JP2001274159A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device

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JP2001274159A JP2000089289A JP2000089289A JP2001274159A JP 2001274159 A JP2001274159 A JP 2001274159A JP 2000089289 A JP2000089289 A JP 2000089289A JP 2000089289 A JP2000089289 A JP 2000089289A JP 2001274159 A JP2001274159 A JP 2001274159A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable improvement of a step difference in surface between a wiring layer and insulating film, even when the amount of recess is made large in order to secure residual thickness of a barrier layer covering the surface of the wiring layer. SOLUTION: A carbon film 15 is formed on a silicon oxide film 14 on an Si substrate 11. Grooves 16 are formed in the silicon oxide and carbon films 14 ands 15. A first TaN film 17 is formed on the carbon film 15 and along the surfaces of the grooves 16. A Cu wiring layer 18 is formed on the first TaN film 17 so as to embed the grooves 16. The surface of the Cu layer 18 is planarized to embed the first TaN layer 17 and Cu layer 18 into the grooves. The surface of the Cu layer 18 is retreated from areas of the surface of the layer 18 other than areas for formation of the wiring layer 18 to form recesses 20. A second TaN layer 19 is formed on the first layer 17 and the Cu layer 18. The surface of the second layer 19 is planarized to cause the carbon film 15 to be exposed. The carbon film 15 is selectively removed to expose the silicon oxide film 14.

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、多層配線技術に係
わり、特に配線層の全面をバリアメタルで覆った半導体
装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multilayer wiring technology, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which a wiring layer is entirely covered with a barrier metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】Cuはシリコンデバイスのライフタイム
キラーとなるため、CuをLSI配線として適用するに
は層間膜中へのCuの拡散を抑えることが必須である。
それに加え、配線上部バリア層にはプロセス中にCu配
線表面が酸化されることを防止する機能が要求される。
2. Description of the Related Art Since Cu serves as a lifetime killer for silicon devices, it is essential to suppress the diffusion of Cu into an interlayer film in order to apply Cu as an LSI wiring.
In addition, the wiring upper barrier layer is required to have a function of preventing the Cu wiring surface from being oxidized during the process.

【0003】従来、Cu配線上部バリア層としては窒化
シリコン層が用いられてきたが、誘電率が高いために配
線間容量を増大させてしまう問題があった。これを解決
するためにCu配線上面に側面や底面に用いられている
と同じかあるいは同等のバリア層を形成して配線を完全
に包囲することが提案されている。
Conventionally, a silicon nitride layer has been used as an upper barrier layer of a Cu wiring, but there is a problem that the capacitance between wirings is increased due to a high dielectric constant. In order to solve this problem, it has been proposed to form a barrier layer on the upper surface of the Cu wiring, which is the same as or equivalent to that used on the side and bottom surfaces, to completely surround the wiring.

【0004】この構造の形成方法としては、Cuダマシ
ン配線を形成した後、Cu配線表面を絶縁膜表面より後
退させるいわゆるリセスエッチング処理を行い、その後
にウエハ全面にバリア層を成膜して化学的機械的研磨
(CMP)により配線上にのみバリア層を残存させる方
法が考案されている。
As a method of forming this structure, after a Cu damascene wiring is formed, a so-called recess etching process is performed to retreat the surface of the Cu wiring from the surface of the insulating film. A method has been devised in which the barrier layer is left only on the wiring by mechanical polishing (CMP).

【0005】配線間容量を抑えるためにはリセス量を小
さくすることが望ましいが、その場合には化学的機械的
研磨(CMP)の研磨速度の面内バラつきやディッシン
グによりウエハ全面のパターンにおいて十分な膜厚のバ
リア層を残存させることが困難である。
In order to suppress the capacitance between wirings, it is desirable to reduce the amount of recess. In this case, however, the polishing rate of chemical mechanical polishing (CMP) varies in the plane and dishing causes a sufficient pattern in the entire surface of the wafer. It is difficult to leave a barrier layer having a thickness.

【0006】一方配線間容量は増加するものの、リセス
量を大きくすることにより化学的機械的研磨(CMP)
における上記の問題は解決できるが、バリア層形成後も
絶縁膜表面との段差が大きいため、その後工程において
酸化膜等の成膜時に十分なカバレージが得られない等の
問題が生じてしまう。
On the other hand, although the capacitance between wirings is increased, the chemical mechanical polishing (CMP)
Although the above-mentioned problem can be solved, since the level difference from the surface of the insulating film is large even after the formation of the barrier layer, there arises a problem that a sufficient coverage cannot be obtained when an oxide film or the like is formed in a subsequent step.

【0007】ところで、ダマシンプロセスを用いて形成
される配線の上部をバリアメタルで覆う試みは種々なさ
れている。最も一般的な方法は、PVDやCVDによる
金属膜堆積である。しかし、配線上部にバリアメタルを
残すためには、いわゆる「リセス工程」を用いることに
なり、配線表面を下部に持つ凹部への膜堆積を行う必要
があり、PVDやCVDの段差被覆性が不十分だとバリ
アメタルの機能が十分に果たせなくなる。
By the way, various attempts have been made to cover an upper portion of a wiring formed by a damascene process with a barrier metal. The most common method is metal film deposition by PVD or CVD. However, in order to leave the barrier metal above the wiring, a so-called “recess process” is used, and it is necessary to deposit a film in a concave portion having a wiring surface at the bottom, and the step coverage of PVD or CVD is not sufficient. If it is enough, the function of the barrier metal cannot be sufficiently performed.

【0008】また、配線上部へのバリアメタル形成工程
は、配線のCMP、配線のリセス、(必要に応じて)ク
リーニング、バリアメタル形成、余分なバリアメタルの
CMP、(必要に応じて)CMPという工程順序を辿
る。ここで、バリアメタル形成以外は湿式処理が一般的
で、バリアメタル形成工程を湿式化出来れば、一連の工
程が全て湿式装置内で連続的に行える可能性もある。以
上のように湿式のメッキ法は段差被覆性良く、工程の連
続性も確保できることから都合が良い。
The steps of forming a barrier metal on the upper part of the wiring include wiring CMP, wiring recess, cleaning (if necessary), formation of barrier metal, extra barrier metal CMP, and (as needed) CMP. Follow the process sequence. Here, a wet process other than the barrier metal formation is generally performed, and if the barrier metal formation process can be performed by a wet process, there is a possibility that a series of processes can all be performed continuously in a wet apparatus. As described above, the wet plating method is convenient because the step coverage is good and the continuity of the process can be ensured.

【0009】そこで湿式のバリアメタル形成方法とし
て、無電解メッキが試みられている。この方法は分断さ
れた配線に対して選択的に金属膜形成が可能なため一見
有望と思われるが、大きな制約がある。無電解メッキ
は、その原理から金属配線表面に膜形成の出来る金属種
が限られてしまうのである。実際、ダマシン法によって
形成された鍋配線の上部へのバリアメタル形成を念頭に
置いた場合適切な金属膜の形成が出来ない。
Therefore, electroless plating has been attempted as a wet barrier metal forming method. This method seems to be promising at first glance because a metal film can be selectively formed on the divided wiring, but it has great limitations. The principle of electroless plating limits the types of metal that can form a film on the surface of a metal wiring. Actually, when a barrier metal is formed on the upper portion of the pot wiring formed by the damascene method, an appropriate metal film cannot be formed.

【0010】一方、電解メッキは、電気的にメタルイオ
ンを導電膜表面に電着させることからメッキ材料の制約
を受けにくい。ところが、電解メッキは配線層にメッキ
のための電位を与えなくてはならず、通常の工程では配
線へのメタル形成の時点で配線は分断されておりメッキ
電流を流すことが不可能である。
On the other hand, in electrolytic plating, metal ions are electrically deposited on the surface of the conductive film. However, in the electroplating, a potential for plating must be applied to the wiring layer. In a normal process, the wiring is cut off at the time of forming the metal on the wiring, so that it is impossible to flow a plating current.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、配線
層上のバリアメタル層を埋め込み形成するための凹部を
形成するためにリセス量を小さくすると、十分な膜厚の
バリアメタル層を残存させることが困難であるという問
題があった。リセス量を大きくすると、バリアメタル層
形成後の絶縁膜表面との段差が大きいため、その後の工
程において酸化膜等の成膜時に十分なカバレージが得ら
れない、配線間容量がその分増大してしまう等の問題が
あった。
As described above, if the recess amount is reduced in order to form a recess for burying a barrier metal layer on a wiring layer, a barrier metal layer having a sufficient thickness remains. There was a problem that it was difficult. If the recess amount is increased, a step difference from the surface of the insulating film after the formation of the barrier metal layer is large, so that sufficient coverage cannot be obtained when an oxide film or the like is formed in a subsequent process, and the capacitance between wirings increases accordingly. There were problems such as getting lost.

【0012】また、配線層上に形成するバリアメタル層
の形成方法として、電解メッキ法を用いることが望まれ
ているが、絶縁層上に導電層が形成されていないため
に、メッキ電流を流すことができず、電解メッキ法によ
りバリアメタル層を形成することができないという問題
があった。
As a method of forming a barrier metal layer formed on a wiring layer, it is desired to use an electrolytic plating method. However, since a conductive layer is not formed on an insulating layer, a plating current is applied. Therefore, there is a problem that the barrier metal layer cannot be formed by the electrolytic plating method.

【0013】本発明の目的は、配線層の表面を覆うバリ
ア層の残存膜厚を確保するためにリセス量を大きくした
場合にも、配線表面と絶縁膜表面の段差を改善し、後工
程において絶縁膜の被覆不足等の段差に起因する問題を
回避し、さらに配線間容量の増大を抑制し得る半導体装
置の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to improve the step between the wiring surface and the insulating film surface even when the recess amount is increased in order to secure the remaining film thickness of the barrier layer covering the surface of the wiring layer, and to improve the step in the post-process. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of avoiding a problem caused by a step such as insufficient coverage of an insulating film and suppressing an increase in capacitance between wirings.

【0014】また、本発明の別の目的は、電解メッキ法
により配線層の表面を覆うバリアメタルを形成し得る半
導体装置の製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a barrier metal covering the surface of a wiring layer by an electrolytic plating method.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】[構成]本発明は、上記
目的を達成するために以下のように構成されている。
Means for Solving the Problems [Configuration] The present invention is configured as follows to achieve the above object.

【0016】(1)本発明(請求項1)の半導体装置の
製造方法は、半導体基板上の絶縁層上に中間層を形成す
る工程と、前記絶縁層及び中間層に溝を形成する工程
と、前記中間層及び溝の表面に沿って第1のバリアメタ
ル層を形成する工程と、第1のバリアメタル層上に、前
記溝内を埋め込むように、配線層を堆積する工程と、前
記配線層の表面に対して平坦化処理を行い、前記溝内に
第1のバリアメタル層及び配線層を埋め込み形成する工
程と、前記配線層の表面を前記絶縁層の表面より後退さ
せて凹部を形成する工程と、前記中間層及び凹部の表面
に沿って第2のバリアメタル層を形成する工程と、第2
のバリアメタル層の表面に対して平坦化処理を行い、前
記中間層の表面を露出させる工程と、前記中間層を選択
的に除去して前記絶縁層の表面を露出させる工程とを含
むことを特徴とする。
(1) A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 1) includes a step of forming an intermediate layer on an insulating layer on a semiconductor substrate, and a step of forming a groove in the insulating layer and the intermediate layer. Forming a first barrier metal layer along the surface of the intermediate layer and the groove, depositing a wiring layer on the first barrier metal layer so as to fill the groove, Performing a planarization process on the surface of the layer to bury and form a first barrier metal layer and a wiring layer in the groove; and forming a recess by retreating the surface of the wiring layer from the surface of the insulating layer. Forming a second barrier metal layer along the surface of the intermediate layer and the concave portion;
Performing a planarization process on the surface of the barrier metal layer to expose the surface of the intermediate layer; and selectively removing the intermediate layer to expose the surface of the insulating layer. Features.

【0017】本発明の好ましい実施態様を以下に記す。
前記中間層の除去後、第2のバリアメタル層が研磨され
る条件で化学的機械的研磨を行うこと。上記中間層はカ
ーボン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の中から選
ばれた少なくとも1種であること。 (2)本発明(請求項4)の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上の絶縁層に溝を形成する工程と、前記絶縁
層及び溝の表面に沿って第1のバリアメタル層を形成す
る工程と、第1のバリアメタル層上に、前記溝内を埋め
込むように、配線層を堆積する工程と、少なくとも前記
層間絶縁膜上で第1のバリアメタル層が連続的に残置し
うる範囲で、前記配線層の表面に対して平坦化処理を行
い、前記溝内に配線層を埋め込み形成する工程と、前記
配線層の表面を後退させて凹部を形成する工程と、第1
のバリアメタル層及び前記配線層上に、前記絶縁層上に
残置する第1のバリアメタル層を用いた電解メッキ法に
よって第2のバリアメタル層を形成する工程と、第2の
バリアメタル層及び第1のバリアメタル層の表面を、前
記絶縁層の表面が露出するまで平坦化する工程とを含む
ことを特徴とする。
Preferred embodiments of the present invention are described below.
After the removal of the intermediate layer, chemical mechanical polishing is performed under conditions where the second barrier metal layer is polished. The intermediate layer is at least one selected from a carbon film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film. (2) The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention (claim 4)
Forming a groove in the insulating layer on the semiconductor substrate, forming a first barrier metal layer along the surface of the insulating layer and the groove, and filling the groove on the first barrier metal layer Forming a wiring layer, and performing a flattening process on the surface of the wiring layer at least in a range where the first barrier metal layer can be continuously left on the interlayer insulating film; Forming a recess by recessing the surface of the wiring layer in the first step;
Forming a second barrier metal layer on the barrier metal layer and the wiring layer by electrolytic plating using the first barrier metal layer remaining on the insulating layer; Flattening the surface of the first barrier metal layer until the surface of the insulating layer is exposed.

【0018】(3)本発明(請求項5)の半導体装置の
製造方法は、半導体基板上の絶縁層上に導電層を形成す
る工程と、前記導電層及び絶縁層に溝を形成する工程
と、前記導電層及び溝の表面に沿って第1のバリアメタ
ル層を形成する工程と、第1のバリアメタル層上に、前
記溝内を埋め込むように、配線層を形成する工程と、少
なくとも前記絶縁層上で前記導電層が連続的に残置しう
る範囲で、前記配線層の表面に対して平坦化処理を行
い、前記溝内に配線層を埋め込み形成する工程と、前記
導電層の表面を前記絶縁層の表面より後退させて凹部を
形成する工程と、前記導電層及び前記配線層上に、前記
絶縁層上に残置する導電層を用いた電解メッキ法によっ
て第2のバリアメタル層を形成する工程と、第2のバリ
アメタル層及び導電層の表面を、前記絶縁層の表面が露
出するまで平坦化する工程とを含むことを特徴とする。
(3) A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 5) includes a step of forming a conductive layer on an insulating layer on a semiconductor substrate, and a step of forming a groove in the conductive layer and the insulating layer. Forming a first barrier metal layer along the surface of the conductive layer and the groove; and forming a wiring layer on the first barrier metal layer so as to fill the groove. Performing a flattening process on the surface of the wiring layer to the extent that the conductive layer can be continuously left on the insulating layer, forming a wiring layer in the trench, and forming the surface of the conductive layer on the insulating layer. Forming a recess by recessing from the surface of the insulating layer; and forming a second barrier metal layer on the conductive layer and the wiring layer by an electrolytic plating method using a conductive layer remaining on the insulating layer. And a second barrier metal layer and a conductive layer The surface, characterized in that it comprises a planarizing until the surface of the insulating layer is exposed.

【0019】上記(2)、(3)に記載した二つの発明
において、前記配線層は、電解メッキ法により形成され
ることが好ましい。
In the two inventions described in (2) and (3), it is preferable that the wiring layer is formed by an electrolytic plating method.

【0020】[作用]本発明は、上記構成によって以下
の作用・効果を有する。
[Operation] The present invention has the following operation and effects by the above configuration.

【0021】配線層表面を絶縁膜表面より後退させるリ
セスエッチング処理を行い、バリア層を成膜して化学的
機械的研磨により配線上部にのみバリア層を残存させる
工程において、バリア層の残存膜厚を確保するためにリ
セス量を大きくした場合にも、絶縁膜表面に絶縁膜とは
異なるプロセスで除去可能な中間層をあらかじめ形成し
ておいて、化学的機械的研磨後に除去することにより、
配線表面と絶縁膜表面の段差を改善し、後工程において
絶縁膜の被覆不足等の段差に起因する問題を回避するこ
とが可能となる。また配線間容量の増大を抑制すること
も可能となる。
In the step of performing a recess etching process to retreat the surface of the wiring layer from the surface of the insulating film, forming a barrier layer and leaving the barrier layer only on the wiring by chemical mechanical polishing, the remaining film thickness of the barrier layer Even if the recess amount is increased in order to ensure that the intermediate layer that can be removed by a different process from the insulating film is formed in advance on the insulating film surface and removed after chemical mechanical polishing,
It is possible to improve the level difference between the wiring surface and the insulating film surface and to avoid a problem caused by a level difference such as insufficient coverage of the insulating film in a later step. It is also possible to suppress an increase in the capacitance between wirings.

【0022】中間層の除去後、第2のバリアメタル層が
研磨される条件で化学的機械研磨を行うことによって、
凹部の側壁に形成されていた第2のバリアメタル層を除
去することができる。この化学的機械研磨時間は通常の
化学的機械研磨時間に比べて短時間であるので、配線層
上の第2のバリアメタル層に対して影響を与えない。
After the removal of the intermediate layer, chemical mechanical polishing is performed under the condition that the second barrier metal layer is polished.
The second barrier metal layer formed on the side wall of the recess can be removed. Since the chemical mechanical polishing time is shorter than the normal chemical mechanical polishing time, it does not affect the second barrier metal layer on the wiring layer.

【0023】また、配線層の平坦化工程において絶縁層
上に配線の側部を覆うバリアメタル層或いは導電層を連
続的に残存させることによって、安価で高速な電解メッ
キプロセスで、配線上のバリアメタル形成が可能とな
り、形成可能な金属種は無電解法に較べきわめて広い。
また、ダマシン法による配線形成プロセスを全て湿式で
行えるため連続して同一装置での処理が可能になり、速
く安価、単純な工程を実現できる。
Also, in the step of flattening the wiring layer, the barrier metal layer or the conductive layer covering the side of the wiring is continuously left on the insulating layer, so that the barrier on the wiring can be formed at a low cost and at a high speed by an electroplating process. Metal formation is possible, and the types of metal that can be formed are extremely wide as compared with the electroless method.
Further, since all the wiring forming processes by the damascene method can be performed by a wet method, processing can be continuously performed by the same apparatus, and a quick, inexpensive, and simple process can be realized.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】[第1実施形態]図1は、本発明の第1の
実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面
図である。先ず、図1(a)に示すように、Si基板
(半導体基板)11上に熱酸化膜12を100nm形成
した後、CVD法により窒化シリコン膜13を30n
m、CVD法により酸化シリコン膜14を400nm堆
積する。酸化シリコン膜14上にカーボン膜(中間層)
15を100nm堆積する。
[First Embodiment] FIG. 1 is a process sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, after a thermal oxide film 12 is formed to a thickness of 100 nm on a Si substrate (semiconductor substrate) 11, a silicon nitride film 13 is formed to a thickness of 30 nm by a CVD method.
m, a silicon oxide film 14 is deposited to a thickness of 400 nm by a CVD method. Carbon film (intermediate layer) on silicon oxide film 14
15 is deposited to a thickness of 100 nm.

【0026】次いで、図1(b)に示すように、通常の
PEP及びエッチングにより、カーボン膜15をパター
ニングした後、このカーボン膜15をマスクとしてRI
Eにより溝16を形成する。溝16は、長さ3m,L/
S=0.2/0.2μmの、配線両端が電極パッドに接
続されるパターンである。
Next, as shown in FIG. 1B, after patterning the carbon film 15 by ordinary PEP and etching, the carbon film 15 is
A groove 16 is formed by E. The groove 16 has a length of 3 m, L /
This is a pattern in which both ends of the wiring are connected to electrode pads when S = 0.2 / 0.2 μm.

【0027】次いで、図1(c)に示すように、スパッ
タリング法により膜厚20nmの第1のTaN膜(第1
のバリアメタル層)17を形成する。更に、第1のTa
N膜17上に膜厚200nmのCu膜を堆積した後、硫
酸銅を用いた電解メッキ法によりさらにCu膜の形成を
行って、溝16内を埋め込むようにCu配線層18を堆
積する。次いで、図1(d)に示すように、第1のTa
N膜17をエッチングストッパに用いて、Cu配線層1
8の表面に対してCMP処理を行い、第1のTaN膜1
7を露出させる。
Next, as shown in FIG. 1 (c), a first TaN film (first
Is formed. Further, the first Ta
After depositing a 200 nm-thick Cu film on the N film 17, a Cu film is further formed by an electrolytic plating method using copper sulfate, and a Cu wiring layer 18 is deposited so as to fill the trench 16. Next, as shown in FIG. 1D, the first Ta
Using the N film 17 as an etching stopper, the Cu wiring layer 1
8 is subjected to a CMP process to form a first TaN film 1.
7 is exposed.

【0028】次いで、図1(e)に示すように、このウ
エハをスピンエッチャ装置にてウエハを高速回転させな
がら酸を用いてリセス処理を行ってCu配線層18の表
面を後退させて、凹部19を形成する。リセス処理後、
純水で5分間リンスした後乾燥させる。Cu配線層18
のリセス量は150nmであり、試料の断面形状は良好
であった。
Then, as shown in FIG. 1 (e), the surface of the Cu wiring layer 18 is recessed by performing a recess process using an acid while rotating the wafer at a high speed by a spin etcher. To form After recess processing,
Rinse with pure water for 5 minutes and then dry. Cu wiring layer 18
Was 150 nm, and the cross-sectional shape of the sample was good.

【0029】次いで、図1(f)に示すように、スパッ
タリング法により全面に第2のTaN膜20を50nm
形成する。そして、図1(g)に示すように、化学的機
械的研磨(CMP)処理によりカーボン膜15上の第2
のTaN膜20及び第1のTaN膜17を除去し、ウエ
ハ全面でフィールド上のカーボン膜15を露出させる。
第2のTaN膜20の膜厚に比べてCu配線層18のリ
セス量が大きいため、Cu配線層18の上部に第2のT
aN膜20はウエハ全面に十分な膜厚残存していた。
Then, as shown in FIG. 1F, a second TaN film 20 is formed on the entire surface by sputtering to a thickness of 50 nm.
Form. Then, as shown in FIG. 1G, a second layer on the carbon film 15 is formed by a chemical mechanical polishing (CMP) process.
The TaN film 20 and the first TaN film 17 are removed to expose the carbon film 15 on the field over the entire surface of the wafer.
Since the recess amount of the Cu wiring layer 18 is larger than the thickness of the second TaN film 20, the second T
The aN film 20 had a sufficient thickness remaining on the entire surface of the wafer.

【0030】この後、図1(h)に示すように、O2
スを用いたCDEにより、カーボン膜15を除去する。
凹部の側壁に形成されていたTaN膜の残存分を除去す
るため、TaN膜の化学的機械的研磨(CMP)に用い
るスラリにより10秒間研磨を行った。この処理は通常
の化学的機械的研磨(CMP)に比べて時間が短いた
め、残存しているTaN膜を除去するのみで、Cu配線
上のTaN膜には何ら影響は見られなかった。
After that, as shown in FIG. 1H, the carbon film 15 is removed by CDE using O 2 gas.
In order to remove the remaining portion of the TaN film formed on the side wall of the concave portion, the TaN film was polished for 10 seconds by a slurry used for chemical mechanical polishing (CMP). Since this process is shorter in time than ordinary chemical mechanical polishing (CMP), only the remaining TaN film is removed, and the TaN film on the Cu wiring is not affected at all.

【0031】本実施形態ではリセス処理前の化学的機械
的研磨(CMP)をTaN膜17を露出させる段階で停
止したが、酸化シリコン膜14を露出させた後リセスエ
ッチング処理を行っても構わない。
In this embodiment, the chemical mechanical polishing (CMP) before the recess processing is stopped at the stage where the TaN film 17 is exposed, but the recess etching processing may be performed after the silicon oxide film 14 is exposed. .

【0032】こうして形成したウエハをブローバにより
配線抵抗を測定した後、内部が300℃の大気雰囲気で
あるオーブン中で1時間放置する加速試験を行った。加
速試験後、再びブローバによりCu配線の抵抗を測定し
たところ、加速試験の前後で変化がなかったことから、
バリア層が酸化防止層として機能していることが確認さ
れた。また、配線パターンが多数形成されたウエハ上に
塗布により絶縁膜を形成した後、450℃60時間のア
ニールを施した。塗布絶縁膜を溶解してCu濃度を測定
したところ、アニールの有無で有意差はなかった。この
ことにより上部バリア層がCu拡散防止層として機能し
ていることが確認された。
After measuring the wiring resistance of the wafer thus formed with a blow bar, an acceleration test was performed in which the wafer was allowed to stand for 1 hour in an oven at 300 ° C. in an air atmosphere. After the acceleration test, when the resistance of the Cu wiring was measured again by the blow bar, there was no change before and after the acceleration test.
It was confirmed that the barrier layer functioned as an antioxidant layer. After forming an insulating film by coating on a wafer on which a large number of wiring patterns were formed, annealing was performed at 450 ° C. for 60 hours. When the Cu concentration was measured by dissolving the applied insulating film, there was no significant difference between the presence and absence of annealing. This confirmed that the upper barrier layer functions as a Cu diffusion preventing layer.

【0033】同様にして作成したウエハ上に酸化シリコ
ン膜を成膜して上層配線を形成したところ、従来の工程
により問題なく所望の性能を得ることができた。
When a silicon oxide film was formed on a wafer prepared in the same manner to form an upper wiring, a desired performance could be obtained without any problem by a conventional process.

【0034】なお、中間層としては、カーボン膜以外
に、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等を用いることが
できる。
As the intermediate layer, a silicon nitride film, a silicon oxide film or the like can be used in addition to the carbon film.

【0035】[第2実施形態]図2は、本発明の第1の
実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面
図である。先ず、図2(a)に示すように、Si基板
(半導体基板)11上に熱酸化膜12を100nm形成
した後、CVD法により窒化シリコン膜13を30n
m、さらに塗布により低誘電率絶縁膜24を400nm
堆積した。この低誘電率絶縁膜24は、酸化シリコンの
骨格内にメチル基を多数含有したもので、フッ酸に対し
て耐性がある。低誘電率絶縁膜24上にCVD法により
酸化シリコン膜(中間層)25を100nm堆積する。
[Second Embodiment] FIG. 2 is a process sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, after a thermal oxide film 12 is formed to a thickness of 100 nm on a Si substrate (semiconductor substrate) 11, a silicon nitride film 13 is formed to a thickness of 30 nm by a CVD method.
m, and further, the low dielectric constant insulating film 24 is
Deposited. The low dielectric constant insulating film 24 contains a large number of methyl groups in the skeleton of silicon oxide, and is resistant to hydrofluoric acid. A silicon oxide film (intermediate layer) 25 is deposited to a thickness of 100 nm on the low dielectric constant insulating film 24 by a CVD method.

【0036】次いで、図2(b)に示すように、通常の
PEP及びエッチングにより、酸化シリコン膜25及び
低誘電率絶縁層24に溝16を形成する。溝16は、長
さ3m,L/S=0.2/0.2μmの、配線両端が電
極パッドに接続されるパターンである。
Next, as shown in FIG. 2B, a groove 16 is formed in the silicon oxide film 25 and the low dielectric constant insulating layer 24 by ordinary PEP and etching. The groove 16 has a length of 3 m, L / S = 0.2 / 0.2 μm, and is a pattern in which both ends of the wiring are connected to the electrode pads.

【0037】次いで、図2(c)に示すように、スパッ
タリング法により膜厚20nmの第1のTaN膜(第1
のバリアメタル層)17を形成する。更に、第1のTa
N膜17上に膜厚200nmのCu膜を堆積した後、硫
酸銅を用いた電解メッキ法によりCu膜の形成を行っ
て、溝16内を埋め込むようにCu配線層18を堆積す
る。次いで、図2(d)に示すように、第1のTaN膜
17をエッチングストッパに用いて、Cu配線層18の
表面に対してCMP処理を行い、第1のTaN膜17を
露出させた後、さらに別のCMP処理により酸化シリコ
ン膜25を露出させる。
Next, as shown in FIG. 2C, a 20 nm-thick first TaN film (first
Is formed. Further, the first Ta
After depositing a 200 nm-thick Cu film on the N film 17, a Cu film is formed by electrolytic plating using copper sulfate, and a Cu wiring layer 18 is deposited so as to fill the trench 16. Next, as shown in FIG. 2D, the surface of the Cu wiring layer 18 is subjected to a CMP process using the first TaN film 17 as an etching stopper to expose the first TaN film 17. Then, the silicon oxide film 25 is exposed by another CMP process.

【0038】次いで、図2(e)に示すように、このウ
エハをスピンエッチャ装置にてウエハを高速回転させな
がら酸を用いてリセス処理を行ってCu配線層18の表
面を後退させて、凹部19を形成する。リセス処理後、
純水で5分間リンスした後乾燥させる。Cu配線層18
のリセス量は150nmであり、試料の断面形状は良好
であった。
Next, as shown in FIG. 2E, the wafer is subjected to a recess treatment using an acid while rotating the wafer at a high speed by a spin etcher, so that the surface of the Cu wiring layer 18 is receded, and the recess 19 is formed. To form After recess processing,
Rinse with pure water for 5 minutes and then dry. Cu wiring layer 18
Was 150 nm, and the cross-sectional shape of the sample was good.

【0039】次いで、図2(f)に示すように、スパッ
タリング法により全面に第2のTaN膜20を50nm
形成する。そして、図2(g)に示すように、化学的機
械的研磨(CMP)処理により酸化シリコン膜25上の
第2のTaN膜20を除去し、ウエハ全面でフィールド
上の酸化シリコン膜25を露出させる。第2のTaN膜
20の膜厚に比べてCu配線層18のリセス量が大きい
ため、Cu配線層18の上部に第2のTaN膜20はウ
エハ全面に十分な膜厚残存していた。
Then, as shown in FIG. 2F, a second TaN film 20 is formed on the entire surface by sputtering to a thickness of 50 nm.
Form. Then, as shown in FIG. 2G, the second TaN film 20 on the silicon oxide film 25 is removed by a chemical mechanical polishing (CMP) process, and the silicon oxide film 25 on the field is exposed on the entire surface of the wafer. Let it. Since the recess amount of the Cu wiring layer 18 is larger than the thickness of the second TaN film 20, the second TaN film 20 has a sufficient thickness remaining on the entire surface of the wafer above the Cu wiring layer 18.

【0040】次いで、図2(h)に示すように、フッ酸
により、酸化シリコン膜25を除去する。凹部の側壁に
形成されていたTaN膜の残存分を除去するため、Ta
N膜の化学的機械的研磨(CMP)に用いるスラリによ
り10秒間研磨を行った。この処理は通常の化学的機械
的研磨(CMP)に比べて時間が短いため、残存してい
るTaN膜を除去するのみで、Cu配線層18上の第2
のTaN膜20には何ら影響は見られなかった。
Next, as shown in FIG. 2H, the silicon oxide film 25 is removed with hydrofluoric acid. In order to remove the remaining portion of the TaN film formed on the side wall of the concave portion,
Polishing was performed for 10 seconds with a slurry used for chemical mechanical polishing (CMP) of the N film. Since this process is shorter in time than ordinary chemical mechanical polishing (CMP), only the remaining TaN film is removed and the second process on the Cu wiring layer 18 is performed.
No effect was observed on the TaN film 20 of FIG.

【0041】第1の実施形態と同様の試験を行った結
果、良好な酸化耐性、Cuバリア性、及び後工程との整
合性が確認された。
As a result of the same test as in the first embodiment, good oxidation resistance, Cu barrier properties, and consistency with the subsequent steps were confirmed.

【0042】[第3実施形態]本実施形態は、工程途中
で配線の下に形成されるバリアメタルを電解メッキの導
電体層として用いたものである。また、本実施形態で
は、銅配線を用いた。図3,4は、本発明の第3実施形
態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図であ
る。
[Third Embodiment] In this embodiment, a barrier metal formed under a wiring during a process is used as a conductor layer for electrolytic plating. In this embodiment, a copper wiring is used. FIGS. 3 and 4 are process cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【0043】先ず、図3(a)に示すように、Si基板
31上に形成された層間絶縁膜32に溝(深さ450n
m)・孔33を形成する。次いで、図3(b)に示すよ
うに、バリア層として膜厚20nmのTaN(窒化タン
タル)膜(第1のバリアメタル層)34をスパッタ法で
形成する。更に、膜厚100nmのスパッタ銅膜35を
スパッタ法で形成した後、スパッタ銅膜35を導電層と
して膜厚900nmの電解メッキ銅膜36を形成する。
以下では、スパッタ銅膜35と電解メッキ銅膜36とを
銅配線層35,36と記す。
First, as shown in FIG. 3A, a groove (450 nm deep) is formed in the interlayer insulating film 32 formed on the Si substrate 31.
m) Form the hole 33. Next, as shown in FIG. 3B, a TaN (tantalum nitride) film (first barrier metal layer) 34 having a thickness of 20 nm is formed as a barrier layer by a sputtering method. Further, after a sputtered copper film 35 having a thickness of 100 nm is formed by a sputtering method, an electrolytic plating copper film 36 having a thickness of 900 nm is formed using the sputtered copper film 35 as a conductive layer.
Hereinafter, the sputtered copper film 35 and the electrolytic plated copper film 36 are referred to as copper wiring layers 35 and 36.

【0044】次いで、図3(c)に示すように、CMP
によって、TaN膜34上の余分な銅配線層35,36
を除去する(ダマシン法)。このCMP工程でのスラリ
ーは、酸化珪素が砥粒として用いられると共に、過硫酸
アンモニウム等の添加が行われている。このCMP工程
において、TaNの除去速度は銅のそれに較べて10分
の1と遅いため、TaN膜34を残したままスパッタ銅
膜35及び電解メッキ銅膜36の除去が終了する。
Next, as shown in FIG.
The extra copper wiring layers 35 and 36 on the TaN film 34
(Damascene method). In the slurry in the CMP step, silicon oxide is used as abrasive grains and ammonium persulfate or the like is added. In this CMP process, the removal rate of TaN is one tenth slower than that of copper, so that the removal of the sputtered copper film 35 and the electrolytic plating copper film 36 is completed with the TaN film 34 remaining.

【0045】次いで、図4(d)に示すように、塩酸と
過酸化水素水の混液を用いて、銅のみ選択的にリセスエ
ッチングし、銅配線層35,36の表面を約100nm
後退させる。
Next, as shown in FIG. 4D, only copper is selectively etched by recess using a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide, so that the surfaces of the copper wiring layers 35 and 36 are about 100 nm.
Retreat.

【0046】この状態で、銅配線層35,36の間に残
置されたTaN膜34を導電層として用い、ウエハの外
周部付近からマイナス電位を印可しながら、塩化ルテニ
ウム五水和塩の水溶液からなるメッキ液にて電解メッキ
を行う。メッキ液中の陽極は、ルテニウムのプレートを
用いた。電解メッキにより、図4(e)に示すように、
ウエハ表面には一様に膜厚50nmのルテニウム膜(第
2のバリアメタル層)37が形成される。ルテニウム
は、銅の拡散障壁(バリア膜)として有効に機能するこ
とが知られており、これを銅配線層35,36上に形成
することで銅の層間絶縁膜32への熱拡散を防ぐことが
出来る。
In this state, the TaN film 34 remaining between the copper wiring layers 35 and 36 is used as a conductive layer, and a negative potential is applied from the vicinity of the outer periphery of the wafer while the aqueous solution of ruthenium chloride pentahydrate is used. Electroplating is performed with a plating solution. A ruthenium plate was used as the anode in the plating solution. By electrolytic plating, as shown in FIG.
A ruthenium film (second barrier metal layer) 37 having a thickness of 50 nm is uniformly formed on the wafer surface. Ruthenium is known to effectively function as a copper diffusion barrier (barrier film). By forming this on the copper wiring layers 35 and 36, it is possible to prevent thermal diffusion of copper to the interlayer insulating film 32. Can be done.

【0047】図4(f)に示すように、形成されたルテ
ニウム膜37とTaN膜34の内、層間絶縁膜32上の
ものは、この後にCMPにより除去することで下部、側
壁をTaN膜34、上部をルテニウム膜37で囲んだ銅
配線35,36を形成することが出来る。
As shown in FIG. 4F, of the formed ruthenium film 37 and the TaN film 34, the one on the interlayer insulating film 32 is thereafter removed by CMP, so that the lower part and the side wall are removed by the TaN film 34. Then, copper wirings 35 and 36 whose upper portions are surrounded by a ruthenium film 37 can be formed.

【0048】なお、ルテニウムの表面および内部は必要
に応じて窒素プラズマなどで窒化処理、硼化処理、炭化
処理、珪化処理などすることでさらにバリア性能を向上
させることも可能である。又、酸化ルテニウムは導電性
であるため、酸化処理も可能である。
The barrier performance can be further improved by subjecting the surface and the inside of the ruthenium to nitriding treatment, boring treatment, carbonizing treatment and silicidation treatment with nitrogen plasma or the like as necessary. Since ruthenium oxide is conductive, it can be oxidized.

【0049】[第4の実施形態]図5,6は、本発明の
第4実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程
断面図である。
[Fourth Embodiment] FIGS. 5 and 6 are sectional views showing the steps of manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【0050】先ず、図5(a)に示すように、層間絶縁
膜に溝(深さ1400nm)を形成するに先立ち、層間
絶縁膜32の上部に導電性のハードマスクとして膜厚8
0nmのタングステン膜を形成する。タングステン膜4
1の形成後、通常のリソグラフィー法で図示されないフ
ォトレジストに溝のパターンを形成し、これをマスクに
タングステン41及び層間絶縁膜32にドライエッチン
グ法で溝・孔33を形成する。このドライエッチングの
途中でフォトレジストが失われる場合は、パターン形成
されたタングステン41をマスクに層間絶縁膜の溝加工
を行う。そして、ドライエッチング終了後、フォトレジ
ストが残存している場合には、フォトレジストを除去す
る。
First, as shown in FIG. 5A, prior to forming a groove (depth: 1400 nm) in the interlayer insulating film, a conductive hard mask having a thickness of 8
A 0 nm tungsten film is formed. Tungsten film 4
After the formation of 1, a groove pattern is formed in a photoresist (not shown) by a normal lithography method, and the groove / hole 33 is formed in the tungsten 41 and the interlayer insulating film 32 by a dry etching method using this as a mask. If the photoresist is lost during the dry etching, a groove is formed in the interlayer insulating film using the patterned tungsten 41 as a mask. After the dry etching, if the photoresist remains, the photoresist is removed.

【0051】次いで、図5(b)に示すように、バリア
層として膜厚50nmのTiN(窒化チタン)膜54を
スパッタ法で形成する。更に、膜厚200nmのスパッ
タ銅膜35をスパッタ法で形成した後、スパッタ銅膜3
5を導電層として膜厚1700nmの電解メッキ銅膜3
6を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a 50 nm-thick TiN (titanium nitride) film 54 is formed as a barrier layer by a sputtering method. Further, after forming a sputtered copper film 35 having a thickness of 200 nm by a sputtering method,
Electroconductive plated copper film 3 having a film thickness of 1700 nm using 5 as a conductive layer
6 is formed.

【0052】次いで、図5(c)に示すように、CMP
によって、TiN膜54上の余分なスパッタ銅膜35及
び電解メッキ銅膜36を除去する(ダマシン法)。この
CMP工程でのスラリーは、酸化珪素が砥粒として用い
られると共に、過硫酸アンモニウム等の添加が行われて
いる。このCMP工程において、タングステンの除去速
度は銅のそれに較べて20分の1と遅いため、タングス
テン膜41を残したままスパッタ銅膜35及び電解メッ
キ銅膜36の除去が終了する。ここでTiN膜の一部が
残っても良い。
Next, as shown in FIG.
As a result, the extra sputtered copper film 35 and the electrolytic plated copper film 36 on the TiN film 54 are removed (damascene method). In the slurry in the CMP step, silicon oxide is used as abrasive grains and ammonium persulfate or the like is added. In this CMP process, the removal rate of tungsten is as slow as 1/20 of that of copper, so that the removal of the sputtered copper film 35 and the electrolytic plating copper film 36 is completed with the tungsten film 41 remaining. Here, a part of the TiN film may remain.

【0053】次いで、図6(d)に示すように、塩酸と
過酸化水素水の混液を用いて、銅の部分のみ選択的にリ
セスエッチングし、スパッタ銅膜35及び電解メッキ銅
膜36の表面を約300nm後退させる。
Next, as shown in FIG. 6D, only a portion of copper is selectively recessed and etched using a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution to form a surface of the sputtered copper film 35 and the electroplated copper film 36. Is retracted by about 300 nm.

【0054】この状態で、銅配線の間に残置されたタン
グステン膜41を導電層として用い、ウエハの外周部付
近からマイナス電位を印可しながら、硫酸ロジウム塩の
水溶液にて電解メッキを行う。メッキ液中の陽極は、白
金のプレートを用いた。これにより、図6(e)に示す
ように、ウエハ表面には一様に膜厚50nmのロジウム
膜57が形成される。ロジウムは、銅の拡散障壁(バリ
ア膜)として有効に機能することが知られており、これ
を銅配線上部に形成することで銅の層間絶縁膜への熱拡
散を防ぐことが出来る。
In this state, the tungsten film 41 remaining between the copper wirings is used as a conductive layer, and electrolytic plating is performed with an aqueous solution of rhodium sulfate while applying a negative potential from around the outer periphery of the wafer. A platinum plate was used as the anode in the plating solution. As a result, as shown in FIG. 6E, a rhodium film 57 having a thickness of 50 nm is uniformly formed on the wafer surface. Rhodium is known to function effectively as a copper diffusion barrier (barrier film). By forming this over copper wiring, it is possible to prevent copper from thermally diffusing into an interlayer insulating film.

【0055】次いで、図6(f)に示すように、層間絶
縁膜上のロジウム膜57、タングステン膜41とTiN
膜54をCMPにより除去することで下部、側壁をTi
N膜54、上部をロジウム膜57で囲んだ銅配線を形成
することが出来る。
Next, as shown in FIG. 6F, the rhodium film 57, the tungsten film 41 and the TiN
By removing the film 54 by CMP, the lower and side walls are made of Ti.
A copper wiring in which the N film 54 and the upper part are surrounded by the rhodium film 57 can be formed.

【0056】ロジウムの表面および内部は必要に応じて
窒素プラズマなどで窒化処理、硼化処理、炭化処理、珪
化処理などすることでさらにバリア性能を向上させるこ
とも可能である。
The barrier performance can be further improved by subjecting the surface and the inside of the rhodium to nitriding treatment, boring treatment, carbonizing treatment and silicidation treatment with nitrogen plasma or the like as necessary.

【0057】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することが可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented in various modifications without departing from the scope of the invention.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、配
線層表面を絶縁膜表面より後退させるリセスエッチング
処理を行い、バリア層を成膜して化学的機械的研磨によ
り配線上部にのみバリア層を残存させる工程において、
バリア層の残存膜厚を確保するためにリセス量を大きく
した場合にも、絶縁膜表面に絶縁膜とは異なるプロセス
で除去可能な中間層をあらかじめ形成しておいて、化学
的機械的研磨後に除去することにより、配線表面と絶縁
膜表面の段差を改善し、後工程において絶縁膜の被覆不
足等の段差に起因する問題を回避することが可能とな
る。
As described above, according to the present invention, recess etching is performed to retreat the surface of the wiring layer from the surface of the insulating film, and a barrier layer is formed. In the step of leaving the layer,
Even when the recess amount is increased to secure the remaining film thickness of the barrier layer, an intermediate layer that can be removed by a process different from that of the insulating film is formed in advance on the insulating film surface, and after the chemical mechanical polishing, By removing, it is possible to improve a step between the wiring surface and the insulating film surface and to avoid a problem caused by a step such as insufficient covering of the insulating film in a later step.

【0059】また、配線層の平坦化工程において絶縁層
上に配線の側部を覆うバリアメタル層或いは導電層を連
続的に残存させることによって、安価で高速な電解メッ
キプロセスで、配線上のバリアメタル形成が可能とな
り、形成可能な金属種は無電解法に較べきわめて広い。
また、ダマシン法による配線形成プロセスを全て湿式で
行えるため連続して同一装置での処理が可能になり、速
く安価、単純な工程を実現できる。
Also, in the step of flattening the wiring layer, the barrier metal layer or the conductive layer covering the side portions of the wiring is continuously left on the insulating layer, so that the barrier on the wiring can be formed inexpensively at a high speed by an electroplating process. Metal formation is possible, and the types of metal that can be formed are extremely wide as compared with the electroless method.
Further, since all the wiring forming processes by the damascene method can be performed by a wet method, processing can be continuously performed by the same apparatus, and a quick, inexpensive and simple process can be realized.

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

【図1】第1の実施形態に係わる半導体装置の製造工程
を示す工程断面図。
FIG. 1 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment.

【図2】第2の実施形態に係わる半導体装置の製造工程
を示す工程断面図。
FIG. 2 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment.

【図3】第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程
を示す工程断面図。
FIG. 3 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment.

【図4】第3の実施形態に係わる半導体装置の製造工程
を示す工程断面図。
FIG. 4 is a process sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment;

【図5】第4の実施形態に係わる半導体装置の製造工程
を示す工程断面図。
FIG. 5 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fourth embodiment.

【図6】第4の実施形態に係わる半導体装置の製造工程
を示す工程断面図。
FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…Si基板(半導体基板) 12…熱酸化膜 13…窒化シリコン膜 14…酸化シリコン膜 15…カーボン膜(中間層) 16…溝 17…TaN膜(第1のバリアメタル層) 18…Cu配線層 19…凹部 20…第2のTaN膜(第2のバリアメタル層) 31…Si基板(半導体基板) 32…層間絶縁膜 33…溝・孔 34…TaN膜(第1のバリアメタル層) 35…スパッタ銅膜 36…電解メッキ銅膜 37…ルテニウム膜(第2のバリアメタル層) 41…タングステン膜 54…TiN膜 57…ロジウム膜 Reference Signs List 11 ... Si substrate (semiconductor substrate) 12 ... Thermal oxide film 13 ... Silicon nitride film 14 ... Silicon oxide film 15 ... Carbon film (intermediate layer) 16 ... Groove 17 ... TaN film (first barrier metal layer) 18 ... Cu wiring Layer 19 recess 20 second TaN film (second barrier metal layer) 31 Si substrate (semiconductor substrate) 32 interlayer insulating film 33 groove / hole 34 TaN film (first barrier metal layer) 35 ... sputtered copper film 36 ... electroplated copper film 37 ... ruthenium film (second barrier metal layer) 41 ... tungsten film 54 ... TiN film 57 ... rhodium film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 尚史 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 5F033 HH07 HH11 HH32 HH33 MM01 MM05 MM12 MM13 PP15 PP27 PP33 QQ08 QQ09 QQ13 QQ19 QQ48 QQ49 RR04 RR06 RR12 SS11 SS21 XX20 XX24 XX33 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Naofumi Kaneko 8th Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term in the Toshiba Yokohama Office (reference) 5F033 HH07 HH11 HH32 HH33 MM01 MM05 MM12 MM13 PP15 PP27 PP33 QQ08 QQ09 QQ13 QQ19 QQ48 QQ49 RR04 RR06 RR12 SS11 SS21 XX20 XX24 XX33

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上の絶縁層上に中間層を形成す
る工程と、 前記絶縁層及び中間層に溝を形成する工程と、 前記中間層及び溝の表面に沿って第1のバリアメタル層
を形成する工程と、 第1のバリアメタル層上に、前記溝内を埋め込むよう
に、配線層を堆積する工程と、 前記配線層の表面に対して平坦化処理を行い、前記溝内
に第1のバリアメタル層及び配線層を埋め込み形成する
工程と、 前記配線層の表面を前記絶縁層の表面より後退させて凹
部を形成する工程と、 前記中間層及び凹部の表面に沿って第2のバリアメタル
層を形成する工程と、 第2のバリアメタル層の表面に対して平坦化処理を行
い、前記中間層の表面を露出させる工程と、 前記中間層を選択的に除去して前記絶縁層の表面を露出
させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
A step of forming an intermediate layer on an insulating layer on a semiconductor substrate; a step of forming a groove in the insulating layer and the intermediate layer; and a first barrier metal along a surface of the intermediate layer and the groove. A step of forming a layer, a step of depositing a wiring layer on the first barrier metal layer so as to fill the groove, and a step of performing a planarization process on the surface of the wiring layer, Burying and forming a first barrier metal layer and a wiring layer; recessing the surface of the wiring layer from the surface of the insulating layer to form a recess; and forming a second portion along the surface of the intermediate layer and the recess. Forming a barrier metal layer, performing a planarization process on the surface of the second barrier metal layer to expose the surface of the intermediate layer, and selectively removing the intermediate layer to form the insulating layer. Exposing the surface of the layer. The method of manufacturing a semiconductor device to be.
【請求項2】前記中間層の除去後、第2のバリアメタル
層が研磨される条件で化学的機械的研磨を行うことを特
徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the removal of the intermediate layer, chemical mechanical polishing is performed under a condition that the second barrier metal layer is polished.
【請求項3】前記中間層はカーボン膜、窒化シリコン
膜、酸化シリコン膜の中から選ばれた少なくとも1種で
あることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製
造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the intermediate layer is at least one selected from a carbon film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film.
【請求項4】半導体基板上の絶縁層に溝を形成する工程
と、 前記絶縁層及び溝の表面に沿って第1のバリアメタル層
を形成する工程と、 第1のバリアメタル層上に、前記溝内を埋め込むよう
に、配線層を堆積する工程と、 少なくとも前記層間絶縁膜上で第1のバリアメタル層が
連続的に残置しうる範囲で、前記配線層の表面に対して
平坦化処理を行い、前記溝内に配線層を埋め込み形成す
る工程と、 前記配線層の表面を後退させて凹部を形成する工程と、 第1のバリアメタル層及び前記配線層上に、前記絶縁層
上に残置する第1のバリアメタル層を用いた電解メッキ
法によって第2のバリアメタル層を形成する工程と、 第2のバリアメタル層及び第1のバリアメタル層の表面
を、前記絶縁層の表面が露出するまで平坦化する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of forming a groove in the insulating layer on the semiconductor substrate; a step of forming a first barrier metal layer along the surface of the insulating layer and the groove; Depositing a wiring layer so as to fill the trench, and planarizing the surface of the wiring layer at least as far as the first barrier metal layer can be continuously left on the interlayer insulating film. Performing a step of burying a wiring layer in the groove; a step of recessing the surface of the wiring layer to form a recess; a step of forming a recess on the first barrier metal layer and the wiring layer; Forming a second barrier metal layer by an electrolytic plating method using the remaining first barrier metal layer; and forming a surface of the second barrier metal layer and the first barrier metal layer on the surface of the insulating layer. Planarizing until exposed. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim and.
【請求項5】半導体基板上の絶縁層上に導電層を形成す
る工程と、 前記導電層及び絶縁層に溝を形成する工程と、 前記導電層及び溝の表面に沿って第1のバリアメタル層
を形成する工程と、 第1のバリアメタル層上に、前記溝内を埋め込むよう
に、配線層を形成する工程と、 少なくとも前記絶縁層上で前記導電層が連続的に残置し
うる範囲で、前記配線層の表面に対して平坦化処理を行
い、前記溝内に配線層を埋め込み形成する工程と、 前記導電層の表面を前記絶縁層の表面より後退させて凹
部を形成する工程と、 前記導電層及び前記配線層上に、前記絶縁層上に残置す
る導電層を用いた電解メッキ法によって第2のバリアメ
タル層を形成する工程と、 第2のバリアメタル層及び導電層の表面を、前記絶縁層
の表面が露出するまで平坦化する工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
5. A step of forming a conductive layer on an insulating layer on a semiconductor substrate, a step of forming a groove in the conductive layer and the insulating layer, and a first barrier metal along a surface of the conductive layer and the groove. A step of forming a layer, a step of forming a wiring layer on the first barrier metal layer so as to fill the trench, at least as far as the conductive layer can be continuously left on the insulating layer. Performing a planarization process on the surface of the wiring layer to bury the wiring layer in the groove; and forming a recess by retreating the surface of the conductive layer from the surface of the insulating layer. Forming a second barrier metal layer on the conductive layer and the wiring layer by an electrolytic plating method using a conductive layer remaining on the insulating layer; and forming a surface of the second barrier metal layer and the conductive layer on the conductive layer and the wiring layer. , Flatten until the surface of the insulating layer is exposed A method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項6】前記配線層は、電解メッキ法により形成さ
れることを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装
置の製造方法。
6. A method according to claim 4, wherein said wiring layer is formed by an electrolytic plating method.
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