JP2001127159A - Manufacturing method for semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method for semiconductor device

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JP2001127159A
JP2001127159A JP2000288150A JP2000288150A JP2001127159A JP 2001127159 A JP2001127159 A JP 2001127159A JP 2000288150 A JP2000288150 A JP 2000288150A JP 2000288150 A JP2000288150 A JP 2000288150A JP 2001127159 A JP2001127159 A JP 2001127159A
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JP
Japan
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film
insulating film
wiring
forming
oxide film
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Application number
JP2000288150A
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Japanese (ja)
Inventor
Iku Mikagi
郁 三ケ木
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To oxidize the surface of Cu to increase resistance by forming an insulation film coating a Cu wiring and also diffuse Cu onto the insulation film, so that insulation effects are lowered to easily generate a leak in a semiconductor device using Cu as a wiring layer. SOLUTION: A first insulation film 104a is formed on a semiconductor substrate 101, and metal wirings 106a, 107a, 106b structured by a conductive film of a single layer or a plurality of layers in which a main conductive layer is composed of Cu or a Cu alloy are formed on this first insulation film, and this wiring is coated with a second insulation film 108a. Impurities such as P, B, As, Pb, N, or the like are led into this second insulation film, whereby a region where Cu of a wiring is exposed can be set to be in a state of coming into contact with the insulation film having high diffusion preventing capacity of Cu, and in the peripheries of the wiring, oxidation prevention of Cu, diffusion prevention of Cu, and improvements in electro-migration resistance and stress migration resistance of Cu are possible, and a third insulation film 110a is formed thereon.

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に関し、
特に銅配線を絶縁膜で被覆した構造を有する半導体装置
の製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device,
In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a structure in which copper wiring is covered with an insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の配線層としてCu(銅)配
線が用いられるが、Cuは酸化の進行が速いためにCu
配線上に絶縁膜を形成する際に、Cu表面が酸化された
り、Cuが絶縁膜中に拡散して配線抵抗の増大や配線リ
ークを生じるという問題がある。このような、Cu配線
に伴う問題を解消するための技術として、竹脇らがCu
配線周囲の耐酸化性を高める構造とその製造方法を提案
している。(1995年電気情報通信学会エレクトロニ
クスソサイエティ大会講演論文集2,講演番号C−41
8,ppl15−116)。この技術を図3の工程断面
図に示す。先ず、図3(a)に示すように、Si基板1
01上にSi酸化膜104aを形成し、続いてCu膜1
07aで形成された配線を形成する。続いて、図3
(b)に示すように、Si基板101を加熱しながらモ
ノシラン(SiH4)ガス109cに曝して、CuとS
iH4ガス中のSiを反応させ、配線の表面にCuxS
iy層(x,yは整数、以下、Cuシリサイド層)10
7cを形成し、このCuシリサイド層107cによりC
u膜107aの酸化を防止している。
2. Description of the Related Art A Cu (copper) wiring is used as a wiring layer of a semiconductor device.
When an insulating film is formed on a wiring, there is a problem that the surface of Cu is oxidized, or Cu diffuses into the insulating film to cause an increase in wiring resistance and a wiring leak. As a technique for solving such a problem associated with Cu wiring, Takewaki et al.
A structure for improving the oxidation resistance around the wiring and a manufacturing method thereof are proposed. (1995 IEICE Electronics Society Conference Proceedings 2, Lecture No. C-41
8, ppl 15-116). This technique is shown in the process sectional view of FIG. First, as shown in FIG.
01, a Si oxide film 104a is formed thereon,
The wiring formed at 07a is formed. Subsequently, FIG.
As shown in (b), the Si substrate 101 is exposed to a monosilane (SiH 4 ) gas 109c while heating, so that Cu and S
The SiH in the iH 4 gas is reacted, and CuxS
iy layer (x and y are integers, hereinafter, Cu silicide layer) 10
7c, and the Cu silicide layer 107c forms C
The oxidation of the u film 107a is prevented.

【0003】一方、宮崎らはCu配線上への層間絶縁膜
形成時のCuの酸化を防止する手法を提唱している(1
995年電気情報通信学会エレクトロニクスソサイエテ
ィ大会講演論文集2,講演番号C−419,ppl17
−118)。この技術を図4の工程断面図に示す。先
ず、図4(a)に示すように、Si基板101上に形成
されたBPSG膜104c上にタングステン(W)膜1
06d、Cu膜107a、W膜106eを順次形成し、
図外の絶縁膜をエッチングマスクとし、四塩化シリコン
(SiCl4)+窒素(N2)+酸素(O2)の混合ガス
をエッチングガスとした、250℃での高温反応性イオ
ンエッチング法により、前記3つの導電層を順次エッチ
ングしてW膜106e、Cu膜107a、W膜106d
の積層膜より構成されるCu配線を形成する。さらに、
図4(b)のように、テトラ・エトキシ・シラン(Te
tra Ethoxy Silane、以下、TEO
S)+O2の混合ガスを用いたプラズマCVD法によ
り、Cu配線上にSi酸化膜であるプラズマTEOS酸
化膜(PE−TEOS酸化膜)108dを形成するもの
である。この高温の反応性イオンエッチング工程ではC
u配線の側壁部にシリコン酸化膜系の側壁保護膜(図示
せず)が形成され、さらにTEOS存在下ではCuの酸
化が非常に遅いため、絶縁膜形成時のCuの酸化は実用
上問頴にならないとしている。
On the other hand, Miyazaki et al. Have proposed a method of preventing oxidation of Cu when an interlayer insulating film is formed on a Cu wiring (1).
Proceedings of the IEICE Electronics Society Conference 995, Lecture No. C-419, ppl17
-118). This technique is shown in the process sectional view of FIG. First, as shown in FIG. 4A, a tungsten (W) film 1 is formed on a BPSG film 104c formed on a Si substrate 101.
06d, a Cu film 107a, and a W film 106e are sequentially formed,
A high-temperature reactive ion etching method at 250 ° C. using an insulating film (not shown) as an etching mask and a mixed gas of silicon tetrachloride (SiCl 4 ) + nitrogen (N 2 ) + oxygen (O 2 ) as an etching gas is used. The three conductive layers are sequentially etched to form a W film 106e, a Cu film 107a, and a W film 106d.
Is formed. further,
As shown in FIG. 4B, tetraethoxysilane (Te
tra Ethoxy Silane, hereinafter TEO
A plasma TEOS oxide film (PE-TEOS oxide film) 108d, which is a Si oxide film, is formed on a Cu wiring by a plasma CVD method using a mixed gas of S) + O 2 . In this high temperature reactive ion etching step, C
A silicon oxide film-based side wall protective film (not shown) is formed on the side wall of the u wiring, and Cu oxidation is very slow in the presence of TEOS. It does not become.

【0004】また、特開平3−289156号公報に
は、同様に宮崎によって、Cu上に形成する絶縁膜自体
にCuに対する拡散防止能力を持たせる技術が提案され
ている。この技術は、図5に工程断面図を示すように、
先ず、図5(a)に示すように、選択酸化法によリp型
のSi基板101上にフィールド酸化膜102を形成し
た後、イオン注入法によりn型拡散層103を形成し、
その上層に膜厚300nmでB濃度1.0mol%、P
濃度4.0mol%のホウ素−リンンガラス膜(BPS
G膜)104cを形成後、窒素雰囲気中850℃,20
分の熱処理を行う。続いて、前記BPSG膜104cに
層間接続孔105bを開口した後、図5(b)のよう
に、厚さ100nmのTiN膜106aと厚さ500n
mのCu膜107aをスパッタ法により形成し、BCl
3ガスによリドライエッチしてCu/TiN配線とす
る。さらに、図5(c)のように、膜厚1000nm、
P濃度1.2mol%のPSG膜108bをCVD法に
より形成し、層間接続孔105cを開口する。続いて、
図5(d)のように厚さ100nmのTiN膜106c
と厚さ500nmのCu膜107bをスパッタ法により
形成し、BCl3ガスによリドライエッチしてCu/T
iN配線とし、その上層に膜厚1000nm、P濃度
1.2mol%のPSG膜108cを形成する。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-289156, Miyazaki also proposes a technique in which an insulating film itself formed on Cu has a capability of preventing Cu from diffusing. In this technique, as shown in FIG.
First, as shown in FIG. 5A, after a field oxide film 102 is formed on a p-type Si substrate 101 by a selective oxidation method, an n-type diffusion layer 103 is formed by an ion implantation method.
On top of this, a B concentration of 1.0 mol% and a P concentration of 300 nm
A 4.0 mol% boron-phosphorus glass film (BPS)
G film) 104c, and then formed at 850 ° C., 20
Heat treatment for a minute. Subsequently, after an interlayer connection hole 105b is opened in the BPSG film 104c, as shown in FIG. 5B, a TiN film 106a having a thickness of 100 nm and a
m Cu film 107a is formed by sputtering,
A dry etching is performed with three gases to form Cu / TiN wiring. Further, as shown in FIG.
A PSG film 108b having a P concentration of 1.2 mol% is formed by a CVD method, and an interlayer connection hole 105c is opened. continue,
As shown in FIG. 5D, a TiN film 106c having a thickness of 100 nm is formed.
And a Cu film 107b having a thickness of 500 nm are formed by sputtering, and dry-etched with BCl 3 gas to form Cu / T
A PSG film 108c having a thickness of 1000 nm and a P concentration of 1.2 mol% is formed thereon as an iN wiring.

【0005】この手法により形成したn型拡散層とSi
基板とで構成されるpn接合のリーク電流を測定したと
ころ、Al−Si電極と同等の特性が得られる。また、
この手法においては、PSG膜をスバッタ法により堆積
したSiO2やプラズマCVD法で堆積したSiO2,S
iNあるいはSiONへのPイオン注入やPOCl3
囲気アニールにより形成したり、4mol%のPを含有
するシリコーン樹脂とPを含まないSiO2膜との積層
構造としてもよいことを示している。
An n-type diffusion layer formed by this method and Si
When the leakage current of the pn junction formed with the substrate was measured, characteristics equivalent to those of the Al-Si electrode were obtained. Also,
In this approach, SiO 2, S deposited with SiO 2 or a plasma CVD method and the PSG film is deposited by Subatta method
This indicates that P ions may be implanted into iN or SiON or annealing may be performed in a POCl 3 atmosphere, or a laminated structure of a silicon resin containing 4 mol% of P and a SiO 2 film containing no P may be used.

【0006】また、特開平7−176612号公報に
は、本間により、Cu配線表面の酸化の防止、接続抵抗
の増大の抑制、回路動作の高速化を目的とした半導体装
置とその製造方法が提案されている。図6はその工程断
面図である。先ず、図6(a)に示すようにSi基板1
01上に厚さ約500nmのSi酸化膜104aを形成
し、その上に配線を構成する厚さ50nmのTi膜10
6f、厚さ100nmのTiN膜106a、厚さ約80
0nmのCu膜107aをスパッタ法により順次形成
し、常法によりCu膜、TiN膜およぴTi膜をエッチ
ングして配線を形成する。さらに、図6(b)のよう
に、配線上に厚さ約500nmのフッ素(F)含有Si
酸化膜108eをトリエトキシフルオロシラン(FSi
(OC253))とO2をソースとしたプラズマCVD
法により、圧力10Torr、基板温度50℃の条件で
形成し、続いてシラノール溶液を塗布した後、トリエト
キシフルオロシランの蒸気を拡散せしめて、厚さ約30
0nmのフッ素含有スピンオングラス膜110cを形成
する。続いて、図6(c)のように、厚さ約400nm
の第2のF含有Si酸化膜110dを形成した後、層間
接続孔を開口し、第1層目と同様の手法を用いて第2層
日のTi膜106g、TiN膜106c、Cu膜107
bより構成されるCu配線を形成する。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-176612 proposes a semiconductor device for preventing oxidation of the Cu wiring surface, suppressing an increase in connection resistance, and increasing the speed of circuit operation, and a method of manufacturing the same. Have been. FIG. 6 is a sectional view of the process. First, as shown in FIG.
An Si oxide film 104a having a thickness of about 500 nm is formed on the O.01, and a 50 nm thick Ti film 10
6f, a 100 nm thick TiN film 106a, a thickness of about 80
A Cu film 107a having a thickness of 0 nm is sequentially formed by a sputtering method, and the Cu film, the TiN film, and the Ti film are etched by a conventional method to form wiring. Further, as shown in FIG. 6B, a fluorine (F) -containing Si
The oxide film 108e is made of triethoxyfluorosilane (FSi
Plasma CVD using (OC 2 H 5 ) 3 )) and O 2 as source
The pressure is 10 Torr and the substrate temperature is 50 ° C., and then a silanol solution is applied. Then, the vapor of triethoxyfluorosilane is diffused to a thickness of about 30 μm.
A 0 nm fluorine-containing spin-on-glass film 110c is formed. Subsequently, as shown in FIG.
After the formation of the second F-containing Si oxide film 110d, an interlayer connection hole is opened, and the Ti film 106g, the TiN film 106c, and the Cu film 107 on the second layer are formed by using the same technique as the first layer.
A Cu wiring composed of b is formed.

【0007】この公報の技術によれば、Cu配線上への
絶縁膜形成がCuの酸化温度よりも低温で行われ、かつ
絶縁膜の比誘電率も従来のSi酸化膜よりも低いため、
高い歩留と良好な電気特性が得られる。また、同公報に
は、Cu配線の側壁部にTi含有タングステン膜(以
下、Ti−W膜)のサイドウォールを形成してCu配線
を保護する手法や、過飽和状態のケイフッ化水素酸水溶
液を用いた液相成長法により、35℃と言うCuの酸化
温度よりも低い温度でCu配線の隙間のみに選択的に厚
さ約900nmのF含有Si酸化膜を形成する手法も述
べられている。
According to the technique disclosed in this publication, the formation of the insulating film on the Cu wiring is performed at a temperature lower than the oxidation temperature of Cu, and the relative dielectric constant of the insulating film is lower than that of the conventional Si oxide film.
High yield and good electrical characteristics can be obtained. Further, the publication discloses a technique for forming a sidewall of a Ti-containing tungsten film (hereinafter, Ti-W film) on a side wall of a Cu wiring to protect the Cu wiring, and using a supersaturated aqueous hydrofluoric acid solution. There is also described a method of selectively forming an F-containing Si oxide film having a thickness of about 900 nm only in a gap between Cu wirings at a temperature lower than the Cu oxidation temperature of 35 ° C. by a liquid phase growth method.

【0008】一方、特開昭63−299250号公報に
は、星野によりCu配線の表面保護法が提案されてい
る。図7はその工程断面図である。先ず、図7(a)に
示すように、Si基板101上のSi酸化膜104aの
上層にTi膜106f、TiN膜106a、Cu膜10
7aを順次形成し、その上で最初にCu膜107aをパ
ターニングし、得られたCuパターンをマスクとしてT
iN膜106aとTi膜106fをパターニングしてC
u配線を形成する。続いて、図7(b)のように、Cu
配線を含むSi酸化膜104a上にSi膜109dを1
0〜50nmの厚さに推積する。さらに、図7(c)の
ように、800℃〜1000℃、O2雰囲気中で熱処理
を行うと、Cuと接触している部分のSi膜109dは
Cu中に拡散してCu−Si合金となり、さらに雰囲気
中のO2によリCu−Si合金はO2を取り込んでSiO
2となって、Cu−SiO2合金107dとなり、Cuの
結晶粒界にSiO2が入り込んでCuの酸化が防止され
る。この際、Cuと接触していない領域のSi膜はO2
により酸化してSi酸化膜となる。
On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-299250, Hoshino proposed a surface protection method for Cu wiring. FIG. 7 is a sectional view of the process. First, as shown in FIG. 7A, a Ti film 106f, a TiN film 106a, and a Cu film 10 are formed on the Si oxide film 104a on the Si substrate 101.
7a are sequentially formed, and the Cu film 107a is first patterned thereon, and T
The iN film 106a and the Ti film 106f are patterned to form C
A u wiring is formed. Subsequently, as shown in FIG.
One Si film 109d is formed on the Si oxide film 104a including the wiring.
Accumulate to a thickness of 0 to 50 nm. Further, as shown in FIG. 7C, when heat treatment is performed at 800 ° C. to 1000 ° C. in an O 2 atmosphere, a portion of the Si film 109d in contact with Cu diffuses into Cu to become a Cu—Si alloy. In addition, the Cu-Si alloy incorporates O 2 by O 2 in the atmosphere to form SiO 2.
As a result, Cu-SiO 2 alloy 107d is formed, and SiO 2 enters the crystal grain boundaries of Cu to prevent oxidation of Cu. At this time, the Si film in the region not in contact with Cu is O 2
To form an Si oxide film.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上説明した種々の従
来技術のうち、図3に示した竹脇らの手法は、配線の周
囲にCuシリサイドを形成するため、Cu配線の耐酸化
性、耐食性、耐エレクトロマイグレーション性の改善効
果があり、層間絶縁膜にSi窒化膜を使用する必要がな
いため層間容量は増加しない。しかしながら、その配線
抵抗は、高抵抗なCuシリサイド層の配線全体の表面積
に対する比表面積に依存するため、配線の微細化に伴い
配線の体積に対する表面積の割合は高くなる。そのた
め、微細な配線ほど配線抵抗の増加率は高くなり、半導
体装置の特性低下が生じる。これでは抵抗の低いCuを
配線の主導電層に採用するメリットがなくなる。また、
CuとSiH4の反応は比較的速いためにその制御は簡
単でない。そのため、シリサイドの膜厚制御も難しく、
ウェハ面内やロット内で均一な配線抵抗を得ることが難
しく、安定した電気特性の半導体装置が得難いと言う問
題もある。
Among the various conventional techniques described above, the method of Takewaki et al. Shown in FIG. 3 forms Cu silicide around the wiring, so that the oxidation resistance, corrosion resistance, There is an effect of improving the electromigration resistance, and there is no need to use a Si nitride film for the interlayer insulating film, so that the interlayer capacitance does not increase. However, the wiring resistance depends on the specific surface area of the high-resistance Cu silicide layer with respect to the surface area of the entire wiring, so that the ratio of the surface area to the volume of the wiring increases as the wiring becomes finer. Therefore, the finer the wiring, the higher the rate of increase in the wiring resistance, and the characteristics of the semiconductor device deteriorate. In this case, there is no merit of using Cu having a low resistance for the main conductive layer of the wiring. Also,
Since the reaction between Cu and SiH 4 is relatively fast, its control is not easy. Therefore, it is difficult to control the thickness of the silicide,
There is also a problem that it is difficult to obtain a uniform wiring resistance in a wafer surface or a lot, and it is difficult to obtain a semiconductor device having stable electric characteristics.

【0010】また、図4に示した宮崎らの手法は、Cu
配線エッチング時に配線側壁部にSi酸化膜系の保護膜
を形成し、TEOSソースを用いてSi酸化膜をCu配
線上に形成するため、絶縁膜形成時のCuの酸化を抑制
でき、配線抵抗もほとんど増加しない。また、層間容量
の増加による遅延も起こらない。しかしながら、Cu配
線側壁部の保護膜は導電膜のプラズマエッチング中の非
平衡状態下で形成される熱的安定性の低いものであり、
Cuの拡散防止能力の高いものではない。さらに、TE
OSソースのプラズマCVD法により形成したSi酸化
膜もCuに対するバリア性が高いものではなく、配線を
多層化する際に施される複数回の熱処理によリCuの拡
散や酸化が進行して配線間の電流リーク不良や配線抵抗
上昇が発生する可能性があり、高い製造歩留や長期信頼
性が得難いと言う問題がある。
The method of Miyazaki et al. Shown in FIG.
Since a Si oxide film-based protective film is formed on the side wall of the wiring at the time of wiring etching, and a Si oxide film is formed on the Cu wiring using a TEOS source, Cu oxidation during the formation of the insulating film can be suppressed and the wiring resistance can be reduced. Hardly increases. In addition, there is no delay due to an increase in interlayer capacitance. However, the protective film on the side wall of the Cu wiring has low thermal stability formed under a non-equilibrium state during plasma etching of the conductive film,
It does not have high Cu diffusion preventing ability. Furthermore, TE
The Si oxide film formed by the plasma CVD method of the OS source does not have a high barrier property against Cu, and diffusion and oxidation of Cu progress due to multiple heat treatments performed when the wiring is multilayered. There is a possibility that a current leak failure and an increase in wiring resistance may occur, and there is a problem that it is difficult to obtain a high production yield and long-term reliability.

【0011】また、図5に示したような、PSG膜をは
じめとするPを含有する絶縁膜によるCuの拡散防止は
有効ではあるが、CVD法で形成するPSG膜は段差被
覆性(ステップカバレッジ)が悪く、微細な配線スペー
スヘの適用は不可能である。さらに、Si酸化膜などへ
のPイオン注入やPOCl3雰囲気アニールによるCu
拡散防止絶縁膜の形成は製造工程上において大きな問題
がある。例えば、molオーダに近い濃度のPイオンを
注入するには極めて長い注入時間とコストを要し、また
POC13雰囲気からのP導入には高い温度での熱処理
が必要で、トランジスタや配線への影響が懸念される。
4mol%のPを含有するシリコーン樹脂とPを含まな
いSiO2膜との積層構造を形成する場合でも、シリコ
ーン樹脂は耐熱性、微細加工性、耐湿性などの面で無機
系の絶縁膜と比較して劣っているため、配線の多層化工
程や半導体装置の長期信頼性の面において問題が生じ
る。
Although the diffusion of Cu by an insulating film containing P such as a PSG film as shown in FIG. 5 is effective, the PSG film formed by the CVD method has a step coverage (step coverage). ) Is poor, and application to a fine wiring space is impossible. Further, Cu by P ion implantation or POCl 3 atmosphere annealing to such Si oxide film
The formation of the diffusion prevention insulating film has a serious problem in the manufacturing process. For example, it takes a very long implantation time and cost to implanting P ions at a concentration close to the mol Order, also requires heat treatment at high temperatures in P introduced from POC1 3 atmosphere, the influence of the transistors and wiring Is concerned.
Even when forming a laminated structure of a silicone resin containing 4 mol% of P and a SiO 2 film containing no P, the silicone resin is compared with an inorganic insulating film in terms of heat resistance, fine workability, moisture resistance, and the like. Therefore, there arises a problem in a wiring multi-layering process and a long-term reliability of the semiconductor device.

【0012】さらに、図6に示した本間の手法は、トリ
エトキシフルオロシラン(FSi(OC253)とO2
をソースとしたプラズマCVD法やトリエトキシフルオ
ロシラン蒸気の拡散を用いてCuの酸化温度以下で低誘
電率の絶縁膜を形成するため、確かにCuを酸化させる
ことなく絶縁膜を形成できるが、その絶縁膜自体にはC
uに対するバリア性がなく、また低温で形成しているた
めに安定性に乏しい。そのため、絶縁膜形成後の製造工
程中に行う熱処理によるCuの拡散や、吸湿による半導
体装置の特性低下や長期信頼性の低下が懸念される。こ
の場合、金属(Ti−W合金)膜堆積後に異方性エッチ
バックにより配線側壁をTi−W膜で被覆し、次いで絶
縁膜を形成する手法は上述の問題を解決できる手法では
あるが、微細な配線間スペースではTi−W膜残りによ
る配線間ショートが発生する可能性があり、高い製造歩
留りを得難い。
Further, the method of Honma shown in FIG. 6 uses triethoxyfluorosilane (FSi (OC 2 H 5 ) 3 ) and O 2
In order to form an insulating film having a low dielectric constant below the oxidation temperature of Cu using a plasma CVD method or diffusion of triethoxyfluorosilane vapor with a source of, the insulating film can be formed without oxidizing Cu, The insulating film itself has C
There is no barrier property to u, and since it is formed at a low temperature, the stability is poor. For this reason, there is a concern that diffusion of Cu due to heat treatment performed during the manufacturing process after the formation of the insulating film, deterioration in characteristics of the semiconductor device due to moisture absorption, and deterioration in long-term reliability may occur. In this case, a method of covering the wiring side wall with a Ti-W film by anisotropic etch-back after depositing a metal (Ti-W alloy) film and then forming an insulating film is a method capable of solving the above-mentioned problem, In a space between wirings, a short circuit between wirings due to the remaining Ti-W film may occur, and it is difficult to obtain a high manufacturing yield.

【0013】また、図7に示した星野の手法のように、
Cu上にSi膜を堆積して、熱処理を行って反応層を形
成する手法は、熱処理温度が800℃〜1000℃と高
すぎて配線工程では適用できない。また、Cu−SiO
2合金が形成されるために、竹脇らの手法と同様に配線
の抵抗上昇が生じ、電気抵抗の小さなCuを配線材料と
して使用するメリットをなくしてしまうと言う問題があ
る。
Also, as in the Hoshino method shown in FIG.
The method of depositing a Si film on Cu and performing heat treatment to form a reaction layer cannot be applied in the wiring process because the heat treatment temperature is as high as 800 ° C. to 1000 ° C. Also, Cu-SiO
Since the two alloys are formed, there is a problem that the resistance of the wiring increases as in the method of Takewaki et al., And the merit of using Cu having a small electric resistance as the wiring material is lost.

【0014】本発明の目的は、Cu配線の電気抵抗増大
を防止しながら、Cu配線の耐酸化性の改善やCuの絶
縁膜中への拡散の防止を実現し、半導体装置の長期信頼
性や製造歩留を向上することを可能とした半導体装置の
製造方法を提供するものである。
An object of the present invention is to improve the oxidation resistance of a Cu wiring and prevent diffusion of Cu into an insulating film while preventing an increase in the electrical resistance of the Cu wiring, thereby improving the long-term reliability of a semiconductor device. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can improve a manufacturing yield.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜上に単
層あるいは複数層の導電膜より構成される金属配線を形
成する工程と、前記第1絶縁膜および前記金属配線上に
当該金属配線の酸化温度よりも低い温度で第2絶縁膜を
形成する工程と、前記第2絶縁膜に前記金属の拡散防止
能力のある不純物をプラズマドープ法により導入する工
程とを有する事を特徴とする。また、金属配線として
は、第1絶縁膜上に配線形成溝を開口し、この配線形成
溝中に単層あるいは複数層の導電膜より構成される金属
配線を形成する手法が採用可能である。さらに、前記第
2絶縁膜上に第3絶縁膜を形成する工程を有する事を特
徴とする。
According to the present invention, there is provided a process for forming a first insulating film on a semiconductor substrate, and forming a metal wiring comprising a single layer or a plurality of conductive films on the first insulating film. And forming a second insulating film on the first insulating film and the metal wiring at a temperature lower than an oxidation temperature of the metal wiring, and the second insulating film has an ability to prevent diffusion of the metal. Introducing an impurity by a plasma doping method. Further, as the metal wiring, it is possible to adopt a technique of forming a wiring forming groove on the first insulating film and forming a metal wiring composed of a single layer or a plurality of conductive films in the wiring forming groove. Further, the method is characterized in that a step of forming a third insulating film on the second insulating film is provided.

【0016】ここで、前記金属配線は、主導電層が銅あ
るいは銅を主成分とする合金より構成されることが好ま
しい。また、第2絶縁膜がシリコン酸化膜あるいはフッ
素含有シリコン酸化膜より構成されること、第2絶縁膜
の堆積を銅の酸化温度よりも低い温度で行うこと、第2
絶縁膜の堆積を高密度プラズマを用いた化学的気相成長
により行うこと、第2絶縁膜の堆積をテトラエトキシシ
ランあるいはトリエトキシフルオロシランをソースとし
たプラズマ化学的気相成長により行うことが好ましい。
また、この場合、第2絶縁膜へ導入する不純物が、燐
(P)、硼素(B)、砒素(As)、鉛(Pb)あるい
は窒素(N)のうちの1つあるいは複数の元素より構成
され、第2絶縁膜への不純物導入がプラズマドープ法に
より行われることが好ましい。さらに、第3絶縁膜がシ
リコン酸化膜、フッ素含有シリコン酸化膜、有機化合物
あるいは炭素より構成されることが好ましい。
Here, the metal wiring preferably has a main conductive layer made of copper or an alloy containing copper as a main component. The second insulating film is formed of a silicon oxide film or a fluorine-containing silicon oxide film; the deposition of the second insulating film is performed at a temperature lower than the oxidation temperature of copper;
Preferably, the insulating film is deposited by chemical vapor deposition using high-density plasma, and the second insulating film is deposited by plasma chemical vapor deposition using tetraethoxysilane or triethoxyfluorosilane as a source. .
In this case, the impurity introduced into the second insulating film is composed of one or more of phosphorus (P), boron (B), arsenic (As), lead (Pb), and nitrogen (N). Preferably, the impurity is introduced into the second insulating film by a plasma doping method. Further, it is preferable that the third insulating film is composed of a silicon oxide film, a fluorine-containing silicon oxide film, an organic compound or carbon.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態を製
造工程順に示した縦断面図である。先ず、図1(a)に
示すように、Si基板101上に第1絶縁膜としてSi
酸化膜104aを例えば熱酸化法、あるいはSiH4
亜酸化窒素(N2O)、TEOSとO2を用いたプラズマ
CVD法により約500nmの厚さに形成する。この第
1絶縁膜104aはSi酸化膜に限定されるものではな
く、これ以外にもSi酸化膜に燐(P)やポロン(B)
が含まれたPSG膜やBPSG膜、あるいはポリイミド
などの有機膜でも構わない。また、その形成方法も熱酸
化法やプラズマCVDに限られるものではなく、塗布法
などを用いても構わない。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps. First, as shown in FIG. 1A, a Si substrate 101 is formed on a Si substrate 101 as a first insulating film.
The oxide film 104a is formed to a thickness of about 500 nm by, for example, a thermal oxidation method or a plasma CVD method using SiH 4 and nitrous oxide (N 2 O) or TEOS and O 2 . The first insulating film 104a is not limited to the Si oxide film, and other than this, phosphorus (P) or polon (B)
Or a PSG film or a BPSG film, or an organic film such as polyimide. Further, the forming method is not limited to the thermal oxidation method or the plasma CVD, and a coating method or the like may be used.

【0018】続いて、金属膜として、窒化チタン膜(以
下、TiN膜)106aを、チタン(Ti)のターゲッ
トを用いた反応性スパッタ法により、パワー2.5〜
5.0KW,圧力2〜10mTorrの条件で25〜5
0nmの厚さに形成する。さらに、TiN膜106a上
にCu膜107aをスパッタ法により、パワー2.0〜
5.0KW、圧力2〜10mTorrの条件の下、25
0〜500nmの厚さに形成する。そして、Cu膜10
7a上にTiN膜106bを前記TiN膜106aと同
様の条件によリ25〜50nmの厚さに形成する。これ
により、Cu膜とTiN膜の積層膜が形成される。
Subsequently, as a metal film, a titanium nitride film (hereinafter, referred to as TiN film) 106a is formed by a reactive sputtering method using a titanium (Ti) target to a power of 2.5 to 2.5.
5.0 KW, 25 to 5 under conditions of pressure 2 to 10 mTorr
It is formed to a thickness of 0 nm. Further, a Cu film 107a is formed on the TiN film 106a by sputtering to a power of 2.0 to
Under conditions of 5.0 KW and pressure of 2 to 10 mTorr, 25
It is formed to a thickness of 0 to 500 nm. Then, the Cu film 10
7A, a TiN film 106b is formed to a thickness of 25 to 50 nm under the same conditions as for the TiN film 106a. Thus, a laminated film of the Cu film and the TiN film is formed.

【0019】ここで、前記金属膜としてのTiN膜10
6aと106bは配線の主導電層であるCu膜107a
を構成するCuの酸化やCuの絶縁膜中への拡散の防
止、およぴ下層に存在する絶縁膜との間の密着性を確保
する事を目的として形成されるものであり、この実施形
態のようなTiN膜に限らず、その他にチタン(T
i)、バナジウム(∨)、クロム(Cr)、ジルコニウ
ム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハ
フニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン
(W)やこれらのケイ化物、ホウ化物、窒化物、炭化
物、およぴこれらを含有する合金を用いる事ができる。
また、Cu膜107aも、特性改善を目的として他の元
素が添加されたCuを主成分とするCu合金を用いても
良い。そして、常法によりTiN膜106b、Cu膜1
07a、TiN膜106bをエッチングして、配線パタ
ーン化する。
Here, the TiN film 10 as the metal film is used.
6a and 106b are Cu films 107a which are main conductive layers of wirings
This embodiment is formed for the purpose of preventing oxidation of Cu and diffusion of Cu into the insulating film, and ensuring adhesion between the insulating film and the underlying insulating film. Is not limited to TiN film such as
i), vanadium (∨), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), and silicides and borides thereof , Nitrides, carbides, and alloys containing these can be used.
Also, the Cu film 107a may be made of a Cu alloy containing Cu as a main component to which other elements are added for the purpose of improving characteristics. Then, the TiN film 106b and the Cu film 1 are formed by a conventional method.
07a and the TiN film 106b are etched to form a wiring pattern.

【0020】次いで、図1(b)に示すように、Si酸
化膜104aおよぴ前記した積層構造の配線上にTEO
SをソースとしたプラズマCVD法により、第2絶縁膜
である厚さ約20〜50nmのSi酸化膜104bを堆
積する。この工程ではTEOSが存在するためにCuの
酸化速度は極めて遅くなるが、少なくともCuの酸化温
度よりも低い温度で推積することが望ましい。また、プ
ラズマソースとして電子サイクロトロン共鳴(elct
ron cyclotron resonance)な
どにより発生する高密度プラズマを用い、CVDソース
としてSiH4とO2を用いて、Cuの酸化温度よりも低
い温度でSi酸化膜104bを堆積しても良く、塗布法
によるスピンオングラス膜の形成も可能である。さら
に、堆積する膜の種類も、Si酸化膜に限定せずに、そ
れ以外にもフッ素(F)を含有した比誘電率の小さなS
i酸化膜を用いても良い。
Next, as shown in FIG. 1B, TEO is formed on the Si oxide film 104a and the wiring having the above-mentioned laminated structure.
By a plasma CVD method using S as a source, an approximately 20 to 50 nm thick Si oxide film 104b as a second insulating film is deposited. In this step, the oxidation rate of Cu is extremely slow due to the presence of TEOS. However, it is desirable that the deposition be performed at least at a temperature lower than the oxidation temperature of Cu. In addition, electron cyclotron resonance (elct) is used as a plasma source.
A high-density plasma generated by ron cyclotron resonance or the like may be used, SiH 4 and O 2 may be used as a CVD source, and the Si oxide film 104b may be deposited at a temperature lower than the oxidation temperature of Cu. The formation of a glass film is also possible. Further, the type of the film to be deposited is not limited to the Si oxide film.
An i-oxide film may be used.

【0021】続いて、Si基板101を真空装置(図示
せず)中においてフォスフィン(PH3)ガスのプラズ
マに曝す。このPH3プラズマ処理は、例えば枚葉処理
で行う場合には、PH3ガス流量20〜50sccm、
温度150〜400℃、圧力0.1〜10Torr、パ
ワー0.2〜1.0KW、処理時間1分〜5分の条件で
行う。これにより、図1(c)に示すように、Si酸化
膜104b中には1019〜1021atoms/cm3
リン(P)が導入される。次いで、窒素ガスなどの不活
性雰囲気中、300〜400℃、10〜30分程度の熱
処理を施こす。すると、PH3プラズマ処理条件にも依
存するが、Si酸化膜104b中に導入されたP原子が
安定化して、Si酸化膜104bはPSG膜と同等ある
いは類似した特性を有する不純物含有Si酸化膜108
aとなる。そのため、この不純物含有Si酸化膜108
aはCu原子の拡散防止能力を持つ。これにより、Cu
を主導電層とする配線のCuの露出部分はCuの拡散防
止能力のある絶縁膜と接する構造が得られる。なお、こ
こでは、プラズマドーピングを行う不純物元素としてP
を用いているが、これに限定されるものではなく、その
他に硼素(B)、砒素(As)、鉛(Pb)あるいは窒
素(N)のうちの1つあるいは複数の元素を用いてもよ
い。
Subsequently, the Si substrate 101 is exposed to a phosphine (PH 3 ) gas plasma in a vacuum apparatus (not shown). When the PH 3 plasma treatment is performed, for example, by single-wafer treatment, the PH 3 gas flow rate is 20 to 50 sccm,
The process is performed under the conditions of a temperature of 150 to 400 ° C., a pressure of 0.1 to 10 Torr, a power of 0.2 to 1.0 kW, and a processing time of 1 to 5 minutes. Thereby, as shown in FIG. 1C, phosphorus (P) of 10 19 to 10 21 atoms / cm 3 is introduced into the Si oxide film 104b. Next, heat treatment is performed in an inert atmosphere such as nitrogen gas at 300 to 400 ° C. for about 10 to 30 minutes. Then, although depending on the PH 3 plasma processing conditions, the P atoms introduced into the Si oxide film 104b are stabilized, and the Si oxide film 104b has the impurity-containing Si oxide film 108 having the same or similar characteristics as the PSG film.
a. Therefore, this impurity-containing Si oxide film 108
a has the ability to prevent the diffusion of Cu atoms. Thereby, Cu
A structure is obtained in which the exposed portion of Cu of the wiring having the main conductive layer is in contact with an insulating film having a Cu diffusion preventing ability. Here, P is used as an impurity element for performing plasma doping.
However, the present invention is not limited to this, and one or more of boron (B), arsenic (As), lead (Pb), and nitrogen (N) may be used. .

【0022】続いて、図1(d)に示すように、不純物
含有Si酸化膜108aの上に、例えばプラズマCVD
を用いて、第3絶縁膜であるSi酸化膜110aを50
0〜1000nmの厚さに形成する。この第3絶縁膜も
Si酸化膜に限定されるものではなく、比誘電率が小さ
く回路遅延の抑制に有効な、フッ素(F)を含有したS
i酸化膜や有機化合物膜、炭素膜を用いても良く、その
堆積方法もプラズマCVD法に限定されるものではな
い。このように形成された半導体装置は、配線のCu露
出部分がCuの拡散防止能力のある絶縁膜と接する構造
となっているため、Cuの拡散や酸化を防止できる。ま
た、その製造方法も極めて容易である。(第2の実施形
態)図2は本発明の第2の実施の形態を製造工程順に示
した縦断面図である。先ず、図2(a)に示すように、
Si基板101上に第1絶縁膜である厚さ1000〜1
500nmのSi酸化膜104aをプラズマCVD法に
より形成し、続いて常法であるフォトリソグラフィ技術
と反応性イオンエッチング技術を用いて、幅250〜1
000nm、深さ250〜500nmの配線溝105a
を形成する。ここで、この第1の絶縁膜はSi酸化膜に
限定されるものではなく、これ以外にもSi酸化膜にリ
ン(P)やポロン(B)が含まれたPSG膜やBPSG
膜でも構わない。またその形成方法についても熱酸化法
やプラズマCVD法に限られるものではない。
Subsequently, as shown in FIG. 1D, for example, plasma CVD is performed on the impurity-containing Si oxide film 108a.
The silicon oxide film 110a as the third insulating film is
It is formed to a thickness of 0 to 1000 nm. This third insulating film is not limited to the Si oxide film either, and has a small relative dielectric constant and is effective for suppressing circuit delay.
An i-oxide film, an organic compound film, or a carbon film may be used, and the deposition method is not limited to the plasma CVD method. Since the semiconductor device formed in this manner has a structure in which the Cu exposed portion of the wiring is in contact with the insulating film having the ability to prevent Cu diffusion, diffusion and oxidation of Cu can be prevented. Also, the manufacturing method is very easy. (Second Embodiment) FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps. First, as shown in FIG.
Thickness 1000-1 as a first insulating film on a Si substrate 101
A 500 nm Si oxide film 104a is formed by a plasma CVD method, and subsequently, a width of 250 to 1 is formed using a conventional photolithography technique and a reactive ion etching technique.
000 nm, depth 250-500 nm wiring groove 105a
To form Here, the first insulating film is not limited to the Si oxide film, and may be a PSG film or BPSG film in which phosphorus (P) or polon (B) is contained in the Si oxide film.
It may be a membrane. Also, the forming method is not limited to the thermal oxidation method or the plasma CVD method.

【0023】さらに、図2(b)に示すように、金属膜
としてTiN膜106aをチタンのターゲットを用いた
反応性スパッタ法により、パワー2.5〜5.0KW、
圧力2〜10mTorrの条件で10〜30nmの厚さ
に形成する。このTiN膜106aも第1の発明の実施
の形態と同様に他の材料を用いる事ができる。次いで、
前記TiN膜106a上にCu(HFA)(TMVS)
(Copper Hexa Fluoro Atyet
hylacetonate Tri−Methyl V
inyl Silane Cu(C5HF62)(C5
12Si))を原料とした有機ソースCu−CVD法によ
り、厚さ500〜1000nmのCu膜107aを形成
し、配線溝105aがTiN膜106aとCu膜107
aで充填されるようにする。Cu−CVDは原料ソース
20〜50sccm、キャリアH 2ガス50〜200s
ccm、温度150〜250℃、圧力5〜20Paの条
件で行うと、平滑で高いステップカバレッジのCu膜1
07aを形成する事ができる。
Further, as shown in FIG.
Using a titanium target as the TiN film 106a
By the reactive sputtering method, a power of 2.5 to 5.0 KW,
10-30 nm thickness under pressure 2-10 mTorr
Formed. This TiN film 106a is also an embodiment of the first invention.
Other materials can be used as in the embodiment. Then
Cu (HFA) (TMVS) on the TiN film 106a
(Copper Hexa Fluoro Ayet
hylacetonate Tri-Methyl V
inyl Silane Cu (CFiveHF6OTwo) (CFiveH
12Organic source Cu-CVD method using Si)) as a raw material
To form a Cu film 107a having a thickness of 500 to 1000 nm.
Then, the wiring groove 105a is formed by the TiN film 106a and the Cu film 107.
a. Cu-CVD is a raw material source
20-50 sccm, carrier H TwoGas 50-200s
ccm, temperature 150-250 ° C, pressure 5-20Pa
In this case, the Cu film 1 has a smooth and high step coverage.
07a can be formed.

【0024】そして、図2(c)に示すように、アルミ
ナ(Al23)微粉末と過酸化水素(H22)を主成分
としたスラリーを用いた化学的機械研磨法(Chemi
cal Mechanical Polishing,
以下、CMP法)により、配線溝以外の部分に露出した
Cu膜とTiN膜を研磨、除去してTiN膜106aと
Cu膜107aより構成される溝埋め込み構造のCu配
線を形成する。続いて、図2(d)のように、Si酸化
膜104aおよぴCu配線上にTEOSをソースとした
プラズマCVD法により、第2絶縁膜である厚さ約20
〜50nmのSi酸化膜104bを堆積する。この工程
ではTEOSが存在するために露出した部分のCuの酸
化速度は極めて遅くなるが、少なくともCuの酸化温度
よりも低い温度で堆積することが望ましい。また、プラ
ズマソースとして電子サイクロトロン共鳴(elect
ron cyclotron resonance)な
どにより発生する高密度プラズマを用い、CVDソース
としてSiH4とO2を用いて、Cuの酸化温度よりも低
い温度でSi酸化膜104bを堆積しても良く、また塗
布法によるスピンオングラス膜の形成も可能である。さ
らに、堆積する膜の種類も、Si酸化膜に限定せずに、
それ以外にもフツ素(F)を含有した比誘電率の小さな
Si酸化膜を用いても良い。
Then, as shown in FIG. 2C, a chemical mechanical polishing method (Chemi) using a slurry containing alumina (Al 2 O 3 ) fine powder and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) as main components.
cal Mechanical Polishing,
Hereinafter, the Cu film and the TiN film exposed in portions other than the wiring grooves are polished and removed by a CMP method to form a Cu wiring having a groove filling structure composed of the TiN film 106a and the Cu film 107a. Subsequently, as shown in FIG. 2D, a second insulating film having a thickness of about 20 is formed on the Si oxide film 104a and the Cu wiring by plasma CVD using TEOS as a source.
An Si oxide film 104b of about 50 nm is deposited. In this step, the oxidation rate of Cu in the exposed portion becomes extremely slow due to the presence of TEOS, but it is desirable to deposit at least a temperature lower than the oxidation temperature of Cu. In addition, electron cyclotron resonance (select) is used as a plasma source.
Using a high-density plasma generated by ron cyclotron resonance, etc., using SiH 4 and O 2 as a CVD source, the Si oxide film 104b may be deposited at a temperature lower than the oxidation temperature of Cu, or by a coating method. It is also possible to form a spin-on-glass film. Furthermore, the type of film to be deposited is not limited to the Si oxide film,
In addition, a Si oxide film containing fluorine (F) and having a small relative dielectric constant may be used.

【0025】さらに、図2(e)に示すように、Si基
板101を真空装置(図示せず)中においてアルシン
(AsH3)ガスのプラズマに曝す。このAsH3プラズ
マ処理は、例えば枚葉処理で行う場合には、AsH3
ス流量20〜50sccm、温度150〜400℃、圧
力0.1〜10Torr、パワー0・2〜1・0KW、
処理時間1分〜5分の条件で行う。すると、Si酸化膜
104b中には1019〜1021atoms/cm3の批
素(As)が導入される。次いで、窒素ガスなどの不活
性雰囲気中、300〜400℃、10〜30分程度の熱
処理を施こすと、AsH3プラズマ処理条件にも依存す
るが、Si酸化膜104b中に導入されたAs原子が再
配列、安定化して、Si酸化膜104bは批素ガラス
(ASG:Arsen Silicate Glas
s)膜と同等あるいは類似した特性を有する不純物含有
Si酸化膜108aとなり、Cu原子の拡散防止能力を
持つこととなる。これにより、Cuを主導電層とする溝
配線の表面部に存在するCuの露出領域はCuの拡散防
止能力のある絶縁膜と接する構造が得られる。
Further, as shown in FIG. 2E, the Si substrate 101 is exposed to plasma of arsine (AsH 3 ) gas in a vacuum apparatus (not shown). When the AsH 3 plasma processing is performed by, for example, single-wafer processing, the AsH 3 gas flow rate is 20 to 50 sccm, the temperature is 150 to 400 ° C., the pressure is 0.1 to 10 Torr, the power is 0.2 to 1.0 KW,
The processing is performed under the conditions of a processing time of 1 minute to 5 minutes. Then, critical atoms (As) of 10 19 to 10 21 atoms / cm 3 are introduced into the Si oxide film 104b. Next, when a heat treatment is performed in an inert atmosphere such as nitrogen gas at 300 to 400 ° C. for about 10 to 30 minutes, As atoms introduced into the Si oxide film 104b depend on AsH3 plasma processing conditions. After the rearrangement and stabilization, the Si oxide film 104b becomes a critical glass (ASG: Arsen Silicate Glass).
s) An impurity-containing Si oxide film 108a having the same or similar characteristics as the film is obtained, and has the ability to prevent diffusion of Cu atoms. As a result, a structure is obtained in which the exposed region of Cu existing on the surface of the trench wiring having Cu as the main conductive layer is in contact with the insulating film having the ability to prevent Cu diffusion.

【0026】続いて、図2(f)に示すように、不純物
含有Si酸化膜108aの上に、例えばプラズマCVD
を用いて、第3絶縁膜であるSi酸化膜110aを50
0〜1000nmの厚さで形成する。この絶縁膜もSi
酸化膜に限定されるものではなく、比誘電率が小さく、
回路遅延の抑制に有効な、フッ素(F)を含有したSi
酸化膜や有機化合物膜、炭素膜を用いても良く、その堆
積方法もプラズマCVD注に限定されるものではない。
このように形成された半導体装置は、配線のCu露出部
分がCuの拡散防止能力のある絶縁膜と接する構造とな
っているため、Cuの拡散や酸化を防止できる。また、
その製造方法も極めて容易であることは本発明の第1の
実施の形態と同様である。
Subsequently, as shown in FIG. 2F, for example, plasma CVD is performed on the impurity-containing Si oxide film 108a.
The silicon oxide film 110a as the third insulating film is
It is formed with a thickness of 0 to 1000 nm. This insulating film is also Si
It is not limited to an oxide film, but has a small relative dielectric constant,
Si containing fluorine (F), effective for suppressing circuit delay
An oxide film, an organic compound film, or a carbon film may be used, and the deposition method is not limited to plasma CVD injection.
Since the semiconductor device formed in this manner has a structure in which the Cu exposed portion of the wiring is in contact with the insulating film having the ability to prevent Cu diffusion, diffusion and oxidation of Cu can be prevented. Also,
As in the first embodiment of the present invention, the manufacturing method is extremely easy.

【0027】ここで、前記した第1及び第2の各実施形
態に示した半導体装置の製造方法は、MOS型、あるい
はバイポーラ型等の半導体装置の種類を選ばず適用する
事ができる。
Here, the method of manufacturing the semiconductor device shown in each of the first and second embodiments can be applied to any type of semiconductor device such as a MOS type or a bipolar type.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法は、Cuを主導電材料とする配線を被覆する
絶縁膜に対して、Cuの拡散防止能力を有する不純物を
導入することにより、配線のCuの露出する領域がCu
の拡散防止能力の高い絶縁膜と接する構造が形成でき、
配線の周囲がCuの酸化防止、Cuの拡散防止、Cuの
耐エレクトロマイグレーション性や耐ストレスマイグレ
ーション性の改善に効果的なバリア膜とCuシリサイド
により被覆された構造のCu配線を高い制御性、高い均
一性およぴ高い再現性のもとで形成できる。これによ
り、Cu配線上にSi窒化膜よりも比誘電率は低いが成
膜時にCuを酸化させてしまう可能性のあるSi酸化膜
などの絶縁膜を形成した場合でもCuは酸化されず、C
u配線の長期信頼性が改善される。さらに、Cu配線の
多層化のために複数回の熱処理が加わった場合でも配線
や絶縁膜の特性劣化が生じないため、高い性能と高い長
期信頼性を有する半導体装置を高い歩留で製造できる。
As described above, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises introducing an impurity having a capability of preventing Cu diffusion into an insulating film covering a wiring containing Cu as a main conductive material. The region where the Cu of the wiring is exposed is Cu.
A structure that comes into contact with an insulating film with high diffusion prevention ability can be formed.
Highly controllable, high controllability of Cu wiring with a structure in which the periphery of the wiring is covered with a barrier film and Cu silicide effective for preventing Cu oxidation, preventing Cu diffusion, improving Cu electromigration resistance and stress migration resistance. It can be formed with uniformity and high reproducibility. Thereby, even when an insulating film such as a Si oxide film having a lower relative dielectric constant than the Si nitride film but having a possibility of oxidizing Cu is formed on the Cu wiring, Cu is not oxidized, and C
The long-term reliability of the u wiring is improved. Furthermore, even when heat treatment is performed a plurality of times for multilayering the Cu wiring, the characteristics of the wiring and the insulating film are not deteriorated, so that a semiconductor device having high performance and high long-term reliability can be manufactured with high yield.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態の工程を示す縦断面
図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing steps of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態の工程を示す縦断面
図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a process according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の第1の技術の工程を示す縦断面図であ
る。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a step of the first conventional technique.

【図4】従来の第2の技術の工程を示す縦断面図であ
る。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a process of the second conventional technique.

【図5】従来の第3の技術の工程を示す縦断面図であ
る。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a step of the third conventional technique.

【図6】従来の第4の技術の工程を示す縦断面図であ
る。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a process of a fourth conventional technique.

【図7】従来の第5の技術の工程を示す縦断面図であ
る。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a step of the fifth conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 Si基板 104a Si酸化膜 106a,106b Ti膜 107a Cu膜 108a 不純物含有Si酸化膜 110a Si酸化膜 101 Si substrate 104a Si oxide film 106a, 106b Ti film 107a Cu film 108a Impurity-containing Si oxide film 110a Si oxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/316 H01L 21/90 J 21/3205 21/88 M ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/316 H01L 21/90 J 21/3205 21/88 M

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
程と、前記第1絶縁膜上に単層あるいは複数層の導電膜
より構成される金属配線を形成する工程と、前記第1絶
縁膜および前記金属配線上に前記金属配線の酸化温度よ
りも低い温度で第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2
絶縁膜に前記金属配線の金属拡散防止能力のある不純物
をプラズマドープ法により導入する工程とを有する事を
特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate; a step of forming a metal wiring composed of a single layer or a plurality of conductive films on the first insulating film; Forming a second insulating film on the film and the metal wiring at a temperature lower than an oxidation temperature of the metal wiring;
Introducing an impurity capable of preventing metal diffusion of the metal wiring into the insulating film by a plasma doping method.
【請求項2】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
程と、前記第1絶縁膜上に配線形成溝を開口する工程
と、前記配線形成溝中に単層あるいは複数層の導電膜よ
り構成される金属配線を形成する工程と、前記第1絶縁
膜および前記金属配線上に前記金属配線の酸化温度より
も低い温度で第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶
縁膜に前記金属配線の金属拡散防止能力のある不純物を
プラズマドープ法により導入する工程とを有する事を特
徴とする半導体装置の製造方法。
2. A step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, a step of opening a wiring forming groove on the first insulating film, and a step of forming a single or a plurality of conductive films in the wiring forming groove. Forming a metal wiring to be formed, forming a second insulating film on the first insulating film and the metal wiring at a temperature lower than an oxidation temperature of the metal wiring, and forming the second insulating film on the second insulating film. Introducing an impurity capable of preventing metal diffusion of the metal wiring by a plasma doping method.
【請求項3】 前記第2絶縁膜の上に第3絶縁膜を形成
する工程を有することを特徴とする請求項1又は請求項
2記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, further comprising the step of forming a third insulating film on the second insulating film.
【請求項4】 前記金属配線の主導電層が銅あるいは銅
を主成分とする合金より構成される請求項1ないし3の
いずれか記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the main conductive layer of the metal wiring is made of copper or an alloy containing copper as a main component.
【請求項5】 前記第2絶縁膜がシリコン酸化膜あるい
はフッ素含有シリコン酸化膜より構成される請求項1な
いし4のいずれか記載の半導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the second insulating film is formed of a silicon oxide film or a fluorine-containing silicon oxide film.
【請求項6】 前記第2絶縁膜の堆積を銅の酸化温度よ
りも低い温度で行うことを特徴とする請求項5記載の半
導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the deposition of the second insulating film is performed at a temperature lower than the oxidation temperature of copper.
【請求項7】 前記第2絶縁膜の堆積を高密度プラズマ
を用いた化学的気相成長により行う請求項6記載の半導
体装置の製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the deposition of the second insulating film is performed by chemical vapor deposition using high-density plasma.
【請求項8】 前記第2絶縁膜の堆積をテトラエトキシ
シランあるいはトリエトキシフルオロシランをソースと
したプラズマ化学的気相成長により行う請求項7記載の
半導体装置の製造方法。
8. The method according to claim 7, wherein the deposition of the second insulating film is performed by plasma-enhanced chemical vapor deposition using tetraethoxysilane or triethoxyfluorosilane as a source.
【請求項9】 前記第2絶縁膜へ導入する不純物が、燐
(P)、硼素(B)、砒素(As)、鉛(Pb)あるい
は窒素(N)のうちの1つあるいは複数の元素より構成
される請求項5ないし8のいずれか記載の半導体装置の
製造方法。
9. The method according to claim 1, wherein the impurity introduced into the second insulating film comprises one or more of phosphorus (P), boron (B), arsenic (As), lead (Pb), and nitrogen (N). 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the method comprises:
【請求項10】 前記第3絶縁膜がシリコン酸化膜、フ
ッ素含有シリコン酸化膜、有機化合物あるいは炭素より
構成される請求項3ないし9のいずれか記載の半導体装
置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein said third insulating film is made of a silicon oxide film, a fluorine-containing silicon oxide film, an organic compound or carbon.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005183919A (en) * 2003-12-23 2005-07-07 Hynix Semiconductor Inc Method of manufacturing semiconductor device
US7763979B2 (en) 2003-01-14 2010-07-27 Nec Electronics Corporation Organic insulating film, manufacturing method thereof, semiconductor device using such organic insulating film and manufacturing method thereof

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