JP2001044202A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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- H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
- H01L23/53228—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides the principal metal being copper
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- H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
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- H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 層間絶縁膜にCu拡散バリア性を備える半導
体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 複数のCu配線を有する半導体装置にお
いて、Cu配線1とシードCu膜11,メッキCu膜1
2からなるCu配線とがHSQ(Hydrogen S
ilsesquioxane)膜3によって分離され、
HSQ膜3にはCu配線1とシードCu膜11,メッキ
Cu膜12とを電気的に接続するCuプラグを形成され
ている。Cuプラグの側壁には、HSQ膜3とCuプラ
グとの密着性を高めるための密着用メタルであるW(タ
ングステン)膜4が形成されている。
体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 複数のCu配線を有する半導体装置にお
いて、Cu配線1とシードCu膜11,メッキCu膜1
2からなるCu配線とがHSQ(Hydrogen S
ilsesquioxane)膜3によって分離され、
HSQ膜3にはCu配線1とシードCu膜11,メッキ
Cu膜12とを電気的に接続するCuプラグを形成され
ている。Cuプラグの側壁には、HSQ膜3とCuプラ
グとの密着性を高めるための密着用メタルであるW(タ
ングステン)膜4が形成されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、メタル配線用の層
間絶縁膜、特にCu配線用の層間絶縁膜を有する半導体
装置及びその製造方法に関する。
間絶縁膜、特にCu配線用の層間絶縁膜を有する半導体
装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置は、高集積化に伴って多層配
線構造が採用され、配線の高密度化も進められている。
また、近年においては、配線の低抵抗化、デバイスの高
速化を目的として配線及びプラグにCuを用い、層間絶
縁膜に低誘電率(Low−k)膜を用いた半導体装置が
開発されている。このCuを配線に用いた半導体装置で
は、層間絶縁膜中にCuが拡散しやすく、隣接配線間に
リーク電流が発生する。そのため、配線及びプラグと層
間絶縁膜との間には、バリアメタルといわれるCuの拡
散を防止する膜が必要である。
線構造が採用され、配線の高密度化も進められている。
また、近年においては、配線の低抵抗化、デバイスの高
速化を目的として配線及びプラグにCuを用い、層間絶
縁膜に低誘電率(Low−k)膜を用いた半導体装置が
開発されている。このCuを配線に用いた半導体装置で
は、層間絶縁膜中にCuが拡散しやすく、隣接配線間に
リーク電流が発生する。そのため、配線及びプラグと層
間絶縁膜との間には、バリアメタルといわれるCuの拡
散を防止する膜が必要である。
【0003】図18は、従来の半導体装置の断面図であ
る。Cu配線21上には、プラズマSiN膜22、有機
ポリマー膜23、プラズマSiN膜27が順次積層して
形成されている。プラズマSiN膜22、有機ポリマー
膜23、プラズマSiN膜27にはビアホールが形成さ
れており、ビアホール内壁にはTaN膜24が形成され
ている。TaN膜24の内側にはシードCu膜25が形
成されており、シードCu膜25の内側にはメッキCu
膜26が埋設されており、シードCu膜25とメッキC
u膜26とによりプラグを形成している。
る。Cu配線21上には、プラズマSiN膜22、有機
ポリマー膜23、プラズマSiN膜27が順次積層して
形成されている。プラズマSiN膜22、有機ポリマー
膜23、プラズマSiN膜27にはビアホールが形成さ
れており、ビアホール内壁にはTaN膜24が形成され
ている。TaN膜24の内側にはシードCu膜25が形
成されており、シードCu膜25の内側にはメッキCu
膜26が埋設されており、シードCu膜25とメッキC
u膜26とによりプラグを形成している。
【0004】さらに、全面にプラズマSiN膜28、有
機ポリマー膜29、プラズマSiN膜33が順次積層し
て形成されている。プラズマSiN膜28、有機ポリマ
ー膜29、プラズマSiN膜33には開口部が形成され
ており、開口部内壁にはTaN膜30が形成されてい
る。TaN膜30の内側にはシードCu膜31が形成さ
れており、シードCu膜31の内側にはメッキCu膜3
2が埋設されており、シードCu膜31とメッキCu膜
32とによりCu配線を形成している。
機ポリマー膜29、プラズマSiN膜33が順次積層し
て形成されている。プラズマSiN膜28、有機ポリマ
ー膜29、プラズマSiN膜33には開口部が形成され
ており、開口部内壁にはTaN膜30が形成されてい
る。TaN膜30の内側にはシードCu膜31が形成さ
れており、シードCu膜31の内側にはメッキCu膜3
2が埋設されており、シードCu膜31とメッキCu膜
32とによりCu配線を形成している。
【0005】図19および図20は、低誘電率の層間絶
縁膜として有機ポリマーを用い、バリアメタルとしてT
aNを用いた従来の半導体装置の製造方法を示す工程断
面図である。
縁膜として有機ポリマーを用い、バリアメタルとしてT
aNを用いた従来の半導体装置の製造方法を示す工程断
面図である。
【0006】まず、図19(A)に示すように、Cu配
線21上にプラズマSiN膜22をCVD法により50
0Å形成し、その上に有機ポリマー膜23としてPAE
(ポリアリルエーテル)を約4000Å塗布・焼成す
る。さらに、その上にプラズマSiN膜27をCVD法
により1000Å形成する。
線21上にプラズマSiN膜22をCVD法により50
0Å形成し、その上に有機ポリマー膜23としてPAE
(ポリアリルエーテル)を約4000Å塗布・焼成す
る。さらに、その上にプラズマSiN膜27をCVD法
により1000Å形成する。
【0007】次に、図19(B)に示すように、プラズ
マSiN膜27の上にフォトレジスト34を形成してフ
ォトレジスト34をパターニングする。次に、図19
(C)に示すように、そのフォトレジスト34をマスク
としてプラズマSiN膜27をエッチング除去し、その
後、図19(D)に示すように、O2 ガスによりフォト
レジスト34と有機ポリマー膜23とを同時にエッチン
グ除去する。
マSiN膜27の上にフォトレジスト34を形成してフ
ォトレジスト34をパターニングする。次に、図19
(C)に示すように、そのフォトレジスト34をマスク
としてプラズマSiN膜27をエッチング除去し、その
後、図19(D)に示すように、O2 ガスによりフォト
レジスト34と有機ポリマー膜23とを同時にエッチン
グ除去する。
【0008】次に、エッチバックによりプラズマSiN
膜22およびプラズマSiN27膜をエッチングし、図
20(E)に示すように、全面にバリアメタルとしてイ
オン化スパッタ法によりTaN膜24を200Å形成す
る。さらに、図20(F)に示すように、シードCu膜
25をスパッタ法により1000Å形成後、図20
(G)に示すように、メッキCu膜26を8000Å埋
設する。次に、図20(H)に示すように、シードCu
膜25とメッキCu膜26とTaN膜24を化学的機械
研磨(CMP:Chemical Mechanica
l Polishing:)法を用いて除去してプラグ
を形成する。
膜22およびプラズマSiN27膜をエッチングし、図
20(E)に示すように、全面にバリアメタルとしてイ
オン化スパッタ法によりTaN膜24を200Å形成す
る。さらに、図20(F)に示すように、シードCu膜
25をスパッタ法により1000Å形成後、図20
(G)に示すように、メッキCu膜26を8000Å埋
設する。次に、図20(H)に示すように、シードCu
膜25とメッキCu膜26とTaN膜24を化学的機械
研磨(CMP:Chemical Mechanica
l Polishing:)法を用いて除去してプラグ
を形成する。
【0009】さらに、同様の工程を繰り返してCu配線
を形成し、図18に示す半導体装置を得る。
を形成し、図18に示す半導体装置を得る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置では、有機ポリマーは、Cu拡散バリア性に優れて
いないため、バリアメタルの膜厚を比較的厚く(500
Å以上)せざるを得ず、かつバリア性のあるTaNは、
Cuと研磨レートの差が大きいため、Cu膜とTaNバ
リアメタル層のCMP時に、図20(H)に示すよう
に、Cu膜にディッシング、リセスなどが発生し易い。
装置では、有機ポリマーは、Cu拡散バリア性に優れて
いないため、バリアメタルの膜厚を比較的厚く(500
Å以上)せざるを得ず、かつバリア性のあるTaNは、
Cuと研磨レートの差が大きいため、Cu膜とTaNバ
リアメタル層のCMP時に、図20(H)に示すよう
に、Cu膜にディッシング、リセスなどが発生し易い。
【0011】また、図21に示すように、SiNエッチ
バックまたはスパッタ前RFエッチングの際には、ビア
・ホールの側壁にCuが付着して有機ポリマー(Low
−k)中にCuが拡散してしまうという可能性がある。
バックまたはスパッタ前RFエッチングの際には、ビア
・ホールの側壁にCuが付着して有機ポリマー(Low
−k)中にCuが拡散してしまうという可能性がある。
【0012】さらに、図22に示すように、デュアルダ
マシンなどの構造では、バリアメタルの埋設が高アスペ
クト比になり、特に底部付近のサイド部分ではバリアメ
タルが薄くなってしまう。さらに、下のCu配線とのマ
ージンがとれない場合には、目ずれを起こしてしまい、
下の絶縁膜に穴を開けた状態になる。そうすると通常の
目ずれがない場合よりもここが細くなって深くなるので
この部分のバリアメタルの膜厚が薄くなってしまう。バ
リアメタルはある程度の膜厚がないとCuの拡散バリア
として機能せず、Cuが絶縁膜中に拡散してしまう。し
たがって、層間絶縁膜側にある程度Cu拡散バリア性が
必要とされる。
マシンなどの構造では、バリアメタルの埋設が高アスペ
クト比になり、特に底部付近のサイド部分ではバリアメ
タルが薄くなってしまう。さらに、下のCu配線とのマ
ージンがとれない場合には、目ずれを起こしてしまい、
下の絶縁膜に穴を開けた状態になる。そうすると通常の
目ずれがない場合よりもここが細くなって深くなるので
この部分のバリアメタルの膜厚が薄くなってしまう。バ
リアメタルはある程度の膜厚がないとCuの拡散バリア
として機能せず、Cuが絶縁膜中に拡散してしまう。し
たがって、層間絶縁膜側にある程度Cu拡散バリア性が
必要とされる。
【0013】本発明の目的は、層間絶縁膜にCu拡散バ
リア性を備える半導体装置及びその製造方法を提供する
ことにある。
リア性を備える半導体装置及びその製造方法を提供する
ことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数のCu配
線を有する半導体装置において、絶縁膜として少なくと
も1部にHSQ(Hydrogen Silsesqu
ioxane)を用いた材料を使用し、そのHSQと接
する部分のCu濃度が1019atoms/cm 3 以上で
あることを特徴とする。
線を有する半導体装置において、絶縁膜として少なくと
も1部にHSQ(Hydrogen Silsesqu
ioxane)を用いた材料を使用し、そのHSQと接
する部分のCu濃度が1019atoms/cm 3 以上で
あることを特徴とする。
【0015】また、本発明は、複数のCu配線を有する
半導体装置において、絶縁膜として少なくとも1部にH
SQを用いた材料を使用し、HSQとCu配線との間に
密着用メタルを有することを特徴とする。
半導体装置において、絶縁膜として少なくとも1部にH
SQを用いた材料を使用し、HSQとCu配線との間に
密着用メタルを有することを特徴とする。
【0016】また、本発明は、複数のCu配線を有する
半導体装置の製造方法において、第1のCu配線上にC
u拡散バリア性を有する第1の低誘電率層間絶縁膜を形
成する工程と、前記第1の低誘電率層間絶縁膜にビアホ
ールを形成し、ビアホール内部にCuを埋設してCuプ
ラグを形成する工程と、さらに、全面にCu拡散バリア
性を有する第2の低誘電率層間絶縁膜を形成する工程
と、前記第2の低誘電率層間絶縁膜に開口部を形成し、
開口部内部にCuを埋設して前記Cuプラグに接続され
る第2のCu配線を形成する工程と、を含むことを特徴
とする。
半導体装置の製造方法において、第1のCu配線上にC
u拡散バリア性を有する第1の低誘電率層間絶縁膜を形
成する工程と、前記第1の低誘電率層間絶縁膜にビアホ
ールを形成し、ビアホール内部にCuを埋設してCuプ
ラグを形成する工程と、さらに、全面にCu拡散バリア
性を有する第2の低誘電率層間絶縁膜を形成する工程
と、前記第2の低誘電率層間絶縁膜に開口部を形成し、
開口部内部にCuを埋設して前記Cuプラグに接続され
る第2のCu配線を形成する工程と、を含むことを特徴
とする。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【0018】図1は、本発明の半導体装置の第1の実施
の形態を示す断面図である。Cu配線1上には、プラズ
マSiN膜2、HSQ膜3、プラズマSiN膜7が順次
積層して形成されている。プラズマSiN膜2、HSQ
膜3、プラズマSiN膜7にはビアホールが形成されて
おり、ビアホール内壁には密着用メタルとしてW(タン
グステン)膜4が形成されている。W膜4の内側にはシ
ードCu膜5が形成されており、シードCu膜5の内側
にはメッキCu膜6が埋設されており、シードCu膜5
とメッキCu膜6とによりプラグを形成している。
の形態を示す断面図である。Cu配線1上には、プラズ
マSiN膜2、HSQ膜3、プラズマSiN膜7が順次
積層して形成されている。プラズマSiN膜2、HSQ
膜3、プラズマSiN膜7にはビアホールが形成されて
おり、ビアホール内壁には密着用メタルとしてW(タン
グステン)膜4が形成されている。W膜4の内側にはシ
ードCu膜5が形成されており、シードCu膜5の内側
にはメッキCu膜6が埋設されており、シードCu膜5
とメッキCu膜6とによりプラグを形成している。
【0019】さらに、全面にプラズマSiN膜8、HS
Q膜9、プラズマSiN膜13が順次積層して形成され
ている。プラズマSiN膜8、HSQ膜9、プラズマS
iN膜13には開口部が形成されており、開口部内壁に
はW膜10が形成されている。W膜10の内側にはシー
ドCu膜11が形成されており、シードCu膜11の内
側にはメッキCu膜12が埋設されており、シードCu
膜11とメッキCu膜12とによりCu配線を形成して
いる。
Q膜9、プラズマSiN膜13が順次積層して形成され
ている。プラズマSiN膜8、HSQ膜9、プラズマS
iN膜13には開口部が形成されており、開口部内壁に
はW膜10が形成されている。W膜10の内側にはシー
ドCu膜11が形成されており、シードCu膜11の内
側にはメッキCu膜12が埋設されており、シードCu
膜11とメッキCu膜12とによりCu配線を形成して
いる。
【0020】隣接するCu配線との最小間隔は、約0.
2〜0.3ミクロンである。また、この実施の形態で
は、シングルダマシン構造をとっているが、デュアルダ
マシン構造の方が有用である。
2〜0.3ミクロンである。また、この実施の形態で
は、シングルダマシン構造をとっているが、デュアルダ
マシン構造の方が有用である。
【0021】次に、HSQがCu拡散バリア性を有する
ことを説明する。
ことを説明する。
【0022】図2および図3は、P型シリコン基板上に
低誘電率膜(Low−k)を乗せ、Hg電極を付けて電
界をかけた時に流れるリーク電流を測定した特性図であ
り、図2は、熱処理を行わなかった場合を示しており、
図3は、実際に7層配線のデバイスを作るときの温度と
時間に相当する400℃7時間の熱処理を行った場合を
示している。
低誘電率膜(Low−k)を乗せ、Hg電極を付けて電
界をかけた時に流れるリーク電流を測定した特性図であ
り、図2は、熱処理を行わなかった場合を示しており、
図3は、実際に7層配線のデバイスを作るときの温度と
時間に相当する400℃7時間の熱処理を行った場合を
示している。
【0023】図2および図3を比較し、熱処理をかけて
リーク電流に変動があるかどうかでCu拡散バリア性が
判断される。拡散しているとCuのイオンが低誘電率膜
(Low−k)に入り込んでリーク電流が大きくなり、
リーク電流が大きくなる場合がCu拡散バリア性がない
と判断される。図3を見ると、Organic Pol
ymer(有機ポリマー)2は、リーク電流が多くなっ
ているのがわかる。
リーク電流に変動があるかどうかでCu拡散バリア性が
判断される。拡散しているとCuのイオンが低誘電率膜
(Low−k)に入り込んでリーク電流が大きくなり、
リーク電流が大きくなる場合がCu拡散バリア性がない
と判断される。図3を見ると、Organic Pol
ymer(有機ポリマー)2は、リーク電流が多くなっ
ているのがわかる。
【0024】図4および図5は、P型シリコン基板上に
バリアメタルTaがあって、その上にCuを乗せ、さら
に低誘電率膜(Low−k)を乗せ、Hg電極を付けて
電界をかけた時に流れるリーク電流を測定した特性図で
あり、図4は、熱処理を行わなかった場合を示してお
り、図5は、400℃7時間の熱処理を行った場合を示
している。
バリアメタルTaがあって、その上にCuを乗せ、さら
に低誘電率膜(Low−k)を乗せ、Hg電極を付けて
電界をかけた時に流れるリーク電流を測定した特性図で
あり、図4は、熱処理を行わなかった場合を示してお
り、図5は、400℃7時間の熱処理を行った場合を示
している。
【0025】図5を見ると、Organic Poly
mer1,2およびInorganic Polyme
r(無機ポリマー)1は、リーク電流が多くなってお
り、HSQ膜は、リーク電流があまり大きくならない。
mer1,2およびInorganic Polyme
r(無機ポリマー)1は、リーク電流が多くなってお
り、HSQ膜は、リーク電流があまり大きくならない。
【0026】図6は、SIMS分析により400℃7時
間の熱処理を行った場合の深さ方向のCuの濃度を測定
した特性図である。図6によると、Inorganic
Polymer1は、Cu界面から1000Åの位置
で1019atoms/cm3台のCu濃度が存在する
が、HSQは1018atoms/cm3 にとどまってい
ることがわかる。また、Inorganic Poly
mer1が1000ÅのCu拡散があるのに対し、HS
Qは約500ÅとCu拡散が少ないことがわかる。ま
た、この結果より、絶縁膜中では1019atoms/c
m3 台レベルでリーク電流に問題が発生することがわか
った。
間の熱処理を行った場合の深さ方向のCuの濃度を測定
した特性図である。図6によると、Inorganic
Polymer1は、Cu界面から1000Åの位置
で1019atoms/cm3台のCu濃度が存在する
が、HSQは1018atoms/cm3 にとどまってい
ることがわかる。また、Inorganic Poly
mer1が1000ÅのCu拡散があるのに対し、HS
Qは約500ÅとCu拡散が少ないことがわかる。ま
た、この結果より、絶縁膜中では1019atoms/c
m3 台レベルでリーク電流に問題が発生することがわか
った。
【0027】なお、図2〜図6において、プラズマSi
N(PESiN)は、比較のために入れたものである。
N(PESiN)は、比較のために入れたものである。
【0028】以上の測定結果により、HSQ膜は、Cu
拡散バリア性が有ると判断される。
拡散バリア性が有ると判断される。
【0029】図7は、HSQ膜の熱処理前後のCu濃度
を測定した特性図である。400℃7時間熱処理を行っ
た場合は、Cu界面から500Åの深さまでは拡散があ
るが、それ以上では拡散がないことがわかる。
を測定した特性図である。400℃7時間熱処理を行っ
た場合は、Cu界面から500Åの深さまでは拡散があ
るが、それ以上では拡散がないことがわかる。
【0030】ここでは縦方向についての拡散をみている
が、横方向の拡散でも同様である。
が、横方向の拡散でも同様である。
【0031】次に、図1に示す半導体装置の製造方法を
図8〜図11の工程断面図を参照して説明する。
図8〜図11の工程断面図を参照して説明する。
【0032】まず、図8(A)に示すように、Cu配線
1上にプラズマSiN膜2を500Å形成し、その上に
HSQ(Hydrogen Silsesquioxa
ne)膜3を約4000Å塗布・焼成する。さらに、そ
の上にプラズマSiN膜7を1000Å形成する。プラ
ズマSiN膜2,7は、強度のないHSQ膜3を保護す
るためのものであり、プラズマSiN膜2は、SiC膜
でもよく、プラズマSiN膜7は、SiO2 膜でもよ
い。
1上にプラズマSiN膜2を500Å形成し、その上に
HSQ(Hydrogen Silsesquioxa
ne)膜3を約4000Å塗布・焼成する。さらに、そ
の上にプラズマSiN膜7を1000Å形成する。プラ
ズマSiN膜2,7は、強度のないHSQ膜3を保護す
るためのものであり、プラズマSiN膜2は、SiC膜
でもよく、プラズマSiN膜7は、SiO2 膜でもよ
い。
【0033】次に、図8(B)に示すように、プラズマ
SiN膜7の上にフォトレジスト14を形成してフォト
レジスト14をパターニングする。次に、図8(C)に
示すように、そのフォトレジスト14をマスクにしてプ
ラズマSiN膜7とHSQ膜3をエッチングする。その
後、図8(D)に示すように、フォトレジスト14をO
2 プラズマアッシングにより除去する。この際、Cuが
酸素に曝されると酸化するので、曝されない状態でアッ
シングする。
SiN膜7の上にフォトレジスト14を形成してフォト
レジスト14をパターニングする。次に、図8(C)に
示すように、そのフォトレジスト14をマスクにしてプ
ラズマSiN膜7とHSQ膜3をエッチングする。その
後、図8(D)に示すように、フォトレジスト14をO
2 プラズマアッシングにより除去する。この際、Cuが
酸素に曝されると酸化するので、曝されない状態でアッ
シングする。
【0034】次に、エッチバックによりプラズマSiN
膜2およびプラズマSiN7膜をエッチングし、図9
(E)に示すように、全面に、HSQ膜3との密着性を
高めるための密着用メタルとしてW膜4を200Å形成
する。さらに、図9(F)に示すように、シードCu膜
5を1000Å形成後、図9(G)に示すように、メッ
キCu膜6を8000Å埋設する。次に、図9(H)に
示すように、シードCu膜5とメッキCu膜6とW膜4
をCMP法を用いて除去する。
膜2およびプラズマSiN7膜をエッチングし、図9
(E)に示すように、全面に、HSQ膜3との密着性を
高めるための密着用メタルとしてW膜4を200Å形成
する。さらに、図9(F)に示すように、シードCu膜
5を1000Å形成後、図9(G)に示すように、メッ
キCu膜6を8000Å埋設する。次に、図9(H)に
示すように、シードCu膜5とメッキCu膜6とW膜4
をCMP法を用いて除去する。
【0035】次に、図10(I)に示すように、全面に
プラズマSiN膜8を500Å形成し、その上にHSQ
膜9を約4000Å塗布・焼成する。さらに、その上に
プラズマSiN膜13をCVD法により1000Å形成
する。
プラズマSiN膜8を500Å形成し、その上にHSQ
膜9を約4000Å塗布・焼成する。さらに、その上に
プラズマSiN膜13をCVD法により1000Å形成
する。
【0036】次に、図10(J)に示すように、プラズ
マSiN膜の上にフォトレジスト15を形成してフォト
レジスト15をパターニングする。次に、図10(K)
に示すように、そのフォトレジスト15をマスクにして
プラズマSiN膜13とHSQ膜9をエッチングする。
その後、図10(L)に示すように、フォトレジスト1
5をO2 プラズマアッシングにより除去する。
マSiN膜の上にフォトレジスト15を形成してフォト
レジスト15をパターニングする。次に、図10(K)
に示すように、そのフォトレジスト15をマスクにして
プラズマSiN膜13とHSQ膜9をエッチングする。
その後、図10(L)に示すように、フォトレジスト1
5をO2 プラズマアッシングにより除去する。
【0037】次に、図11(M)に示すように、エッチ
バックによりプラズマSiN膜8およびプラズマSiN
膜13をエッチングし、図11(N)に示すように、全
面に密着用メタルとしてW膜10をイオン化スパッタ法
により200Å形成する。さらに、図11(O)に示す
ように、シードCu膜11をイオン化スパッタ法により
1000Å形成後、メッキCu膜12を8000Å埋設
する。次に、図11(P)に示すように、シードCu膜
11とメッキCu膜12とW膜10をCMP法を用いて
除去する。
バックによりプラズマSiN膜8およびプラズマSiN
膜13をエッチングし、図11(N)に示すように、全
面に密着用メタルとしてW膜10をイオン化スパッタ法
により200Å形成する。さらに、図11(O)に示す
ように、シードCu膜11をイオン化スパッタ法により
1000Å形成後、メッキCu膜12を8000Å埋設
する。次に、図11(P)に示すように、シードCu膜
11とメッキCu膜12とW膜10をCMP法を用いて
除去する。
【0038】上述した工程により、図1に示す半導体装
置を得ることができる。
置を得ることができる。
【0039】この第1の実施の形態では、密着用メタル
として、Cuと研磨レートの差が小さいWを用いている
ので、Cu膜とWバリアメタル層のCMP時に、Cu膜
にディッシング、リセスなどが発生しない。
として、Cuと研磨レートの差が小さいWを用いている
ので、Cu膜とWバリアメタル層のCMP時に、Cu膜
にディッシング、リセスなどが発生しない。
【0040】なお、上述した第1の実施の形態では、H
SQ膜とCuプラグとの間に密着用メタルとしてW膜を
設けたが、本発明は、HSQ膜がCu拡散バリア性を備
えているので、HSQ膜とCuプラグとの間に密着用メ
タルを設けない場合にも適用あるものである。
SQ膜とCuプラグとの間に密着用メタルとしてW膜を
設けたが、本発明は、HSQ膜がCu拡散バリア性を備
えているので、HSQ膜とCuプラグとの間に密着用メ
タルを設けない場合にも適用あるものである。
【0041】次に、本発明の半導体装置の第2の実施の
形態について説明する。
形態について説明する。
【0042】図12は、本発明の半導体装置の第2の実
施の形態を示す断面図である。Cu配線101上には、
HSQ膜102、PAE(ポリアリルエーテル)膜10
3、HSQ膜107が順次積層して形成されている。H
SQ膜102、PAE膜103、HSQ膜107にはビ
アホールが形成されており、ビアホール内壁にはTaN
膜104が形成されている。TaN膜104の内側には
シードCu膜105が形成されており、シードCu膜1
05の内側にはメッキCu膜106が埋設されており、
シードCu膜105とメッキCu膜106とによりプラ
グを形成している。
施の形態を示す断面図である。Cu配線101上には、
HSQ膜102、PAE(ポリアリルエーテル)膜10
3、HSQ膜107が順次積層して形成されている。H
SQ膜102、PAE膜103、HSQ膜107にはビ
アホールが形成されており、ビアホール内壁にはTaN
膜104が形成されている。TaN膜104の内側には
シードCu膜105が形成されており、シードCu膜1
05の内側にはメッキCu膜106が埋設されており、
シードCu膜105とメッキCu膜106とによりプラ
グを形成している。
【0043】さらに、全面にHSQ膜108、PAE膜
109、HSQ膜113が順次積層して形成されてい
る。HSQ膜108、PAE膜109、HSQ膜113
には開口部が形成されており、開口部内壁にはTaN膜
110が形成されている。TaN膜110の内側にはシ
ードCu膜111が形成されており、シードCu膜11
1の内側にはメッキCu膜112が埋設されており、シ
ードCu膜111とメッキCu膜112とによりCu配
線を形成している。
109、HSQ膜113が順次積層して形成されてい
る。HSQ膜108、PAE膜109、HSQ膜113
には開口部が形成されており、開口部内壁にはTaN膜
110が形成されている。TaN膜110の内側にはシ
ードCu膜111が形成されており、シードCu膜11
1の内側にはメッキCu膜112が埋設されており、シ
ードCu膜111とメッキCu膜112とによりCu配
線を形成している。
【0044】この第2の実施の形態では、従来のSiN
の誘電率が7〜8であるのに対し、HSQの誘電率が3
であるため、上下Cu配線間の配線間容量を低減するこ
とができる。
の誘電率が7〜8であるのに対し、HSQの誘電率が3
であるため、上下Cu配線間の配線間容量を低減するこ
とができる。
【0045】次に、図12に示す半導体装置の製造方法
を図13〜図17の工程断面図を参照して説明する。
を図13〜図17の工程断面図を参照して説明する。
【0046】まず、図13(A)に示すように、Cu配
線101上にHSQ膜102を約1000Å塗布・焼成
し、その上にPAE膜103を約4000Å塗布・焼成
する。さらに、その上にHSQ膜107を1500Å塗
布・焼成する。
線101上にHSQ膜102を約1000Å塗布・焼成
し、その上にPAE膜103を約4000Å塗布・焼成
する。さらに、その上にHSQ膜107を1500Å塗
布・焼成する。
【0047】その後、図13(B)に示すように、HS
Q膜107上にフォトレジスト114を形成してフォト
レジスト114をパターニングし、図13(C)に示す
ように、そのフォトレジスト114をマスクにしてHS
Q膜107を加工する。
Q膜107上にフォトレジスト114を形成してフォト
レジスト114をパターニングし、図13(C)に示す
ように、そのフォトレジスト114をマスクにしてHS
Q膜107を加工する。
【0048】次に、図13(D)に示すように、フォト
レジスト114とPAE膜103とを同時にO2 ガスに
よりエッチング除去する。このとき、HSQ膜102を
エッチングストッパーとする。次に、図14(E)に示
すように、全体をエッチバックし、Cu配線101を露
出させる。
レジスト114とPAE膜103とを同時にO2 ガスに
よりエッチング除去する。このとき、HSQ膜102を
エッチングストッパーとする。次に、図14(E)に示
すように、全体をエッチバックし、Cu配線101を露
出させる。
【0049】その後、図14(F)に示すように、Ta
N膜104をイオン化スパッタ法により約200Å形成
する。次に、図14(G)に示すように、シードCu膜
105をイオン化スパッタ法により300Å形成し、メ
ッキCu膜106を埋設する。次に、図14(H)に示
すように、余分なメッキCu膜106、シードCu膜1
05、TaN膜104をCMP法により除去する。
N膜104をイオン化スパッタ法により約200Å形成
する。次に、図14(G)に示すように、シードCu膜
105をイオン化スパッタ法により300Å形成し、メ
ッキCu膜106を埋設する。次に、図14(H)に示
すように、余分なメッキCu膜106、シードCu膜1
05、TaN膜104をCMP法により除去する。
【0050】次に、図15(I)に示すように、全面に
HSQ膜108を1000Å塗布・焼成し、その上に、
図15(J)に示すように、PAE膜109を4000
Å形成する。その後、図15(K)に示すように、HS
Q膜113を1500Å塗布・焼成する。
HSQ膜108を1000Å塗布・焼成し、その上に、
図15(J)に示すように、PAE膜109を4000
Å形成する。その後、図15(K)に示すように、HS
Q膜113を1500Å塗布・焼成する。
【0051】次に、図16(L)に示すように、溝配線
形成予定部分にフォトレジスト115をパターニング
し、図16(M)に示すように、そのフォトレジスト1
15をマスクにHSQ膜113を加工する。
形成予定部分にフォトレジスト115をパターニング
し、図16(M)に示すように、そのフォトレジスト1
15をマスクにHSQ膜113を加工する。
【0052】次に、図16(N)に示すように、フォト
レジスト115とPAE膜109とを同時にO2 ガスに
よりエッチング除去し、その後、図17(O)に示すよ
うに、HSQ膜108をエッチバックしてシードCu膜
105、メッキCu膜106を露出させる。
レジスト115とPAE膜109とを同時にO2 ガスに
よりエッチング除去し、その後、図17(O)に示すよ
うに、HSQ膜108をエッチバックしてシードCu膜
105、メッキCu膜106を露出させる。
【0053】次に、図17(P)に示すように、TaN
膜110、シードCu膜111を順次スパッタ法により
それぞれ200Å、300Å形成し、メッキCu膜11
2を埋設する。その後、図17(Q)に示すように、余
分なメッキCu膜112、シードCu膜111、TaN
膜110をCMP法により除去する。
膜110、シードCu膜111を順次スパッタ法により
それぞれ200Å、300Å形成し、メッキCu膜11
2を埋設する。その後、図17(Q)に示すように、余
分なメッキCu膜112、シードCu膜111、TaN
膜110をCMP法により除去する。
【0054】上述した工程により、図12に示す半導体
装置を得ることができる。
装置を得ることができる。
【0055】なお、上述した第1及び第2の実施の形態
では、2層配線構造の場合について説明したが、本発明
は、より多層の配線構造にも適用あるものである。
では、2層配線構造の場合について説明したが、本発明
は、より多層の配線構造にも適用あるものである。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の実
施の形態では、HSQ膜がCu拡散バリア性に優れてい
るため、Cu膜の下の密着用メタルとしてCuの拡散バ
リア性のないものを使用しても配線間リーク電流が発生
しない。また、Cu膜の下の密着用メタルは、Cu−C
MPでCuと選択比が低いものを選択できるため、Cu
のディッシング、リセスが発生しない。
施の形態では、HSQ膜がCu拡散バリア性に優れてい
るため、Cu膜の下の密着用メタルとしてCuの拡散バ
リア性のないものを使用しても配線間リーク電流が発生
しない。また、Cu膜の下の密着用メタルは、Cu−C
MPでCuと選択比が低いものを選択できるため、Cu
のディッシング、リセスが発生しない。
【0057】また、本発明の第2の実施の形態では、従
来のSiNの誘電率が7〜8であるのに対し、HSQの
誘電率が3であるため、上下Cu配線間の配線間容量を
低減することができる。
来のSiNの誘電率が7〜8であるのに対し、HSQの
誘電率が3であるため、上下Cu配線間の配線間容量を
低減することができる。
【図1】本発明の半導体装置の第1の実施の形態を示す
断面図である。
断面図である。
【図2】P型シリコン基板上に低誘電率膜を乗せ、Hg
電極を付けて電界をかけた時に流れるリーク電流を測定
した特性図(熱処理を行わなかった場合)である。
電極を付けて電界をかけた時に流れるリーク電流を測定
した特性図(熱処理を行わなかった場合)である。
【図3】P型シリコン基板上に低誘電率膜を乗せ、Hg
電極を付けて電界をかけた時に流れるリーク電流を測定
した特性図(熱処理を行った場合)である。
電極を付けて電界をかけた時に流れるリーク電流を測定
した特性図(熱処理を行った場合)である。
【図4】P型シリコン基板上にTa、Cu、低誘電率膜
を乗せ、Hg電極を付けて電界をかけた時に流れるリー
ク電流を測定した特性図(熱処理を行わなかった場合)
である。
を乗せ、Hg電極を付けて電界をかけた時に流れるリー
ク電流を測定した特性図(熱処理を行わなかった場合)
である。
【図5】P型シリコン基板上にTa、Cu、低誘電率膜
を乗せ、Hg電極を付けて電界をかけた時に流れるリー
ク電流を測定した特性図(熱処理を行った場合)であ
る。
を乗せ、Hg電極を付けて電界をかけた時に流れるリー
ク電流を測定した特性図(熱処理を行った場合)であ
る。
【図6】シムス分析により深さ方向のCuの濃度を測定
した特性図である。
した特性図である。
【図7】HSQ膜の熱処理前後のCu濃度を測定した特
性図である。
性図である。
【図8】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の
製造方法を説明する工程断面図である。
製造方法を説明する工程断面図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の
製造方法を説明する工程断面図である。
製造方法を説明する工程断面図である。
【図10】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を説明する工程断面図である。
の製造方法を説明する工程断面図である。
【図11】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を説明する工程断面図である。
の製造方法を説明する工程断面図である。
【図12】本発明の半導体装置の第2の実施の形態を示
す断面図である。
す断面図である。
【図13】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を説明する工程断面図である。
の製造方法を説明する工程断面図である。
【図14】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を説明する工程断面図である。
の製造方法を説明する工程断面図である。
【図15】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を説明する工程断面図である。
の製造方法を説明する工程断面図である。
【図16】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を説明する工程断面図である。
の製造方法を説明する工程断面図である。
【図17】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を説明する工程断面図である。
の製造方法を説明する工程断面図である。
【図18】従来の半導体装置の断面図である。
【図19】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。
図である。
【図20】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。
図である。
【図21】ビア・ホールの側壁にCuが付着する状態を
説明する図である。
説明する図である。
【図22】目ずれを起こしてバリアメタルの膜厚が薄く
なってしまう状態を示す図である。
なってしまう状態を示す図である。
1,101 Cu配線 2,7,8,13 プラズマSiN膜 3,9,102,107,108,113 HSQ膜 4,10 W膜 5,11,105,111 シードCu膜 6,12,106,112 メッキCu膜 14,15,114,115 フォトレジスト 103,109 PAE膜 104,110 TaN膜
フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH11 HH19 JJ11 JJ19 MM01 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 PP28 QQ09 QQ37 QQ48 RR01 RR06 RR21 SS15 SS22 TT02 TT04 WW04 XX14 XX24 XX28 5F058 AA10 AD01 AD05 AD09 AD10 AF04 AG01 AH01 AH02 BA20 BD02 BD04 BD10 BD19 BF07 BF46 BJ01 BJ02
Claims (9)
- 【請求項1】複数のCu配線を有する半導体装置におい
て、絶縁膜として少なくとも1部にHSQ(Hydro
gen Silsesquioxane)を用いた材料
を使用し、そのHSQと接する部分のCu濃度が1019
atoms/cm3 以上であることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項2】複数のCu配線を有する半導体装置におい
て、絶縁膜として少なくとも1部にHSQを用いた材料
を使用し、HSQとCu配線との間に密着用メタルを有
することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】前記密着用メタルは、Cuと研磨レートの
差が小さいことを特徴とする請求項2に記載の半導体装
置。 - 【請求項4】前記密着用メタルがW(タングステン)で
あることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体
装置。 - 【請求項5】複数のCu配線を有する半導体装置の製造
方法において、 第1のCu配線上にCu拡散バリア性を有する第1の低
誘電率層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第1の低誘電率層間絶縁膜にビアホールを形成し、
ビアホール内部にCuを埋設してCuプラグを形成する
工程と、 さらに、全面にCu拡散バリア性を有する第2の低誘電
率層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第2の低誘電率層間絶縁膜に開口部を形成し、開口
部内部にCuを埋設して前記Cuプラグに接続される第
2のCu配線を形成する工程と、を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】前記Cuプラグの側壁に前記第1の低誘電
率層間絶縁膜とCuプラグとの密着性を高めるための密
着用メタルを形成する工程を含むことを特徴とする請求
項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】前記第1および第2の低誘電率層間絶縁膜
がHSQ膜であることを特徴とする請求項5または6に
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】前記密着用メタルは、Cuと研磨レートの
差が小さいことを特徴とする請求項6または7に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】前記密着用メタルがW(タングステン)で
あることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の
半導体装置の製造方法。
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US09/627,418 US7148571B1 (en) | 1999-07-30 | 2000-07-27 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
TW089115207A TW473922B (en) | 1999-07-30 | 2000-07-28 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11217085A JP2001044202A (ja) | 1999-07-30 | 1999-07-30 | 半導体装置及びその製造方法 |
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---|---|
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ID=16698605
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-
1999
- 1999-07-30 JP JP11217085A patent/JP2001044202A/ja active Pending
-
2000
- 2000-07-26 KR KR10-2000-0042957A patent/KR100370791B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2000-07-27 US US09/627,418 patent/US7148571B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-07-28 TW TW089115207A patent/TW473922B/zh not_active IP Right Cessation
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