a hole for interlayer wiring and a wiring groove are formed, such as a case where a groove is formed simultaneously.
【0026】また、前記サイドウォール17aの材料
は、SiN膜に限らず、SiN膜が都合が悪い場合には
SiO膜を使用しても上記実施例と同様の効果が得られ
る。また、前記バリアメタル層13は、前記WSiN膜
に限らず、高融点金属であるW、Ta、Tiなどを含有
するものを使用してもよい。The material of the side wall 17a is not limited to the SiN film. When the SiN film is inconvenient, the same effect as in the above embodiment can be obtained by using a SiO film. Further, the barrier metal layer 13 is not limited to the WSiN film, but may be a layer containing a high melting point metal such as W, Ta, or Ti.
【0027】[0027]
【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置の製
造方法によれば、ホール、配線溝にCuを主成分とする
金属を埋め込んで埋め込み配線を形成する際、Cuを主
成分とする金属の成膜中あるいは成膜後の加熱工程にお
いて、ホール、配線溝の側壁からのデガスを防止し、後
工程でCuを主成分とする金属膜のCMPを行った際の
配線欠損の発生を抑制し、良好な埋め込み配線を実現す
ることができる。As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, when a metal containing Cu as a main component is buried in a hole or a wiring groove to form an embedded wiring, the metal containing Cu as a main component is used. Prevents degassing from the side walls of holes and wiring grooves in the heating step during or after film formation, and suppresses the occurrence of wiring defects when performing CMP of a metal film containing Cu as a main component in a subsequent step. In addition, a good embedded wiring can be realized.
【図1】本発明の第1実施例に係るCu埋め込み配線の
形成方法の主要な工程の一部を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a part of main steps of a method for forming a buried Cu wiring according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の工程に続く工程を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a step that follows the step of FIG. 1;
【図3】図1および図2の工程により形成されたCu埋
め込み配線に配線溝の側壁部に欠損部が発生していない
様子を示す平面図。FIG. 3 is a plan view showing a state in which a defect is not generated in a side wall portion of a wiring groove in a Cu embedded wiring formed by the steps of FIGS. 1 and 2;
【図4】従来のCu埋め込み配線の形成工程の一部にお
ける基板断面を示す図。FIG. 4 is a view showing a cross section of a substrate in a part of a conventional process of forming a Cu embedded wiring.
【図5】図4の工程により形成されたCu埋め込み配線
に配線溝の側壁部に長さ方向に間欠的に欠損部が発生し
ている様子を示す平面図。FIG. 5 is a plan view showing a state in which a defect is generated intermittently in the length direction on the side wall of the wiring groove in the Cu-buried wiring formed by the process of FIG. 4;
11…半導体基板、 12…層間絶縁膜(SiO2 膜)、 13…バリアメタル層、 14a…Cu埋め込み配線、 17a…サイドウォール(P−SiN膜)。11: semiconductor substrate, 12: interlayer insulating film (SiO 2 film), 13: barrier metal layer, 14a: Cu embedded wiring, 17a: sidewall (P-SiN film).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 健一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 間瀬 康一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 松井 嘉孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 岩出 健次 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 北村 敏彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝多摩川工場内 Fターム(参考) 4M104 AA01 BB04 BB14 BB17 BB18 BB28 BB33 CC01 DD07 DD37 DD75 DD78 EE09 EE14 EE17 FF09 FF18 FF22 FF23 HH20 5F033 AA29 AA64 AA67 AA71 BA17 BA24 BA25 BA37 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kenichi Tomita 1 Komagi Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Tamagawa Plant (72) Inventor Koichi Mase Komukai Toshiba, Kochi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 town Toshiba Tamagawa Plant (72) Inventor Yoshitaka Matsui No. 1 Komukai Toshiba Town, Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Tamagawa Plant Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Iwade Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa 1 Muko Toshiba Town Co., Ltd. Toshiba Tamagawa Plant (72) Inventor Toshihiko Kitamura 1 Koko Toshiba Town, Koyuki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Co., Ltd. Toshiba Tamagawa Plant F-term (reference) 4M104 AA01 BB04 BB14 BB17 BB18 BB28 BB33 CC01 DD07 DD37 DD75 DD78 EE09 EE14 EE17 FF09 FF18 FF22 FF23 HH20 5F033 AA29 AA64 AA67 AA71 BA17 BA24 BA25 BA37
Claims (3)
ホールおよび配線溝を形成する工程と、 少なくとも前記配線溝の側壁に配線溝の側壁からの水分
放出に対してブロック性の高いサイドウォールを形成す
る工程と、 全面にバリアメタル層を堆積する工程と、 全面に配線材料となるCuを主成分とする金属を堆積す
る工程と、 熱処理を施して前記Cuを主成分とする金属のメルティ
ングを行った後、所望のホール、配線溝内に埋め込み配
線を残し、余分な箇所の金属膜およびバリアメタル層を
除去する工程とを具備することを特徴とする半導体装置
の製造方法。A step of forming a wiring connection hole and a wiring groove in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate; and a side wall having a high blocking property against water release from a side wall of the wiring groove at least on a side wall of the wiring groove. Forming a barrier metal layer on the entire surface; depositing a metal mainly composed of Cu as a wiring material on the entire surface; and performing a heat treatment to melt the metal mainly composed of Cu. And removing a metal film and a barrier metal layer in unnecessary portions while leaving embedded wirings in desired holes and wiring trenches after the mounting.
おいて、 前記サイドウォールは、SiN膜あるいはSiO膜であ
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said sidewall is a SiN film or a SiO film.
造方法において、 前記バリアメタル層は、W、Ta、Tiの少なくとも1
つを含有することを特徴とする半導体装置の製造方法。3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier metal layer is formed of at least one of W, Ta, and Ti.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10260113A JP2000091429A (en) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10260113A JP2000091429A (en) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
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---|---|
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Country Status (1)
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JP (1) | JP2000091429A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100571417B1 (en) * | 2003-12-31 | 2006-04-14 | 동부아남반도체 주식회사 | Dual damascene wiring of semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1998
- 1998-09-14 JP JP10260113A patent/JP2000091429A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100571417B1 (en) * | 2003-12-31 | 2006-04-14 | 동부아남반도체 주식회사 | Dual damascene wiring of semiconductor device and manufacturing method thereof |
US7271087B2 (en) | 2003-12-31 | 2007-09-18 | Dongbu Electronics Co., Ltd. | Dual damascene interconnection in semiconductor device and method for forming the same |
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