JP2001244331A - 半導体集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体集積回路装置およびその製造方法Info
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Abstract
ロセスにおけるCu配線の信頼度を向上することのでき
る技術を提供する。 【解決手段】 有機SOG膜3aおよびTEOS酸化膜
3bが下層から順に堆積された積層膜によって構成され
る第2絶縁層3に溝パターン4が形成されており、この
溝パターン4の側壁に設けられたTEOS酸化膜5を介
してバリア層6を形成することで、有機SOG膜3aと
バリア層6とが直接接するのを防ぐ。これによって、バ
リア層6の付き廻りや膜質が改善されて、溝パターン4
の内部に埋め込まれたCu膜7からのCuの拡散を防止
する効果が向上する。
Description
置およびその製造技術に関し、特に、ダマシンプロセス
によって形成される銅(Cu)配線を有する半導体集積
回路装置に適用して有効な技術に関するものである。
いエレクトロマイグレーション耐性を有することなどか
ら、0. 2μm以下のプロセスの配線層として有望視さ
れている。Cu配線の形成には、Cuのエッチングまた
は絶縁層の埋め込みの難しさから、ダマシンプロセスが
採用されている。すなわち、半導体基板上に絶縁層を形
成した後、この絶縁層に配線の溝形状を形成し、次いで
スパッタリフロー法またはめっき法などによって絶縁層
の上層にCu膜を成膜し、この後、CMP(Chemical M
echanical Polishing ;化学的機械研磨)技術でその表
面を平坦化することで溝にCuを埋め込むみ、Cu配線
を形成する。
れる絶縁層には、エッチングストッパー膜およびTEO
S酸化膜が下層から順に堆積された積層膜が提案されて
いる。TEOS酸化膜は、TEOS(Tetra Ethyl Orth
o Silicate;Si(OC2 H 5 ))ガスとオゾン
(O3 )ガスとを用いたプラスマCVD(Chemical Vap
or Deposition ;化学的気相成長)法で成膜される。エ
ッチングストッパー膜には、比誘電率が2〜3程度と相
対的に低く、TEOS酸化膜に対してエッチング選択比
がとれる低誘電率材料が採用され、なかでも熱に対して
比較的安定であり、また湿度に対しても高い耐性を有す
る有機SOG(Spin On Glass )膜が絶縁層を構成する
材料として有望視されている。
マシンプロセスに関しては、例えば株式会社プレスジャ
ーナル発行「セミコンダクター・ワールド(Semiconduc
torWorld )」1998年2月号、P103〜P107
などに記載されている。
者が検討したところによると、パターニングされたレジ
スト膜をマスクとしてTEOS酸化膜および有機SOG
膜を順次加工することにより溝パターンを形成した後、
レジスト膜を酸素プラズマで除去すると、有機SOG膜
の膜質が粗となり、膜収縮によって有機SOG膜にクラ
ックが生ずることが明らかとなった。
防止することのできる機能を有するバリア層を堆積して
も、有機SOG膜と接するバリア層の付き廻りが悪く、
またバリア層の膜質の劣化によってCuの拡散防止機能
が低下して、隣接するCu配線間でのTDDB(Time D
ependent Dielectric Breakdown ;経時絶縁破壊)特性
が著しく劣化するという問題が生ずることも見いだされ
た。
採用したダマシンプロセスにおけるCu配線の信頼度を
向上することのできる技術を提供することにある。
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。すなわち、 (1)本発明の半導体集積回路装置は、基板上の層間絶
縁層に設けられた凹パターンにCu配線が埋め込まれて
おり、上記層間絶縁層を構成する少なくとも1層は低誘
電率材料であり、凹パターンの側壁に設けられた絶縁膜
を介してバリア層が形成されているものである。 (2)本発明の半導体集積回路装置は、基板上の層間絶
縁層に設けられた凹パターンにCu配線が埋め込まれて
おり、上記層間絶縁層を構成する少なくとも1層は低誘
電率材料であり、凹パターンの側壁に設けられた絶縁膜
を介してバリア層が形成されており、上記絶縁膜をプラ
ズマCVD法または高密度プラズマCVD法で形成され
た酸化膜とするものである。 (3)本発明の半導体集積回路装置は、基板上の層間絶
縁層に設けられた凹パターンにCu配線が埋め込まれて
おり、上記層間絶縁層を構成する少なくとも1層は低誘
電率材料であり、凹パターンの側壁に設けられた絶縁膜
を介してバリア層が形成されており、上記絶縁膜の厚さ
を0. 01〜0. 1μm程度とするものである。 (4)本発明の半導体集積回路装置は、基板上の層間絶
縁層に設けられた凹パターンにCu配線が埋め込まれて
おり、上記層間絶縁層を構成する少なくとも1層は低誘
電率材料であり、凹パターンの側壁に設けられた絶縁膜
を介してバリア層が形成されており、上記低誘電率材料
を有機SOG膜とするものである。 (5)本発明の半導体集積回路装置の製造方法であっ
て、基板上の層間絶縁層に設けられた凹パターンにCu
配線を形成する際、基板上に少なくとも1層が低誘電率
材料で構成された層間絶縁層を形成する工程と、層間絶
縁層に凹パターンを形成する工程と、基板上に絶縁膜を
堆積した後、凹パターンの底部および絶縁層の上部の絶
縁膜を除去することにより凹パターンの側壁に絶縁膜を
設ける工程と、基板上にバリア層およびCu膜を順次堆
積した後、凹パターンの外部のバリア層およびCu膜を
除去することにより凹パターンの内部にバリア層および
Cu膜を埋め込む工程とを有するものである。 (6)本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記
記載の半導体集積回路装置の製造方法において、上記絶
縁膜の厚さを0. 01〜0. 1μm程度とするものであ
る。 (7)本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記
記載の半導体集積回路装置の製造方法において、スパッ
タエッチング法で凹パターンの底部および層間絶縁層の
上部の絶縁膜を除去するものである。
出した凹パターンの内壁に絶縁膜を介してバリア層を形
成することで、低誘電率材料にバリア層が接するのを防
ぐことができるので、バリア層の付き廻りや膜質が改善
されて、凹パターンの内部に埋め込まれたCu膜からの
Cuの拡散を防止する効果が向上する。これによって、
隣接するCu配線間のリーク電流が低減でき、さらにT
DDB特性の劣化を抑えることができる。
に基づいて詳細に説明する。
おいて同一機能を有するものは同一の符号を付し、その
繰り返しの説明は省略する。
の形態であるシングルダマシンCu配線を示す半導体基
板の要部断面図である。
体基板1上に第1絶縁層2が形成され、さらにこの第1
絶縁層2の上層に、0. 1μm程度の厚さの低誘電率
膜、例えば有機SOG膜3a(図中、網掛けのハッチン
グで示す)と0. 3μm程度の厚さのTEOS酸化膜3
bとからなる積層膜によって構成される第2絶縁層3が
形成されている。
れており、溝パターン4の内部側壁には0. 01〜0.
1μm程度の厚さのTEOS酸化膜5が形成されてい
る。このTEOS酸化膜5を介して溝パターン4の内部
の側壁および底部には約0. 05μm程度の厚さのバリ
ア層6が成膜されている。バリア層6は、TiN、T
a、TaN、W、WN、TiSiN、TaSiN、WS
iNなどによって構成され、Cuの拡散またはCuの酸
化を防ぐ機能を有している。さらに、バリア層6の上層
に成膜されて溝パターン4の内部を埋め込んだCu膜7
によってCu配線MLが構成されている。
シンCu配線の製造方法を図2〜図5を用いて説明す
る。
成された半導体基板1上に第1絶縁層2を形成する。次
いで、この第1絶縁層2の上層に、厚さ0. 1μm程度
の有機SOG膜3aおよび厚さ0. 3μm程度のTEO
S酸化膜3bとを順次堆積して第2絶縁層3を構成す
る。有機SOG膜3aは、例えば塗布法によって成膜さ
れ、TEOS酸化膜3bは、例えばTEOSガスとO3
ガスとを用いたプラスマCVD法で成膜される。
ンをマスクとしてTEOS酸化膜3bをエッチングす
る。この際、有機SOG膜3aがエッチングストッパー
膜として機能する。次いでこの有機SOG膜3aをエッ
チングすることにより、溝パターン4を形成する。溝パ
ターン4の幅は、例えば0. 5μm程度であり、その深
さは、例えば約0. 4μm程度である。この後、半導体
基板1上に厚さ約0. 01〜0. 1μm程度のTEOS
酸化膜5を堆積する。TEOS酸化膜5は、例えばTE
OSガスとO3 ガスとを用いたプラスマCVD法で成膜
される。
r)ガスを用いたスパッタエッチングによって、TEO
S酸化膜3bの上部および溝パターン4の底部のTEO
S酸化膜5を除去することにより、溝パターン4の内部
側壁にTEOS酸化膜5を設ける。
に、Cuの拡散を防止することのできる厚さ0. 05μ
m程度のバリア層6を堆積し、続いてスパッタリング法
による成膜、あるいはスパッタリング法とこれに続く電
解めっき法との連続成膜などによってCu膜7を堆積す
る。Cu膜7の平坦部での厚さは、例えば0. 4〜0.
6μm程度である。
Cu膜7を構成するCu原子を流動現象によって溝パタ
ーン4の内部へ流し込む(リフロー処理)。リフロー処
理は、例えば水素雰囲気中で約450℃程度に半導体基
板1を加熱して約2分間行われる。
リア層6をCMP法によって研磨して、溝パターン4に
バリア層6およびCu膜7を埋め込むことによって、前
記図1に記載したCu配線MLが形成される。
を有機SOG膜3aおよびTEOS酸化膜3bが下層か
ら順に堆積された積層膜としたが、図6に示すように、
第2絶縁層3を有機SOG膜3aのみで構成してもよ
い。有機SOG膜3aのみによって構成される第2絶縁
層3の実効誘電率は、有機SOG膜3aおよびTEOS
酸化膜3bによって構成される第2絶縁層3の実効誘電
率よりも低く、配線容量の低減を図ることができる。
機SOG膜3aが露出した溝パターン4の内壁にTEO
S酸化膜5を介してバリア層6を形成することで、バリ
ア層6の付き廻りや膜質が改善されて、溝パターン4の
内部に埋め込まれたCu膜7からのCuの拡散を防止す
る効果が向上する。これによって、隣接するCu配線M
L間のリーク電流が低減でき、さらにTDDB特性の劣
化を抑えることができる。
施の形態であるデュアルダマシンCu配線を示す半導体
基板の要部断面図である。
体基板11上に第1絶縁層12が形成され、さらにこの
第1絶縁層12の上層に第2絶縁層13が形成されてい
る。この第2絶縁層13には溝パターン14が設けられ
ており、溝パターン14の内部にバリア層15が成膜さ
れている。さらに、バリア層15の上層に成膜されて溝
パターン14の内部を埋め込んだCu膜16によって第
1Cu配線ML1 が構成されている。
SOG膜17a、第1TEOS酸化膜17b、第2有機
SOG膜17cおよび第2TEOS酸化膜17dが下層
から順に堆積された積層膜が形成されている。
S酸化膜17bに穴パターン18が形成され、さらに第
2有機SOG膜17cおよび第2TEOS酸化膜17d
に上記穴パターン18に接続する溝パターン19が設け
られている。穴パターン18および溝パターン19の内
部側壁には0. 01〜0. 1μm程度の厚さの第3TE
OS酸化膜20が形成されている。この第3TEOS酸
化膜20を介して穴パターン18の内部の側壁と底部、
ならびに溝パターン19の内部の側壁には約0. 05μ
m程度の厚さのバリア層21が成膜されている。さら
に、バリア層21の上層に成膜されて穴パターン18お
よび溝パターン19の内部を埋め込んだCu膜22によ
って第2Cu配線ML2 が構成されている。
シンCu配線の製造方法を図8〜図14を用いて説明す
る。
成された半導体基板11上に第1絶縁層12を形成す
る。次いで、この第1絶縁層12の上層に、第1絶縁層
12に対してエッチング選択比がとれる第2絶縁層13
を形成する。
2絶縁層13をエッチングすることにより溝パターン1
4を形成する。次いで、半導体基板11上にバリア層1
5をスパッタリング法またはCVD法などによって堆積
し、続いてスパッタリング法による成膜、あるいはスパ
ッタリング法とこれに続く電解めっき法との連続成膜な
どによってCu膜16を堆積する。
して、Cu膜16を構成するCu原子を流動現象によっ
て溝パターン14の内部へ流し込んだ後、Cu膜16の
表面および露出したバリア層15をCMP法によって研
磨して、溝パターン14にバリア層15およびCu膜1
6を埋め込むことにより、第1Cu配線ML1 を形成す
る。
に第1有機SOG膜17a、第1TEOS酸化膜17
b、第2有機SOG膜17cおよび第2TEOS酸化膜
17dを順次堆積する。第1有機SOG膜17aおよび
第2有機SOG膜17cは、例えば塗布法によって成膜
され、第1TEOS酸化膜17bおよび第2TEOS酸
化膜17dは、例えばTEOSガスとO3 ガスとを用い
たプラスマCVD法で成膜される。
ーン23をマスクとして、第2TEOS酸化膜17d、
第2有機SOG膜17c、第1TEOS酸化膜17bお
よび第1有機SOG膜17aを順次エッチングすること
により、第1Cu配線ML1に達する穴パターン18を
形成する。
た後、図11に示すように、レジストパターン24をマ
スクとして第2TEOS酸化膜17dをエッチングす
る。この際、第2有機SOG膜17cがエッチングスト
ッパー膜として機能する。次に、この第2有機SOG膜
17cをエッチングすることにより、第2Cu配線ML
1 を埋め込む溝パターン19を形成する。
した後、図12に示すように、半導体基板11上に厚さ
0. 01〜0. 1μm程度の第3TEOS酸化膜20を
堆積する。第3TEOS酸化膜20は、例えばTEOS
ガスとO3 ガスとを用いたプラスマCVD法で成膜され
る。次いで、図13に示すように、Arガスを用いたス
パッタエッチングによって、第2TEOS酸化膜17d
の上部、穴パターン18の底部および溝パターン19の
底部の第3TEOS酸化膜20を除去することにより、
穴パターン18および溝パターン19の内部側壁に第3
TEOS酸化膜20を形成する。
1上にバリア層21を堆積し、続いてスパッタリング法
による成膜、あるいはスパッタリング法とこれに続く電
解めっき法との連続成膜などによってCu膜22を堆積
する。次いで、半導体基板11にリフロー処理を施し
て、Cu膜22を構成するCu原子を流動現象によって
溝パターン19の内部へ流し込む。
バリア層21をCMP法によって研磨して、穴パターン
18および溝パターン19にバリア層21およびCu膜
22を埋め込むことによって、前記図7に記載した第2
Cu配線ML2 が形成される。
ュアルダマシンに適用しても、第1有機SOG膜17a
が露出した穴パターン18の内壁および第2有機SOG
膜17cが露出した溝パターン19の内壁に第3TEO
S酸化膜20を介してバリア層21を形成することで、
バリア層21の付き廻りや膜質が改善されて、穴パター
ン18および溝パターン19の内部に埋め込まれたCu
膜22からのCuの拡散を防止する効果が向上する。こ
れによって、隣接する第2Cu配線ML2 間のリーク電
流が低減でき、さらにTDDB特性の劣化を抑えること
ができる。
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。
の側壁に設けられる良質の絶縁膜にプラズマCVD法で
形成されたTEOS酸化膜を用いたが、HDP(High D
ensity Plasma ;高密度プラズマ)CVD法で形成され
たSiOx 膜またはSiOF膜などを用いてもよい。
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
線間のリーク電流が低減し、さらにTDDB特性の劣化
が抑えられることから、Cu配線の信頼度を向上するこ
とができる。
Cu配線を示す半導体基板の要部断面図である。
Cu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
Cu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
Cu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
Cu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
Cu配線の変形例を示す半導体基板の要部断面図であ
る。
ンCu配線を示す半導体基板の要部断面図である。
ンCu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図で
ある。
ンCu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図で
ある。
シンCu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である。
シンCu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である。
シンCu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である。
シンCu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である。
シンCu配線の製造方法を示す半導体基板の要部断面図
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 基板上の層間絶縁層に設けられた凹パタ
ーンにCu配線が埋め込まれた半導体集積回路装置であ
って、 前記層間絶縁層を構成する少なくとも1層は低誘電率材
料であり、前記凹パターンの側壁に設けられた絶縁膜を
介してバリア層が形成されていることを特徴とする半導
体集積回路装置。 - 【請求項2】 基板上の層間絶縁層に設けられた凹パタ
ーンにCu配線が埋め込まれた半導体集積回路装置であ
って、 前記層間絶縁層を構成する少なくとも1層は低誘電率材
料であり、前記凹パターンの側壁に設けられた絶縁膜を
介してバリア層が形成されており、前記絶縁膜がプラズ
マCVD法、高密度プラズマCVD法またはスパッタリ
ング法で形成された酸化膜であることを特徴とする半導
体集積回路装置。 - 【請求項3】 基板上の層間絶縁層に設けられた凹パタ
ーンにCu配線が埋め込まれた半導体集積回路装置であ
って、 前記層間絶縁層を構成する少なくとも1層は低誘電率材
料であり、前記凹パターンの側壁に設けられた絶縁膜を
介してバリア層が形成されており、前記絶縁膜の厚さが
0. 01〜0. 1μm程度であることを特徴とする半導
体集積回路装置。 - 【請求項4】 基板上の層間絶縁層に設けられた凹パタ
ーンにCu配線が埋め込まれた半導体集積回路装置であ
って、 前記層間絶縁層を構成する少なくとも1層は低誘電率材
料であり、前記凹パターンの側壁に設けられた絶縁膜を
介してバリア層が形成されており、前記低誘電率材料
は、有機SOG膜であることを特徴とする半導体集積回
路装置。 - 【請求項5】 基板上の層間絶縁層に設けられた凹パタ
ーンにCu配線を埋め込む半導体集積回路装置の製造方
法であって、(a)前記基板上に少なくとも1層が低誘
電率材料で構成された前記層間絶縁層を形成する工程
と、(b)前記層間絶縁層に前記凹パターンを形成する
工程と、(c)前記凹パターンの側壁に絶縁膜を設ける
工程と、(d)前記凹パターンの内部にバリア層および
Cu膜を下層から順に埋め込む工程とを有することを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
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JP2000050903A JP2001244331A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 半導体集積回路装置およびその製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000050903A patent/JP2001244331A/ja active Pending
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