JP2001135721A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP2001135721A
JP2001135721A JP31323099A JP31323099A JP2001135721A JP 2001135721 A JP2001135721 A JP 2001135721A JP 31323099 A JP31323099 A JP 31323099A JP 31323099 A JP31323099 A JP 31323099A JP 2001135721 A JP2001135721 A JP 2001135721A
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Japan
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layer
insulating film
wiring
groove
metal
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JP31323099A
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Japanese (ja)
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Hisanori Komai
尚紀 駒井
Takeshi Nogami
毅 野上
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve electromigration resistance of a semiconductor device by suppressing the occurrence of leakage currents between wirings due to diffusion of copper into an insulating film and enhancing the characteristic of a metallic layer for capable of being embedded by embedding at least a connecting hole with a barrier layer which prevents the copper diffusion and a metallic compound layer which functions as a seed for copper plating. SOLUTION: A semiconductor device is provided with a first wiring 14 formed in a substrate 10, first and second insulating films 15 and 18 formed on the substrate 10 so as to cover the wiring 14, a groove 22 formed into the second insulating film 18. The device is also provided with a connection hole 21 formed from the bottom of the groove 22 to the wiring 14 through the first insulating film 15, a metallic compound layer 24, which is formed to embed at least part of the hole 21 and to cover the internal surface of the groove as a seed layer for plating and also as a barrier layer which prevents the diffusion of a metal, and a second wiring 27 formed in the groove 22 via the compound layer 24.

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、半導体装置および
その製造方法に関し、詳しくは絶縁膜に形成した溝や接
続孔のアスペクト比を低減してからメッキ法により導電
体材料を埋め込むことで配線やプラグを形成した半導体
装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to reducing the aspect ratio of a groove or a connection hole formed in an insulating film and then embedding a conductive material by plating to form a wiring or wiring. The present invention relates to a semiconductor device having a plug and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、LSIの配線材料にはアルミニウ
ム合金が広く用いられてきたが、LSIの微細化、高速
化の要求が高まるにつれて、アルミニウム合金配線では
十分な性能、特に高信頼性化、低抵抗化の確保が難しく
なってきた。この対策として、アルミニウム合金よりも
エレクトロマイグレーション耐性に優れ、かつ低い抵抗
を有する銅配線技術が注目され、実用化に向けて検討が
なされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, aluminum alloys have been widely used as wiring materials for LSIs. However, as the demand for finer and faster LSIs has increased, aluminum alloy wirings have had sufficient performance, especially high reliability. It has become difficult to secure low resistance. As a countermeasure for this, a copper wiring technique which has higher electromigration resistance and lower resistance than aluminum alloys has attracted attention and has been studied for practical use.

【0003】銅配線の形成は、一般に銅のドライエッチ
ングが容易でないために、溝配線による方法が有望視さ
れている。溝配線は、酸化シリコン等の層間絶縁膜に予
め所定の溝を形成し、その溝に配線材料を埋め込んだ
後、余剰の配線材料を化学的機械研磨等により除去する
ことで形成される。
[0003] In the formation of copper wiring, a method using trench wiring is expected to be promising because dry etching of copper is generally not easy. The groove wiring is formed by forming a predetermined groove in an interlayer insulating film such as silicon oxide in advance, embedding a wiring material in the groove, and removing excess wiring material by chemical mechanical polishing or the like.

【0004】溝配線の製造方法では、電解メッキ法、化
学的気相成長法、スパッタリングとリフロー法、高圧リ
フロー法等が検討されているが、微細な孔や溝への埋め
込み能力が高い銅の電解メッキ法が特に重要視されてい
る。
As a method of manufacturing a groove wiring, electrolytic plating, chemical vapor deposition, sputtering and reflow, high-pressure reflow, and the like have been studied. However, copper having a high ability to be embedded in fine holes and grooves has been studied. Of particular importance is the electrolytic plating method.

【0005】電解メッキ法により銅を溝および接続孔に
埋め込むプロセスの一例を以下に説明する。
An example of a process for embedding copper in a groove and a connection hole by an electrolytic plating method will be described below.

【0006】下層配線を覆う状態に酸化シリコン系材料
で層間絶縁膜を形成し、その層間絶縁膜に配線溝とその
配線溝底部に接続孔とを形成した後、スパッタリングに
よって、配線溝および接続孔に内面にバリア層として例
えば窒化タンタルを膜を30nmの厚さに形成する。こ
のとき、層間絶縁膜上にもバリア層が形成される。この
窒化タンタルからなるバリア層は、酸化シリコン等で形
成されている層間絶縁膜中に銅が拡散するのを防ぐ機能
を有する。次いでスパッタリングによって銅を100n
mの厚さに成膜して銅シード層を形成する。この銅シー
ド層は、その後の電解メッキ工程において銅を成長させ
るためのシード層として機能する。
An interlayer insulating film made of a silicon oxide material is formed so as to cover the lower wiring, a wiring groove is formed in the interlayer insulating film and a connection hole is formed at the bottom of the wiring groove, and then the wiring groove and the connection hole are formed by sputtering. Then, for example, a film of tantalum nitride is formed as a barrier layer on the inner surface to a thickness of 30 nm. At this time, a barrier layer is also formed on the interlayer insulating film. The barrier layer made of tantalum nitride has a function of preventing copper from diffusing into an interlayer insulating film formed of silicon oxide or the like. Next, 100 n of copper was sputtered.
A copper seed layer is formed by forming a film having a thickness of m. This copper seed layer functions as a seed layer for growing copper in a subsequent electrolytic plating step.

【0007】次いで、銅の電解メッキによって、配線溝
および接続孔の内部を銅で埋め込む。その後、層間絶縁
膜上の余分な銅およびバリア層を除去する。その結果、
配線溝および接続孔の内部にバリア層を介して配線およ
びプラグが形成される。
Next, the insides of the wiring grooves and the connection holes are buried with copper by electrolytic plating of copper. Thereafter, excess copper and the barrier layer on the interlayer insulating film are removed. as a result,
Wirings and plugs are formed inside the wiring grooves and connection holes via a barrier layer.

【0008】上記製造方法では、酸化シリコン膜中への
銅の拡散を抑えるため、また良好な銅の埋め込みを実現
するために、配線溝や接続孔の内面にバリア層と銅シー
ド層とをカバリッジ良くに形成することが重要となって
いる。
In the above manufacturing method, the barrier layer and the copper seed layer are covered on the inner surfaces of the wiring trenches and the connection holes in order to suppress the diffusion of copper into the silicon oxide film and to realize good embedding of copper. It is important to form well.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、配線の
微細化が進み、また、溝と接続孔とを同時に埋め込むプ
ロセスにおいては、溝や接続孔のアスペクト比が高くな
り、スパッタリングではバリア層と銅シード層とを十分
なステップカバリッジを得て形成することが困難にな
る。このように、ステップカバリッジが不十分になる
と、次工程以降の配線プロセスにおいて、もしくは経時
変化によって、ステップカバリッジの不十分の部分から
層間絶縁膜へ銅の拡散が起こり、この拡散した銅により
配線間やプラグ間で電流リークが発生し、使用に耐えら
れなくなる。
However, in the process of miniaturizing the wiring and filling the groove and the connection hole at the same time, the aspect ratio of the groove and the connection hole becomes high, and the barrier layer and the copper seed are formed by sputtering. It becomes difficult to form the layer with sufficient step coverage. As described above, when the step coverage becomes insufficient, copper diffuses from an insufficient portion of the step coverage into the interlayer insulating film in the wiring process after the next process or due to aging, and the diffused copper causes A current leak occurs between the wirings and the plugs, and cannot be used.

【0010】また、銅シード層のステップカバリッジが
不十分な場合には、例えば溝や接続孔の内部にボイド等
が発生し、エレクトロマイグレーションなどにより断線
が起こり、使用に耐えなくなる。
[0010] If the step coverage of the copper seed layer is insufficient, voids and the like are generated in the trenches and the connection holes, for example, and disconnection occurs due to electromigration or the like, and the product cannot be used.

【0011】この対策として、スパッタリングでは、装
置の改良により、バリア層および銅シード層のステップ
カバリッジを改良することの検討がなされている。例え
ば、ターゲットと基板の距離を長くした遠距離スパッタ
法、被スパッタ原子をイオン化して基板に対して垂直進
行成分を増加させるイオン化スパッタ法等がある。しか
しながら、これらのスパッタ法では、配線の微細化が進
んでアスペクト比が高くなると、ビアホール底部でのス
パッタ原子の付着に限界を生じてくる。また、窒化タン
タルや窒化チタン等の高融点金属化合物材料に比べて銅
や銅合金等の低融点金属材料は本質的にスパッタカバリ
ッジが良くない特性を持つことから、上記方法による改
善は必ずしも容易ではない。
As a countermeasure for this, in sputtering, improvement of the step coverage of the barrier layer and the copper seed layer by improving the apparatus has been studied. For example, there are a long-distance sputtering method in which the distance between the target and the substrate is increased, and an ionization sputtering method in which atoms to be sputtered are ionized to increase a component traveling perpendicular to the substrate. However, in these sputtering methods, if the wiring becomes finer and the aspect ratio becomes higher, there is a limit to the attachment of sputter atoms at the bottom of the via hole. In addition, since low-melting metal materials such as copper and copper alloy have inherently poor sputter coverage compared to high-melting metal compound materials such as tantalum nitride and titanium nitride, improvement by the above method is not necessarily easy. is not.

【0012】また化学的気相成長法によるバリア層の形
成方法も知られてはいるが、コンフォーマルに成膜され
る化学的気相成長法を用いると、溝や接続孔の実質的な
アスペクト比が高くなり、電解メッキでの溝や接続孔へ
の金属の埋め込みが難しくなり、埋め込み不良の発生が
生じる可能性がある。
Although a method of forming a barrier layer by a chemical vapor deposition method is also known, the use of a chemical vapor deposition method in which a film is formed in a conformal manner results in a substantial aspect of grooves and connection holes. The ratio becomes high, and it becomes difficult to embed a metal into a groove or a connection hole by electrolytic plating, and there is a possibility that an embedding defect may occur.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置およびその製造方法で
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a semiconductor device and a method of manufacturing the same to solve the above-mentioned problems.

【0014】半導体装置は、基板に形成された第1の配
線と、前記基板上に第1の配線を覆うように形成された
絶縁膜と、前記絶縁膜に形成された溝と、前記溝の底部
から前記第1の配線に達するように前記絶縁膜に形成さ
れた接続孔と、メッキのシード層および金属の拡散を防
ぐ導電性のバリア層になるもので前記接続孔を埋め込む
状態でかつ前記溝の内面を被覆する状態に形成された導
電性の金属化合物層と、前記溝に前記金属化合物層を介
して埋め込まれた配線形成層とを備えたものである。
The semiconductor device may include a first wiring formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate so as to cover the first wiring, a groove formed in the insulating film, A connection hole formed in the insulating film so as to reach the first wiring from the bottom, and a plating seed layer and a conductive barrier layer for preventing diffusion of metal; A conductive metal compound layer formed so as to cover the inner surface of the groove, and a wiring forming layer embedded in the groove via the metal compound layer.

【0015】上記半導体装置では、導電性の金属化合物
層で接続孔が埋め込まれていることから、アスペクト比
の低い状態で配線形成層が溝に埋め込まれている。その
ため、配線形成層はボイドを発生することなく溝内に埋
め込まれている。また、金属化合物層がメッキのシード
層になりかつ金属の拡散を防ぐ導電性のバリア層になる
ことから、絶縁膜を酸化シリコン系絶縁膜で形成するこ
とが可能になり、また配線形成層を銅もしくは銅合金で
形成することが可能になり、また従来のように金属の拡
散を防ぐバリア層とメッキのシード層との2層を形成す
る必要がなくなる。
In the above-described semiconductor device, since the connection holes are buried in the conductive metal compound layer, the wiring forming layers are buried in the trenches with a low aspect ratio. Therefore, the wiring forming layer is buried in the groove without generating a void. Further, since the metal compound layer serves as a plating seed layer and a conductive barrier layer for preventing metal diffusion, the insulating film can be formed of a silicon oxide based insulating film, and the wiring forming layer can be formed. It can be made of copper or a copper alloy, and it is not necessary to form two layers of a barrier layer for preventing metal diffusion and a plating seed layer as in the related art.

【0016】半導体装置の第1の製造方法は、基板上の
絶縁膜に凹部を形成する工程と、金属の拡散を防ぐ導電
性材料で前記凹部の下部を埋め込む工程と、前記凹部の
上部内面を被覆するように金属の拡散を防ぐ導電性のバ
リア層を形成する工程と、前記バリア層の表面にメッキ
のシードとなるシード層を形成する工程と、前記シード
層と前記バリア層とを介して前記凹部の上部を金属で埋
め込む工程とを備えている。
A first method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a concave portion in an insulating film on a substrate, a step of embedding a lower portion of the concave portion with a conductive material for preventing metal diffusion, and a step of forming an upper inner surface of the concave portion. Forming a conductive barrier layer that prevents metal diffusion so as to cover, forming a seed layer serving as a seed for plating on the surface of the barrier layer, and via the seed layer and the barrier layer Embedding the upper portion of the concave portion with a metal.

【0017】上記半導体装置の第1の製造方法では、金
属の拡散を防ぐ導電性材料で前記凹部の下部を埋め込む
ことから、凹部の上部を金属で埋め込む際の凹部の上部
のアスペクト比は低くなる。そのため、金属層の埋め込
み性が向上する。また、金属の拡散を防ぐ導電性材料で
前記凹部の下部を埋め込み、凹部の上部内面を被覆する
ように金属の拡散を防ぐ導電性のバリア層を形成するこ
とから、絶縁膜を銅が拡散し易い酸化シリコン系絶縁膜
で形成することも可能になる。
In the first method of manufacturing a semiconductor device, since the lower portion of the concave portion is buried with a conductive material for preventing metal diffusion, the aspect ratio of the upper portion of the concave portion when the upper portion of the concave portion is buried with metal is reduced. . Therefore, the embedding property of the metal layer is improved. Further, since the lower portion of the concave portion is buried with a conductive material for preventing metal diffusion and a conductive barrier layer for preventing metal diffusion is formed so as to cover the upper inner surface of the concave portion, copper diffuses in the insulating film. It is also possible to form with a silicon oxide based insulating film which is easy.

【0018】半導体装置の第2の製造方法は、基板上の
絶縁膜に凹部を形成する工程と、前記凹部の下部を埋め
込みかつ該凹部の上部内面を被覆するように、金属の拡
散を防ぎかつメッキのシードになる導電性の金属化合物
層を形成する工程と、前記金属化合物層を介して前記凹
部の上部に金属を埋め込む工程とを備えている。
In a second method of manufacturing a semiconductor device, a step of forming a concave portion in an insulating film on a substrate, a step of burying a lower portion of the concave portion and covering an upper inner surface of the concave portion to prevent diffusion of metal and A step of forming a conductive metal compound layer serving as a seed for plating; and a step of embedding a metal in an upper portion of the concave portion via the metal compound layer.

【0019】上記半導体装置の第2の製造方法では、凹
部の下部を埋め込みかつこの凹部の上部内面を被覆する
ように、金属の拡散を防ぎかつメッキのシードになる金
属化合物層を形成することから、その後に凹部の上部を
配線形成層で埋め込む際の凹部の上部のアスペクト比は
低くなる。そのため、凹部への配線形成層の埋め込み性
が向上する。また、金属の拡散を防ぎかつメッキのシー
ドになる導電性の金属化合物層で、前記凹部の下部を埋
め込みかつ凹部の上部内面を被覆することから、従来の
ように金属の拡散を防ぐバリア層とメッキのシード層と
の2層を形成する必要がなくなる。
In the second method of manufacturing a semiconductor device, a metal compound layer is formed to prevent diffusion of metal and to serve as a seed for plating so as to fill a lower portion of the concave portion and cover an inner surface of the upper portion of the concave portion. After that, when the upper part of the concave portion is buried with the wiring forming layer, the aspect ratio of the upper portion of the concave portion becomes low. Therefore, the embedding property of the wiring formation layer in the concave portion is improved. Further, since the lower part of the concave portion is covered with a conductive metal compound layer that prevents diffusion of metal and serves as a seed for plating and covers the inner surface of the upper portion of the concave portion, a barrier layer that prevents metal diffusion as in the related art is provided. There is no need to form two layers with a plating seed layer.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置に係わる実施
の形態の一例を、図1の概略構成断面図によって説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.

【0021】図1に示すように、半導体基板(図示せ
ず)には、半導体素子、配線等(図示せず)が形成さ
れ、それらを覆う状態に上記半導体基板上には下層絶縁
膜11が形成されている。このように、基板10が構成
されている。
As shown in FIG. 1, a semiconductor element, wiring and the like (not shown) are formed on a semiconductor substrate (not shown), and a lower insulating film 11 is formed on the semiconductor substrate so as to cover them. Is formed. Thus, the substrate 10 is configured.

【0022】上記下層絶縁膜11には溝12が形成さ
れ、この溝12の内面には窒化タンタルからなるバリア
層13が形成されている。さらに溝12の内部にはバリ
ア層13を介して溝配線構造の第1の配線14が形成さ
れている。
A groove 12 is formed in the lower insulating film 11, and a barrier layer 13 made of tantalum nitride is formed on the inner surface of the groove 12. Further, a first wiring 14 having a groove wiring structure is formed inside the groove 12 via a barrier layer 13.

【0023】さらに下層絶縁膜11上には第1の配線1
4を覆う絶縁膜(以下、第1の絶縁膜という)15が、
例えば窒化シリコン膜16、酸化シリコン膜17により
形成されている。さらに第1の絶縁膜15上には絶縁膜
(以下、第2の絶縁膜という)18が、例えば窒化シリ
コン膜19、酸化シリコン膜20により形成されてい
る。
Further, the first wiring 1 is formed on the lower insulating film 11.
An insulating film (hereinafter, referred to as a first insulating film) 15 covering 4
For example, it is formed of a silicon nitride film 16 and a silicon oxide film 17. Further, an insulating film (hereinafter, referred to as a second insulating film) 18 is formed on the first insulating film 15 by, for example, a silicon nitride film 19 and a silicon oxide film 20.

【0024】上記窒化シリコン膜16は、例えば第1の
配線からの銅の拡散を防ぐ機能を有する。上記窒化シリ
コン膜19は、例えば接続孔を形成する際のエッチング
マスクになり、また溝を形成する際のエッチングストッ
パになる。
The silicon nitride film 16 has a function of preventing copper from diffusing from the first wiring, for example. The silicon nitride film 19 becomes, for example, an etching mask when forming a connection hole, and also becomes an etching stopper when forming a groove.

【0025】上記第1の絶縁膜15には第1の配線14
に達する接続孔21が形成され、上記第2の絶縁膜18
には溝22がこの底部に上記接続孔21が露出する状態
に形成されている。このように、溝22とその底部に形
成された接続孔21とで凹部23が構成されている。
The first wiring 14 is formed on the first insulating film 15.
A connection hole 21 reaching the second insulating film 18 is formed.
A groove 22 is formed in the bottom so that the connection hole 21 is exposed at the bottom. As described above, the concave portion 23 is constituted by the groove 22 and the connection hole 21 formed at the bottom thereof.

【0026】上記接続孔21の内部を埋め込む状態でか
つ上記溝22の内面を被覆する状態に、メッキのシード
層および金属の拡散を防ぐバリア層になる導電性の金属
化合物層24が形成されている。したがって、この金属
化合物層24は、接続孔21の内部でプラグ25を構成
している。さらに溝22の内部には上記金属化合物層2
4を介して、例えば銅のような配線形成層26で溝配線
構造の第2の配線27が形成されている。上記金属化合
物層24は、例えばコバルトリンタングステンもしくは
ニッケルリンタングステンからなる。
A conductive metal compound layer 24 serving as a plating seed layer and a barrier layer for preventing metal diffusion is formed in a state of filling the inside of the connection hole 21 and covering the inner surface of the groove 22. I have. Therefore, the metal compound layer 24 forms the plug 25 inside the connection hole 21. Further, the metal compound layer 2 is provided inside the groove 22.
4, a second wiring 27 having a trench wiring structure is formed in a wiring forming layer 26 such as copper. The metal compound layer 24 is made of, for example, cobalt phosphorus tungsten or nickel phosphorus tungsten.

【0027】上記第1の絶縁膜15は下層配線となる第
1の配線14と上層配線となる第2の配線26間の絶縁
性を保つ配線層間の絶縁膜(ILD:Inter Level Diel
ectrics )となる。また上記第2の絶縁膜18は上層配
線となる第2の配線26、26間の絶縁性を保つ配線間
の絶縁膜(IMD:Inter Metal Dielectrics )とな
る。
The first insulating film 15 is an insulating film (ILD: Inter Level Diel) between wiring layers for maintaining insulation between the first wiring 14 serving as a lower wiring and the second wiring 26 serving as an upper wiring.
ectrics). Further, the second insulating film 18 becomes an insulating film (IMD: Inter Metal Dielectrics) between the wirings that maintain the insulating property between the second wirings 26, 26 serving as upper wirings.

【0028】上記半導体装置では、接続孔21が金属化
合物層24で埋め込まれていることから、凹部23のア
スペクト比が低い状態で配線形成層26が埋め込まれて
溝22の内部に第2の配線27が形成されている。その
ため、配線形成層26はボイドを生じることなく凹部2
3の内部に埋め込まれている。また、金属化合物層24
がメッキのシード層になりかつ金属の拡散を防ぐバリア
層になることから、第1の絶縁膜15、第2の絶縁膜1
8を酸化シリコン系絶縁膜で形成することが可能にな
る。また配線形成層26を銅もしくは銅合金で形成する
ことが可能になる。また従来のように金属の拡散を防ぐ
バリア層とメッキのシード層との2層を形成する必要が
なくなる。
In the above semiconductor device, since the connection hole 21 is buried with the metal compound layer 24, the wiring forming layer 26 is buried in a state where the recess 23 has a low aspect ratio, and the second wiring is formed inside the groove 22. 27 are formed. Therefore, the wiring formation layer 26 is formed without the voids 2
3 is embedded inside. Further, the metal compound layer 24
Becomes a seed layer for plating and a barrier layer for preventing metal diffusion, so that the first insulating film 15 and the second insulating film 1
8 can be formed of a silicon oxide-based insulating film. Further, the wiring forming layer 26 can be formed of copper or a copper alloy. Further, it is not necessary to form two layers of a barrier layer for preventing metal diffusion and a plating seed layer as in the related art.

【0029】次に、本発明の第1の製造方法に係わる実
施の形態の一例を、図2の製造工程断面図によって説明
する。
Next, an example of an embodiment according to the first manufacturing method of the present invention will be described with reference to a manufacturing process sectional view of FIG.

【0030】図2の(1)に示すように、既知の半導体
プロセス技術によって、半導体基板(図示せず)上に形
成した半導体素子、配線等(図示せず)を覆う下層絶縁
膜11を形成する。この下層絶縁膜11は、上記半導体
素子、配線等(図示せず)を覆う層間絶縁膜(図示せ
ず)を形成した後、例えばプラズマエンハンスメントC
VD法(以下、PE−CVD法と記す)によって、上記
層間絶縁膜上に窒化シリコン膜31を形成し、さらにP
E−CVD法によって、上記窒化シリコン膜31上に酸
化シリコン膜32を成膜して形成する。
As shown in FIG. 2A, a lower insulating film 11 is formed on a semiconductor substrate (not shown) to cover semiconductor elements, wirings and the like (not shown) by a known semiconductor process technique. I do. The lower insulating film 11 is formed, for example, by forming an interlayer insulating film (not shown) covering the above-mentioned semiconductor element, wiring, etc. (not shown),
A silicon nitride film 31 is formed on the above-mentioned interlayer insulating film by a VD method (hereinafter, referred to as a PE-CVD method).
A silicon oxide film 32 is formed on the silicon nitride film 31 by E-CVD.

【0031】次いで通常の溝配線の形成技術を用いて、
上記酸化シリコン膜32に配線を形成する溝12を形成
する。そして、溝12の内面に銅の拡散を防止するバリ
ア層13を形成し、さらに溝12の内部に上記バリア層
13を介して銅を埋め込んだ後、酸化シリコン膜32上
の余分な銅およびバリア層13を除去して、溝12の内
部に第1の配線14を形成する。
Next, using a conventional trench wiring forming technique,
A groove 12 for forming a wiring is formed in the silicon oxide film 32. Then, a barrier layer 13 for preventing diffusion of copper is formed on the inner surface of the groove 12, and copper is buried in the groove 12 via the barrier layer 13. The layer 13 is removed, and the first wiring 14 is formed inside the groove 12.

【0032】その後、上記下層絶縁膜11上に上記第1
の配線14を覆う第1の絶縁膜15を形成する。この第
1の絶縁膜15は、例えば、PE−CVD法によって窒
化シリコン膜16を50nmの厚さに成膜した後、PE
−CVD法によって酸化シリコン膜17を500nmの
厚さに成膜して、第1の絶縁膜15を形成する。この第
1の絶縁膜15は下層配線となる第1の配線14と後に
形成する上層配線となる第2の配線間の絶縁性を保つ配
線層間の絶縁膜(ILD:Inter Level Dielectrics )
となる。さらにPE−CVD法によって、第1の絶縁膜
15上に窒化シリコン膜19を70nmの厚さに形成す
る。
Thereafter, the first insulating film 11 is formed on the lower insulating film 11.
A first insulating film 15 covering the wiring 14 is formed. The first insulating film 15 is formed, for example, by forming a silicon nitride film 16 to a thickness of 50 nm by PE-CVD,
A first insulating film 15 is formed by forming a silicon oxide film 17 to a thickness of 500 nm by a CVD method; This first insulating film 15 is an insulating film (ILD: Inter Level Dielectrics) between wiring layers for maintaining insulation between the first wiring 14 serving as a lower wiring and a second wiring serving as an upper wiring formed later.
Becomes Further, a silicon nitride film 19 is formed on the first insulating film 15 to a thickness of 70 nm by the PE-CVD method.

【0033】次いで、リソグラフィー技術とエッチング
技術とを用いて、接続孔を形成する際のマスクとなる上
記窒化シリコン膜19に開口部41を形成する。
Next, an opening 41 is formed in the silicon nitride film 19 serving as a mask when forming a connection hole by using a lithography technique and an etching technique.

【0034】次に図2の(2)に示すように、例えばP
E−CVD法によって、上記窒化シリコン膜19上に上
記開口部41を埋め込むようにして酸化シリコン膜20
を形成し、上記窒化シリコン膜19と酸化シリコン膜2
0とで第2の絶縁膜18を構成する。この第2の絶縁膜
18は後に形成する上層配線となる第2の配線間の絶縁
性を保つ配線間の絶縁膜(IMD:Inter Metal Dielec
trics )となる。
Next, as shown in (2) of FIG.
The silicon oxide film 20 is buried in the silicon nitride film 19 by E-CVD so as to fill the opening 41.
Is formed, and the silicon nitride film 19 and the silicon oxide film 2 are formed.
0 constitutes the second insulating film 18. The second insulating film 18 is an inter-metal insulating film (IMD: Inter Metal Dielec) for maintaining insulation between second wirings to be formed later as upper wirings.
trics).

【0035】次いで図2の(3)に示すように、レジス
ト塗布およびリソグラフィー技術により溝を形成するエ
ッチングマスクとなるレジストマスク(図示せず)を形
成した後、このレジストマスクを用いたエッチング技術
によって、第2の絶縁膜18(酸化シリコン膜20)を
例えば異方性エッチングしてに溝22を形成する。さら
に窒化シリコン膜19をマスクに用いてエッチングを進
め、酸化シリコン膜17に接続孔21を形成する。この
エッチングは、上記窒化シリコン膜16上で停止され
る。
Next, as shown in FIG. 2C, a resist mask (not shown) serving as an etching mask for forming a groove is formed by resist coating and lithography techniques, and thereafter, etching is performed using the resist mask. The groove 22 is formed by, for example, anisotropically etching the second insulating film 18 (silicon oxide film 20). Further, etching is further performed using the silicon nitride film 19 as a mask, and a connection hole 21 is formed in the silicon oxide film 17. This etching is stopped on the silicon nitride film 16.

【0036】上記酸化シリコン膜17、酸化シリコン膜
20のエッチングでは、例えばマグネトロン型エッチン
グ装置を用い、このエッチング条件の一例としては、エ
ッチングガスに、オクタフルオロシクロブタン(C4
8 )(供給流量を例えば14cm3 /min)、一酸化
炭素(CO)(供給流量を例えば250cm3 /mi
n)、アルゴン(Ar)(供給流量を例えば100cm
3 /min)および酸素(O2 )(供給流量を例えば2
cm3 /min)を用い、エッチング雰囲気の圧力を
5.3Pa、エッチングパワーを1.60kWに設定し
た。
The etching of the silicon oxide film 17 and the silicon oxide film 20 is performed using, for example, a magnetron type etching apparatus. An example of the etching conditions is that octafluorocyclobutane (C 4 F) is used as an etching gas.
8 ) (supply flow rate is, for example, 14 cm 3 / min), and carbon monoxide (CO) (supply flow rate is, for example, 250 cm 3 / mi).
n), argon (Ar) (supply flow rate is 100 cm, for example)
3 / min) and oxygen (O 2 ) (supply flow rate is 2
cm 3 / min), the pressure of the etching atmosphere was set to 5.3 Pa, and the etching power was set to 1.60 kW.

【0037】さらに図2の(4)に示すように、酸化シ
リコン膜20および酸化シリコン膜17をエッチングマ
スクに用いて窒化シリコン膜19および窒化シリコン膜
16をエッチングして、第2の絶縁膜18に凹部の上部
となる溝22を形成するとともに第1の絶縁膜15に凹
部の下部となる第1の配線14に通じる接続孔21を形
成する。このようにして、接続孔21と溝22とで凹部
23を形成する。
Further, as shown in FIG. 2D, the silicon nitride film 19 and the silicon nitride film 16 are etched using the silicon oxide film 20 and the silicon oxide film 17 as an etching mask to form a second insulating film 18. In addition, a groove 22 that is to be the upper part of the concave portion is formed, and a connection hole 21 that communicates with the first wiring 14 that is to be the lower part of the concave portion is formed in the first insulating film 15. Thus, the recess 23 is formed by the connection hole 21 and the groove 22.

【0038】次いで図2の(5)に示すように、金属の
拡散を防ぐ導電性材料の金属化合物層24で上記凹部2
3の下部(接続孔21)を埋め込む。すはわち、無電解
メッキ法により第1の配線14の表面から金属化合物層
24を析出させて接続孔21の内部を埋め込み、プラグ
25を形成する。このプラグ25は、接続孔21より溝
22側に盛り上がる状態に形成してもよく、また接続孔
21の上部を残す状態に形成しても差し支えはない。上
記金属化合物層24にはコバルトリンタングステンもし
くはニッケルリンタングステンを用いる。
Next, as shown in FIG. 2 (5), the recesses 2 are formed with a metal compound layer 24 of a conductive material for preventing metal diffusion.
3 (the connection hole 21) is buried. That is, the metal compound layer 24 is deposited from the surface of the first wiring 14 by the electroless plating method to fill the inside of the connection hole 21 to form the plug 25. The plug 25 may be formed so as to swell toward the groove 22 from the connection hole 21 or may be formed so as to leave the upper portion of the connection hole 21. For the metal compound layer 24, cobalt phosphorus tungsten or nickel phosphorus tungsten is used.

【0039】上記金属化合物層24をコバルトリンタン
グステンで形成する無電解メッキでは、例えばメッキ液
に、タングステン酸アンモニウム(10g/L)、塩化
コバルト(30g/L)、次亜リン酸アンモニウム(2
0g/L)、シュウ酸アンモニウム(80g/L)およ
び界面活性剤で構成し、メッキ液の温度を90℃、メッ
キ液のpHを8.5〜10.5に調整した。
In the electroless plating in which the metal compound layer 24 is formed of cobalt phosphorus tungsten, for example, ammonium tungstate (10 g / L), cobalt chloride (30 g / L), and ammonium hypophosphite (2
0 g / L), ammonium oxalate (80 g / L) and a surfactant, the temperature of the plating solution was adjusted to 90 ° C., and the pH of the plating solution was adjusted to 8.5 to 10.5.

【0040】次いで図2の(6)に示すように、例えば
スパッタリングによって、上記プラグ25上の凹部23
(溝22)の内面を被覆するように銅の拡散を防止する
バリア層51を例えば窒化タンタルを30nmの厚さに
堆積して形成する。その際、上記第2の絶縁膜18上に
もバリア層51が堆積される。このバリア層51のスパ
ッタリング条件は、一例として、プロセスガスにアルゴ
ン(Ar)を用い、成膜雰囲気の圧力を0.4Pa、成
膜温度を100℃、ターゲットへの直流印加電圧を6k
Vに設定した。
Next, as shown in FIG. 2 (6), the recess 23 on the plug 25 is formed by, for example, sputtering.
A barrier layer 51 for preventing diffusion of copper is formed by depositing, for example, tantalum nitride to a thickness of 30 nm so as to cover the inner surface of the (groove 22). At this time, a barrier layer 51 is also deposited on the second insulating film 18. The sputtering conditions for the barrier layer 51 include, as an example, argon (Ar) as a process gas, a pressure of a film formation atmosphere of 0.4 Pa, a film formation temperature of 100 ° C., and a DC applied voltage to a target of 6 k.
V was set.

【0041】さらにスパッタリングによって、バリア層
51の表面にメッキのシードとなるシード層52を銅を
例えば150nmの厚さに堆積して形成する。その際、
上記第2の絶縁膜18上のバリア層51上にもシード層
52が堆積される。上記シード層52のスパッタリング
条件は、一例として、プロセスガスにアルゴン(Ar)
を用い、成膜雰囲気の圧力を0.2Pa、成膜温度を1
00℃、ターゲットへの直流印加電圧を12kVに設定
した。
Further, by sputtering, a seed layer 52 serving as a seed for plating is formed on the surface of the barrier layer 51 by depositing copper to a thickness of, for example, 150 nm. that time,
A seed layer 52 is also deposited on the barrier layer 51 on the second insulating film 18. The sputtering conditions of the seed layer 52 are, for example, argon (Ar) as a process gas.
, The pressure of the film forming atmosphere is 0.2 Pa, and the film forming temperature is 1
At 00 ° C., the DC applied voltage to the target was set at 12 kV.

【0042】次いで、例えば銅の電解メッキ法によっ
て、凹部23を銅からなる配線形成層53で埋め込む。
その際、上記第2の絶縁膜18上のシード層52上にも
銅メッキ層53が堆積される。この銅メッキ層53を形
成する場合の電解メッキ条件としては、一例として、メ
ッキ液に硫酸銅系銅電解メッキ液を用い、メッキ温度を
18℃、メッキ電流値を2.83A、メッキ時間を4分
30秒に設定し、1.0μmの厚さに銅を堆積した。こ
のようにして、凹部23の内部に銅メッキ層53および
メッキシード層52からなる配線形成層54がバリア層
51を介して凹部23の上部に埋め込まれる。
Next, the concave portion 23 is filled with a wiring forming layer 53 made of copper, for example, by electrolytic copper plating.
At this time, a copper plating layer 53 is also deposited on the seed layer 52 on the second insulating film 18. As an example of the electroplating conditions for forming the copper plating layer 53, a copper sulfate-based copper electroplating solution is used as a plating solution, a plating temperature is 18 ° C., a plating current value is 2.83 A, and a plating time is 4 hours. The time was set to 30 minutes and copper was deposited to a thickness of 1.0 μm. In this manner, the wiring forming layer 54 including the copper plating layer 53 and the plating seed layer 52 is embedded in the recess 23 through the barrier layer 51.

【0043】その後、例えば化学的機械研磨によって、
第2の絶縁膜18上の余剰な銅メッキ層53、シード層
52およびバリア層51を除去する。上記化学的機械研
磨条件の一例としては、研摩パッドに不織布と独立発泡
体との積層構造のものを用い、研摩スラリーに過酸化水
素を添加したアルミナ含有スラリーを用い、スラリーの
供給流量を100cm3 /min、スラリーの温度を2
5℃〜30℃、研摩圧力を98Pa、研摩定盤の回転数
を30rpm、研摩ヘッドの回転数を30rpmに設定
した。その結果、図2の(7)に示すように、接続孔2
1の内部に金属化合物層24からなるもので第1の配線
14に接続するプラグ25が形成され、その上部の溝2
2の内部にバリア層51を介してプラグ25に接続する
第2の配線27が上記配線形成層54で形成される。
Thereafter, for example, by chemical mechanical polishing,
Excess copper plating layer 53, seed layer 52 and barrier layer 51 on second insulating film 18 are removed. As an example of the chemical mechanical polishing conditions, a polishing pad having a laminated structure of a nonwoven fabric and an independent foam is used, an alumina-containing slurry obtained by adding hydrogen peroxide to a polishing slurry is used, and the supply flow rate of the slurry is 100 cm 3. / Min, the slurry temperature is 2
5 ° C. to 30 ° C., the polishing pressure was 98 Pa, the rotation speed of the polishing platen was 30 rpm, and the rotation speed of the polishing head was 30 rpm. As a result, as shown in FIG.
1 is formed of a metal compound layer 24, a plug 25 connected to the first wiring 14 is formed, and a groove 2 above the plug 25 is formed.
The second wiring 27 connected to the plug 25 via the barrier layer 51 is formed in the wiring forming layer 54 inside the wiring 2.

【0044】また、上記半導体装置の第1の製造方法に
おいて、バリア層51とシート層52とを形成する代わ
りに、メッキのシード層および金属の拡散を防ぐバリア
層になる1層の膜として、例えばコバルトリンタングス
テン膜もしくはニッケルリンタングステン膜を一回の成
膜工程で形成してもよい。
In the first method for manufacturing a semiconductor device, instead of forming the barrier layer 51 and the sheet layer 52, a one-layer film serving as a plating seed layer and a barrier layer for preventing metal diffusion is used. For example, a cobalt phosphotungsten film or a nickel phosphotungsten film may be formed in one film forming step.

【0045】上記半導体装置の第1の製造方法では、シ
ード層52の付着性が最も悪化しやすい凹部23の下部
(接続孔21)を、銅よりも絶縁膜中に拡散しにくい金
属化合物層24で埋め込むことから、凹部23の上部
(溝22)をシード層52および銅メッキ層53で埋め
込む際に、凹部23の上部のアスペクト比が低くなる。
そのため、シード層52および銅メッキ層53のカバリ
ッジを高め、電解メッキもしくは無電解メッキによる銅
メッキ層53の埋め込み性が向上する。よって、ボイド
の発生が低減され、エレクトロマイグレーション耐性が
向上する。また、金属の拡散を防ぐ導電性材料の金属化
合物層24で接続孔21を埋め込み、溝22の内面を被
覆するように銅の拡散を防ぐバリア層52を形成するこ
とから、第2の絶縁膜18を銅が拡散し易い酸化シリコ
ン膜20で形成することが可能になる。
In the first method of manufacturing a semiconductor device, the metal compound layer 24, which is harder to diffuse into the insulating film than copper, is formed in the lower portion (the connection hole 21) of the concave portion 23 where the adhesion of the seed layer 52 is most likely to deteriorate. When the upper portion (groove 22) of the concave portion 23 is filled with the seed layer 52 and the copper plating layer 53, the aspect ratio of the upper portion of the concave portion 23 becomes low.
Therefore, the coverage of the seed layer 52 and the copper plating layer 53 is increased, and the embedding of the copper plating layer 53 by electrolytic plating or electroless plating is improved. Therefore, generation of voids is reduced, and electromigration resistance is improved. Further, since the connection holes 21 are buried with the metal compound layer 24 of a conductive material for preventing metal diffusion and the barrier layer 52 for preventing copper diffusion is formed so as to cover the inner surface of the groove 22, the second insulating film is formed. 18 can be formed of a silicon oxide film 20 in which copper is easily diffused.

【0046】上記バリア層51とシート層52とを形成
する代わりに、メッキのシード層および金属の拡散を防
ぐバリア層になる1層の膜として、例えばコバルトリン
タングステン膜もしくはニッケルリンタングステン膜を
一回の成膜工程で、凹部23の上部(溝22)の内面に
形成してもよい。この場合には、成膜工程を削減するこ
とができる。また、接続孔21の径と溝22の幅とがほ
ぼ同一のいわゆるボーダーレスコンタクト構造であって
も、上記製造方法を適用することができる。
Instead of forming the barrier layer 51 and the sheet layer 52, for example, a cobalt phosphotungsten film or a nickel phosphotungsten film is used as a plating seed layer and a single layer film serving as a barrier layer for preventing metal diffusion. The film may be formed on the inner surface of the upper portion (groove 22) of the concave portion 23 in each of the film forming steps. In this case, the number of film forming steps can be reduced. Further, the above manufacturing method can be applied to a so-called borderless contact structure in which the diameter of the connection hole 21 and the width of the groove 22 are substantially the same.

【0047】次に、本発明の第2の製造方法に係わる実
施の形態の一例を、図3の製造工程断面図によって説明
する。
Next, an example of an embodiment according to a second manufacturing method of the present invention will be described with reference to a manufacturing process sectional view of FIG.

【0048】前記図2の(1)〜(4)によって説明し
た製造方法と同様にして、図3の(1)に示すように、
半導体基板(図示せず)上に形成した半導体素子、配線
等(図示せず)を覆う下層絶縁膜11を、例えば上記半
導体素子、配線等(図示せず)を覆う層間絶縁膜(図示
せず)を形成した後、その上に窒化シリコン膜31、酸
化シリコン膜32を積層して形成する。その後、酸化シ
リコン膜32に配線を形成する溝12を形成する。次い
でその溝12の内面に銅の拡散を防止するバリア層13
を形成し、さらに溝12の内部に上記バリア層13を介
して銅を埋め込み、その後、酸化シリコン膜32上の余
分な銅およびバリア層13を除去して、溝12の内部に
第1の配線14を形成する。
As shown in (1) of FIG. 3, in the same manner as in the manufacturing method described with reference to (1) to (4) of FIG.
A lower insulating film 11 covering a semiconductor element, wiring, etc. (not shown) formed on a semiconductor substrate (not shown) is replaced with an interlayer insulating film (not shown) covering, for example, the semiconductor element, wiring, etc. (not shown). ), A silicon nitride film 31 and a silicon oxide film 32 are laminated thereon. After that, a groove 12 for forming a wiring is formed in the silicon oxide film 32. Next, a barrier layer 13 for preventing the diffusion of copper is formed on the inner surface of the groove 12.
Is formed, and copper is buried in the trench 12 through the barrier layer 13. Then, excess copper and the barrier layer 13 on the silicon oxide film 32 are removed, and the first wiring is formed in the trench 12. 14 is formed.

【0049】その後、上記下層絶縁膜11上に上記第1
の配線12を覆う、窒化シリコン膜16と酸化シリコン
膜17とを積層して第1の絶縁膜15を形成する。さら
に第1の絶縁膜15上に窒化シリコン膜19を70nm
の厚さに形成する。次いで、接続孔を形成する際のマス
クとなる上記窒化シリコン膜19に開口部41を形成す
る。次に、上記窒化シリコン膜19上に上記開口部41
を埋め込むようにして酸化シリコン膜20を形成し、上
記窒化シリコン膜19と酸化シリコン膜20とで第2の
絶縁膜18を構成する。
Thereafter, the first insulating film 11 is formed on the lower insulating film 11.
A first insulating film 15 is formed by laminating a silicon nitride film 16 and a silicon oxide film 17 covering the wiring 12 of FIG. Further, a silicon nitride film 19 is formed on the first insulating film 15 to a thickness of 70 nm.
Formed to a thickness of Next, an opening 41 is formed in the silicon nitride film 19 serving as a mask for forming a connection hole. Next, the opening 41 is formed on the silicon nitride film 19.
The silicon oxide film 20 is formed so as to be embedded therein, and the silicon nitride film 19 and the silicon oxide film 20 constitute the second insulating film 18.

【0050】次いで、第2の絶縁膜18(酸化シリコン
膜20)を例えば異方性エッチングしてに溝22を形成
する。さらに窒化シリコン膜19をマスクに用いてエッ
チングを進め、酸化シリコン膜17に接続孔21を形成
する。さらに、酸化シリコン膜20および酸化シリコン
膜17をエッチングマスクに用いて窒化シリコン膜19
および窒化シリコン膜16をエッチングして、第2の絶
縁膜18に凹部の上部となる溝22を形成するとともに
第1の絶縁膜15に凹部の下部となる第1の配線14に
通じる接続孔21を形成する。このようにして、接続孔
21と溝22とで凹部23を形成する。
Next, a groove 22 is formed by, for example, anisotropically etching the second insulating film 18 (silicon oxide film 20). Further, etching is further performed using the silicon nitride film 19 as a mask, and a connection hole 21 is formed in the silicon oxide film 17. Further, the silicon nitride film 19 is formed using the silicon oxide film 20 and the silicon oxide film 17 as an etching mask.
And the silicon nitride film 16 is etched to form a groove 22 in the second insulating film 18 as an upper portion of the concave portion, and a connection hole 21 in the first insulating film 15 to communicate with the first wiring 14 in the lower portion of the concave portion. To form Thus, the recess 23 is formed by the connection hole 21 and the groove 22.

【0051】次いで図3の(2)に示すように、被メッ
キ表面に触媒能力を有する金属を析出させることにより
触媒活性化処理を行う。具体的には、例えば、被メッキ
表面を塩化パラジウム(例えば0.1g/L〜0.5g
/L)と塩化第1スズ(例えば1g/L〜25g/L)
と塩酸(例えば100mL/L〜300mL/L)との
水溶液(液温は例えば15℃〜60℃)に2分〜5分間
さらす、キャタリスティング処理を行い、その後、塩酸
(例えば100mL/L)に1分〜3分浸漬すること
で、塩化第1スズを除去して、被メッキ表面に触媒能力
を有する金属としてパラジウムを析出させる。
Next, as shown in FIG. 3B, a catalyst activation treatment is performed by depositing a metal having a catalytic ability on the surface to be plated. Specifically, for example, the surface to be plated is coated with palladium chloride (for example, 0.1 g / L to 0.5 g).
/ L) and stannous chloride (for example, 1 g / L to 25 g / L)
And a hydrochloric acid (for example, 100 mL / L to 300 mL / L) for 2 minutes to 5 minutes by subjecting to an aqueous solution (liquid temperature of, for example, 15 ° C. to 60 ° C.). By soaking for 1 to 3 minutes, stannous chloride is removed, and palladium is deposited as a metal having catalytic ability on the surface to be plated.

【0052】その後、無電解メッキ法により被メッキ表
面となる接続孔21および溝22の内面等に金属化合物
層24を析出させて、接続孔21の内部をその金属化合
物層24で埋め込みプラグ25を形成するとともに、溝
22の内面をその金属化合物層24で被覆する。その
際、第2の絶縁膜18上にも金属化合物層24が形成さ
れる。上記金属化合物層24にはコバルトリンタングス
テンもしくはニッケルリンタングステンを用いる。
Thereafter, a metal compound layer 24 is deposited on the inner surfaces of the connection holes 21 and grooves 22 to be plated by electroless plating, and the inside of the connection holes 21 is filled with the metal compound layer 24 to form plugs 25. At the same time, the inner surface of the groove 22 is covered with the metal compound layer 24. At that time, the metal compound layer 24 is also formed on the second insulating film 18. For the metal compound layer 24, cobalt phosphorus tungsten or nickel phosphorus tungsten is used.

【0053】次いで図3の(3)に示すように、例えば
銅の電解メッキ法によって、溝22を銅からなる配線形
成層26で埋め込む。その際、上記第2の絶縁膜18上
の金属化合物層24上にも配線形成層26が堆積され
る。この配線形成層26を形成する場合の電解メッキ条
件としては、一例として、メッキ液に硫酸銅系銅電解メ
ッキ液を用い、メッキ温度を18℃、メッキ電流値を
2.83A、メッキ時間を4分30秒に設定し、1.0
μmの厚さに銅を堆積した。
Next, as shown in FIG. 3C, the groove 22 is filled with a wiring forming layer 26 made of copper, for example, by electrolytic plating of copper. At this time, a wiring forming layer 26 is also deposited on the metal compound layer 24 on the second insulating film 18. As an example of the electrolytic plating conditions for forming the wiring forming layer 26, a copper sulfate-based copper electrolytic plating solution is used as a plating solution, a plating temperature is 18 ° C., a plating current value is 2.83 A, and a plating time is 4 hours. Set to 30 minutes, 1.0
Copper was deposited to a thickness of μm.

【0054】その後、例えば化学的機械研磨によって、
第2の絶縁膜18上の余剰な配線形成層26および金属
化合物層24を除去する。上記化学的機械研磨条件の一
例としては、研摩パッドに不織布と独立発泡体との積層
構造のものを用い、研摩スラリーに過酸化水素を添加し
たアルミナ含有スラリーを用い、スラリーの供給流量を
100cm3 /min、スラリーの温度を25℃〜30
℃、研摩圧力を98Pa、研摩定盤の回転数を30rp
m、研摩ヘッドの回転数を30rpmに設定した。
Thereafter, for example, by chemical mechanical polishing,
Excess wiring formation layer 26 and metal compound layer 24 on second insulating film 18 are removed. As an example of the chemical mechanical polishing conditions, a polishing pad having a laminated structure of a nonwoven fabric and an independent foam is used, an alumina-containing slurry obtained by adding hydrogen peroxide to a polishing slurry is used, and the supply flow rate of the slurry is 100 cm 3. / Min, the temperature of the slurry is 25 ° C.-30
° C, polishing pressure 98Pa, polishing platen rotation speed 30rpm
m, the number of revolutions of the polishing head was set to 30 rpm.

【0055】その結果、図3の(4)に示すように、接
続孔21の内部に金属化合物層24からなるもので第1
の配線14に接続するプラグ25が形成され、その上部
の溝22の内部に金属化合物層24を介して配線形成層
26からなるもので金属化合物層24を介してプラグ2
5に接続する第2の配線27が形成される。
As a result, as shown in (4) of FIG.
A plug 25 connected to the wiring 14 is formed. The wiring 25 is formed of a wiring forming layer 26 through a metal compound layer 24 inside the groove 22 above the plug 25.
5 is formed.

【0056】上記半導体装置の第2の製造方法では、凹
部23の下部(接続孔21)を埋め込みかつこの凹部2
3の上部(溝22)の内面を被覆するように、金属の拡
散を防ぎかつメッキのシードになる導電性の金属化合物
層24を形成することから、その後に溝22を配線形成
層26で埋め込む際の凹部23のアスペクト比が低くな
る。そのため、凹部23への配線形成層26の埋め込み
性が向上する。よって、ボイドの発生が低減され、エレ
クトロマイグレーション耐性が向上する。また、上記金
属化合物層24で、接続孔21を埋め込みかつ溝22の
内面を被覆することから、従来のように金属の拡散を防
ぐバリア層とメッキのシード層との2層を形成する必要
がなくなる。
In the second method of manufacturing a semiconductor device, the lower portion (the connection hole 21) of the concave portion 23 is buried and the concave portion 2 is formed.
Since a conductive metal compound layer 24 which prevents metal diffusion and serves as a seed for plating is formed so as to cover the inner surface of the upper portion (groove 22) of 3, the groove 22 is thereafter filled with a wiring forming layer 26. In this case, the aspect ratio of the concave portion 23 becomes low. Therefore, the embedding property of the wiring forming layer 26 into the recess 23 is improved. Therefore, generation of voids is reduced, and electromigration resistance is improved. In addition, since the connection hole 21 is buried with the metal compound layer 24 and the inner surface of the groove 22 is covered, it is necessary to form two layers of a barrier layer for preventing metal diffusion and a plating seed layer as in the related art. Disappears.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装
置によれば、メッキのシード層および金属の拡散を防ぐ
バリア層になる導電性の金属化合物層で接続孔が埋め込
まれているので、電流リークの低減が図れる。また上記
金属化合物層で接続孔が埋め込まれることにより接続孔
が形成されている部分の溝のアスペクト比が低い状態に
なるので、その溝に形成される第2の配線にボイドを生
じることはない。そのため、第2の配線はエレクトロマ
イグレーション耐性の高いものとなり、配線の信頼性の
向上が図れる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, the connection holes are buried with the conductive metal compound layer which becomes the seed layer for plating and the barrier layer for preventing metal diffusion. Current leakage can be reduced. In addition, since the connection holes are buried in the metal compound layer, the aspect ratio of the groove where the connection hole is formed is in a low state, so that no void is generated in the second wiring formed in the groove. . Therefore, the second wiring has high electromigration resistance, and the reliability of the wiring can be improved.

【0058】本発明の第1の製造方法によれば、シード
層の付着性が最も悪化しやすい前記凹部の下部を金属の
拡散を防ぐ導電性材料で埋め込むので、電流リークの低
減を図ることができ、凹部の上部のアスペクト比を低く
することができる。そのため、ボイドを発生することな
く凹部の上部を金属で埋め込むことができるので、エレ
クトロマイグレーション耐性を向上させることができ、
信頼性の高い配線構造を形成することができる。また、
上記導電性材料で凹部の下部を埋め込み、凹部の上部内
面を金属の拡散を防ぐ導電性のバリア層で被覆するの
で、絶縁膜を銅が拡散し易い酸化シリコン系絶縁膜で形
成することが可能になる。
According to the first manufacturing method of the present invention, the lower portion of the concave portion where the adhesion of the seed layer is most likely to be deteriorated is buried with a conductive material for preventing metal diffusion, so that current leakage can be reduced. As a result, the aspect ratio of the upper portion of the concave portion can be reduced. Therefore, since the upper portion of the concave portion can be buried with metal without generating a void, the electromigration resistance can be improved,
A highly reliable wiring structure can be formed. Also,
Since the lower portion of the recess is filled with the conductive material and the inner surface of the upper portion of the recess is covered with a conductive barrier layer that prevents metal diffusion, the insulating film can be formed of a silicon oxide insulating film in which copper is easily diffused. become.

【0059】本発明の第2の製造方法によれば、凹部の
下部を金属の拡散を防ぎかつメッキのシードになる導電
性の金属化合物層で埋め込むので、電流リークの低減が
図れるとともに、凹部の上部のアスペクト比を低くする
ことができる。そのため、ボイドを発生することなく凹
部を金属で埋め込むことができるので、エレクトロマイ
グレーション耐性を向上させることができ、信頼性の高
い配線構造を形成することができる。また、上記金属化
合物層を凹部の下部および凹部の上部内面に形成するの
で、上記金属に銅もしくは銅合金を用いることができ、
また絶縁膜に酸化シリコン系絶縁膜を用いることができ
る。
According to the second manufacturing method of the present invention, the lower portion of the concave portion is buried with a conductive metal compound layer serving as a seed for plating while preventing diffusion of metal, so that current leakage can be reduced and the concave portion of the concave portion can be formed. The upper aspect ratio can be reduced. Therefore, the recess can be filled with metal without generating a void, so that electromigration resistance can be improved and a highly reliable wiring structure can be formed. Further, since the metal compound layer is formed on the lower inner portion of the concave portion and the inner surface of the upper portion of the concave portion, copper or a copper alloy can be used for the metal,
Further, a silicon oxide-based insulating film can be used as the insulating film.

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

【図1】本発明の半導体装置に係わる実施の形態を示す
概略構成断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明の第1の製造方法に係わる実施の形態を
示す製造工程断面図である。
FIG. 2 is a manufacturing process sectional view showing an embodiment according to a first manufacturing method of the present invention.

【図3】本発明の第2の製造方法に係わる実施の形態を
示す製造工程断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process according to an embodiment of the second manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基板、14…第1の配線、15…第1の絶縁膜、
18…第2の絶縁膜、21…接続孔、22…溝、24…
金属化合物層、26…配線形成層
10: substrate, 14: first wiring, 15: first insulating film,
18 ... second insulating film, 21 ... connection hole, 22 ... groove, 24 ...
Metal compound layer, 26 ... Wiring forming layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 BB32 BB39 DD37 DD52 DD53 FF18 FF22 HH13 5F033 HH07 HH11 HH15 HH32 JJ01 JJ07 JJ15 KK11 MM01 MM12 MM13 NN01 PP15 PP27 PP28 PP33 QQ09 QQ10 QQ16 QQ28 QQ30 QQ37 RR04 RR06 SS15 TT02 XX02 XX28 XX33  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) 4M104 BB32 BB39 DD37 DD52 DD53 FF18 FF22 HH13 5F033 HH07 HH11 HH15 HH32 JJ01 JJ07 JJ15 KK11 MM01 MM12 MM13 NN01 PP15 PP27 PP28 PP33 QQ09 QQ10 QSQQ XXQ XX33

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板に形成された第1の配線と、 前記基板上に第1の配線を覆うように形成された絶縁膜
と、 前記絶縁膜に形成された溝と、 前記溝の底部から前記第1の配線に達するように前記絶
縁膜に形成された接続孔と、 メッキのシード層および金属の拡散を防ぐバリア層にな
るもので前記接続孔を埋め込む状態でかつ前記溝の内面
を被覆する状態に形成された導電性の金属化合物層と、 前記溝に前記金属化合物層を介して形成された第2の配
線とを備えたことを特徴とする半導体装置。
A first wiring formed on the substrate, an insulating film formed on the substrate so as to cover the first wiring, a groove formed in the insulating film, and a bottom of the groove. A connection hole formed in the insulating film so as to reach the first wiring, and a plating seed layer and a barrier layer for preventing metal diffusion, which cover the connection hole and cover the inner surface of the groove. A semiconductor device, comprising: a conductive metal compound layer formed in a state in which the metal compound layer is formed; and a second wiring formed in the groove via the metal compound layer.
【請求項2】 前記金属化合物層はコバルトリンタング
ステンもしくはニッケルリンタングステンからなること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said metal compound layer is made of cobalt phosphorus tungsten or nickel phosphorus tungsten.
【請求項3】 基板上の絶縁膜に凹部を形成する工程
と、 金属の拡散を防ぐ導電性材料で前記凹部の下部を埋め込
む工程と、 前記凹部の上部内面を被覆するように金属の拡散を防ぐ
導電性のバリア層を形成する工程と、 前記バリア層の表面にメッキのシードとなるシード層を
形成する工程と、 前記シード層と前記バリア層とを介して前記凹部の上部
を金属で埋め込む工程とを備えた半導体装置の製造方
法。
3. A step of forming a recess in an insulating film on a substrate, a step of embedding a lower portion of the recess with a conductive material for preventing metal diffusion, and a step of diffusing metal so as to cover an upper inner surface of the recess. A step of forming a conductive barrier layer to prevent the formation, a step of forming a seed layer serving as a seed for plating on the surface of the barrier layer, and embedding an upper portion of the recess with a metal via the seed layer and the barrier layer. And a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】 前記バリア層と前記シート層とを、メッ
キのシード層および金属の拡散を防ぐバリア層になる1
層の膜でかつ一回の成膜工程で形成することを特徴とす
る請求項3記載の半導体装置の製造方法。
4. The barrier layer and the sheet layer serve as a plating seed layer and a barrier layer for preventing metal diffusion.
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the film is formed as a layer film in a single film forming step.
【請求項5】 前記基板上の絶縁膜に凹部を形成する工
程では、前記絶縁膜に溝を形成することで前記凹部の上
部を形成するとともに、前記溝の底部から前記基板に設
けられた配線に達する接続孔を形成することで前記凹部
の下部を形成し、 前記金属の拡散を防ぐ導電性材料で前記凹部の下部を埋
め込む工程では、前記基板に設けられた配線表面より前
記金属の拡散を防ぐ導電性材料を選択的に析出させて前
記凹部の下部を埋め込むことを特徴とする請求項3記載
の半導体装置の製造方法。
5. In the step of forming a concave portion in the insulating film on the substrate, a groove is formed in the insulating film to form an upper portion of the concave portion and a wiring provided on the substrate from the bottom of the groove. Forming a lower portion of the concave portion by forming a contact hole reaching the lower portion, and embedding the lower portion of the concave portion with a conductive material that prevents diffusion of the metal, wherein the metal is diffused from a wiring surface provided on the substrate. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein a conductive material to be prevented is selectively deposited to fill a lower portion of the recess.
【請求項6】 前記金属の拡散を防ぐ導電性材料にコバ
ルトリンタングステンもしくはニッケルリンタングステ
ンを用いることを特徴とする請求項3記載の半導体装置
の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein cobalt phosphotungsten or nickel phosphotungsten is used as the conductive material for preventing diffusion of the metal.
【請求項7】 メッキのシード層および金属の拡散を防
ぐバリア層になる1層の膜にコバルトリンタングステン
膜もしくはニッケルリンタングステン膜を用いることを
特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a cobalt phosphotungsten film or a nickel phosphotungsten film is used as a plating seed layer and a single layer film serving as a barrier layer for preventing metal diffusion. .
【請求項8】 基板上の絶縁膜に凹部を形成する工程
と、 前記凹部の下部を埋め込みかつ該凹部の上部内面を被覆
するように、金属の拡散を防ぎかつメッキのシードにな
る導電性の金属化合物層を形成する工程と、 前記金属化合物層を介して前記凹部の上部に金属を埋め
込む工程とを備えた半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a concave portion in an insulating film on a substrate, comprising: a step of burying a lower portion of the concave portion and covering an upper inner surface of the concave portion; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a metal compound layer; and a step of embedding a metal in an upper portion of the recess through the metal compound layer.
【請求項9】 前記基板上の絶縁膜に凹部を形成する工
程は、 前記絶縁膜の上部に溝を形成するとともに前記溝の底部
に接続孔を形成することを特徴とする請求項8記載の半
導体装置の製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the step of forming the concave portion in the insulating film on the substrate includes forming a groove in an upper portion of the insulating film and forming a connection hole in a bottom portion of the groove. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項10】 前記金属化合物層にコバルトリンタン
グステンもしくはニッケルリンタングステンを用いるこ
とを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein cobalt metal or nickel metal tungsten is used for the metal compound layer.
【請求項11】 前記金属化合物層を無電解メッキによ
り形成することを特徴とする請求項8記載の半導体装置
の製造方法。
11. The method according to claim 8, wherein the metal compound layer is formed by electroless plating.
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