JP2000114367A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000114367A
JP2000114367A JP10282417A JP28241798A JP2000114367A JP 2000114367 A JP2000114367 A JP 2000114367A JP 10282417 A JP10282417 A JP 10282417A JP 28241798 A JP28241798 A JP 28241798A JP 2000114367 A JP2000114367 A JP 2000114367A
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JP
Japan
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bcb
film
depositing
wiring
insulating film
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JP10282417A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Domae
伸一 堂前
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-resistance copper wiring without using a barrier metal by improving tight-contact property of Cu and BCB(benzocyclobutane). SOLUTION: Prior to a Cu film 25 is deposited on the surface of an inter- layer insulating film 21 comprising BCB, Ti is implanted in to the surface of the inter-layer insulating film 21 comprising the BCB using a Ti ion 23 extracted from an ionized plasma of Ti. As a result, an oxide film on the surface of BCB 21 is removed. Further, the Ti is implanted near the BCB surface and a reaction region 24 between BCB and Ti is formed, for enhanced tight contact between the BCB and Cu. The Cu film 25 is deposited through a CVD method and then is polished to provide a Cu wiring 26. Due to the effect of a part 24 where BCB was nitrided by Ti ion, no peeling of the Cu film 25 takes place during polishing or that of the Cu wiring 26 in a post process.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置中の銅配
線に関するものである。
The present invention relates to a copper wiring in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は従来の銅配線の断面図を示すもの
であり、図5において、51は酸化シリコンよりなる層
間絶縁膜、52は、TaNよりなるバリアメタル、53はC
u配線である。配線幅は200nm、配線高さは300nmであ
る。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a sectional view of a conventional copper wiring. In FIG. 5, reference numeral 51 denotes an interlayer insulating film made of silicon oxide; 52, a barrier metal made of TaN;
u wiring. The wiring width is 200 nm and the wiring height is 300 nm.

【0003】酸化シリコンよりなる層間絶縁膜51中へ
のCuの拡散の防止を目的とするTaNよりなるバリアメタ
ル52により、銅配線53は3方を囲まれている。Cuに
対するバリア性を保証するために必要なTaN膜厚は30nm
である。TaNの抵抗率は約250μΩcmであり、Cuの抵抗率
約2μΩcmに比べて2桁以上大きいため、TaNは電気伝導
にほとんど寄与しない。このためバリアメタルの導入に
より銅配線の抵抗は約1.7倍となる。よってバリアメタ
ル膜厚はできるだけ薄い方が望ましい。
A copper wiring 53 is surrounded on three sides by a barrier metal 52 made of TaN for the purpose of preventing diffusion of Cu into an interlayer insulating film 51 made of silicon oxide. 30nm TaN film thickness required to guarantee barrier properties against Cu
It is. TaN has a resistivity of about 250 μΩcm, which is at least two orders of magnitude greater than the resistivity of Cu of about 2 μΩcm, so that TaN hardly contributes to electric conduction. Therefore, the introduction of the barrier metal increases the resistance of the copper wiring by about 1.7 times. Therefore, it is desirable that the barrier metal film thickness be as thin as possible.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の構
成では、バリアメタルが薄膜化するとCuの層間絶縁膜へ
の拡散を防止できなかったり、強度不足によってバリア
メタルが割れるという問題を有していた。
However, in the conventional structure, when the barrier metal is thinned, diffusion of Cu into the interlayer insulating film cannot be prevented, or the barrier metal is broken due to insufficient strength.

【0005】一方、層間絶縁膜としてBenzocyclobutene
(以下BCBと称す)を用いるものが知られている(特開
平8−264962号公報)。しかしながらBCBを用
いた場合、Cuの拡散は防止できるが、CuとBCBの密着性
が悪いという問題がある。
On the other hand, Benzocyclobutene is used as an interlayer insulating film.
(Hereinafter referred to as BCB) is known (JP-A-8-264962). However, when BCB is used, diffusion of Cu can be prevented, but there is a problem that adhesion between Cu and BCB is poor.

【0006】本発明は、銅を主成分とする材料とBCBと
の密着性を改善することにより、バリアメタルを用いな
い低抵抗な銅配線を実現することを目的とする。
An object of the present invention is to realize a low-resistance copper wiring without using a barrier metal by improving the adhesion between a material containing copper as a main component and a BCB.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の銅配線は、BCBで構成される層間膜とCuまた
はCu合金膜が密着性を改善された界面で接する構成を有
している。これにより、バリアメタルを用いないでもCu
の拡散を避けることができるので、低抵抗な銅配線が得
られる。
Means for Solving the Problems To solve this problem, a copper wiring of the present invention has a structure in which an interlayer film composed of BCB and a Cu or Cu alloy film are in contact at an interface with improved adhesion. ing. As a result, even if barrier metal is not used, Cu
Can be avoided, so that a low-resistance copper wiring can be obtained.

【0008】本発明は、 Cuを堆積する前にN2プラズマ
で、BCBで構成される層間膜表面を改質するものであ
り、BCB表面の酸化膜を除去すると共に表面近傍のBCBを
窒化することによりBCBとCuの密着性を高めるという作
用を有する。
According to the present invention, the surface of an interlayer film composed of BCB is modified with N 2 plasma before Cu is deposited, and the oxide film on the surface of the BCB is removed and the BCB near the surface is nitrided. This has the effect of increasing the adhesion between BCB and Cu.

【0009】本発明は、Cuを堆積する前にイオン化金属
プラズマで、BCBで構成される層間膜表面にTiイオンま
たはTaイオンを打ち込むものであり、BCB表面の酸化膜
を除去すると共に表面近傍のBCBとTiまたはTaを反応さ
せることにより、BCBとCuの密着性を高めるという作用
を有する。
According to the present invention, Ti ions or Ta ions are implanted into the surface of an interlayer film composed of BCB with ionized metal plasma before Cu is deposited. The reaction between BCB and Ti or Ta has the effect of increasing the adhesion between BCB and Cu.

【0010】本発明は、TiまたはTaを添加したCuを堆積
したものであり、表面近傍のBCBとTiまたはTaを反応さ
せることにより、BCBとCuの密着性を高めるという作用
を有する。
The present invention is obtained by depositing Cu to which Ti or Ta is added, and has the effect of increasing the adhesion between BCB and Cu by reacting BCB near the surface with Ti or Ta.

【0011】本発明は、水素雰囲気で加熱することによ
り、表面近傍のBCBとCuに添加したTiまたはTaを反応さ
せ、BCBとCuの密着性を高めるとともに、Cu表面の自然
酸化膜を還元し、大気暴露することなく連続して堆積す
るCVD-Cu膜の膜質を改善するという作用を有する。
According to the present invention, by heating in a hydrogen atmosphere, BCB in the vicinity of the surface reacts with Ti or Ta added to Cu, thereby increasing the adhesion between BCB and Cu and reducing the natural oxide film on the Cu surface. This has the effect of improving the film quality of a CVD-Cu film deposited continuously without exposure to the atmosphere.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】(実施形態1)以下本発明の第1
の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1) Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to the drawings.

【0013】図1は本発明の請求項1に記載の銅配線の
製造方法を示すものであり、図1において、11はBCB
で構成される層間絶縁膜、12は層間絶縁膜11の表面
に形成された幅200nm、深さ300nmの溝パタン、13はN2
イオン、14はN2イオン13によってBCBが窒化された
部分、15はCVD法によって堆積された膜厚600nmのCu
膜、16はCu膜15の研磨によって形成したCu配線であ
る。
FIG. 1 shows a method of manufacturing a copper wiring according to a first embodiment of the present invention. In FIG.
In composed interlayer insulating film, 12 is an interlayer insulating film 11 formed on a surface width 200nm of depth 300nm groove pattern of 13 N 2
14 is a portion where the BCB is nitrided by N 2 ions 13, and 15 is a 600 nm thick Cu deposited by the CVD method.
Reference numeral 16 denotes a Cu wiring formed by polishing the Cu film 15.

【0014】本実施形態の銅配線の形成方法は、BCBで
構成される層間絶縁膜11を堆積して、この絶縁膜11
に凹部を形成し、その後、凹部を含む層間絶縁膜11全
体に、N2プラズマを照射することにより、層間絶縁膜1
1の表面(特に凹部の表面)を改質する。その後、凹部
を含む膜11全体に銅を主成分とする膜を堆積する工程
から構成されている。
In the method of forming a copper wiring according to the present embodiment, an interlayer insulating film 11 composed of BCB is deposited and
A concave portion is formed in the interlayer insulating film 11, and thereafter, the entire interlayer insulating film 11 including the concave portion is irradiated with N 2 plasma to thereby form the interlayer insulating film 1.
1 (especially the surface of the concave portion). Thereafter, a step of depositing a film containing copper as a main component on the entire film 11 including the concave portion is formed.

【0015】以上のように構成された銅配線の形成工程
を含む半導体装置の製造方法について詳しく説明する。
A method of manufacturing a semiconductor device including the step of forming the copper wiring configured as described above will be described in detail.

【0016】まず、BCBで構成される層間絶縁膜11の
表面にCu15を堆積する前に、N2プラズマから引き出さ
れたN2イオン13で、BCBで構成される層間絶縁膜11
表面に窒素を注入する。N2イオンのエネルギーは300e
V、そのドーズ量は1x1015cm2である。その結果、BCB1
1表面の酸化膜が除去される。さらに表面近傍のBCBが
窒化され、BCBとCuの密着性を高められる。エネルギー
が100eV以下の場合、BCB表面酸化膜が完全に除去できな
い。エネルギーが1keV以上の場合、BCB表面が局所的に
加熱されて350℃以上となり、BCBが分解する。ドーズ量
が1x1014cm2以下の場合、BCB表面酸化膜が完全に除去で
きない。ドーズ量が1x1016cm2以上の場合、BCB表面がや
はり局所的に加熱されて350℃以上となり、BCBが分解す
る。その後CVD法によってCu膜15を堆積し、さらにCu
膜15を研磨することによって、Cu配線16を得る。N2
イオンでBCBが窒化された部分14の効果により、研磨
中のCu膜15の剥離や、後工程でのCu配線16の剥離は
発生しない。
First, before depositing Cu 15 on the surface of the interlayer insulating film 11 made of BCB, N 2 ions 13 extracted from N 2 plasma are used to deposit the interlayer insulating film 11 made of BCB.
Inject nitrogen into the surface. Energy of N 2 ions 300e
V, the dose is 1 × 10 15 cm 2 . As a result, BCB1
The oxide film on one surface is removed. Furthermore, the BCB near the surface is nitrided, and the adhesion between the BCB and Cu can be increased. If the energy is less than 100 eV, the BCB surface oxide film cannot be completely removed. When the energy is 1 keV or more, the BCB surface is locally heated to 350 ° C. or more, and the BCB is decomposed. If the dose is 1 × 10 14 cm 2 or less, the BCB surface oxide film cannot be completely removed. When the dose is 1 × 10 16 cm 2 or more, the BCB surface is also locally heated to 350 ° C. or more, and the BCB is decomposed. Thereafter, a Cu film 15 is deposited by a CVD method,
The Cu wiring 16 is obtained by polishing the film 15. N 2
Due to the effect of the portion 14 in which the BCB is nitrided by the ions, the peeling of the Cu film 15 during polishing and the peeling of the Cu wiring 16 in a later step do not occur.

【0017】以上のように本実施の形態によれば、Cuを
堆積する前にN2プラズマで、BCBで構成される層間絶縁
膜表面を改質する工程を設けることにより、バリアメタ
ルを用いないでもBCBとCuの密着性を高め、配線抵抗の
低い銅配線を実現することができる。なお本実施例では
Cu膜の堆積方法としてCVD法を用いたが、無電解メッキ
法を用いても同様の効果が得られる。
As described above, according to this embodiment, the barrier metal is not used by providing the step of modifying the surface of the interlayer insulating film composed of BCB with N 2 plasma before depositing Cu. However, it is possible to improve the adhesion between BCB and Cu and realize a copper wiring with low wiring resistance. In this embodiment,
Although the CVD method is used as the method for depositing the Cu film, the same effect can be obtained by using the electroless plating method.

【0018】(実施形態2)以下本発明の第2の実施の
形態について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0019】図2は第2の実施形態の銅配線の形成方法
を示すものであり、図2において、21はBCBで構成さ
れる層間絶縁膜、22は層間絶縁膜21の表面に形成さ
れた幅200nm、深さ300nmの溝パタン、23は、Tiイオ
ン、24はTiイオン23によって形成されたBCBとTiの
反応領域、25はCVD法によって堆積された膜厚600nmの
Cu膜、26はCu膜25の研磨によって形成したCu配線で
ある。
FIG. 2 shows a method of forming a copper wiring according to a second embodiment. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes an interlayer insulating film composed of BCB, and reference numeral 22 denotes a film formed on the surface of the interlayer insulating film 21. A groove pattern having a width of 200 nm and a depth of 300 nm, 23 is a Ti ion, 24 is a reaction region of BCB and Ti formed by the Ti ion 23, and 25 is a 600 nm thick film deposited by a CVD method.
Cu films 26 are Cu wirings formed by polishing the Cu film 25.

【0020】この銅配線の製造方法は、BCBで構成され
る層間絶縁膜を堆積した後、絶縁膜をイオン化金属プラ
ズマでTiを層間絶縁膜表面に注入し、最後に注入した部
分にCuを堆積する工程とから構成されている。
In this method for manufacturing a copper wiring, after depositing an interlayer insulating film composed of BCB, Ti is injected into the surface of the interlayer insulating film by ionized metal plasma, and Cu is deposited on the last implanted portion. And the step of performing.

【0021】この銅配線の製造方法について、さらに詳
しく説明する。まず、BCBで構成される層間絶縁膜21
の表面にCu25を堆積する前に、Tiのイオン化プラズマ
から引き出されたTiイオン23で、BCBで構成される層
間絶縁膜21表面にTiを注入する。Tiイオンのエネルギ
ーは300eV、そのドーズ量は1x1015cm2である。その結
果、BCB21表面の酸化膜が除去される。さらにBCB表面
近傍にTiが注入され、BCBとTiの反応領域24が形成さ
れることにより、BCBとCuの密着性を高められる。Tiイ
オンのエネルギーが100eV以下の場合、BCB表面酸化膜が
完全に除去できない。Tiイオンのエネルギーが1keV以上
の場合、BCB表面が局所的に加熱されて350℃以上とな
り、BCBが分解する。Tiイオンのドーズ量が1x10 14cm2
下の場合、BCB表面酸化膜が完全に除去できない。Tiイ
オンのドーズ量が1x1016cm2以上の場合、BCB表面に堆積
するTiの膜厚が約20nmとなり、Cu配線抵抗が上昇する。
その後CVD法によってCu膜25を堆積し、さらにCu膜2
5を研磨することによって、Cu配線26を得る。Tiイオ
ンでBCBが窒化された部分24の効果により、研磨中のC
u膜25の剥離や、後工程でのCu配線26の剥離は発生
しない。
The method of manufacturing the copper wiring will be described in more detail.
I will explain it. First, the interlayer insulating film 21 composed of BCB
Before depositing Cu25 on the surface of Ti, ionized plasma of Ti
Layer composed of BCB with Ti ions 23 extracted from
Ti is implanted into the surface of the interlayer insulating film 21. Energy of Ti ion
-300 eV, the dose is 1x10FifteencmTwoIt is. The result
As a result, the oxide film on the surface of the BCB 21 is removed. More BCB surface
Ti is implanted in the vicinity to form a reaction region 24 between BCB and Ti.
By doing so, the adhesion between BCB and Cu can be increased. Ti
When the ON energy is 100 eV or less, the BCB surface oxide film
It cannot be completely removed. Ti ion energy of 1 keV or more
In this case, the BCB surface is locally heated to 350 ° C or more.
BBC decomposes. The dose of Ti ion is 1x10 14cmTwoLess than
In the case below, the BCB surface oxide film cannot be completely removed. Ti
1x10 on dose16cmTwoIn the case above, it is deposited on the BCB surface
The thickness of the resulting Ti becomes about 20 nm, and the Cu wiring resistance increases.
Thereafter, a Cu film 25 is deposited by a CVD method, and
By polishing 5, a Cu wiring 26 is obtained. Ti Io
Due to the effect of the portion 24 where the BCB is nitrided by
The peeling of the u film 25 and the peeling of the Cu wiring 26 in a later process occur.
do not do.

【0022】以上のように本実施の形態によれば、Cuを
堆積する前にTiのイオン化プラズマで、BCBで構成され
る層間絶縁膜表面を改質する工程を設けることにより、
バリアメタルを用いないでもBCBとCuの密着性を高め、
配線抵抗の低い銅配線を実現することができる。なお本
実施例ではイオン化プラズマから引き出されたTiイオン
によりBCB表面を改質したが、Taのイオン化プラズマか
ら引き出されたTaイオンを用いてBCB表面を改質して
も、同様の効果が得られる。またCu膜の堆積方法として
CVD法を用いたが、無電解メッキ法を用いても同様の効
果が得られる。
As described above, according to the present embodiment, the step of modifying the surface of the interlayer insulating film composed of BCB with the ionized plasma of Ti before depositing Cu is provided.
Increases the adhesion between BCB and Cu without using barrier metal,
Copper wiring with low wiring resistance can be realized. In this example, the BCB surface was modified with Ti ions extracted from the ionized plasma, but the same effect can be obtained by modifying the BCB surface using Ta ions extracted from the ionized plasma of Ta. . Also, as a deposition method of Cu film
Although the CVD method is used, the same effect can be obtained by using the electroless plating method.

【0023】(実施形態3)以下本発明の第3の実施の
形態について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 3) Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0024】図3は本実施形態の銅配線の製造方法を示
すものであり、図3において、31はBCBで構成される
層間絶縁膜、32は層間絶縁膜31の表面に形成された
幅200nm、深さ300nmの溝パタン、33は5atm%のTiを添
加した膜厚30nmのCu膜、34はCu膜33中に含まれたTi
とBCBの反応領域、35はCVD法によって堆積された膜厚
600nmのCu膜、36はCu膜35の研磨によって形成したC
u配線である。
FIG. 3 shows a method of manufacturing a copper wiring according to this embodiment. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes an interlayer insulating film made of BCB, and 32 denotes a 200 nm width formed on the surface of the interlayer insulating film 31. A groove pattern having a depth of 300 nm; 33 a Cu film having a thickness of 30 nm to which 5 atm% of Ti was added; 34 a Ti film included in the Cu film 33.
And BCB reaction area, 35 is the film thickness deposited by CVD method
Cu film of 600 nm, 36 is a C film formed by polishing the Cu film 35.
u wiring.

【0025】この銅配線の製造方法は、BCBで構成され
る層間絶縁膜を堆積し、Tiを添加したCuを堆積し、BCB
上のTiを添加したCuを300℃から500℃の温度で熱処理す
る工程から構成されている。
In this method of manufacturing a copper wiring, an interlayer insulating film composed of BCB is deposited, Cu to which Ti is added is deposited, and BCB is deposited.
It consists of a step of heat-treating the above-mentioned Cu to which Ti has been added at a temperature of 300 ° C to 500 ° C.

【0026】以上のように構成された本発明の銅配線の
製造方法について、さらに詳しく説明する。
The method for manufacturing the copper wiring of the present invention configured as described above will be described in more detail.

【0027】まず、溝パタン32を形成したBCBで構成
される層間絶縁膜31に、5atm%のTiを添加したCu膜3
3を堆積する。その後水素雰囲気でウェハを330℃で10
分間アニールし、BCBとCu中に添加されたTiを反応させ
る。アニール温度が300℃以下の場合、BCBとTiの反応が
進行しない。アニール温度が500℃以上の場合、BCBが分
解する。よってアニールは300〜500℃が好ましい。さら
に好ましくは300〜350℃である。
First, a Cu film 3 containing 5 atm% of Ti is added to an interlayer insulating film 31 composed of BCB in which a groove pattern 32 is formed.
3 is deposited. Thereafter, the wafer is heated at 330 ° C. for 10 in a hydrogen atmosphere.
Anneal for minutes, and react BCB with Ti added to Cu. When the annealing temperature is lower than 300 ° C., the reaction between BCB and Ti does not proceed. When the annealing temperature is 500 ° C. or higher, BCB is decomposed. Therefore, annealing is preferably performed at 300 to 500 ° C. More preferably, it is 300 to 350 ° C.

【0028】また水素雰囲気中でアニールするのはCu膜
33の表面の自然酸化膜を還元するためである。このア
ニール処理によって形成されたTiとBCBの反応領域34
の存在により、BCBとCuの密着性が高まる。その後CVD法
によってCu膜35を堆積し、さらにCu膜35を研磨する
ことによって、Cu配線36を得る。TiとBCBの反応領域
34の効果により、研磨中のCu膜35の剥離や、後工程
でのCu配線36の剥離は発生しない。
The annealing in the hydrogen atmosphere is for reducing the natural oxide film on the surface of the Cu film 33. Reaction region 34 between Ti and BCB formed by this annealing process
, The adhesion between BCB and Cu is enhanced. Thereafter, a Cu film 35 is deposited by the CVD method, and the Cu film 35 is polished to obtain a Cu wiring 36. Due to the effect of the reaction region 34 between Ti and BCB, peeling of the Cu film 35 during polishing and peeling of the Cu wiring 36 in a later step do not occur.

【0029】以上のように本実施の形態によれば、Tiを
添加したCuを用いることにより、バリアメタルを用いな
いでもBCBとCuの密着性を高め、配線抵抗の低い銅配線
を実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, by using Cu to which Ti is added, the adhesion between BCB and Cu can be improved without using a barrier metal, and a copper wiring with low wiring resistance can be realized. Can be.

【0030】なお、以上の発明において、33はTiを添
加したCuとしたが、33はTaを添加したCuとしてもよ
い。また本実施形態ではCu膜の堆積方法としてCVD法を
用いたが、無電解メッキ法を用いても同様の効果が得ら
れる。
In the above invention, 33 is Cu to which Ti is added, but 33 may be Cu to which Ta is added. In this embodiment, the CVD method is used as the Cu film deposition method. However, the same effect can be obtained by using the electroless plating method.

【0031】(実施形態4)以下本発明の第4の実施の
形態について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 4) Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0032】図4は第4の実施形態の銅配線の製造方法
を示すものであり、図4において、41はBCBで構成さ
れる層間絶縁膜、42は層間絶縁膜41の表面に形成さ
れた幅200nm、深さ300nmの溝パタン、43は5atm%のTi
を添加した膜厚30nmのCu膜、44はCu膜43表面に形成
された自然酸化膜、45はCu膜43中に含まれたTiとBC
Bの反応領域、46はCVD法によって堆積された膜厚600n
mのCu膜、47はCu膜46の研磨によって形成したCu配
線である。
FIG. 4 shows a method of manufacturing a copper wiring according to the fourth embodiment. In FIG. 4, reference numeral 41 denotes an interlayer insulating film made of BCB, and reference numeral 42 denotes a film formed on the surface of the interlayer insulating film 41. A groove pattern having a width of 200 nm and a depth of 300 nm, 43 is 5 atm% Ti
Is a 30 nm thick Cu film, 44 is a natural oxide film formed on the surface of the Cu film 43, 45 is Ti and BC contained in the Cu film 43.
B reaction area, 46 is a film thickness of 600 n deposited by the CVD method
The Cu film 47 of m is a Cu wiring formed by polishing the Cu film 46.

【0033】この銅配線の製造方法は、BCBで構成され
る層間膜を堆積し、TiまたはTaを添加したCuを堆積し、
BCB上のTiを添加したCuを300℃から350℃の温度で水素
雰囲気で熱処理し、大気暴露することなく連続してCVD
法によりCuを堆積する工程とから構成されている。
In the method of manufacturing a copper wiring, an interlayer film composed of BCB is deposited, Cu to which Ti or Ta is added is deposited,
Heat treatment of Ti-added Cu on BCB in a hydrogen atmosphere at a temperature of 300 to 350 ° C, and continuous CVD without exposure to air
And a step of depositing Cu by a method.

【0034】以上のように構成された本発明の銅配線の
製造方法について、さらに詳しく説明する。
The method for manufacturing the copper wiring of the present invention having the above-described structure will be described in more detail.

【0035】まず、溝パタン42を形成したBCBで構成
される層間絶縁膜41に、5atm%のTiを添加したCu膜4
3を堆積する。ここまでは図3の場合と同様である。こ
の膜を大気中に放置するとCu膜43表面に膜厚約10nmの
自然酸化膜44が成長する。その後水素雰囲気でウェハ
を330℃で10分間アニールし、BCBとCu中に添加されたTi
を反応させるとともに、自然酸化膜44を還元する。ア
ニール温度が300℃以下の場合、BCBとTiの反応が進行し
ない。アニール温度が350℃以上の場合、BCBが分解す
る。このアニール処理によって形成されたTiとBCBの反
応領域45の存在により、BCBとCuの密着性が高まる。
また自然酸化膜44を除去した後、大気開放しないでCV
D法によってCu膜46を堆積することにより、酸素含有
量が2atm%以下の純度の高いCu膜を形成することができ
る。Cu膜46は酸素濃度が低いため、平均結晶粒径が約
0.5μmと大きく、(111)方向の配向性も良い。さらにCu
膜46を研磨することによって、Cu配線47を得る。Ti
とBCBの反応領域45の効果により、研磨中のCu膜46
の剥離や、後工程でのCu配線47の剥離は発生しない。
First, a Cu film 4 containing 5 atm% of Ti is added to an interlayer insulating film 41 composed of BCB in which a groove pattern 42 is formed.
3 is deposited. Up to this point, the operation is the same as in FIG. When this film is left in the air, a natural oxide film 44 having a thickness of about 10 nm grows on the surface of the Cu film 43. Thereafter, the wafer was annealed at 330 ° C. for 10 minutes in a hydrogen atmosphere, and Ti added in BCB and Cu.
And the natural oxide film 44 is reduced. When the annealing temperature is lower than 300 ° C., the reaction between BCB and Ti does not proceed. When the annealing temperature is 350 ° C. or higher, BCB is decomposed. Due to the presence of the reaction region 45 between Ti and BCB formed by this annealing treatment, the adhesion between BCB and Cu is enhanced.
After the natural oxide film 44 is removed, the CV
By depositing the Cu film 46 by the D method, a highly pure Cu film having an oxygen content of 2 atm% or less can be formed. Since the Cu film 46 has a low oxygen concentration, the average crystal grain size is about
It is as large as 0.5 μm, and has good orientation in the (111) direction. Further Cu
The Cu wiring 47 is obtained by polishing the film 46. Ti
Of the Cu film 46 during polishing due to the effect of the reaction region 45 of
Of the Cu wiring 47 in the subsequent step does not occur.

【0036】以上のように本実施の形態によれば、Tiを
添加したCuを用い、Tiを添加したCuを300℃から350℃の
温度で水素雰囲気でアニールし、大気暴露することなく
連続してCVD法によりCuを堆積することにより、バリア
メタルを用いないでもBCBとCuの密着性を高め、配線抵
抗の低い銅配線を実現することができる。さらに銅の膜
質も良好なためエレクトロマイグレーションに対する長
い寿命が得られる。
As described above, according to the present embodiment, using Ti-added Cu, the Ti-added Cu is annealed in a hydrogen atmosphere at a temperature of 300 ° C. to 350 ° C. and continuously exposed without being exposed to the air. By depositing Cu by the CVD method, the adhesion between BCB and Cu can be increased without using a barrier metal, and copper wiring with low wiring resistance can be realized. Further, since the quality of the copper film is good, a long life for electromigration can be obtained.

【0037】なお、以上の発明において、43はTiを添
加したCuとしたが、43はTaを添加したCuとしてもよ
い。
In the above invention, 43 is Cu to which Ti is added. However, 43 may be Cu to which Ta is added.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように本発明では以下の効
果が得られる。 (1)Cuを堆積する前にN2プラズマで、BCBで構成され
る層間絶縁膜表面を改質する工程を設けることにより、
バリアメタルを用いない低抵抗銅配線を実現することが
できる優れた銅配線の製造方法を実現できるものであ
る。 (2)Cuを堆積する前にイオン化金属プラズマで、BCB
で構成される層間絶縁膜表面にTiイオンまたはTaイオン
を打ち込む工程を設けることにより、バリアメタルを用
いない低抵抗銅配線を実現することができる優れた銅配
線の製造方法を実現できるものである。 (3)TiまたはTaを添加したCuを用いることにより、バ
リアメタルを用いない低抵抗銅配線を実現することがで
きる優れた銅配線の製造方法を実現できるものである。 (4)TiまたはTaを添加したCuを用い、水素雰囲気で加
熱し、大気暴露することなく連続してCVD-Cu膜を堆積す
ることにより、バリアメタルを用いない低抵抗銅配線
と、酸素含有量の低い高信頼性銅配線を実現することが
できる優れた銅配線の製造方法を実現できるものであ
る。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. (1) By providing a step of modifying the surface of the interlayer insulating film composed of BCB with N 2 plasma before depositing Cu,
An object of the present invention is to provide an excellent method for manufacturing a copper wiring which can realize a low-resistance copper wiring without using a barrier metal. (2) BCB with ionized metal plasma before depositing Cu
By providing a step of implanting Ti ions or Ta ions on the surface of the interlayer insulating film composed of, it is possible to realize an excellent method of manufacturing a copper wiring which can realize a low-resistance copper wiring without using a barrier metal. . (3) By using Cu to which Ti or Ta is added, it is possible to realize an excellent copper wiring manufacturing method capable of realizing a low-resistance copper wiring without using a barrier metal. (4) By using Cu with Ti or Ta added, heating in a hydrogen atmosphere and depositing a CVD-Cu film continuously without exposure to the atmosphere, low-resistance copper wiring without barrier metal and oxygen-containing An excellent method for manufacturing a copper wiring capable of realizing a low-reliability copper wiring with a small amount can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態における銅配線の製
造方法を示す工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view showing a method for manufacturing a copper wiring according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の第2の実施の形態における銅配線の製
造方法を示す工程断面図
FIG. 2 is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a copper wiring according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態における銅配線の製
造方法を示す工程断面図
FIG. 3 is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing a copper wiring according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態における銅配線の製
造方法を示す工程断面図
FIG. 4 is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a copper wiring according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来の銅配線の断面図FIG. 5 is a sectional view of a conventional copper wiring.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 BCBで構成される層間絶縁膜 12 層間絶縁膜11の表面に形成された溝パタン 13 N2イオン 14 N2イオン13によってBCBが窒化された部分 15 CVD法によって堆積されたCu膜 16 Cu膜15の研磨によって形成したCu配線 21 BCBで構成される層間絶縁膜 22 層間絶縁膜21の表面に形成された溝パタン 23 Tiイオン 24 Tiイオン23によって形成されたBCBとTiの反応
領域 25 CVD法によって堆積されたCu膜 26 Cu膜25の研磨によって形成したCu配線 31 BCBで構成される層間絶縁膜 32 層間絶縁膜31の表面に形成された溝パタン 33 5atm%のTiを添加したCu膜 34 Cu膜33中に含まれたTiとBCBの反応領域 35 CVD法によって堆積されたCu膜 36 Cu膜35の研磨によって形成したCu配線 41 BCBで構成される層間絶縁膜 42 層間絶縁膜41の表面に形成された溝パタン 43 5atm%のTiを添加したCu膜 44 Cu膜43表面に形成された自然酸化膜 45 Cu膜43中に含まれたTiとBCBの反応領域 46 CVD法によって堆積されたCu膜 47 Cu膜46の研磨によって形成したCu配線
Reference Signs List 11 Interlayer insulating film composed of BCB 12 Groove pattern formed on surface of interlayer insulating film 11 13 N 2 ion 14 Portion where BCB is nitrided by N 2 ion 13 15 Cu film deposited by CVD method 16 Cu film Cu wiring formed by polishing 15 Interlayer insulating film composed of BCB 22 Groove pattern formed on surface of interlayer insulating film 21 Ti ion 24 BCB and Ti reaction region formed by Ti ion 23 25 CVD method Cu film deposited by polishing 26 Cu wiring formed by polishing the Cu film 25 31 Interlayer insulating film composed of BCB 32 Groove pattern formed on the surface of the interlayer insulating film 31 Cu film doped with 5 atm% of Ti 34 Reaction region of Ti and BCB contained in Cu film 33 35 Cu film deposited by CVD method 36 Cu wiring formed by polishing Cu film 35 41 Interlayer insulating film composed of BCB 42 Interlayer insulating film 4 1. Groove pattern formed on the surface of 1 43 Cu film doped with 5 atm% of Ti 44 Natural oxide film formed on Cu film 43 45 Reaction region between Ti and BCB contained in Cu film 43 46 CVD method Cu film deposited 47 Cu wiring formed by polishing the Cu film 46

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 BCBで構成される層間膜を堆積する工
程と、N2プラズマで前記層間膜表面を改質する工程と、
前記改質された表面に銅を主成分とする材料を堆積する
工程とを備えた半導体装置の製造方法。
A step of depositing an interlayer film composed of BCB, a step of modifying the surface of the interlayer film with N 2 plasma,
Depositing a material containing copper as a main component on the modified surface.
【請求項2】 BCBで構成される層間膜を堆積する工
程と、イオン化金属プラズマでTiまたはTaを前記層間膜
表面に注入する工程と、前記注入された表面に銅を主成
分とする材料を堆積する工程とを備えた半導体装置の製
造方法。
2. A step of depositing an interlayer film composed of BCB, a step of implanting Ti or Ta into the surface of the interlayer film by ionized metal plasma, and a step of depositing a material containing copper as a main component on the implanted surface. And a step of depositing the semiconductor device.
【請求項3】 BCBで構成される層間膜を堆積する工
程と、前記層間膜上にTiまたはTaを添加したCuを堆積す
る工程と、前記BCB上のTiまたはTaを添加したCuを、
300℃から500℃の温度で熱処理する工程を備えた半導体
装置の製造方法。
A step of depositing an interlayer film made of BCB, a step of depositing Cu with Ti or Ta added on the interlayer film, and a step of depositing Cu with Ti or Ta on the BCB.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of performing a heat treatment at a temperature of 300 to 500 ° C.
【請求項4】 BCBで構成される層間膜を堆積する工
程と、前記層間膜上にTiまたはTaを添加したCuを堆積す
る工程と、BCB上のTiを添加したCuを300℃から500℃の
温度で水素雰囲気で熱処理する工程と、その後大気暴露
することなく連続してCVD法によりCuを堆積する工程を
備えた半導体装置の製造方法。
4. A step of depositing an interlayer film composed of BCB, a step of depositing Cu with Ti or Ta added on the interlayer film, and a step of depositing Cu with Ti added on the BCB from 300 ° C. to 500 ° C. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere at a temperature of, and a step of continuously depositing Cu by a CVD method without exposing to air.
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