JP2003258088A - Semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing the same

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JP2003258088A
JP2003258088A JP2002060236A JP2002060236A JP2003258088A JP 2003258088 A JP2003258088 A JP 2003258088A JP 2002060236 A JP2002060236 A JP 2002060236A JP 2002060236 A JP2002060236 A JP 2002060236A JP 2003258088 A JP2003258088 A JP 2003258088A
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semiconductor device
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豊 大岡
Shingo Takahashi
新吾 高橋
Kaori Tai
香織 田井
Takeshi Nogami
毅 野上
Hiroshi Horikoshi
浩 堀越
Hisanori Komai
尚紀 駒井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration in electromigration resistance and to reduce via resistance while making good use of characteristics of a barrier metal needed when, for example, Cu is used as a wiring material. <P>SOLUTION: The method for manufacturing a semiconductor device 1 having a multi-layered wiring structure includes a barrier metal filming process of forming a 2nd inter-layer insulating film 8 on a 1st wiring layer 4 formed by burying the wiring material in a 1st inter-layer insulating film 7, forming a recess of a trench and a via hole in the 2nd inter-layer insulating film 8, and forming the barrier metal 13 in the recess and a barrier metal removing process of removing the barrier metal 13 at the via hole bottom by etching; and the barrier metal 13 at the bottom of the 2nd wiring trench is left in the barrier metal removing process. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、多層配線構造を有
する半導体装置及びその製造方法、並びに半導体装置の
製造装置に関し、特にCuを含む多層配線構造を有する
半導体装置及びその製造方法、並びに半導体装置の製造
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a multilayer wiring structure and a method of manufacturing the same, and a manufacturing device of the semiconductor device, and more particularly, a semiconductor device having a multilayer wiring structure containing Cu, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device. Manufacturing equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のLSIの高集積化に伴い、より高
速化と高い信頼性とを得られる配線材料が求められるよ
うになってきている。そこで、従来のAl合金配線と比
較して電気抵抗が約3分の2程度であり、より高いエレ
クトロマイグレーション(EM)耐性が期待されるCu
配線の実用化が重要視されている。
2. Description of the Related Art With the recent high integration of LSIs, there is a growing demand for wiring materials that can achieve higher speed and higher reliability. Therefore, Cu, which has an electric resistance of about two-thirds as compared with the conventional Al alloy wiring, and is expected to have higher electromigration (EM) resistance.
The practical application of wiring is emphasized.

【0003】Cuを用いた配線形成では、一般にCuの
ドライエッチングが容易でないために、いわゆるダマシ
ン法が用いられている。これは、例えば酸化シリコンか
らなる層間絶縁膜に予め所定の溝を形成し、その溝に配
線材料(Cu)を埋め込んだ後、余剰の配線材料を化学
機械研磨(Chemical MechanicalP
olishing:以下、CMPと称する。)により除
去し、配線を形成する方法である。さらに、複数の配線
層を有する多層配線構造において2層目以上の上層配線
を形成する際には、接続孔(Via)と配線溝(Tre
nch)とを形成した後、一括して配線材料を埋め込
み、余剰配線材料をCMPにより除去するデュアルダマ
シン法が採用されることがある。ここで、デュアルダマ
シン法により作製された2層配線の半導体装置の一例
を、図35に示す。
In the wiring formation using Cu, the so-called damascene method is used because dry etching of Cu is generally not easy. This is because, for example, a predetermined groove is formed in advance in an interlayer insulating film made of silicon oxide, a wiring material (Cu) is embedded in the groove, and then surplus wiring material is subjected to chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical P
polishing: Hereinafter referred to as CMP. ), And a wiring is formed. Further, in forming a second or more upper layer wiring in a multilayer wiring structure having a plurality of wiring layers, a connection hole (Via) and a wiring groove (Tre) are formed.
nch) is formed, and then a dual damascene method of embedding a wiring material in a lump and removing excess wiring material by CMP may be adopted. Here, FIG. 35 shows an example of a two-layer wiring semiconductor device manufactured by a dual damascene method.

【0004】この半導体装置101は、トランジスタ等
のデバイス(図示は省略する。)が予め作製された基板
102上に、エッチストッパ膜103を介して下層配線
層104と、上層配線層105とが形成され、下層配線
層104と上層配線層105とがビア106を介して電
気的に接続されている。下層配線層104、上層配線層
105及びビア106は、それぞれ層間絶縁膜107,
108,109に埋め込まれている。また、下層配線層
104、上層配線層105及びビア106の側壁及び底
部は、層間絶縁膜107,108,109へのCuの拡
散を防止するために、Cu拡散防止機能を有するバリア
メタル110により被覆されている。
In this semiconductor device 101, a lower wiring layer 104 and an upper wiring layer 105 are formed on a substrate 102, on which devices such as transistors (not shown) are manufactured in advance, with an etch stopper film 103 interposed therebetween. The lower wiring layer 104 and the upper wiring layer 105 are electrically connected via the via 106. The lower wiring layer 104, the upper wiring layer 105, and the via 106 are respectively formed of an interlayer insulating film 107,
It is embedded in 108 and 109. The lower wiring layer 104, the upper wiring layer 105, and the sidewalls and bottoms of the vias 106 are covered with a barrier metal 110 having a Cu diffusion preventing function in order to prevent Cu from diffusing into the interlayer insulating films 107, 108, and 109. Has been done.

【0005】層間絶縁膜へのCu原子の拡散の抑制、層
間絶縁膜とCu配線との密着性の向上、Cuの埋め込み
性の向上等の機能を有するために、バリアメタル110
は通常の形成方法においては必須の層である。
The barrier metal 110 has the functions of suppressing the diffusion of Cu atoms into the interlayer insulating film, improving the adhesion between the interlayer insulating film and Cu wiring, and improving the burying property of Cu.
Is an essential layer in the usual forming method.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、デュアルダ
マシン法により作製される従来の半導体装置において
は、下層配線104と上層配線105とはビア106の
底部にて異種金属であるバリアメタル110を介して接
合される。このため、電流を流したときのエレクトロマ
イグレーションによるCu原子の流れが、バリアメタル
110によって遮られるために不連続なものとなる。こ
の結果、図35に示すように、例えば上層配線105か
らビア106を通って下層配線104に電子eが流れ
出す場合、下層配線104においてはビア106の底部
にあるバリアメタル110との界面下に、Cu原子の過
剰な移動による欠陥(ボイド)111が生成されること
が知られている。ボイド111は、Cu配線におけるエ
レクトロマイグレーション耐性低下の問題を引き起こす
こととなる。
By the way, in the conventional semiconductor device manufactured by the dual damascene method, the lower layer wiring 104 and the upper layer wiring 105 are provided at the bottom of the via 106 via the barrier metal 110 which is a dissimilar metal. To be joined. Therefore, the flow of Cu atoms due to electromigration when a current is applied is discontinuous because it is blocked by the barrier metal 110. As a result, as shown in FIG. 35, for example, when the electrons e flow out from the upper layer wiring 105 to the lower layer wiring 104 through the via 106, in the lower layer wiring 104, under the interface with the barrier metal 110 at the bottom of the via 106. It is known that defects (voids) 111 are generated due to excessive movement of Cu atoms. The void 111 causes a problem of lowering electromigration resistance in Cu wiring.

【0007】また、通常バリアメタルとして使われる金
属はCuに比べ抵抗が高いため、下層配線104とビア
106とをバリアメタル110が分離することでビア抵
抗、ひいては実効的な配線抵抗が増大し、LSIのさら
なる微細化を進めるに当たって大きな問題になる。
Further, since a metal usually used as a barrier metal has a higher resistance than Cu, the barrier metal 110 separates the lower layer wiring 104 and the via 106, thereby increasing the via resistance and the effective wiring resistance. This is a big problem in further miniaturization of LSI.

【0008】そこで本発明はこのような従来の問題点を
解決するために考案されたものであり、配線材料に例え
ばCuを用いる場合に要求されるバリアメタルの特性を
活かしながらも、エレクトロマイグレーション耐性の劣
化の抑制及びビア抵抗の低減を図ることが可能な半導体
装置及びその製造方法、並びに半導体装置の製造装置を
提供することを目的とする。
Therefore, the present invention was devised to solve the above-mentioned conventional problems, and while utilizing the characteristics of the barrier metal required when using, for example, Cu as the wiring material, it is resistant to electromigration. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device, a method of manufacturing the same, and a device for manufacturing a semiconductor device, which can suppress the deterioration of the semiconductor device and reduce the via resistance.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、多層配線
構造を有する半導体装置の製造方法であって、第1の層
間絶縁膜に配線材料が埋め込まれてなる第1の配線層上
に第2の層間絶縁膜を成膜し、当該第2の層間絶縁膜に
トレンチ及びビアホールからなる凹部を形成し、当該凹
部にバリアメタルを成膜するバリアメタル成膜工程と、
少なくとも上記ビアホール底部の上記バリアメタルをエ
ッチングにより除去するバリアメタル除去工程とを有
し、上記バリアメタル除去工程において、上記第2の配
線用トレンチの底部の上記バリアメタルを残存させるこ
とを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, in which a first interlayer insulating film is formed. A second interlayer insulating film is formed on the first wiring layer in which the wiring material is embedded, a concave portion including a trench and a via hole is formed in the second interlayer insulating film, and a barrier metal is formed in the concave portion. A barrier metal film forming step for forming a film,
A barrier metal removing step of removing at least the barrier metal at the bottom of the via hole by etching, wherein the barrier metal at the bottom of the second wiring trench is left in the barrier metal removing step. .

【0010】以上のように構成された半導体装置の製造
方法では、バリアメタル除去工程においてビアホールの
底部に成膜されたバリアメタルを優先的に除去してトレ
ンチの底部のバリアメタルを残存させるため、バリアメ
タルの特性を損なうことなく、第1の配線層とビアとの
間にバリアメタルが介在することがないために、エレク
トロマイグレーションによる配線材料原子の流れが連続
的になり、また、ビア抵抗の増大を引き起こすこともな
い。
In the method of manufacturing a semiconductor device configured as described above, the barrier metal formed on the bottom of the via hole is preferentially removed in the barrier metal removing step to leave the barrier metal on the bottom of the trench. Since the barrier metal does not exist between the first wiring layer and the via without impairing the characteristics of the barrier metal, the flow of wiring material atoms due to electromigration becomes continuous, and the resistance of the via is reduced. It does not cause an increase.

【0011】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であっ
て、第1の層間絶縁膜に配線材料が埋め込まれてなる第
1の配線層上に、第2の層間絶縁膜と、配線材料拡散防
止機能を有する絶縁膜と、第3の層間絶縁膜とをこの順
に成膜し、トレンチ及びビアホールからなる凹部を形成
し、当該凹部にバリアメタルを成膜するバリアメタル成
膜工程と、少なくとも上記ビアホール底部の上記バリア
メタルをエッチングにより除去するバリアメタル除去工
程とを有し、上記バリアメタル除去工程において、上記
トレンチの底部に上記配線材料拡散防止機能を有する絶
縁膜を残存させることを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, in which a wiring material is embedded in a first interlayer insulating film on a first wiring layer. Then, a second interlayer insulating film, an insulating film having a wiring material diffusion preventing function, and a third interlayer insulating film are formed in this order to form a concave portion including a trench and a via hole, and a barrier metal is formed in the concave portion. And a barrier metal removing step of removing at least the barrier metal at the bottom of the via hole by etching. In the barrier metal removing step, the wiring material diffusion prevention is performed at the bottom of the trench. It is characterized in that an insulating film having a function is left.

【0012】以上のように構成された半導体装置の製造
方法では、トレンチの底部に配線材料拡散防止機能を有
する絶縁膜を残存させた状態でバリアメタルの成膜を行
うので、バリアメタル除去工程においてビアホール底部
のバリアメタルと同様にトレンチ底部のバリアメタルが
完全に除去された場合でも、層間絶縁膜への配線材料の
拡散を防止できる。このため、バリアメタルの特性を損
なうことなく、第1の配線層とビアとの間にバリアメタ
ルが介在することがないために、エレクトロマイグレー
ションによる配線材料原子の流れが連続的になり、ま
た、ビア抵抗の増大を引き起こすこともない。
In the method of manufacturing a semiconductor device configured as described above, since the barrier metal is formed with the insulating film having the wiring material diffusion preventing function remaining at the bottom of the trench, the barrier metal is removed in the barrier metal removing step. Even when the barrier metal at the bottom of the trench is completely removed, like the barrier metal at the bottom of the via hole, diffusion of the wiring material into the interlayer insulating film can be prevented. Therefore, since the barrier metal does not exist between the first wiring layer and the via without impairing the characteristics of the barrier metal, the flow of wiring material atoms due to electromigration becomes continuous, and It does not cause an increase in via resistance.

【0013】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であっ
て、第1の層間絶縁膜に配線材料が埋め込まれてなる第
1の配線層上に、配線材料拡散防止機能を有する絶縁膜
と第2の層間絶縁膜とをこの順に成膜し、当該配線材料
拡散防止機能を有する絶縁膜及び当該第2の層間絶縁膜
にトレンチ及びビアホールからなる凹部を形成する凹部
形成工程と、上記ビアホール底部の上記配線材料拡散防
止機能を有する絶縁膜が被覆されないように、上記凹部
にバリアメタルを成膜するバリアメタル成膜工程と、上
記ビアホール底部の上記配線材料拡散防止機能を有する
絶縁膜をエッチングにより除去する絶縁膜除去工程とを
有することを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, in which a wiring material is embedded in a first interlayer insulating film on a first wiring layer. Then, an insulating film having a wiring material diffusion preventing function and a second interlayer insulating film are formed in this order, and the insulating film having the wiring material diffusion preventing function and the second interlayer insulating film are formed of trenches and via holes. A recess forming step of forming a recess; a barrier metal film forming step of forming a barrier metal in the recess so as not to cover the insulating film having the wiring material diffusion preventing function at the bottom of the via hole; And an insulating film removing step of removing the insulating film having a wiring material diffusion preventing function by etching.

【0014】以上のように構成された半導体装置の製造
方法では、ビアホールの底部の配線材料拡散防止機能を
有する絶縁膜を残した状態で、この配線材料拡散防止機
能を有する絶縁膜上にバリアメタルが堆積しないように
条件を制御しながらバリアメタルの成膜を行い、この後
ビアホール底部の配線材料拡散防止機能を有する絶縁膜
をエッチングにより除去して第1の配線層を露出させ
る。このため、バリアメタルの特性を損なうことなく、
第1の配線層とビアとの間にバリアメタルが介在するこ
とがないために、エレクトロマイグレーションによる配
線材料原子の流れが連続的になり、また、ビア抵抗の増
大を引き起こすこともない。
In the method of manufacturing a semiconductor device configured as described above, the barrier metal is formed on the insulating film having the wiring material diffusion preventing function at the bottom of the via hole, with the insulating film having the wiring material diffusion preventing function remaining. A barrier metal film is formed while controlling the conditions so that the first wiring layer is not deposited. Then, the insulating film having the wiring material diffusion preventing function at the bottom of the via hole is removed by etching to expose the first wiring layer. Therefore, without impairing the characteristics of the barrier metal,
Since the barrier metal is not present between the first wiring layer and the via, the flow of wiring material atoms due to electromigration is continuous, and the via resistance is not increased.

【0015】また、本発明に係る半導体装置は、多層配
線構造を有する半導体装置であって、第1の層間絶縁膜
と配線材料拡散防止機能を有する絶縁膜との積層膜に配
線材料が埋め込まれてなる第1の配線層と、上記第1の
配線層の上方に配された第2の配線層と、上記第1の配
線層と上記第2の配線層とを電気的に接続するビアとを
有し、上記第2の配線層及び上記ビアがバリアメタルを
介して第2の層間絶縁膜に埋め込まれることを特徴とす
る。
Further, the semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a multi-layer wiring structure, in which a wiring material is embedded in a laminated film of a first interlayer insulating film and an insulating film having a wiring material diffusion preventing function. A first wiring layer, a second wiring layer disposed above the first wiring layer, and a via electrically connecting the first wiring layer and the second wiring layer. And the second wiring layer and the via are embedded in the second interlayer insulating film via a barrier metal.

【0016】以上のような構成の半導体装置では、ビア
と第1の配線層の間で配線材料の原子が移動可能である
ことにより、電流を流したときにエレクトロマイグレー
ションによりビアと第1の配線層との界面に発生するボ
イドの発生を抑制することが可能となり、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る。また、
ビアと第1の配線層との間のバリアメタルが除去されて
いる半導体装置では、層間で位置ずれが生じたときにビ
アの配線材料が第1の層間絶縁膜へ拡散するおそれがあ
るが、以上のような構成の半導体装置では、第1の層間
絶縁膜の表面に配線材料拡散防止機能を有する絶縁材料
からなる膜が追加されているので、層間で位置ずれが生
じた場合であっても、第1の層間絶縁膜への配線材料の
拡散を防止する。
In the semiconductor device having the above-described structure, the atoms of the wiring material can move between the via and the first wiring layer, so that when the current flows, the via and the first wiring are electromigrated. It is possible to suppress the generation of voids that occur at the interface with the layer, and improve electromigration resistance. Also,
In the semiconductor device in which the barrier metal between the via and the first wiring layer is removed, the wiring material of the via may be diffused into the first interlayer insulating film when misalignment occurs between layers. In the semiconductor device having the above-described structure, since the film made of the insulating material having the wiring material diffusion preventing function is added to the surface of the first interlayer insulating film, even if misalignment occurs between layers. , Diffusion of wiring material into the first interlayer insulating film is prevented.

【0017】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であっ
て、第1の層間絶縁膜と配線材料拡散防止機能を有する
絶縁膜とをこの順に成膜して積層膜を形成し、当該積層
膜に配線材料を埋め込み第1の配線層を形成する第1配
線層形成工程と、上記第1の配線層上に第2の層間絶縁
膜を成膜し、当該第2の層間絶縁膜にトレンチ及びビア
ホールからなる凹部を形成し、当該凹部にバリアメタル
を成膜するバリアメタル成膜工程と、少なくとも上記ビ
アホール底部の上記バリアメタルをエッチングにより除
去するバリアメタル除去工程とを有することを特徴とす
る。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, in which a first interlayer insulating film and an insulating film having a wiring material diffusion preventing function are provided in this order. A first wiring layer forming step of forming a laminated film by forming a wiring material in the laminated film to form a first wiring layer, and forming a second interlayer insulating film on the first wiring layer. And a barrier metal film forming step of forming a concave portion including a trench and a via hole in the second interlayer insulating film and forming a barrier metal in the concave portion, and at least removing the barrier metal at the bottom of the via hole by etching. And a barrier metal removing step.

【0018】以上のように構成された半導体装置の製造
方法では、ビアと第1の配線層との間で配線材料が移動
可能な状態となるようにビアを形成するので、電流を流
したときにエレクトロマイグレーションによりビアと第
1の配線層との界面に発生するボイドの発生を抑制する
ことが可能となり、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る。さらに、以上のような半導体
装置の製造方法では、第1の層間絶縁膜と配線材料拡散
防止機能を有する絶縁膜との積層膜を成膜し、ここに配
線材料を埋め込んで第1の配線層を形成した後にビア及
び第2の配線層を形成するので、ビア及び第1の配線層
との間で層間位置ずれが生じた際にも第1の層間絶縁膜
への配線材料の拡散を確実に防止可能な半導体装置を製
造できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device having the above-described structure, the via is formed so that the wiring material can move between the via and the first wiring layer. In addition, it is possible to suppress the generation of voids that occur at the interface between the via and the first wiring layer due to electromigration, and it is possible to improve the resistance to electromigration. Further, in the above-described method for manufacturing a semiconductor device, a laminated film of a first interlayer insulating film and an insulating film having a wiring material diffusion preventing function is formed, and a wiring material is embedded therein to form a first wiring layer. Since the via and the second wiring layer are formed after forming the via, it is possible to ensure the diffusion of the wiring material into the first interlayer insulating film even when the interlayer displacement occurs between the via and the first wiring layer. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device which can be prevented.

【0019】また、本発明に係る半導体装置の製造装置
は、ビアとその下方に存在する配線層との間で配線材料
の原子が移動可能な状態とされるとともに、当該配線材
料がバリアメタルを介して層間絶縁膜に埋め込まれてな
る多層配線構造を有する半導体装置の製造装置であっ
て、上記配線層上の自然酸化膜を除去するための物理的
エッチングチャンバと、上記バリアメタルを成膜するた
めのバリアメタル成膜チャンバと、上記バリアメタルを
除去するためのドライエッチングチャンバと、Cuシー
ド層を成膜するためのCuシード層成膜チャンバと、各
チャンバを大気開放することなく被処理体を連続処理可
能なコアチャンバとを備えることを特徴とする。
Further, in the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention, the atom of the wiring material can be moved between the via and the wiring layer existing thereunder, and the wiring material is a barrier metal. A manufacturing apparatus for a semiconductor device having a multilayer wiring structure embedded in an interlayer insulating film via a physical etching chamber for removing a natural oxide film on the wiring layer, and a film for forming the barrier metal. For forming a barrier metal film, a dry etching chamber for removing the barrier metal, a Cu seed layer film forming chamber for forming a Cu seed layer, and an object to be processed without exposing each chamber to the atmosphere. And a core chamber capable of continuously processing

【0020】以上のような半導体装置の製造装置は、ビ
アとその下方に存在する配線層との間で配線材料の原子
が移動可能な状態とされた多層配線を有する半導体装置
を製造する装置である。配線層形成後、Cuシード層成
膜まで各チャンバを大気開放することなく被処理体を搬
入搬出可能とし、連続処理を実現する。
The semiconductor device manufacturing apparatus as described above is an apparatus for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring in which atoms of a wiring material are movable between a via and a wiring layer existing thereunder. is there. After the wiring layer is formed, the object to be processed can be carried in and out without exposing each chamber to the atmosphere until the Cu seed layer is formed, and continuous processing is realized.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した半導体装
置及びその製造方法、並びに半導体装置の製造装置につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A semiconductor device to which the present invention is applied, a method for manufacturing the same, and an apparatus for manufacturing a semiconductor device will be described in detail with reference to the drawings.

【0022】本発明が対象とする半導体装置は、後述す
るように、ビアの底部のバリアメタルが除去されること
により、ビアとその下方に存在する配線層との間で配線
材料の原子が移動可能な状態とされる多層配線構造を基
本的な構成要素とする。
In the semiconductor device targeted by the present invention, as will be described later, the barrier metal at the bottom of the via is removed, whereby atoms of the wiring material move between the via and the wiring layer below the via. A multilayer wiring structure that is made possible is a basic component.

【0023】まず、このような構造を有し、配線材料と
してCuを用いた半導体装置の第1の例について、図1
を用いて説明する。この半導体装置1は、トランジスタ
等のデバイス(図示は省略する。)が予め作製された基
板2上に、エッチストッパ膜3を介して下層配線層4
と、上層配線層5とが形成され、下層配線層4と上層配
線層5とがビア6を介して電気的に接続されている。下
層配線層4、ビア6及び上層配線層5は、それぞれ第1
の層間絶縁膜7、第2の層間絶縁膜8及び第3の層間絶
縁膜9に埋め込まれている。また、下層配線層4及び第
1の層間絶縁膜7の上面には、下層配線層4から第2の
層間絶縁膜8へのCuの拡散を防止するためのキャップ
膜10が成膜されている。なお、上層配線層5及び第3
の層間絶縁膜9の上面にも、同様にキャップ膜11が成
膜されている。また、上層配線層5の底部にはCu拡散
防止絶縁膜12が成膜されている。
First, a first example of a semiconductor device having such a structure and using Cu as a wiring material is shown in FIG.
Will be explained. In this semiconductor device 1, a lower wiring layer 4 is formed on a substrate 2 on which devices such as transistors (not shown) are manufactured in advance with an etch stopper film 3 interposed therebetween.
And an upper wiring layer 5 are formed, and the lower wiring layer 4 and the upper wiring layer 5 are electrically connected via a via 6. The lower wiring layer 4, the via 6 and the upper wiring layer 5 are respectively
Embedded in the inter-layer insulating film 7, the second inter-layer insulating film 8 and the third inter-layer insulating film 9. A cap film 10 for preventing Cu from diffusing from the lower wiring layer 4 to the second interlayer insulating film 8 is formed on the upper surfaces of the lower wiring layer 4 and the first interlayer insulating film 7. . The upper wiring layer 5 and the third wiring layer
Similarly, a cap film 11 is formed on the upper surface of the interlayer insulating film 9. A Cu diffusion prevention insulating film 12 is formed on the bottom of the upper wiring layer 5.

【0024】また、配線材料であるCuが層間絶縁膜へ
拡散することを防止するために、下層配線層4及び上層
配線層5の底部並びに側壁、ビア6の側壁は、Cu拡散
防止機能を有するバリアメタル13により被覆されてい
る。
Further, in order to prevent Cu, which is a wiring material, from diffusing into the interlayer insulating film, the bottoms and side walls of the lower wiring layer 4 and the upper wiring layer 5 and the side wall of the via 6 have a Cu diffusion preventing function. It is covered with a barrier metal 13.

【0025】本発明の半導体装置1は、先に述べたよう
にビア6と下層配線層4との間で配線材料であるCuが
移動可能な状態とされている。すなわち、ビアと下層配
線層とがバリアメタル等の異種金属を介して接合するよ
うな従来の多層配線構造の半導体装置とは異なり、本発
明の半導体装置1は、ビア6の底部にバリアメタル13
が存在せず、ビア6と下層配線層4とが直接接合する。
In the semiconductor device 1 of the present invention, Cu, which is a wiring material, can be moved between the via 6 and the lower wiring layer 4, as described above. That is, unlike the conventional semiconductor device having a multilayer wiring structure in which the via and the lower wiring layer are bonded via a different metal such as a barrier metal, the semiconductor device 1 of the present invention has the barrier metal 13 at the bottom of the via 6.
Is not present, the via 6 and the lower wiring layer 4 are directly joined.

【0026】ここで、ビア6と下層配線層4との接合状
態は、バリアメタル13が全く存在しない状態であるこ
とが好ましいが、配線材料であるCuが移動可能な状態
が確保されていればいかなる状態でも良く、ビア6のC
uと下層配線層4のCuとが部分的に接合されるように
下層配線層4とビア6との間に部分的にバリアメタル1
3が残存した状態、ビア6と下層配線層4との界面にバ
リアメタル13が極めて薄く残存した状態等のいずれで
あってもかまわない。
Here, it is preferable that the via 6 and the lower wiring layer 4 are joined without the barrier metal 13 at all, but if the wiring material Cu can be moved. Any condition, via 6 C
The barrier metal 1 is partially provided between the lower wiring layer 4 and the via 6 so that u and Cu of the lower wiring layer 4 are partially joined.
The barrier metal 13 may remain in the interface between the via 6 and the lower wiring layer 4, and the barrier metal 13 may remain extremely thin.

【0027】ビア6と下層配線層4との間でCuが移動
可能とされることで、ビア6から下層配線層4にかけて
のCu原子の流れの不連続性が解消され、エレクトロマ
イグレーション耐性が向上する。これは、図1中矢印に
示すように上層配線層5からビア6を通過して下層配線
層4へ電子eが流れ出す場合を考えると、ビア6の底
部においてもCu原子の流れが連続するのでボイドが生
成されにくくなるためである。
Since Cu can be moved between the via 6 and the lower wiring layer 4, the discontinuity of the flow of Cu atoms from the via 6 to the lower wiring layer 4 is eliminated and the electromigration resistance is improved. To do. Considering the case where electrons e flow out from the upper wiring layer 5 through the via 6 to the lower wiring layer 4 as shown by the arrow in FIG. 1, the flow of Cu atoms is continuous even at the bottom of the via 6. Therefore, voids are less likely to be generated.

【0028】また、この半導体装置1では、ビア6と下
層配線層4との間でCuが移動可能とされることにより
ビア6と下層配線層4との間のバリアメタル13が全く
存在しないか、極めてその量が低減されているため、C
uと比較して抵抗の大きいバリアメタル13に起因する
ビア抵抗の増大を抑制できるという効果も得られる。
Further, in this semiconductor device 1, is it possible to move Cu between the via 6 and the lower wiring layer 4 so that there is no barrier metal 13 between the via 6 and the lower wiring layer 4. , Because the amount is extremely reduced, C
It is also possible to obtain an effect that an increase in via resistance caused by the barrier metal 13 having a higher resistance than that of u can be suppressed.

【0029】以上のように、本発明の半導体装置1は、
エレクトロマイグレーション耐性の向上により高信頼性
を示し、また同時に配線抵抗の低減を実現することがで
きる。
As described above, the semiconductor device 1 of the present invention is
By improving the electromigration resistance, it is possible to exhibit high reliability and, at the same time, reduce the wiring resistance.

【0030】つぎに、上述した図1に示す第1の例の半
導体装置1をデュアルダマシン法により製造する方法に
ついて図2〜図8を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device 1 of the first example shown in FIG. 1 by the dual damascene method will be described with reference to FIGS.

【0031】最初に、図2に示すようにデュアルダマシ
ン構造を形成する。すなわち、基板2上にエッチストッ
パ膜3を積層し、この上に第1の層間絶縁膜7を形成し
た後例えばダマシン法によりCuを埋め込んで下層配線
層4を形成する。次に、下層配線層4の上面にキャップ
膜10と、第2の層間絶縁膜8と、Cu拡散防止絶縁膜
12と、第3の層間絶縁膜9とをこの順に成膜し、フォ
トレジスト及びドライエッチングによりビアホール14
及びトレンチ15を形成する。このとき、ビアホール1
4の底部には下層配線層4の表面が露出し、トレンチ1
5の底部にはCu拡散防止絶縁膜12が露出した状態と
する。一例として、第1の層間絶縁膜7、第2の層間絶
縁膜8、及び第3の層間絶縁膜9をSiOCにより形成
し、キャップ膜10をSiCにより形成した。
First, a dual damascene structure is formed as shown in FIG. That is, the etch stopper film 3 is laminated on the substrate 2, the first interlayer insulating film 7 is formed thereon, and then Cu is buried by, for example, a damascene method to form the lower wiring layer 4. Next, a cap film 10, a second interlayer insulating film 8, a Cu diffusion preventing insulating film 12, and a third interlayer insulating film 9 are formed in this order on the upper surface of the lower wiring layer 4, and a photoresist and Via hole 14 by dry etching
And the trench 15 is formed. At this time, beer hole 1
The surface of the lower wiring layer 4 is exposed at the bottom of the trench 4 and the trench 1
The Cu diffusion prevention insulating film 12 is exposed at the bottom of the film 5. As an example, the first interlayer insulating film 7, the second interlayer insulating film 8, and the third interlayer insulating film 9 are formed of SiOC, and the cap film 10 is formed of SiC.

【0032】なお、第1の層間絶縁膜7、第2の層間絶
縁膜8、及び第3の層間絶縁膜9としてはSiOCに限
らず、例えばSiO、SiOFや有機化合物等の他の
Low−k(低誘電率)材料であっても良い。
The first interlayer insulating film 7, the second interlayer insulating film 8 and the third interlayer insulating film 9 are not limited to SiOC, but other low-level materials such as SiO 2 , SiOF and organic compounds can be used. It may be a k (low dielectric constant) material.

【0033】次に、図3に示すように、層間絶縁膜への
Cuの拡散を防止するために、バリアメタル13をPV
D(Physical Vapor Deposition)法やCVD(Chemica
l Vapor Deposition)法等により成膜する。このとき、
トレンチ15の底部に成膜されるバリアメタル13の膜
厚をaとし、ビアホール14の底部に成膜されるバリア
メタル13の膜厚をbとしたとき、この膜厚比(b/
a)が60%以下となるように成膜を制御する。膜厚比
(b/a)を60%以下とするためには、例えばターゲ
ットと基板との距離を最適化する等の何らかの工夫が必
要となる。一例として、TaNからなるバリアメタル1
3をPVD法により膜厚30nmで成膜した。成膜条件
を下記に示す。
Next, as shown in FIG. 3, in order to prevent Cu from diffusing into the interlayer insulating film, the barrier metal 13 is PVd.
D (Physical Vapor Deposition) method and CVD (Chemica
l Vapor Deposition) method is used to form a film. At this time,
When the film thickness of the barrier metal 13 formed on the bottom of the trench 15 is a and the film thickness of the barrier metal 13 formed on the bottom of the via hole 14 is b, this film thickness ratio (b /
The film formation is controlled so that a) is 60% or less. In order to set the film thickness ratio (b / a) to 60% or less, some device such as optimizing the distance between the target and the substrate is required. As an example, a barrier metal 1 made of TaN
3 was formed into a film having a thickness of 30 nm by the PVD method. The film forming conditions are shown below.

【0034】バリアメタル成膜条件 DCパワー:15kW プロセス圧力:0.1Pa プロセスガス:Ar=10sccm、N=20scc
m 基板加熱温度:200℃
Barrier metal film forming conditions DC power: 15 kW Process pressure: 0.1 Pa Process gas: Ar = 10 sccm, N 2 = 20 scc
m Substrate heating temperature: 200 ℃

【0035】なお、バリアメタル13としては、TaN
の他に、Ta、W、WN、Ti、TiN、TiSiN等
のCuに対するバリア性に優れた材料を使用できる。
As the barrier metal 13, TaN is used.
Besides, a material having an excellent barrier property against Cu such as Ta, W, WN, Ti, TiN, and TiSiN can be used.

【0036】次に、基板2を大気開放せずに、バリアメ
タル13の成膜に連続して、誘導結合型プラズマ(Indu
ctively Coupled Plasma:ICP)、電子サイクロトロ
ン共鳴(Electron Cyclotron Resonance:ECR)や磁
界を加えた反応性イオンエッチング(Magnetically Enh
anced Reactive Ion etching:MERIE)等の高密度
プラズマ等を使用した低圧力ドライエッチングを行い、
図4に示すようにビアホール14の底部のバリアメタル
13を完全に除去するか、極めて薄くする。このとき、
ビアホール14の底部とトレンチ15の底部とのエッチ
ングレート比が80%以上となるようにエッチングを行
う。エッチングガスとしては、NF、SF等のフッ
素系ガスを用いることができる。
Next, without exposing the substrate 2 to the atmosphere, the film formation of the barrier metal 13 is continued, and the inductively coupled plasma (Indu
ctively Coupled Plasma (ICP), Electron Cyclotron Resonance (ECR) and Reactive Ion Etching (Magnetically Enh)
low-pressure dry etching using high-density plasma such as anced Reactive Ion etching (MERIE),
As shown in FIG. 4, the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 is completely removed or made extremely thin. At this time,
Etching is performed so that the etching rate ratio between the bottom of the via hole 14 and the bottom of the trench 15 is 80% or more. As the etching gas, a fluorine-based gas such as NF 3 or SF 3 can be used.

【0037】ビアホール14の底部とトレンチ15の底
部とのエッチングレート比を80%以上とするために
は、基板にかけるバイアスを制御してエッチングに寄与
するイオン及び/又はラジカルの指向性をコントロール
すること、プロセス室の圧力を変化させること等の何ら
かの工夫を行うことが必要となる。
In order to set the etching rate ratio between the bottom of the via hole 14 and the bottom of the trench 15 to 80% or more, the bias applied to the substrate is controlled to control the directivity of ions and / or radicals contributing to etching. Therefore, it is necessary to take some measures such as changing the pressure in the process chamber.

【0038】また、このとき、ビアホール14及びトレ
ンチ15の側壁のバリアメタル13を極力除去せず、ビ
アホール14の底部のバリアメタル13を優先的に除去
するために、図5に示すように、基板2に高周波電力を
印加しバイアスを生じさせ、プラズマ中のイオンを基板
2に対して垂直に引き込む異方性エッチングとする。な
お、図5中ではエッチングガスとしてNFを用いた場
合を例に挙げ、基板2を省略する。一例として、バリア
メタル13の誘導結合型プラズマを用いた低圧力ドライ
エッチングの条件を下記に示す。
At this time, in order to remove the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 preferentially without removing the barrier metal 13 on the sidewalls of the via hole 14 and the trench 15 as much as possible, as shown in FIG. A high frequency power is applied to 2 to generate a bias, and anisotropic etching is performed in which ions in the plasma are drawn vertically to the substrate 2. In FIG. 5, the case where NF 3 is used as an etching gas is taken as an example, and the substrate 2 is omitted. As an example, conditions of low pressure dry etching using inductively coupled plasma of the barrier metal 13 are shown below.

【0039】ドライエッチング条件 エッチングガス:NF プロセス圧力:1.0Pa ICPパワー:400W ICP周波数:13.56MHz 基板バイアスパワー:300W 基板バイアス周波数:4MHz[0039]Dry etching conditions Etching gas: NFThree Process pressure: 1.0Pa ICP power: 400W ICP frequency: 13.56MHz Substrate bias power: 300W Substrate bias frequency: 4MHz

【0040】このドライエッチングでは、ビアホール1
4の底部のバリアメタル13がエッチングされるのと同
時に、トレンチ15の底部のバリアメタル13も同時に
エッチングされるが、前工程であるバリアメタル13の
成膜の際に、トレンチ15の底部に成膜されるバリアメ
タル13の膜厚と、ビアホール14の底部に成膜される
バリアメタル13の膜厚との比(b/a)が60%以下
となるようにし、且つビアホール14の底部におけるバ
リアメタル13のエッチングレートと、トレンチ15の
底部におけるバリアメタル13のエッチングレートとの
比が80%以上となるようにエッチングを行うので、ビ
アホール14の底部のバリアメタル13が優先的に除去
されるとともに、トレンチ15の底部のバリアメタル1
3がCu拡散防止に必要な膜厚で残存し、トレンチ15
の底部から第2の層間絶縁膜8へCuが拡散するおそれ
がない。バリアメタル13成膜時のトレンチ15の底部
に成膜されるバリアメタル13の膜厚とビアホール14
の底部に成膜されるバリアメタル13の膜厚との比(b
/a)が60%以下となること、及びバリアメタル13
エッチング時のビアホール14の底部におけるバリアメ
タル13のエッチングレートとトレンチ15の底部にお
けるバリアメタル13のエッチングレートとの比が80
%以上とすることの少なくとも一方の条件を満足しない
場合には、トレンチ15底部のバリアメタル13が完全
に除去されるか、又は充分なバリア性が得られないほど
の薄膜となり、Cuの層間絶縁膜への拡散を許容するお
それがある。
In this dry etching, the via hole 1
The barrier metal 13 on the bottom of the trench 4 is etched at the same time as the barrier metal 13 on the bottom of the trench 15 is etched at the same time. However, when the barrier metal 13 is formed in the previous step, the barrier metal 13 is formed on the bottom of the trench 15. The ratio (b / a) between the film thickness of the barrier metal 13 to be formed and the film thickness of the barrier metal 13 formed at the bottom of the via hole 14 is set to 60% or less, and the barrier at the bottom of the via hole 14 is set. Since the etching is performed so that the ratio of the etching rate of the metal 13 to the etching rate of the barrier metal 13 at the bottom of the trench 15 is 80% or more, the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 is removed preferentially. , Barrier metal 1 at the bottom of trench 15
3 remains in a film thickness necessary to prevent Cu diffusion, and trench 15
There is no risk of Cu diffusing from the bottom of the second interlayer insulating film 8. The film thickness of the barrier metal 13 and the via hole 14 formed on the bottom of the trench 15 when the barrier metal 13 is formed.
Of the barrier metal 13 formed on the bottom of the film (b
/ A) is 60% or less, and barrier metal 13
The ratio of the etching rate of the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 to the etching rate of the barrier metal 13 at the bottom of the trench 15 during etching is 80.
%, The barrier metal 13 at the bottom of the trench 15 is completely removed, or a thin film is formed such that sufficient barrier properties cannot be obtained, resulting in Cu interlayer insulation. May allow diffusion into the membrane.

【0041】次に、基板2を大気開放せずにバリアメタ
ル13のエッチングに連続して、図6に示すように、C
uシード層16を成膜する。一例として、PVD法によ
りCuシード層16を膜厚150nmで成膜した。成膜
条件を下記に示す。
Next, without exposing the substrate 2 to the atmosphere, the barrier metal 13 is continuously etched, and as shown in FIG.
The u seed layer 16 is formed. As an example, the Cu seed layer 16 was formed in a film thickness of 150 nm by the PVD method. The film forming conditions are shown below.

【0042】Cuシード層成膜条件 DCパワー:12kW 圧力:0.1Pa 成膜温度:−20℃[0042]Cu seed layer deposition conditions DC power: 12kW Pressure: 0.1Pa Film formation temperature: -20 ° C

【0043】次に、図7に示すように、電解めっきによ
りビアホール14及びトレンチ15にCu17を埋め込
む。一例として、Cu17を成膜量1.5μmにて成膜
した。成膜条件を下記に示す。
Next, as shown in FIG. 7, Cu 17 is buried in the via hole 14 and the trench 15 by electrolytic plating. As an example, Cu17 was deposited with a deposition amount of 1.5 μm. The film forming conditions are shown below.

【0044】電解めっき条件 めっき液:硫酸銅系Cu電解めっき液(Microfa
b Cu 2000シリーズ、EEJA社製) めっき電流値:2.83A めっき時間:4分30秒(1.0μm) めっき液温度:18℃
[0044]Electrolytic plating conditions Plating solution: Copper sulfate-based Cu electrolytic plating solution (Microfa
b Cu 2000 series, manufactured by EEJA) Plating current value: 2.83A Plating time: 4 minutes 30 seconds (1.0 μm) Plating solution temperature: 18 ℃

【0045】次に、図8に示すように、ビアホール14
及びトレンチ15のみにCuを残し、ビア6及び上層配
線層5を形成する。一般的に適用されている技術は、C
MPによる研磨である。この工程では、ビアホール14
及びトレンチ15にのみ配線材料を残すように第3の層
間絶縁膜9の表面で研磨を終了する必要があり、さらに
は第3の層間絶縁膜9上にはCu17及びバリアメタル
13が残らないように研磨を制御することが好ましい。
CMPによる研磨工程では、Cu17及びバリアメタル
13の2種類以上の材料を研磨除去しなければならない
ので、研磨する材料により研磨液(スラリー)、研磨条
件等をコントロールする必要がある。このため、複数ス
テップの研磨が必要な場合もある。一例として余剰Cu
のCMPを以下に示す条件で行った。
Next, as shown in FIG.
And Cu is left only in the trench 15 and the via 6 and the upper wiring layer 5 are formed. Generally applied technology is C
Polishing by MP. In this process, the via hole 14
It is necessary to finish polishing on the surface of the third interlayer insulating film 9 so that the wiring material is left only in the trenches 15 and the Cu 17 and the barrier metal 13 are not left on the third interlayer insulating film 9. It is preferable to control the polishing.
In the polishing process by CMP, two or more kinds of materials, Cu 17 and barrier metal 13, must be removed by polishing, so it is necessary to control the polishing liquid (slurry), polishing conditions, etc. depending on the material to be polished. Therefore, polishing in multiple steps may be necessary. Excess Cu as an example
CMP was performed under the following conditions.

【0046】CMP条件 研磨圧力:100g/cm 回転数:30rpm 回転パッド:不織布と独立発泡体との積層 スラリー:H添加(アルミナ含有スラリー) 流量:100cc/min 温度:25〜30℃[0046]CMP conditions Polishing pressure: 100g / cmTwo Rotation speed: 30 rpm Rotating pad: Lamination of non-woven fabric and independent foam Slurry: HTwoOTwoAddition (alumina-containing slurry) Flow rate: 100 cc / min Temperature: 25-30 ° C

【0047】最後に、上層配線層5及び第3の層間絶縁
膜9の全面に、例えばSiCからなるキャップ膜11を
CVD法により成膜することにより、図1に示すような
2層配線の半導体装置1が得られる。キャップ膜11の
膜厚は例えば50nmとすることができる。
Finally, a cap film 11 made of, for example, SiC is formed on the entire surfaces of the upper wiring layer 5 and the third interlayer insulating film 9 by the CVD method to form a semiconductor having a two-layer wiring as shown in FIG. The device 1 is obtained. The film thickness of the cap film 11 can be set to 50 nm, for example.

【0048】以上のような第1の例の半導体装置1の製
造方法では、ビア6と下層配線層4との間でCu原子が
移動可能な状態とされた多層配線を作製するに際し、ト
レンチ15の底部のバリアメタル13を残存させる。具
体的には、バリアメタル13の成膜時におけるビアホー
ル14の底部とトレンチ15の底部とのバリアメタル1
3の膜厚の比を規定し、且つビアホール14の底部と、
トレンチ15の底部とのエッチングレートの比を規定す
る。これにより、ビアホール14の底部のバリアメタル
13を全てエッチングにより除去した場合であっても、
第2の層間絶縁膜8へのCuの拡散を防止することがで
きる。
In the method of manufacturing the semiconductor device 1 of the first example as described above, the trench 15 is formed when the multilayer wiring in which the Cu atoms can be moved between the via 6 and the lower wiring layer 4 is manufactured. The barrier metal 13 at the bottom of is left. Specifically, the barrier metal 1 between the bottom of the via hole 14 and the bottom of the trench 15 at the time of forming the barrier metal 13 is formed.
3 of the film thickness ratio, and the bottom of the via hole 14,
The ratio of the etching rate with the bottom of the trench 15 is defined. As a result, even when the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 is completely removed by etching,
It is possible to prevent Cu from diffusing into the second interlayer insulating film 8.

【0049】つぎに、ビアとその下方に存在する配線層
との間で配線材料の原子が移動可能な状態とされた多層
配線を有する半導体装置の第2の例について、図9を用
いて説明する。なお、以下の説明では、上述した図1に
示す半導体装置1と同じ部材については同じ符号を付
し、その詳細な説明を省略することがある。
Next, a second example of the semiconductor device having a multilayer wiring in which the atoms of the wiring material can be moved between the via and the wiring layer existing thereunder will be described with reference to FIG. To do. In the following description, the same members as those of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 described above are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof may be omitted.

【0050】この半導体装置21は、トランジスタ等の
デバイス(図示は省略する。)が予め作製された基板2
上に、エッチストッパ膜3を介して下層配線層4と、上
層配線層5とが形成され、下層配線層4と上層配線層5
とがビア6を介して電気的に接続されている。下層配線
層4、ビア6及び上層配線層5は、それぞれ第1の層間
絶縁膜7、第2の層間絶縁膜8及び第3の層間絶縁膜9
に埋め込まれている。また、下層配線層4及び第1の層
間絶縁膜7の上面には、下層配線層4から第2の層間絶
縁膜8へのCuの拡散を防止するためのキャップ膜10
が成膜されている。なお、上層配線層5及び第3の層間
絶縁膜9の上面にも、同様にキャップ膜11が成膜され
ている。また、上層配線層5の底部にはCu拡散防止絶
縁膜12が成膜されている。
This semiconductor device 21 has a substrate 2 on which devices such as transistors (not shown) are prepared in advance.
A lower wiring layer 4 and an upper wiring layer 5 are formed on the upper surface of the lower wiring layer 4 and the upper wiring layer 5 via the etch stopper film 3.
And are electrically connected via the via 6. The lower wiring layer 4, the via 6 and the upper wiring layer 5 are respectively provided with a first interlayer insulating film 7, a second interlayer insulating film 8 and a third interlayer insulating film 9.
Embedded in. Further, on the upper surfaces of the lower wiring layer 4 and the first interlayer insulating film 7, a cap film 10 for preventing diffusion of Cu from the lower wiring layer 4 to the second interlayer insulating film 8.
Is deposited. A cap film 11 is similarly formed on the upper surfaces of the upper wiring layer 5 and the third interlayer insulating film 9. A Cu diffusion prevention insulating film 12 is formed on the bottom of the upper wiring layer 5.

【0051】また、配線材料であるCuが層間絶縁膜へ
拡散することを防止するために、下層配線層4の底部並
びに側壁、ビア6及び上層配線層5の側壁は、Cu拡散
防止機能を有するバリアメタル13により被覆されてい
る。
In order to prevent Cu, which is a wiring material, from diffusing into the interlayer insulating film, the bottom and side walls of the lower wiring layer 4, the vias 6 and the side walls of the upper wiring layer 5 have a Cu diffusion preventing function. It is covered with a barrier metal 13.

【0052】本発明の半導体装置21は、先に述べたよ
うにビア6と下層配線層4との間で配線材料であるCu
が移動可能な状態とされている。すなわち、ビアと下層
配線層とがバリアメタル等の異種金属を介して接合する
ような従来の多層配線構造の半導体装置とは異なり、本
発明の半導体装置21は、ビア6の底部にバリアメタル
13が存在せず、ビア6と下層配線層4とが直接接合す
る。
In the semiconductor device 21 of the present invention, as described above, the wiring material Cu is formed between the via 6 and the lower wiring layer 4.
Are in a movable state. That is, unlike the conventional semiconductor device having a multi-layer wiring structure in which the via and the lower wiring layer are bonded via a different metal such as a barrier metal, the semiconductor device 21 of the present invention has the barrier metal 13 at the bottom of the via 6. Is not present, the via 6 and the lower wiring layer 4 are directly joined.

【0053】ビア6と下層配線層4との間でCuが移動
可能とされることで、ビア6から下層配線層4にかけて
のCu原子の流れの不連続性が解消され、エレクトロマ
イグレーション耐性が向上する。
Since Cu can be moved between the via 6 and the lower wiring layer 4, the discontinuity of the flow of Cu atoms from the via 6 to the lower wiring layer 4 is eliminated, and the electromigration resistance is improved. To do.

【0054】また、この半導体装置21では、ビア6と
下層配線層4との間のバリアメタル13が全く存在しな
いか、極めてその量が低減されているため、Cuと比較
して抵抗の大きいバリアメタル13に起因するビア抵抗
の増大を抑制できるという効果も得られる。
In this semiconductor device 21, the barrier metal 13 between the via 6 and the lower wiring layer 4 does not exist at all, or the amount thereof is extremely reduced, so that the barrier metal 13 has a larger resistance than Cu. It is also possible to obtain the effect of suppressing an increase in via resistance due to the metal 13.

【0055】以上のように、本発明の半導体装置21
は、エレクトロマイグレーション耐性の向上により高信
頼性を示し、また同時に配線抵抗の低減を実現すること
ができる。
As described above, the semiconductor device 21 of the present invention
Shows high reliability due to improved electromigration resistance, and at the same time realizes reduction of wiring resistance.

【0056】さらに本発明の第2の例の半導体装置21
は、上層配線層5の底部において、Cuに対する高いバ
リア性を示すCu拡散防止絶縁膜12が除去されずに残
存しているので、その下方の第2の層間絶縁膜8に対す
るCuの拡散を防止できる。なお、上層配線層5の底部
においては、バリアメタル13が除去されるか、又はC
uの拡散を防止できない程度に薄くなされ、Cu拡散防
止絶縁膜12が上層配線層5と接触してもかまわない。
Further, the semiconductor device 21 of the second example of the present invention
At the bottom of the upper wiring layer 5, since the Cu diffusion preventing insulating film 12 having a high barrier property against Cu remains without being removed, diffusion of Cu to the second interlayer insulating film 8 thereunder is prevented. it can. At the bottom of the upper wiring layer 5, the barrier metal 13 is removed or C
The Cu diffusion prevention insulating film 12 may be made thin enough to prevent the diffusion of u and may contact the upper wiring layer 5.

【0057】なお、Cu拡散防止絶縁膜12としては、
配線材料であるCuに対する高いバリア性を示すととも
に絶縁性を有する材料を用いることができる。具体的に
は、SiC、SiN等を用いることが可能である。
As the Cu diffusion prevention insulating film 12,
A material having a high barrier property against Cu, which is a wiring material, and an insulating property can be used. Specifically, SiC, SiN, or the like can be used.

【0058】つぎに、上述した図9に示す第2の例の半
導体装置21をデュアルダマシン法により製造する方法
について図10〜図15を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device 21 of the second example shown in FIG. 9 by the dual damascene method will be described with reference to FIGS. 10 to 15.

【0059】最初に、上述した第1の例の半導体装置と
同様にして、図10に示すようなデュアルダマシン構造
を形成する。すなわち、基板2上にエッチストッパ膜3
を積層し、この上に第1の層間絶縁膜7を形成した後例
えばダマシン法によりCuを埋め込んで下層配線層4を
形成する。次に、下層配線層4の上面にキャップ膜10
と、第2の層間絶縁膜8と、Cu拡散防止絶縁膜12
と、第3の層間絶縁膜9とをこの順に成膜し、フォトレ
ジスト及びドライエッチングによりビアホール14及び
トレンチ15を形成する。このとき、ビアホール14の
底部には下層配線層4の表面が露出し、トレンチ15の
底部にはCu拡散防止絶縁膜12が露出した状態とす
る。一例として、第1の層間絶縁膜7、第2の層間絶縁
膜8、及び第3の層間絶縁膜9をSiOCにより形成
し、キャップ膜10をSiCにより形成し、Cu拡散防
止絶縁膜12をSiCにより形成した。
First, similarly to the semiconductor device of the first example described above, a dual damascene structure as shown in FIG. 10 is formed. That is, the etch stopper film 3 is formed on the substrate 2.
Are laminated and a first interlayer insulating film 7 is formed thereon, and then Cu is embedded by, for example, a damascene method to form a lower wiring layer 4. Next, the cap film 10 is formed on the upper surface of the lower wiring layer 4.
A second interlayer insulating film 8 and a Cu diffusion prevention insulating film 12
And a third interlayer insulating film 9 are formed in this order, and a via hole 14 and a trench 15 are formed by photoresist and dry etching. At this time, the surface of the lower wiring layer 4 is exposed at the bottom of the via hole 14, and the Cu diffusion prevention insulating film 12 is exposed at the bottom of the trench 15. As an example, the first interlayer insulating film 7, the second interlayer insulating film 8, and the third interlayer insulating film 9 are formed of SiOC, the cap film 10 is formed of SiC, and the Cu diffusion prevention insulating film 12 is formed of SiC. Formed by.

【0060】次に、図11に示すように、層間絶縁膜へ
のCuの拡散を防止するために、バリアメタル13をP
VD法やCVD法等により成膜する。一例として、Ta
Nからなるバリアメタル13をPVD法により膜厚30
nmで成膜した。成膜条件を下記に示す。
Next, as shown in FIG. 11, in order to prevent Cu from diffusing into the interlayer insulating film, the barrier metal 13 is doped with P.
The film is formed by the VD method or the CVD method. As an example, Ta
The barrier metal 13 made of N is formed into a film thickness 30 by the PVD method
The film was formed at a thickness of nm. The film forming conditions are shown below.

【0061】バリアメタル成膜条件 DCパワー:15kW プロセス圧力:0.1Pa プロセスガス:Ar=10sccm、N=20scc
m 基板加熱温度:200℃
[0061]Barrier metal deposition conditions DC power: 15kW Process pressure: 0.1Pa Process gas: Ar = 10 sccm, NTwo= 20 scc
m Substrate heating temperature: 200 ° C

【0062】次に、基板2を大気開放せずに、バリアメ
タル13の成膜に連続して、誘導結合型プラズマ、EC
RやMERIE等の高密度プラズマ等を使用した低圧力
ドライエッチングを行い、図12に示すようにビアホー
ル14の底部のバリアメタル13を完全に除去するか、
極めて薄くする。エッチングガスとしては、NF、S
等のフッ素系ガスを用いることができる。
Next, without exposing the substrate 2 to the atmosphere, film formation of the barrier metal 13 is continued, followed by inductively coupled plasma, EC.
Low pressure dry etching using high density plasma such as R or MERIE is performed to completely remove the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 as shown in FIG.
Make it extremely thin. The etching gas is NF 3 , S
Fluorine-based gas such as F 3 can be used.

【0063】また、このとき、ビアホール14及びトレ
ンチ15の側壁のバリアメタル13を極力除去せず、ビ
アホール14の底部のバリアメタル13を優先的に除去
するために、先に図5を用いて述べたような、基板2に
高周波電力を印加しバイアスを生じさせ、プラズマ中の
イオンを基板2に対して垂直に引き込む異方性エッチン
グとする。一例として、バリアメタル13を誘導結合型
プラズマを用いた低圧力ドライエッチングの条件を下記
に示す。
At this time, the barrier metal 13 on the sidewalls of the via hole 14 and the trench 15 is not removed as much as possible, and the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 is removed preferentially, which is described above with reference to FIG. As described above, anisotropic etching is performed in which high-frequency power is applied to the substrate 2 to generate a bias, and ions in the plasma are drawn vertically to the substrate 2. As an example, the conditions for low pressure dry etching of the barrier metal 13 using inductively coupled plasma are shown below.

【0064】ドライエッチング条件 エッチングガス:NF プロセス圧力:1.0Pa ICPパワー:400W ICP周波数:13.56MHz 基板バイアスパワー:300W 基板バイアス周波数:4MHz[0064]Dry etching conditions Etching gas: NFThree Process pressure: 1.0Pa ICP power: 400W ICP frequency: 13.56MHz Substrate bias power: 300W Substrate bias frequency: 4MHz

【0065】このドライエッチングでは、ビアホール1
4の底部のバリアメタル13がエッチングされるのと同
時に、トレンチ15の底部のバリアメタル13も同時に
エッチングされて完全に除去されるか充分なCuバリア
性を得られない程に薄くされるが、トレンチ15の底部
にCuに対する高いバリア性を示すCu拡散防止絶縁膜
12が残存しているので、トレンチ15の底部から第2
の層間絶縁膜8へCuが拡散するおそれがない。
In this dry etching, the via hole 1
At the same time that the barrier metal 13 at the bottom of No. 4 is etched, the barrier metal 13 at the bottom of the trench 15 is also etched at the same time and is completely removed or thinned so that sufficient Cu barrier property cannot be obtained. Since the Cu diffusion prevention insulating film 12 having a high barrier property against Cu remains at the bottom of the trench 15, the second portion is formed from the bottom of the trench 15.
There is no possibility that Cu will diffuse into the interlayer insulating film 8 of FIG.

【0066】次に、基板2を大気開放せずにバリアメタ
ル13のエッチングに連続して、図13に示すように、
Cuシード層16を成膜する。一例として、PVD法に
よりCuシード層16を膜厚150nmで成膜した。成
膜条件は先に第1の例で述べたCuシード層成膜条件と
同様とした。
Next, without exposing the substrate 2 to the atmosphere, the barrier metal 13 is continuously etched, as shown in FIG.
The Cu seed layer 16 is formed. As an example, the Cu seed layer 16 was formed in a film thickness of 150 nm by the PVD method. The film forming conditions were the same as the Cu seed layer film forming conditions described in the first example.

【0067】次に、図14に示すように、電解めっきに
よりビアホール14及びトレンチ15にCu17を埋め
込む。一例として、Cu17を成膜量1.5μmにて成
膜した。成膜条件は、先に述べた第1の例の電解めっき
条件と同様とした。
Next, as shown in FIG. 14, Cu 17 is buried in the via hole 14 and the trench 15 by electrolytic plating. As an example, Cu17 was deposited with a deposition amount of 1.5 μm. The film forming conditions were the same as the electrolytic plating conditions of the first example described above.

【0068】次に、図15に示すように、CMPを行っ
てビアホール14及びトレンチ15のみにCuを残し、
ビア6及び上層配線層5を形成する。CMP条件は先に
述べた第1の例と同様とした。
Next, as shown in FIG. 15, CMP is performed to leave Cu only in the via holes 14 and trenches 15,
The via 6 and the upper wiring layer 5 are formed. The CMP conditions were the same as in the first example described above.

【0069】最後に、上層配線層5及び第3の層間絶縁
膜9の全面に、例えばSiCからなるキャップ膜11を
CVD法により成膜することにより、図9に示すような
2層配線の半導体装置21が得られる。キャップ膜11
の膜厚は例えば50nmとすることができる。
Finally, a cap film 11 made of, for example, SiC is formed on the entire surfaces of the upper wiring layer 5 and the third interlayer insulating film 9 by a CVD method to form a semiconductor having a two-layer wiring as shown in FIG. The device 21 is obtained. Cap film 11
The film thickness of can be, for example, 50 nm.

【0070】以上のような第2の例の半導体装置21の
製造方法では、ビア6と下層配線層4との間でCu原子
が移動可能な状態とされた多層配線を作製するに際し、
トレンチ15の底部にCuに対する高いバリア性を示す
Cu拡散防止絶縁膜12を残存させておくので、ビアホ
ール14の底部のバリアメタル13を除去するのと同時
に、トレンチ15の底部のバリアメタル13を除去した
場合でもトレンチ15の底部から第2の層間絶縁膜8へ
のCuの拡散を防止することができる。
In the method of manufacturing the semiconductor device 21 of the second example as described above, when manufacturing the multilayer wiring in which Cu atoms can move between the via 6 and the lower wiring layer 4,
Since the Cu diffusion prevention insulating film 12 having a high barrier property against Cu is left at the bottom of the trench 15, the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 is removed at the same time as the barrier metal 13 at the bottom of the trench 15 is removed. Even in this case, Cu can be prevented from diffusing from the bottom of the trench 15 into the second interlayer insulating film 8.

【0071】つぎに、ビアとその下方に存在する配線層
との間で配線材料の原子が移動可能な状態とされた多層
配線を有する半導体装置の第3の例について、図16を
用いて説明する。
Next, a third example of the semiconductor device having a multilayer wiring in which the atoms of the wiring material can be moved between the via and the wiring layer existing thereunder will be described with reference to FIG. To do.

【0072】この半導体装置31は、トランジスタ等の
デバイス(図示は省略する。)が予め作製された基板2
上に、エッチストッパ膜3を介して下層配線層4と、上
層配線層5とが形成され、下層配線層4と上層配線層5
とがビア6を介して電気的に接続されている。下層配線
層4、ビア6及び上層配線層5は、それぞれ第1の層間
絶縁膜7、第2の層間絶縁膜8に埋め込まれている。ま
た、下層配線層4及び第1の層間絶縁膜7の上面には、
下層配線層4から第2の層間絶縁膜8へのCuの拡散を
防止するためのキャップ膜10が成膜されている。な
お、上層配線層5及び第2の層間絶縁膜8の上面にも、
同様にキャップ膜11が成膜されている。
This semiconductor device 31 has a substrate 2 on which devices such as transistors (not shown) are manufactured in advance.
A lower wiring layer 4 and an upper wiring layer 5 are formed on the upper surface of the lower wiring layer 4 and the upper wiring layer 5 via the etch stopper film 3.
And are electrically connected via the via 6. The lower wiring layer 4, the via 6 and the upper wiring layer 5 are embedded in a first interlayer insulating film 7 and a second interlayer insulating film 8, respectively. Further, on the upper surfaces of the lower wiring layer 4 and the first interlayer insulating film 7,
A cap film 10 for preventing diffusion of Cu from the lower wiring layer 4 to the second interlayer insulating film 8 is formed. In addition, on the upper surfaces of the upper wiring layer 5 and the second interlayer insulating film 8,
Similarly, the cap film 11 is formed.

【0073】また、配線材料であるCuが層間絶縁膜へ
拡散することを防止するために、下層配線層4の底部並
びに側壁、ビア6及び上層配線層5の側壁は、Cu拡散
防止機能を有するバリアメタル13により被覆されてい
る。
In order to prevent Cu, which is a wiring material, from diffusing into the interlayer insulating film, the bottom and side walls of the lower wiring layer 4, the vias 6 and the side walls of the upper wiring layer 5 have a Cu diffusion preventing function. It is covered with a barrier metal 13.

【0074】本発明の半導体装置31は、先に述べたよ
うにビア6と下層配線層4との間で配線材料であるCu
が移動可能な状態とされている。すなわち、ビアと下層
配線層とがバリアメタル等の異種金属を介して接合する
ような従来の多層配線構造の半導体装置とは異なり、本
発明の半導体装置31は、ビア6の底部にバリアメタル
13が存在せず、ビア6と下層配線層4とが直接接合す
る。
In the semiconductor device 31 of the present invention, as described above, the wiring material Cu is formed between the via 6 and the lower wiring layer 4.
Are in a movable state. That is, unlike the conventional semiconductor device having a multilayer wiring structure in which the via and the lower wiring layer are bonded via a different metal such as a barrier metal, the semiconductor device 31 of the present invention has the barrier metal 13 at the bottom of the via 6. Is not present, the via 6 and the lower wiring layer 4 are directly joined.

【0075】ビア6と下層配線層4との間でCuが移動
可能とされることで、ビア6から下層配線層4にかけて
のCu原子の流れの不連続性が解消され、エレクトロマ
イグレーション耐性が向上する。
Since Cu can be moved between the via 6 and the lower wiring layer 4, the discontinuity of the flow of Cu atoms from the via 6 to the lower wiring layer 4 is eliminated and the electromigration resistance is improved. To do.

【0076】また、この半導体装置31では、ビア6と
下層配線層4との間のバリアメタル13が全く存在しな
いか、極めてその量が低減されているため、Cuと比較
して抵抗の大きいバリアメタル13に起因するビア抵抗
の増大を抑制できるという効果も得られる。
Further, in this semiconductor device 31, since the barrier metal 13 between the via 6 and the lower wiring layer 4 does not exist at all or the amount thereof is extremely reduced, the barrier having a higher resistance than Cu. It is also possible to obtain the effect of suppressing an increase in via resistance due to the metal 13.

【0077】以上のように、本発明の半導体装置31
は、エレクトロマイグレーション耐性の向上により高信
頼性を示し、また同時に配線抵抗の低減を実現すること
ができる。
As described above, the semiconductor device 31 of the present invention
Shows high reliability due to improved electromigration resistance, and at the same time realizes reduction of wiring resistance.

【0078】なお、図16に示す半導体装置31では、
ビア6及び上層配線層5を埋め込む層間絶縁膜が第2の
層間絶縁膜8の単層構造となっているが、第1の例の半
導体装置1及び第2の例の半導体装置21と同様に積層
構造とされていてもかまわない。
In the semiconductor device 31 shown in FIG.
Although the interlayer insulating film filling the via 6 and the upper wiring layer 5 has a single-layer structure of the second interlayer insulating film 8, like the semiconductor device 1 of the first example and the semiconductor device 21 of the second example. It may have a laminated structure.

【0079】つぎに、上述した図16に示す第3の例の
半導体装置31をデュアルダマシン法により製造する方
法について図17〜図21を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device 31 of the third example shown in FIG. 16 described above by the dual damascene method will be described with reference to FIGS.

【0080】最初に、上述した第1の例の半導体装置と
同様にして、図17に示すようなデュアルダマシン構造
を形成する。すなわち、基板2上にエッチストッパ膜3
を積層し、この上に第1の層間絶縁膜7を形成した後例
えばダマシン法によりCuを埋め込んで下層配線層4を
形成する。次に、下層配線層4の上面にキャップ膜10
と、第2の層間絶縁膜8を成膜し、フォトレジスト及び
ドライエッチングによりビアホール14及びトレンチ1
5を形成する。このとき、ビアホール14の底部にはキ
ャップ膜10が露出した状態とする。一例として、第1
の層間絶縁膜7、及び第2の層間絶縁膜8をSiOCに
より形成し、キャップ膜10をSiCにより形成した。
First, similarly to the semiconductor device of the first example described above, a dual damascene structure as shown in FIG. 17 is formed. That is, the etch stopper film 3 is formed on the substrate 2.
Are laminated and a first interlayer insulating film 7 is formed thereon, and then Cu is embedded by, for example, a damascene method to form a lower wiring layer 4. Next, the cap film 10 is formed on the upper surface of the lower wiring layer 4.
Then, the second interlayer insulating film 8 is formed, and the via hole 14 and the trench 1 are formed by photoresist and dry etching.
5 is formed. At this time, the cap film 10 is exposed at the bottom of the via hole 14. As an example, the first
The inter-layer insulating film 7 and the second inter-layer insulating film 8 were formed of SiOC, and the cap film 10 was formed of SiC.

【0081】次に、層間絶縁膜へのCuの拡散を防止す
るために、バリアメタル13をPVD法やCVD法等に
より成膜する。このとき、ビアホール14の底部にはキ
ャップ膜10、すなわちSiCが露出しており、そのほ
かの部分は第2の層間絶縁膜8、すなわちSiOCが露
出している。
Next, in order to prevent Cu from diffusing into the interlayer insulating film, a barrier metal 13 is formed by a PVD method, a CVD method or the like. At this time, the cap film 10, that is, SiC is exposed at the bottom of the via hole 14, and the second interlayer insulating film 8, that is, SiOC is exposed at the other portions.

【0082】ここで、キャップ膜10と第2の層間絶縁
膜8とに対するバリアメタル13初期のガス吸着及び解
離確率の相違を利用して、キャップ膜10の全面にバリ
アメタル13の成膜が始まるまでの時間(t1)が、第
2の層間絶縁膜8の全面上にバリアメタル13の成膜が
始まるまでの時間(t2)よりも遅い条件で成膜を行
う。具体的には、t1時間までに、第2の層間絶縁膜8
上にはバリアメタル13が3nm成膜されている条件と
する。これにより、図18に示すように、ビアホール1
4の底部のキャップ膜10上へのバリアメタル13の形
成を抑制しつつ、それ以外の第2の層間絶縁膜8上にバ
リアメタル13を成膜できる。
Here, by utilizing the difference in the gas adsorption and dissociation probabilities in the initial stage of the barrier metal 13 between the cap film 10 and the second interlayer insulating film 8, the formation of the barrier metal 13 on the entire surface of the cap film 10 is started. Film formation is performed under a condition that the time (t1) until the formation of the barrier metal 13 on the entire surface of the second interlayer insulating film 8 is started (t2). Specifically, by the time t1 the second interlayer insulating film 8
It is assumed that the barrier metal 13 is formed to a thickness of 3 nm on the upper side. As a result, as shown in FIG. 18, the via hole 1
The barrier metal 13 can be formed on the other second interlayer insulating film 8 while suppressing the formation of the barrier metal 13 on the cap film 10 at the bottom of No. 4.

【0083】キャップ膜10がSiCからなり、第2の
層間絶縁膜8がSiOCからなるときに、一例として、
WNからなるバリアメタル13をCVD法により成膜し
た。このときの成膜条件を下記に示す。
When the cap film 10 is made of SiC and the second interlayer insulating film 8 is made of SiOC, as an example,
A barrier metal 13 made of WN was formed by the CVD method. The film forming conditions at this time are shown below.

【0084】バリアメタル成膜条件 プロセス圧力:40Pa プロセスガス:WF=7sccm、SiH=40s
ccm、NH=11sccm、Ar=100sccm 基板加熱温度:380℃ 膜厚:10nm
[0084]Barrier metal deposition conditions Process pressure: 40Pa Process gas: WF6= 7 sccm, SiHFour= 40s
ccm, NHThree= 11 sccm, Ar = 100 sccm Substrate heating temperature: 380 ° C Film thickness: 10 nm

【0085】なお、成膜するバリアメタル13として
は、WNの他に、Ta、TaN、W、WSiN、Ti、
TiN、TiSiN等のCuに対するバリア性に優れた
材料を使用できる。
As the barrier metal 13 to be formed, in addition to WN, Ta, TaN, W, WSiN, Ti,
Materials having excellent barrier properties against Cu such as TiN and TiSiN can be used.

【0086】次に、ビアホール14の底部に露出したキ
ャップ膜10をドライエッチングにより除去し、図19
に示すように下層配線層4を露出させる。このとき、W
Nからなるバリアメタル13をエッチングせずにSiC
からなるキャップ膜10のみをエッチングするような条
件を選択する。エッチング条件の一例を下記に示す。
Next, the cap film 10 exposed at the bottom of the via hole 14 is removed by dry etching, as shown in FIG.
The lower wiring layer 4 is exposed as shown in FIG. At this time, W
SiC without etching the barrier metal 13 made of N
The conditions are selected so that only the cap film 10 made of is etched. An example of etching conditions is shown below.

【0087】エッチング条件 プロセス圧力:20mTorr プロセスガス:CH=20sccm、O=20
sccm、CF=20sccm、Ar=200scc
m パワー:1000/100W 電極温度:30℃
[0087]Etching conditions Process pressure: 20mTorr Process gas: CHTwoFTwo= 20 sccm, OTwo= 20
sccm, CFFour= 20 sccm, Ar = 200 scc
m Power: 1000 / 100W Electrode temperature: 30 ℃

【0088】次に、例えばPVD法によりCuシード層
(図示は省略する。)を成膜する。成膜条件は、先に述
べた第1の例のCuシード膜成膜条件と同様とした。
Next, a Cu seed layer (not shown) is formed by, eg, PVD method. The film forming conditions were the same as the Cu seed film forming conditions of the first example described above.

【0089】次に、図20に示すように電解めっきによ
りビアホール14及びトレンチ15にCu17を埋め込
む。一例として、Cu17を成膜量1.5μmにて成膜
した。電解めっきの条件は、先に述べた第1の例と同様
とした。
Next, as shown in FIG. 20, Cu 17 is buried in the via hole 14 and the trench 15 by electrolytic plating. As an example, Cu17 was deposited with a deposition amount of 1.5 μm. The conditions of electrolytic plating were the same as those of the first example described above.

【0090】次に、図21に示すように、CMPを行っ
てビアホール14及びトレンチ15のみにCuを残し、
ビア6及び上層配線層5を形成する。CMP条件は先に
述べた第1の例と同様とした。
Next, as shown in FIG. 21, CMP is performed to leave Cu only in the via holes 14 and trenches 15,
The via 6 and the upper wiring layer 5 are formed. The CMP conditions were the same as in the first example described above.

【0091】最後に、上層配線層5及び第3の層間絶縁
膜9の全面に、例えばSiCからなるキャップ膜11を
CVD法により成膜することにより、図16に示すよう
な2層配線の半導体装置31が得られる。キャップ膜1
1の膜厚は例えば50nmとすることができる。
Finally, a cap film 11 made of, for example, SiC is formed on the entire surfaces of the upper wiring layer 5 and the third interlayer insulating film 9 by a CVD method to form a semiconductor having a two-layer wiring as shown in FIG. The device 31 is obtained. Cap film 1
The film thickness of 1 can be 50 nm, for example.

【0092】以上のような半導体装置31の製造方法で
は、ビア6と下層配線層4との間でCu原子が移動可能
な状態とされた多層配線を作製するに際し、ビアホール
14の底部に絶縁膜であるキャップ膜10を残した状態
でバリアメタル13の成膜を行っている。ビアホール1
4の底部のキャップ膜10と第2の層間絶縁膜8等のそ
の他の箇所とで異なる種類の絶縁膜を用いているので、
バリアメタル13の成膜初期のガス吸着及び解離確率が
異なることにより、ビアホール14の底部に成膜を行う
ことなくその他の箇所にバリアメタル13が成膜され
る。このため、次工程で下層配線層4を露出させる際に
は、下層配線層4との接続のためにビアホール14の底
部のキャップ膜10をエッチングするだけでよく、バリ
アメタル13のエッチング工程が不要となる。
In the method of manufacturing the semiconductor device 31 as described above, when a multilayer wiring in which Cu atoms can be moved between the via 6 and the lower wiring layer 4 is manufactured, an insulating film is formed on the bottom of the via hole 14. The barrier metal 13 is formed while leaving the cap film 10 as described above. Beer hall 1
Since different types of insulating films are used for the cap film 10 at the bottom of 4 and other portions such as the second interlayer insulating film 8,
Since the gas adsorption and dissociation probabilities at the initial stage of film formation of the barrier metal 13 are different, the barrier metal 13 is formed at other places without forming a film on the bottom of the via hole 14. Therefore, when the lower wiring layer 4 is exposed in the next step, only the cap film 10 at the bottom of the via hole 14 needs to be etched for connection with the lower wiring layer 4, and the step of etching the barrier metal 13 is unnecessary. Becomes

【0093】ところで、多層配線構造を有する半導体装
置では、1層毎に溝構造を形成するためのパターン形成
処理を行うが、その際に若干の位置ずれを生じることが
ある。上述した第1の例、第2の例及び第3の例のよう
な、ビア6と下層配線層4との間でCu原子が移動可能
な状態とされた多層配線構造を有する半導体装置41に
おいて位置ずれが生じた場合を、図22を用いて説明す
る。
By the way, in a semiconductor device having a multi-layer wiring structure, a pattern forming process for forming a groove structure is performed for each layer, but a slight misalignment may occur at that time. In the semiconductor device 41 having a multilayer wiring structure in which Cu atoms are movable between the via 6 and the lower wiring layer 4 as in the first example, the second example and the third example described above. A case where the positional displacement occurs will be described with reference to FIG.

【0094】図22から明らかなように、本発明の半導
体装置41において位置ずれが生じると、ビア6のCu
と下層配線層4を埋め込む第1の層間絶縁膜7とが図2
2中点線で囲む領域Dで直接接触し、ビア6から第1の
層間絶縁膜7へCuが拡散して配線間ショートを引き起
こす等の重大な問題を引き起こす可能性がある。
As apparent from FIG. 22, when the semiconductor device 41 of the present invention is displaced, the Cu of the via 6 is changed.
2 and the first interlayer insulating film 7 filling the lower wiring layer 4 are shown in FIG.
2 There is a possibility of causing a serious problem such as direct contact in a region D surrounded by a middle dotted line and diffusion of Cu from the via 6 to the first interlayer insulating film 7 to cause a short circuit between wirings.

【0095】この位置ずれによるCuの拡散は、従来の
ようにビアの底部にバリアメタルが存在する構造の半導
体装置では起こりえなかったことである。図23に示す
ように、位置ずれを生じた従来の多層配線構造の半導体
装置51を例に挙げると、ビア106の底部にバリアメ
タル113が存在するために、位置ずれを生じた場合に
はこのバリアメタル113がビア106のCuと下層配
線層104を埋め込む第1の層間絶縁膜117との直接
接触を回避するためである。
The diffusion of Cu due to this displacement cannot occur in a semiconductor device having a structure in which a barrier metal exists at the bottom of a via as in the conventional case. As shown in FIG. 23, in the case of a conventional semiconductor device 51 having a multi-layered wiring structure in which a positional deviation has occurred, since the barrier metal 113 is present at the bottom of the via 106, this occurs when the positional deviation occurs. This is because the barrier metal 113 avoids direct contact between Cu of the via 106 and the first interlayer insulating film 117 that fills the lower wiring layer 104.

【0096】そこで、ビア6と下層配線層4との間でC
u原子が移動可能な状態とされた本発明の利点を活かし
つつ、上述した位置ずれによるCuの拡散の問題を解決
する第4の例の半導体装置について、図24を用いて説
明する。
Therefore, C is provided between the via 6 and the lower wiring layer 4.
A semiconductor device of a fourth example, which solves the above-mentioned problem of Cu diffusion due to the positional deviation while utilizing the advantage of the present invention in which the u atom can be moved, will be described with reference to FIG.

【0097】この半導体装置61は、トランジスタ等の
デバイス(図示は省略する。)が予め作製された基板2
上に、エッチストッパ膜3を介して下層配線層4と、上
層配線層5とが形成され、下層配線層4と上層配線層5
とがビア6を介して電気的に接続されている。下層配線
層4、ビア6及び上層配線層5は、それぞれ第1の層間
絶縁膜7、第2の層間絶縁膜8及び第3の層間絶縁膜9
に埋め込まれている。また、下層配線層4及び第1の層
間絶縁膜7の上面には、下層配線層4から第2の層間絶
縁膜8へのCuの拡散を防止するためのキャップ膜10
が成膜されている。なお、上層配線層5及び第3の層間
絶縁膜9の上面にも、同様にキャップ膜11が成膜され
ている。また、上層配線層5の底部にはCu拡散防止絶
縁膜12が成膜されている。
This semiconductor device 61 is a substrate 2 in which devices such as transistors (not shown) are prepared in advance.
A lower wiring layer 4 and an upper wiring layer 5 are formed on the upper surface of the lower wiring layer 4 and the upper wiring layer 5 via the etch stopper film 3.
And are electrically connected via the via 6. The lower wiring layer 4, the via 6 and the upper wiring layer 5 are respectively provided with a first interlayer insulating film 7, a second interlayer insulating film 8 and a third interlayer insulating film 9.
Embedded in. Further, on the upper surfaces of the lower wiring layer 4 and the first interlayer insulating film 7, a cap film 10 for preventing diffusion of Cu from the lower wiring layer 4 to the second interlayer insulating film 8.
Is deposited. A cap film 11 is similarly formed on the upper surfaces of the upper wiring layer 5 and the third interlayer insulating film 9. A Cu diffusion prevention insulating film 12 is formed on the bottom of the upper wiring layer 5.

【0098】また、配線材料であるCuが層間絶縁膜へ
拡散することを防止するために、下層配線層4の底部並
びに側壁、ビア6及び上層配線層5の側壁は、Cu拡散
防止機能を有するバリアメタル13により被覆されてい
る。
In order to prevent Cu, which is a wiring material, from diffusing into the interlayer insulating film, the bottom and side walls of the lower wiring layer 4, the vias 6 and the side walls of the upper wiring layer 5 have a Cu diffusion preventing function. It is covered with a barrier metal 13.

【0099】本発明の半導体装置61は、先に述べたよ
うにビア6と下層配線層4との間で配線材料であるCu
が移動可能な状態とされている。すなわち、ビアと下層
配線層とがバリアメタル等の異種金属を介して接合する
ような従来の多層配線構造の半導体装置とは異なり、本
発明の半導体装置61は、ビア6の底部にバリアメタル
13が存在せず、ビア6と下層配線層4とが直接接合す
る。
In the semiconductor device 61 of the present invention, as described above, the wiring material Cu is formed between the via 6 and the lower wiring layer 4.
Are in a movable state. That is, unlike the conventional semiconductor device having a multilayer wiring structure in which the via and the lower wiring layer are joined via a different metal such as a barrier metal, the semiconductor device 61 of the present invention has the barrier metal 13 at the bottom of the via 6. Is not present, the via 6 and the lower wiring layer 4 are directly joined.

【0100】さらに、第4の例の半導体装置61では、
下層配線層4を埋め込む第1の層間絶縁膜7の表面にC
u拡散防止絶縁膜18が追加されている。すなわち、第
1の層間絶縁膜7と第2の層間絶縁膜8との間には必ず
Cu拡散防止絶縁膜18が介在し、これがビア6からの
Cuの拡散を防止する。
Furthermore, in the semiconductor device 61 of the fourth example,
C is formed on the surface of the first interlayer insulating film 7 in which the lower wiring layer 4 is embedded.
The u diffusion prevention insulating film 18 is added. That is, the Cu diffusion prevention insulating film 18 is always interposed between the first interlayer insulating film 7 and the second interlayer insulating film 8, and this prevents the diffusion of Cu from the via 6.

【0101】ビア6と下層配線層4との間でCuが移動
可能とされることで、ビア6から下層配線層4にかけて
のCu原子の流れの不連続性が解消され、エレクトロマ
イグレーション耐性が向上する。
By allowing Cu to move between the via 6 and the lower wiring layer 4, the discontinuity of the flow of Cu atoms from the via 6 to the lower wiring layer 4 is eliminated, and the electromigration resistance is improved. To do.

【0102】また、この半導体装置61では、ビア6と
下層配線層4との間のバリアメタル13が全く存在しな
いか、極めてその量が低減されているため、Cuと比較
して抵抗の大きいバリアメタル13に起因するビア抵抗
の増大を抑制できるという効果も得られる。
Further, in this semiconductor device 61, the barrier metal 13 between the via 6 and the lower wiring layer 4 does not exist at all, or the amount thereof is extremely reduced, so that the barrier having a larger resistance than Cu. It is also possible to obtain the effect of suppressing an increase in via resistance due to the metal 13.

【0103】以上のように、本発明の半導体装置61
は、エレクトロマイグレーション耐性の向上により高信
頼性を示し、また同時に配線抵抗の低減を実現すること
ができる。
As described above, the semiconductor device 61 of the present invention.
Shows high reliability due to improved electromigration resistance, and at the same time realizes reduction of wiring resistance.

【0104】さらに、半導体装置61においては、たと
え層間位置ずれを起こした場合であっても、Cu拡散防
止絶縁膜18がビア6と第1の層間絶縁膜7との直接の
接触を回避して、ビア6のCuが第1の層間絶縁膜7へ
拡散することを確実に防止することができる。
Further, in the semiconductor device 61, the Cu diffusion preventing insulating film 18 avoids the direct contact between the via 6 and the first interlayer insulating film 7 even if the interlayer displacement occurs. , Cu of the via 6 can be surely prevented from diffusing into the first interlayer insulating film 7.

【0105】Cu拡散防止絶縁膜18としては、SiC
やSiN等のCuに対する高いバリア性を示す絶縁材料
を使用可能である。
As the Cu diffusion prevention insulating film 18, SiC is used.
An insulating material having a high barrier property against Cu, such as SiN or SiN, can be used.

【0106】つぎに、上述した図24に示す第4の例の
半導体装置61をデュアルダマシン法により製造する方
法について図25〜図33を用いて説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 61 of the fourth example shown in FIG. 24 described above by the dual damascene method will be described with reference to FIGS.

【0107】最初に、図25に示すように、基板2上に
エッチストッパ膜3を例えばCVD法により成膜する。
一例として、SiCからなるエッチストッパ膜3を膜厚
50nmで成膜した。
First, as shown in FIG. 25, the etch stopper film 3 is formed on the substrate 2 by, eg, CVD method.
As an example, the etch stopper film 3 made of SiC was formed to a film thickness of 50 nm.

【0108】次に、図26に示すように、大気開放する
ことなくエッチストッパ膜3の成膜に連続して、第1の
層間絶縁膜7及びCu拡散防止絶縁膜18をこの順に成
膜する。第1の層間絶縁膜7を成膜する際には、CVD
法により原料ガスとしてトリメチルシランとNOとを
用い、SiOCを450nm成膜した。また、Cu拡散
防止絶縁膜18を成膜する際には、CVD法により原料
ガスとしてトリメチルシランとNHとを用い、SiC
を50nm成膜した。
Next, as shown in FIG. 26, the first interlayer insulating film 7 and the Cu diffusion preventing insulating film 18 are formed in this order in succession to the formation of the etch stopper film 3 without exposing to the atmosphere. . When forming the first interlayer insulating film 7, CVD is used.
Method, trimethylsilane and N 2 O were used as source gases, and SiOC was deposited to a thickness of 450 nm. When forming the Cu diffusion prevention insulating film 18, trimethylsilane and NH 3 are used as source gases by the CVD method, and SiC is used.
Was deposited to a thickness of 50 nm.

【0109】次に、図27に示すように、第1の層間絶
縁膜7及びCu拡散防止絶縁膜18に例えばダマシン法
によりCuを埋め込んで下層配線層4を形成する。
Next, as shown in FIG. 27, Cu is buried in the first interlayer insulating film 7 and the Cu diffusion preventing insulating film 18 by, for example, the damascene method to form the lower wiring layer 4.

【0110】具体的には、最初にフォトリソグラフィ及
びドライエッチングにより下層配線層4を形成するため
のトレンチをパターニングする。
Specifically, first, a trench for forming the lower wiring layer 4 is patterned by photolithography and dry etching.

【0111】次に、第1の層間絶縁膜7へのCuの拡散
を防止するために、バリアメタル13をPVD法やCV
D法等により成膜する。一例として、TaNからなるバ
リアメタル13をPVD法により膜厚20nmで成膜し
た。成膜条件を下記に示す。
Next, in order to prevent Cu from diffusing into the first interlayer insulating film 7, the barrier metal 13 is formed by PVD or CV.
A film is formed by the D method or the like. As an example, a barrier metal 13 made of TaN was formed to a thickness of 20 nm by the PVD method. The film forming conditions are shown below.

【0112】バリアメタル成膜条件 DCパワー:1kW プロセスガス:Ar=50sccm ACウェーハバイアスパワー:500W[0112]Barrier metal deposition conditions DC power: 1 kW Process gas: Ar = 50 sccm AC wafer bias power: 500W

【0113】このバリアメタル13の成膜に連続して、
Cuシード層(図示は省略する。)を成膜する。一例と
して、PVD法によりCuシード層16を膜厚160n
mで成膜した。成膜条件を下記に示す。
Following the film formation of the barrier metal 13,
A Cu seed layer (not shown) is formed. As an example, the Cu seed layer 16 having a film thickness of 160 n is formed by the PVD method.
The film was formed at m. The film forming conditions are shown below.

【0114】Cuシード層成膜条件 DCパワー:12kW 圧力:0.1Pa 成膜温度:−20℃[0114]Cu seed layer deposition conditions DC power: 12kW Pressure: 0.1Pa Film formation temperature: -20 ° C

【0115】次に、電解めっきによりトレンチにCuを
埋め込む。一例として、Cuを成膜量1μmにて成膜し
た。成膜条件は、先に述べた第1の例の電解めっき条件
と同様とした。
Next, Cu is filled in the trench by electrolytic plating. As an example, Cu was deposited at a deposition amount of 1 μm. The film forming conditions were the same as the electrolytic plating conditions of the first example described above.

【0116】次に、CMPを行ってトレンチのみにCu
を残し、下層配線層4を形成する。CMP条件は先に述
べた第1の例と同様とした。
Next, CMP is performed to form Cu only in the trench.
And the lower wiring layer 4 is formed. The CMP conditions were the same as in the first example described above.

【0117】最後に、下層配線層4及びCu拡散防止絶
縁膜18の表面に、例えばSiCからなるキャップ膜1
0をCVD法により成膜することにより、図27に示す
ような1層目の配線構造が得られる。キャップ膜10の
膜厚は例えば50nmとすることができる。
Finally, the cap film 1 made of, for example, SiC is formed on the surfaces of the lower wiring layer 4 and the Cu diffusion prevention insulating film 18.
By depositing 0 by the CVD method, the wiring structure of the first layer as shown in FIG. 27 is obtained. The film thickness of the cap film 10 can be set to, for example, 50 nm.

【0118】なお、ここでCu拡散防止絶縁膜18とキ
ャップ膜10とで同じ材料を用いた場合には、Cu拡散
防止絶縁膜18とキャップ膜10とは一体化するが、本
発明はこの場合も含むこととする。
When the same material is used for the Cu diffusion prevention insulating film 18 and the cap film 10, the Cu diffusion prevention insulating film 18 and the cap film 10 are integrated, but in the present invention, Will also be included.

【0119】次に、図28に示すように、キャップ膜1
0の上面に、第2の層間絶縁膜8と、Cu拡散防止絶縁
膜12と、第3の層間絶縁膜9と、デュアルダマシン構
造形成用のハードマスク兼Cu拡散防止用の絶縁膜19
をこの順にCVD法により連続して成膜する。一例とし
て、SiOCからなる第2の層間絶縁膜8を膜厚450
nm、Cu拡散防止絶縁膜12を膜厚50nm、SiO
Cからなる第3の層間絶縁膜9を膜厚400nm、Si
Cからなる絶縁膜19を膜厚100nmで成膜した。
Next, as shown in FIG. 28, the cap film 1
On the upper surface of 0, the second interlayer insulating film 8, the Cu diffusion preventing insulating film 12, the third interlayer insulating film 9, the hard mask for forming the dual damascene structure and the Cu diffusion preventing insulating film 19 are formed.
Are sequentially formed in this order by the CVD method. As an example, the second interlayer insulating film 8 made of SiOC has a film thickness of 450.
nm, Cu diffusion prevention insulating film 12 with a film thickness of 50 nm, SiO
The third interlayer insulating film 9 made of C is formed to have a film thickness of 400 nm and Si
An insulating film 19 made of C was formed to a film thickness of 100 nm.

【0120】次に、図29に示すように、絶縁膜19を
フォトリソグラフィ及びドライエッチングによりパター
ニングして、上層のトレンチ15を形成するためのハー
ドマスク19aを形成する。ここでは、最上層のSiC
を100nm分ドライエッチングした。
Next, as shown in FIG. 29, the insulating film 19 is patterned by photolithography and dry etching to form a hard mask 19a for forming the trench 15 in the upper layer. Here, the uppermost layer of SiC
Was dry-etched by 100 nm.

【0121】次に、図30に示すように、新たにフォト
レジストをパターニングすることによりビアホール形成
用のレジストマスク62を形成し、さらに第3の層間絶
縁膜19及びCu拡散防止絶縁膜12をドライエッチン
グする。
Next, as shown in FIG. 30, a photoresist is newly patterned to form a resist mask 62 for forming a via hole, and the third interlayer insulating film 19 and the Cu diffusion preventing insulating film 12 are dried. Etching.

【0122】次に、レジストマスク62を除去し、図3
1に示すように、先に形成したハードマスク19aを用
いて第2の層間絶縁膜8をドライエッチングすし、ビア
ホール14及びトレンチ15を形成する。
Next, the resist mask 62 is removed, and FIG.
As shown in FIG. 1, the second interlayer insulating film 8 is dry-etched using the previously formed hard mask 19a to form the via hole 14 and the trench 15.

【0123】次に、図32に示すように、トレンチ15
の底部のキャップ膜10をドライエッチングにより除去
し、下層配線層4の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 32, trench 15
The bottom cap film 10 is removed by dry etching to expose the surface of the lower wiring layer 4.

【0124】次に、図33に示すように、層間絶縁膜へ
のCuの拡散を防止するために、バリアメタル13をP
VD法やCVD法等により成膜する。一例として、Ta
Nからなるバリアメタル13をPVD法により膜厚20
nmで成膜した。ここでのPVD法によるバリアメタル
13の成膜条件は、上述した下層配線層4のバリアメタ
ル13の成膜条件とは異なり、リスパッタ成分を高める
設定とする。このリスパッタより、ビアホール14の底
部のバリアメタル13を除去し側壁部に再付着させるこ
とにより、図33に示すようなビアホール14の底部の
みにバリアメタル13が成膜されていない状態を作り出
す。
Next, as shown in FIG. 33, in order to prevent Cu from diffusing into the interlayer insulating film, the barrier metal 13 is doped with P.
The film is formed by the VD method or the CVD method. As an example, Ta
The barrier metal 13 made of N is formed into a film thickness of 20 by the PVD method.
The film was formed at a thickness of nm. The film forming conditions of the barrier metal 13 by the PVD method here are different from the film forming conditions of the barrier metal 13 of the lower wiring layer 4 described above, and are set to increase the resputtering component. By this resputtering, the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 is removed and reattached to the side wall, thereby creating a state in which the barrier metal 13 is not formed only on the bottom of the via hole 14 as shown in FIG.

【0125】次に、電解めっきのためのCuシード層
(図示は省略する。)を例えばPVD法によりCuシー
ド層を膜厚150nmで成膜した。
Next, a Cu seed layer (not shown) for electrolytic plating was formed to a film thickness of 150 nm by the PVD method, for example.

【0126】次に、電解めっきによりビアホール14及
びトレンチ15にCuを埋め込み、余剰Cu及びバリア
メタル13をCMPにより除去して、ビア6及び上層配
線層5を形成する。最後に、上層配線層5及び第3の層
間絶縁膜9の全面に、例えばSiCからなるキャップ膜
11をCVD法により成膜することにより、図24に示
すような2層配線の半導体装置61が得られる。キャッ
プ膜11の膜厚は例えば50nmとすることができる。
Next, Cu is embedded in the via hole 14 and the trench 15 by electrolytic plating, and the excess Cu and the barrier metal 13 are removed by CMP to form the via 6 and the upper wiring layer 5. Finally, a cap film 11 made of, for example, SiC is formed on the entire surfaces of the upper wiring layer 5 and the third interlayer insulating film 9 by the CVD method, so that the semiconductor device 61 having the two-layer wiring as shown in FIG. can get. The film thickness of the cap film 11 can be set to 50 nm, for example.

【0127】以上のような半導体装置61の製造方法で
は、ビア6と下層配線層4との間でCu原子が移動可能
な状態とされた多層配線を作製するに際し、第1の層間
絶縁膜7上にCu拡散防止絶縁膜18を成膜し、この後
で下層配線層4を埋め込むので、層間位置ずれを起こし
た場合であってもCu拡散防止絶縁膜18がビア6と第
1の層間絶縁膜7との直接の接触を回避して、ビア6か
ら第1の層間絶縁膜7へCuが拡散することを確実に防
止可能な半導体装置61を作製することができる。
According to the method of manufacturing the semiconductor device 61 as described above, the first interlayer insulating film 7 is used when manufacturing the multilayer wiring in which the Cu atoms can move between the via 6 and the lower wiring layer 4. Since the Cu diffusion preventing insulating film 18 is formed on the upper layer and the lower wiring layer 4 is embedded thereafter, the Cu diffusion preventing insulating film 18 is not separated from the via 6 and the first interlayer insulating layer even when the interlayer position shift occurs. By avoiding direct contact with the film 7, it is possible to manufacture the semiconductor device 61 that can reliably prevent Cu from diffusing from the via 6 to the first interlayer insulating film 7.

【0128】つぎに、上述したようなビアとその下方に
存在する配線層との間で配線材料の原子が移動可能な状
態とされた多層配線構造を有する半導体装置を製造する
ための製造装置について、図34を用いて詳細に説明す
る。
Next, a manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor device having a multi-layer wiring structure in which atoms of a wiring material can be moved between the via and the wiring layer existing therebelow as described above , FIG. 34 will be described in detail.

【0129】この半導体製造装置70は、コアチャンバ
71の周囲に、物理的エッチングチャンバ72と、バリ
アメタル成膜チャンバ73と、低圧力ドライエッチング
チャンバ74と、Cuシード層成膜チャンバ75とが配
されている。また、半導体製造装置70は、コアチャン
バ71の周囲に、被処理体であるウェハをロード・アン
ロード及びデガスするための第1のロードロックチャン
バ76、並びに第2のロードロックチャンバ77を備え
ている。半導体製造装置70は、各チャンバを同一装置
内に備えることにより、大気開放することなく被処理体
であるウェハを搬出搬入し、連続処理を行うことが可能
である。
In this semiconductor manufacturing apparatus 70, a physical etching chamber 72, a barrier metal film forming chamber 73, a low pressure dry etching chamber 74, and a Cu seed layer film forming chamber 75 are arranged around a core chamber 71. Has been done. Further, the semiconductor manufacturing apparatus 70 is provided with a first load lock chamber 76 and a second load lock chamber 77 around the core chamber 71 for loading / unloading and degassing a wafer to be processed. There is. Since the semiconductor manufacturing apparatus 70 is provided with each chamber in the same apparatus, it is possible to carry in and carry in a wafer, which is an object to be processed, and perform continuous processing without opening to the atmosphere.

【0130】コアチャンバ71は、ウェハを各チャンバ
に対して搬出・搬入可能な搬送装置(図示は省略す
る。)を備えている。
The core chamber 71 is equipped with a transfer device (not shown) capable of carrying the wafer in and out of each chamber.

【0131】物理的エッチングチャンバ72は、配線材
料としてCuを用いた下層配線層の表面に形成される自
然酸化膜を除去するためのチャンバであり、ICPを利
用したエッチングチャンバ等である。
The physical etching chamber 72 is a chamber for removing a natural oxide film formed on the surface of the lower wiring layer using Cu as a wiring material, and is an etching chamber using ICP or the like.

【0132】バリアメタル成膜チャンバ73は、Ta、
TaN、W、WN、Ti、TiN、TiSiN等のCu
に対するバリア性の高い金属薄膜を成膜するためのチャ
ンバである。バリアメタル成膜チャンバ73は例えばス
パッタチャンバ、CVDチャンバ等である。
The barrier metal film forming chamber 73 is made of Ta,
Cu such as TaN, W, WN, Ti, TiN, TiSiN
It is a chamber for forming a metal thin film having a high barrier property against. The barrier metal film forming chamber 73 is, for example, a sputtering chamber or a CVD chamber.

【0133】低圧力ドライエッチングチャンバ74は、
ICP、ECR、MERIE等の高密度プラズマを利用
し、ビアホールの底部のバリアメタルをエッチングによ
り除去するためのチャンバである。低圧力ドライエッチ
ングチャンバ74では、エッチングガスとしてNF
SF等のフッ素系ガスを使用可能である。低圧力ドラ
イエッチングチャンバ74がICPを利用したエッチン
グチャンバである場合、図5に示すように、チャンバ
(図示は省略する。)内にウェハを保持する基板ホルダ
78と、基板ホルダ78に高周波電力を印加する高周波
電源79とを備えることが好ましい。このような構成で
あることにより、ウェハに高周波電力を印加しバイアス
を生じさせてプラズマ中のイオンをウェハに対して垂直
に引き込む異方性エッチングを行うことができる。
The low pressure dry etching chamber 74 is
This is a chamber for removing the barrier metal at the bottom of the via hole by etching using high-density plasma such as ICP, ECR, and MERIE. In the low pressure dry etching chamber 74, NF 3 as an etching gas,
Fluorine-based gas such as SF 3 can be used. When the low-pressure dry etching chamber 74 is an etching chamber using ICP, as shown in FIG. 5, a substrate holder 78 for holding a wafer in the chamber (not shown), and high frequency power is supplied to the substrate holder 78. It is preferable to provide a high frequency power supply 79 for applying the voltage. With such a structure, anisotropic etching can be performed in which high-frequency power is applied to the wafer to generate a bias and the ions in the plasma are vertically attracted to the wafer.

【0134】Cuシード層成膜チャンバ75は、Cuシ
ード層を成膜するためのチャンバであり、スパッタチャ
ンバ、CVDチャンバである。
The Cu seed layer deposition chamber 75 is a chamber for depositing a Cu seed layer, and is a sputtering chamber or a CVD chamber.

【0135】第1のロードロックチャンバ76及び第2
のロードロックチャンバ77は、コアチャンバ71等の
チャンバを大気圧に戻すことなくウェハを半導体製造装
置70へ搬出搬入するための予備真空室である。また、
第1のロードロックチャンバ76及び第2のロードロッ
クチャンバ77は、排気機能とともに、ウェハに吸着し
たガスを除去するためのデガス機能を備えるものであ
る。
First load lock chamber 76 and second
The load lock chamber 77 is a preliminary vacuum chamber for loading / unloading the wafer to / from the semiconductor manufacturing apparatus 70 without returning the chambers such as the core chamber 71 to the atmospheric pressure. Also,
The first load lock chamber 76 and the second load lock chamber 77 have an exhaust function and a degas function for removing the gas adsorbed on the wafer.

【0136】以上のような構成の半導体製造装置70を
用いて、図9に示す第2の例の半導体装置21を実際に
製造する方法について、図10〜図15を参照しながら
説明する。なお、下記の一連の工程は、各チャンバを大
気開放することなく連続して行うものとする。
A method of actually manufacturing the semiconductor device 21 of the second example shown in FIG. 9 using the semiconductor manufacturing apparatus 70 having the above-described structure will be described with reference to FIGS. 10 to 15. In addition, the following series of steps shall be continuously performed without exposing each chamber to the atmosphere.

【0137】先ず、図10に示すようなデュアルダマシ
ン構造が形成された基板2(以下、ウェハとする。)を
第1のロードロックチャンバ76に導入し、排気を行っ
て所定の減圧状態とするとともに、ウェハに吸着した水
分等のガスを除去するためのデガスを実施する。デガス
条件は、350℃、60秒とした。
First, the substrate 2 (hereinafter referred to as a wafer) having a dual damascene structure as shown in FIG. 10 is introduced into the first load lock chamber 76 and exhausted to bring it into a predetermined depressurized state. At the same time, degassing for removing gas such as moisture adsorbed on the wafer is performed. The degas conditions were 350 ° C. and 60 seconds.

【0138】次に、デガス後のウェハを第1のロードロ
ックチャンバ76から搬送し、コアチャンバ71を経由
して物理的エッチングチャンバ72へ搬入する。物理的
エッチングチャンバ72は、例えばICPスパッタチャ
ンバである。ここでビアホール14の底部に露出した下
層配線層4の表面に形成されたCuの自然酸化膜を除去
する。自然酸化膜を除去するために必要なエッチング量
は、5μm〜10μm程度である。
Next, the degassed wafer is carried from the first load lock chamber 76 and carried into the physical etching chamber 72 via the core chamber 71. The physical etching chamber 72 is, for example, an ICP sputtering chamber. Here, the Cu natural oxide film formed on the surface of the lower wiring layer 4 exposed at the bottom of the via hole 14 is removed. The etching amount required to remove the natural oxide film is about 5 μm to 10 μm.

【0139】次に、ウェハを第1のロードロックチャン
バ76から搬送し、コアチャンバ71を経由してバリア
メタル成膜チャンバ73へ搬入する。バリアメタル成膜
チャンバ73は、例えばPVDチャンバである。第2の
例の半導体装置21を作製する際と同様の条件でバリア
メタル13を成膜することにより、図11に示す状態の
ウェハが得られる。
Next, the wafer is transferred from the first load lock chamber 76 and loaded into the barrier metal film forming chamber 73 via the core chamber 71. The barrier metal film forming chamber 73 is, for example, a PVD chamber. By depositing the barrier metal 13 under the same conditions as when manufacturing the semiconductor device 21 of the second example, the wafer in the state shown in FIG. 11 is obtained.

【0140】次に、ウェハをバリアメタル成膜チャンバ
73から搬送し、コアチャンバ71を経由して低圧力ド
ライエッチングチャンバ74へ搬入する。低圧力ドライ
エッチングチャンバ74は、例えばICPを利用した低
圧力ドライエッチングチャンバである。低圧力ドライエ
ッチングチャンバ74で第2の例の半導体装置21を作
製するのと同様の条件でエッチングを行うことにより、
図12に示すように、ビアホール14の底部のバリアメ
タル13が除去される。
Next, the wafer is carried from the barrier metal film forming chamber 73 and carried into the low pressure dry etching chamber 74 via the core chamber 71. The low-pressure dry etching chamber 74 is a low-pressure dry etching chamber using ICP, for example. By performing etching in the low pressure dry etching chamber 74 under the same conditions as those for manufacturing the semiconductor device 21 of the second example,
As shown in FIG. 12, the barrier metal 13 at the bottom of the via hole 14 is removed.

【0141】次に、ウェハを低圧力ドライエッチングチ
ャンバ74から搬送し、コアチャンバ71を経由してC
uシード層成膜チャンバ75へ搬入する。Cuシード層
成膜チャンバ75は、例えばPVDチャンバである。第
2の例の半導体装置21を作製するのと同様の条件でC
uシード層16を成膜することにより、図13に示すよ
うなウェハが得られる。
Next, the wafer is transferred from the low-pressure dry etching chamber 74 and passed through the core chamber 71 to the C
It is carried into the u seed layer film forming chamber 75. The Cu seed layer deposition chamber 75 is, for example, a PVD chamber. C under the same conditions as those for manufacturing the semiconductor device 21 of the second example.
By forming the u seed layer 16, a wafer as shown in FIG. 13 is obtained.

【0142】Cuシード層16が成膜されたウェハをC
uシード層成膜チャンバ75から搬出し、コアチャンバ
71を経由して第2のロードロックチャンバ77へ搬入
する。ロードロックチャンバ77を大気圧に戻した後
で、ウェハを取り出し、半導体製造装置70での処理を
終了する。この後、Cu埋め込み工程、CMP工程、キ
ャップ膜形成工程等を経ることにより、図9に示すよう
な本発明の第2の例の半導体装置21が完成する。
The wafer on which the Cu seed layer 16 is formed is C
It is carried out from the u seed layer film forming chamber 75 and then carried into the second load lock chamber 77 via the core chamber 71. After returning the load lock chamber 77 to the atmospheric pressure, the wafer is taken out, and the processing in the semiconductor manufacturing apparatus 70 is completed. After that, a Cu embedding step, a CMP step, a cap film forming step, and the like are performed to complete the semiconductor device 21 of the second example of the present invention as shown in FIG.

【0143】以上のような半導体製造装置70を用いる
ことにより、ビアとその下方に存在する配線層との間で
配線材料の原子が移動可能な状態とされた多層配線を有
する半導体装置を製造するに際し、下層配線層の自然酸
化膜除去工程からCuシード層成膜工程まで1つの装置
内で大気圧に戻すことなく連続して処理が可能となる。
したがって、良好な密着性を有するCuシード層の形成
が可能となり、半導体装置の信頼性向上を図ることがで
きる。
By using the semiconductor manufacturing apparatus 70 as described above, a semiconductor device having a multilayer wiring in which atoms of the wiring material are made movable between the via and the wiring layer existing thereunder is manufactured. At this time, it is possible to continuously perform processing from the step of removing the natural oxide film of the lower wiring layer to the step of forming the Cu seed layer without returning to atmospheric pressure in one device.
Therefore, it becomes possible to form a Cu seed layer having good adhesion, and the reliability of the semiconductor device can be improved.

【0144】なお、上述の説明では、第2の例の半導体
装置21を製造する場合を例に挙げたが、これに限定さ
れることなく、本発明の半導体製造装置70は、ビアと
その下方に存在する配線層との間で配線材料の原子が移
動可能な状態とされた多層配線を有するあらゆる種類の
半導体装置を製造可能である。
In the above description, the case where the semiconductor device 21 of the second example is manufactured has been described as an example, but the present invention is not limited to this. It is possible to manufacture all kinds of semiconductor devices having multi-layer wiring in which atoms of the wiring material can be moved between the wiring layer and the wiring layer existing in.

【0145】[0145]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る第1の例の半導体装置の製造方法では、バリア
メタル除去工程においてビアホールの底部に成膜された
バリアメタルを優先的に除去してトレンチの底部のバリ
アメタルを残存させるため、バリアメタルの特性を損な
うことなく、第1の配線層とビアとの間にバリアメタル
が介在することがないために、エレクトロマイグレーシ
ョンによる配線材料原子の流れが連続的になり、また、
ビア抵抗の増大を引き起こすこともない。したがって、
本発明によれば、さらなる高速化と高い信頼性とを実現
する半導体装置の製造方法を提供することができる。
As is apparent from the above description, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first example of the present invention, the barrier metal formed on the bottom of the via hole is preferentially formed in the barrier metal removing step. Since the barrier metal at the bottom of the trench is removed and remains, the characteristics of the barrier metal are not impaired, and the barrier metal does not exist between the first wiring layer and the via. The atomic flow becomes continuous,
It does not cause an increase in via resistance. Therefore,
According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device that realizes higher speed and higher reliability.

【0146】また、本発明に係る第2の例の半導体装置
の製造方法では、トレンチの底部に配線材料拡散防止機
能を有する絶縁膜を残存させた状態でバリアメタルの成
膜を行うので、バリアメタル除去工程においてビアホー
ル底部のバリアメタルと同様にトレンチ底部のバリアメ
タルが完全に除去された場合でも、層間絶縁膜への配線
材料の拡散を防止できる。このため、バリアメタルの特
性を損なうことなく、第1の配線層とビアとの間にバリ
アメタルが介在することがないために、エレクトロマイ
グレーションによる配線材料原子の流れが連続的にな
り、また、ビア抵抗の増大を引き起こすこともない。し
たがって、本発明によれば、さらなる高速化と高い信頼
性とを実現する半導体装置の製造方法を提供することが
できる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second example of the present invention, the barrier metal is formed while the insulating film having the wiring material diffusion preventing function is left at the bottom of the trench. Even if the barrier metal at the bottom of the trench is completely removed in the same manner as the barrier metal at the bottom of the via hole in the metal removing step, diffusion of the wiring material into the interlayer insulating film can be prevented. Therefore, since the barrier metal does not exist between the first wiring layer and the via without impairing the characteristics of the barrier metal, the flow of wiring material atoms due to electromigration becomes continuous, and It does not cause an increase in via resistance. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device that realizes higher speed and higher reliability.

【0147】また、本発明に係る第3の例の半導体装置
の製造方法では、ビアホールの底部の配線材料拡散防止
機能を有する絶縁膜を残した状態で、この配線材料拡散
防止機能を有する絶縁膜上にバリアメタルが堆積しない
ように条件を制御しながらバリアメタルの成膜を行い、
この後ビアホール底部の配線材料拡散防止機能を有する
絶縁膜をエッチングにより除去して第1の配線層を露出
させる。このため、バリアメタルの特性を損なうことな
く、第1の配線層とビアとの間にバリアメタルが介在す
ることがないために、エレクトロマイグレーションによ
る配線材料原子の流れが連続的になり、また、ビア抵抗
の増大を引き起こすこともない。したがって、本発明に
よれば、さらなる高速化と高い信頼性とを実現する半導
体装置の製造方法を提供することができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the third example of the present invention, the insulating film having the wiring material diffusion preventing function is left at the bottom of the via hole while the insulating film having the wiring material diffusion preventing function is left. The barrier metal film is formed while controlling the conditions so that the barrier metal does not accumulate on top.
After that, the insulating film having a wiring material diffusion preventing function at the bottom of the via hole is removed by etching to expose the first wiring layer. Therefore, since the barrier metal does not exist between the first wiring layer and the via without impairing the characteristics of the barrier metal, the flow of wiring material atoms due to electromigration becomes continuous, and It does not cause an increase in via resistance. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device that realizes higher speed and higher reliability.

【0148】また、本発明に係る第4の例の半導体装置
及びその製造方法では、ビアと第1の配線層との間で配
線材料が移動可能な状態となるようにビアを形成するの
で、電流を流したときにエレクトロマイグレーションに
よりビアと第1の配線層との界面に発生するボイドの発
生を抑制することが可能となり、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る。さらに、第1の
層間絶縁膜と配線材料拡散防止機能を有する絶縁膜との
積層膜を成膜し、ここに配線材料を埋め込んで第1の配
線層を形成した後にビア及び第2の配線層を形成するの
で、ビア及び第1の配線層との間で層間位置ずれが生じ
た際にも第1の層間絶縁膜への配線材料の拡散を確実に
防止可能な半導体装置を製造できる。したがって、本発
明によれば、さらなる高速化と高い信頼性とを実現した
半導体装置を提供することができる。さらに、ビア底部
と第1の配線層との間で配線材料が移動可能とされた配
線構造で層間位置ずれが生じた場合にも、配線材料の第
1の層間絶縁膜への拡散を確実に防止可能である。
Further, in the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the fourth example of the present invention, since the via is formed so that the wiring material can be moved between the via and the first wiring layer, It is possible to suppress the generation of voids that occur at the interface between the via and the first wiring layer due to electromigration when a current is applied, and it is possible to improve electromigration resistance. Furthermore, a laminated film of a first interlayer insulating film and an insulating film having a wiring material diffusion preventing function is formed, and a wiring material is embedded therein to form a first wiring layer, and then a via and a second wiring layer. Therefore, it is possible to manufacture the semiconductor device capable of reliably preventing the diffusion of the wiring material into the first interlayer insulating film even when the interlayer displacement occurs between the via and the first wiring layer. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device that achieves higher speed and higher reliability. Further, even when an interlayer displacement occurs in the wiring structure in which the wiring material is movable between the bottom of the via and the first wiring layer, the diffusion of the wiring material into the first interlayer insulating film is ensured. It can be prevented.

【0149】また、本発明に係る半導体装置の製造装置
は、第1の配線層形成後、Cuシード層成膜まで各チャ
ンバを大気開放することなく被処理体を搬入搬出可能と
し、連続処理を実現する。したがって、本発明によれ
ば、良好な密着性のCuシード層を成膜可能であり、信
頼性の高い半導体装置を製造可能な半導体製造装置を提
供できる。
Further, in the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention, after the first wiring layer is formed, the object to be processed can be carried in and out without exposing each chamber to the atmosphere until the Cu seed layer is formed. To be realized. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of forming a Cu seed layer having good adhesion and capable of manufacturing a highly reliable semiconductor device.

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

【図1】本発明を適用した半導体装置の第1の例を示す
概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first example of a semiconductor device to which the present invention is applied.

【図2】第1の例の半導体装置における配線形成プロセ
スであり、デュアルダマシン構造形成工程を示す概略断
面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a dual damascene structure forming step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the first example.

【図3】第1の例の半導体装置における配線形成プロセ
スであり、バリアメタル成膜工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a barrier metal film forming step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the first example.

【図4】第1の例の半導体装置における配線形成プロセ
スであり、バリアメタル除去工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a barrier metal removing step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the first example.

【図5】バリアメタル除去のための異方性エッチングを
示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing anisotropic etching for removing a barrier metal.

【図6】第1の例の半導体装置における配線形成プロセ
スであり、Cuシード層成膜工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a Cu seed layer forming step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the first example.

【図7】第1の例の半導体装置における配線形成プロセ
スであり、Cu埋め込み工程を示す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a Cu filling step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the first example.

【図8】第1の例の半導体装置における配線形成プロセ
スであり、CMP研磨工程を示す概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a CMP polishing step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the first example.

【図9】本発明を適用した半導体装置の第2の例を示す
概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a second example of a semiconductor device to which the invention is applied.

【図10】第2の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、デュアルダマシン構造形成工程を示す概略
断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a wiring forming process in the semiconductor device of the second example, showing a dual damascene structure forming step.

【図11】第2の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、バリアメタル成膜工程を示す概略断面図で
ある。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a barrier metal film forming step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the second example.

【図12】第2の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、バリアメタル除去工程を示す概略断面図で
ある。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a barrier metal removing step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the second example.

【図13】第2の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、Cuシード層成膜工程を示す概略断面図で
ある。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a wiring forming process in the semiconductor device of the second example, which shows a Cu seed layer forming step.

【図14】第2の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、Cu埋め込み工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a Cu filling step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the second example.

【図15】第2の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、CMP研磨工程を示す概略断面図である。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a CMP polishing step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the second example.

【図16】本発明を適用した半導体装置の第3の例を示
す概略断面図である。
FIG. 16 is a schematic sectional view showing a third example of a semiconductor device to which the invention is applied.

【図17】第3の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、デュアルダマシン構造形成工程を示す概略
断面図である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a wiring forming process in the semiconductor device of the third example, showing a dual damascene structure forming step.

【図18】第3の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、バリアメタル成膜工程を示す概略断面図で
ある。
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a barrier metal film forming step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the third example.

【図19】第3の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、キャップ膜除去工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the cap film removing step in the wiring forming process in the semiconductor device of the third example.

【図20】第3の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、Cu埋め込み工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a Cu filling step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the third example.

【図21】第3の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、CMP研磨工程を示す概略断面図である。
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a CMP polishing step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the third example.

【図22】本発明を適用した半導体装置において、層間
位置ずれが生じた場合を示す概略断面図である。
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a case where interlayer misalignment occurs in the semiconductor device to which the present invention is applied.

【図23】従来の半導体装置において、層間位置ずれが
生じた場合を示す概略断面図である。
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing a case where an interlayer displacement occurs in a conventional semiconductor device.

【図24】本発明を適用した半導体装置の第4の例を示
す概略断面図である。
FIG. 24 is a schematic sectional view showing a fourth example of a semiconductor device to which the present invention has been applied.

【図25】第4の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、エッチストッパ膜形成工程を示す概略断面
図である。
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing an etch stopper film forming step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the fourth example.

【図26】第4の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、下層配線層用層間絶縁膜形成工程を示す概
略断面図である。
FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing the wiring forming process in the semiconductor device of the fourth example, showing the interlayer insulating film forming step for the lower wiring layer.

【図27】第4の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、下層配線層形成工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing the lower wiring layer forming step in the wiring forming process in the semiconductor device of the fourth example.

【図28】第4の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、ビア及び上層配線用層間絶縁膜形成工程を
示す概略断面図である。
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing the wiring forming process in the semiconductor device of the fourth example, showing the step of forming the via and the interlayer insulating film for the upper wiring.

【図29】第4の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、ハードマスク形成工程を示す概略断面図で
ある。
FIG. 29 is a schematic cross-sectional view showing a hard mask forming step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the fourth example.

【図30】第4の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、レジストマスク形成工程を示す概略断面図
である。
FIG. 30 is a schematic cross-sectional view showing a resist mask forming step which is a wiring forming process in the semiconductor device of the fourth example.

【図31】第4の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、ビアホール及びトレンチ形成工程を示す概
略断面図である。
FIG. 31 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a via hole and a trench, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the fourth example.

【図32】第4の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、キャップ膜除去工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 32 is a schematic cross-sectional view showing the cap film removing step in the wiring forming process in the semiconductor device of the fourth example.

【図33】第4の例の半導体装置における配線形成プロ
セスであり、バリアメタル成膜工程を示す概略断面図で
ある。
FIG. 33 is a schematic cross-sectional view showing a barrier metal film forming step, which is a wiring forming process in the semiconductor device of the fourth example.

【図34】本発明の半導体製造装置を示す平面図であ
る。
FIG. 34 is a plan view showing a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.

【図35】従来の半導体装置を示す概略断面図である。FIG. 35 is a schematic cross-sectional view showing a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21,31,41,51,61 半導体装置 2 基板 3 エッチストッパ膜 4 下層配線層 5 上層配線層 6 ビア 7 第1の層間絶縁膜 8 第2の層間絶縁膜 9 第3の層間絶縁膜 10 キャップ膜 11 キャップ膜 12 Cu拡散防止絶縁膜 13 バリアメタル 14 ビアホール 15 トレンチ 16 Cuシード層 18 Cu拡散防止絶縁膜 70 半導体製造装置 71 コアチャンバ 72 物理的エッチングチャンバ 73 バリアメタル成膜チャンバ 74 低圧力ドライエッチングチャンバ 75 Cuシード層成膜チャンバ 76 第1のロードロックチャンバ 77 第2のロードロックチャンバ 1,21,31,41,51,61 Semiconductor device 2 substrates 3 Etch stopper film 4 Lower wiring layer 5 Upper wiring layer 6 beer 7 First interlayer insulating film 8 Second interlayer insulating film 9 Third interlayer insulating film 10 Cap film 11 Cap film 12 Cu diffusion prevention insulating film 13 Barrier metal 14 beer hall 15 trench 16 Cu seed layer 18 Cu diffusion prevention insulating film 70 Semiconductor manufacturing equipment 71 Core chamber 72 Physical Etching Chamber 73 Barrier metal deposition chamber 74 Low Pressure Dry Etching Chamber 75 Cu seed layer deposition chamber 76 First Load Lock Chamber 77 Second Load Lock Chamber

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田井 香織 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 野上 毅 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 堀越 浩 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 駒井 尚紀 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5F033 HH11 HH18 HH19 HH21 HH27 HH32 HH33 HH34 JJ01 JJ11 JJ18 JJ19 JJ21 JJ27 JJ32 JJ33 JJ34 KK11 KK18 KK19 KK21 KK27 KK32 KK33 KK34 MM01 MM02 MM12 MM13 NN05 NN06 NN07 PP06 PP14 PP27 QQ09 QQ10 QQ11 QQ12 QQ13 QQ25 QQ28 QQ35 QQ37 QQ48 QQ50 QQ98 RR01 RR04 RR06 RR11 RR21 SS03 SS11 TT02 TT04 WW00 XX05 XX09 XX10 XX15 XX23 XX28    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kaori Tai             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation (72) Inventor Takeshi Nogami             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation (72) Inventor Hiroshi Horikoshi             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation (72) Inventor Naoki Komai             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation F term (reference) 5F033 HH11 HH18 HH19 HH21 HH27                       HH32 HH33 HH34 JJ01 JJ11                       JJ18 JJ19 JJ21 JJ27 JJ32                       JJ33 JJ34 KK11 KK18 KK19                       KK21 KK27 KK32 KK33 KK34                       MM01 MM02 MM12 MM13 NN05                       NN06 NN07 PP06 PP14 PP27                       QQ09 QQ10 QQ11 QQ12 QQ13                       QQ25 QQ28 QQ35 QQ37 QQ48                       QQ50 QQ98 RR01 RR04 RR06                       RR11 RR21 SS03 SS11 TT02                       TT04 WW00 XX05 XX09 XX10                       XX15 XX23 XX28

Claims (51)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多層配線構造を有する半導体装置の製造
方法であって、 第1の層間絶縁膜に配線材料が埋め込まれてなる第1の
配線層上に第2の層間絶縁膜を成膜し、当該第2の層間
絶縁膜にトレンチ及びビアホールからなる凹部を形成
し、当該凹部にバリアメタルを成膜するバリアメタル成
膜工程と、 少なくとも上記ビアホール底部の上記バリアメタルをエ
ッチングにより除去するバリアメタル除去工程とを有
し、 上記バリアメタル除去工程において、上記第2の配線用
トレンチの底部の上記バリアメタルを残存させることを
特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, comprising forming a second interlayer insulating film on a first wiring layer in which a wiring material is embedded in the first interlayer insulating film. A barrier metal film forming step of forming a concave portion including a trench and a via hole in the second interlayer insulating film and forming a barrier metal film in the concave portion; and a barrier metal removing at least the barrier metal at the bottom of the via hole by etching. A removing step, wherein the barrier metal at the bottom of the second wiring trench is left in the barrier metal removing step.
【請求項2】 上記バリアメタル成膜工程において、上
記トレンチの底部に成膜されるバリアメタルの膜厚に対
する上記ビアホール底部に成膜されるバリアメタルの膜
厚を60%以下とし、 且つ、上記バリアメタル除去工程において、上記ビアホ
ール底部におけるエッチングレートと上記トレンチ底部
のエッチングレートとの比を80%以上とすることを特
徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. In the barrier metal deposition step, the thickness of the barrier metal deposited on the bottom of the via hole is 60% or less of the thickness of the barrier metal deposited on the bottom of the trench, and 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the barrier metal removing step, the ratio of the etching rate at the bottom of the via hole to the etching rate at the bottom of the trench is set to 80% or more.
【請求項3】 上記配線材料はCuを含有することを特
徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the wiring material contains Cu.
【請求項4】 上記第1の配線層と上記ビアとの間に上
記バリアメタルが存在しない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。
4. The barrier metal does not exist between the first wiring layer and the via.
A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
【請求項5】 上記バリアメタルは、Ta、TaN、
W、WN、Ti、TiN、TiSiNから選ばれる少な
くとも1種である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。
5. The barrier metal is Ta, TaN,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is at least one selected from W, WN, Ti, TiN, and TiSiN.
【請求項6】 上記バリアメタル除去工程において、高
密度プラズマを使用した低圧力ドライエッチングを行う
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。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein low pressure dry etching using high density plasma is performed in the barrier metal removing step.
【請求項7】 上記バリアメタル除去工程において、誘
導結合型プラズマエッチング、電子サイクロトロン共鳴
エッチング、磁界を加えた反応性イオンエッチングのう
ちいずれか1つを行うことを特徴とする請求項6記載の
半導体装置の製造方法。
7. The semiconductor according to claim 6, wherein in the barrier metal removing step, any one of inductively coupled plasma etching, electron cyclotron resonance etching, and reactive ion etching to which a magnetic field is applied is performed. Device manufacturing method.
【請求項8】 上記バリアメタル除去工程において、エ
ッチングガスとしてフッ素系ガスを使用することを特徴
とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein a fluorine-based gas is used as an etching gas in the barrier metal removing step.
【請求項9】 上記バリアメタル除去工程において、被
処理体に高周波電力を印加しバイアスを生じさせ、プラ
ズマ中のイオンを制御し異方性エッチングを行うことを
特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
9. The semiconductor according to claim 6, wherein in the barrier metal removing step, high frequency power is applied to the object to be processed to generate a bias, ions in the plasma are controlled, and anisotropic etching is performed. Device manufacturing method.
【請求項10】 上記バリアメタル除去工程後、上記凹
部にCuシード層を成膜するCuシード層成膜工程をさ
らに有する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。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a Cu seed layer forming step of forming a Cu seed layer in the recess after the barrier metal removing step.
【請求項11】 上記バリアメタル成膜工程と上記バリ
アメタル除去工程と上記Cuシード層成膜工程とを大気
開放することなく連続して行うことを特徴とする請求項
10記載の半導体装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the barrier metal film forming step, the barrier metal removing step, and the Cu seed layer film forming step are successively performed without exposing to the atmosphere. Method.
【請求項12】 多層配線構造を有する半導体装置の製
造方法であって、 第1の層間絶縁膜に配線材料が埋め込まれてなる第1の
配線層上に、第2の層間絶縁膜と、配線材料拡散防止機
能を有する絶縁膜と、第3の層間絶縁膜とをこの順に成
膜し、トレンチ及びビアホールからなる凹部を形成し、
当該凹部にバリアメタルを成膜するバリアメタル成膜工
程と、 少なくとも上記ビアホール底部の上記バリアメタルをエ
ッチングにより除去するバリアメタル除去工程とを有
し、 上記バリアメタル除去工程において、上記トレンチの底
部に上記配線材料拡散防止機能を有する絶縁膜を残存さ
せることを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. A method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, comprising: a second interlayer insulating film and a wiring on a first wiring layer in which a wiring material is embedded in the first interlayer insulating film. An insulating film having a material diffusion preventing function and a third interlayer insulating film are formed in this order to form a concave portion including a trench and a via hole,
There is a barrier metal film forming step of forming a barrier metal film in the concave portion and a barrier metal removing step of removing at least the barrier metal at the bottom of the via hole by etching, and in the barrier metal removing step, at the bottom of the trench. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the insulating film having a wiring material diffusion preventing function is left.
【請求項13】 上記配線材料拡散防止機能を有する絶
縁膜はSiC又はSiNからなることを特徴とする請求
項12記載の半導体装置の製造方法。
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the insulating film having a wiring material diffusion preventing function is made of SiC or SiN.
【請求項14】 上記配線材料はCuを含有することを
特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the wiring material contains Cu.
【請求項15】 上記第1の配線層と上記ビアとの間に
上記バリアメタルが存在しないことを特徴とする請求項
12記載の半導体装置の製造方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the barrier metal does not exist between the first wiring layer and the via.
【請求項16】 上記バリアメタルは、Ta、TaN、
W、WN、Ti、TiN、TiSiNから選ばれる少な
くとも1種であることを特徴とする請求項12記載の半
導体装置の製造方法。
16. The barrier metal is Ta, TaN,
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the method is at least one selected from W, WN, Ti, TiN, and TiSiN.
【請求項17】 上記バリアメタル除去工程において、
高密度プラズマを使用した低圧力ドライエッチングを行
うことを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造
方法。
17. In the barrier metal removing step,
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein low-pressure dry etching using high-density plasma is performed.
【請求項18】 上記バリアメタル除去工程において、
誘導結合型プラズマエッチング、電子サイクロトロン共
鳴エッチング、磁界を加えた反応性イオンエッチングの
うちいずれか1つを行うことを特徴とする請求項17記
載の半導体装置の製造方法。
18. In the barrier metal removing step,
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein any one of inductively coupled plasma etching, electron cyclotron resonance etching, and reactive ion etching applied with a magnetic field is performed.
【請求項19】 上記バリアメタル除去工程において、
エッチングガスとしてフッ素系ガスを使用することを特
徴とする請求項17記載の半導体装置の製造方法。
19. In the barrier metal removing step,
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein a fluorine-based gas is used as the etching gas.
【請求項20】 上記バリアメタル除去工程において、
被処理体に高周波電力を印加しバイアスを生じさせ、プ
ラズマ中のイオンを制御し異方性エッチングを行うこと
を特徴とする請求項17記載の半導体装置の製造方法。
20. In the barrier metal removing step,
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein a high frequency power is applied to the object to be processed to generate a bias, and ions in the plasma are controlled to perform anisotropic etching.
【請求項21】 上記バリアメタル除去工程後、上記凹
部にCuシード層を成膜するCuシード層成膜工程をさ
らに有することを特徴とする請求項12記載の半導体装
置の製造方法。
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, further comprising a Cu seed layer forming step of forming a Cu seed layer in the recess after the barrier metal removing step.
【請求項22】 上記バリアメタル成膜工程と上記バリ
アメタル除去工程と上記Cuシード層成膜工程とを大気
開放することなく連続して行うことを特徴とする請求項
21記載の半導体装置の製造方法。
22. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 21, wherein the barrier metal film forming step, the barrier metal removing step, and the Cu seed layer film forming step are successively performed without exposing to the atmosphere. Method.
【請求項23】 多層配線構造を有する半導体装置の製
造方法であって、 第1の層間絶縁膜に配線材料が埋め込まれてなる第1の
配線層上に、配線材料拡散防止機能を有する絶縁膜と第
2の層間絶縁膜とをこの順に成膜し、当該配線材料拡散
防止機能を有する絶縁膜及び当該第2の層間絶縁膜にト
レンチ及びビアホールからなる凹部を形成する凹部形成
工程と、 上記ビアホール底部の上記配線材料拡散防止機能を有す
る絶縁膜が被覆されないように、上記凹部にバリアメタ
ルを成膜するバリアメタル成膜工程と、 上記ビアホール底部の上記配線材料拡散防止機能を有す
る絶縁膜をエッチングにより除去する絶縁膜除去工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
23. A method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, comprising: an insulating film having a wiring material diffusion preventing function on a first wiring layer in which a wiring material is embedded in a first interlayer insulating film. And a second interlayer insulating film in this order, and a recess forming step of forming a recess composed of a trench and a via hole in the insulating film having the wiring material diffusion preventing function and the second interlayer insulating film, and the via hole A barrier metal film forming step of forming a barrier metal in the recess so that the insulating film having the wiring material diffusion preventing function at the bottom is not covered, and the insulating film having the wiring material diffusion preventing function at the bottom of the via hole is etched. And a step of removing the insulating film by means of the method described above.
【請求項24】 上記バリアメタル成膜工程において、
上記ビアホールの底部に露出した上記配線材料拡散防止
機能を有する絶縁膜上へバリアメタルの成膜が開始する
までに、上記第2の層間絶縁膜上のバリアメタルの膜厚
を3nmとすることを特徴とする請求項23記載の半導
体装置の製造方法。
24. In the barrier metal film forming step,
Before the barrier metal film formation is started on the insulating film having the wiring material diffusion preventing function exposed at the bottom of the via hole, the thickness of the barrier metal film on the second interlayer insulating film is set to 3 nm. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein
【請求項25】 上記配線材料拡散防止機能を有する絶
縁膜はSiC又はSiNであることを特徴とする請求項
23記載の半導体装置の製造方法。
25. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein the insulating film having a wiring material diffusion preventing function is SiC or SiN.
【請求項26】 上記第2の層間絶縁膜はSiO又は
SiOCからなることを特徴とする請求項23記載の半
導体装置の製造方法。
26. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein the second interlayer insulating film is made of SiO 2 or SiOC.
【請求項27】 上記配線材料はCuを含有することを
特徴とする請求項23記載の半導体装置の製造方法。
27. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, wherein the wiring material contains Cu.
【請求項28】 上記第1の配線層と上記ビアとの間に
バリアメタルが存在しないことを特徴とする請求項23
記載の半導体装置の製造方法。
28. The barrier metal is not present between the first wiring layer and the via.
A method for manufacturing a semiconductor device as described above.
【請求項29】 上記バリアメタルは、Ta、TaN、
W、WN、Ti、TiN、TiSiNから選ばれる少な
くとも1種であることを特徴とする請求項23記載の半
導体装置の製造方法。
29. The barrier metal is Ta, TaN,
24. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 23, which is at least one selected from W, WN, Ti, TiN, and TiSiN.
【請求項30】 多層配線構造を有する半導体装置であ
って、 第1の層間絶縁膜と配線材料拡散防止機能を有する絶縁
膜との積層膜に配線材料が埋め込まれてなる第1の配線
層と、上記第1の配線層の上方に配された第2の配線層
と、 上記第1の配線層と上記第2の配線層とを電気的に接続
するビアとを有し、 上記第2の配線層及び上記ビアがバリアメタルを介して
第2の層間絶縁膜に埋め込まれることを特徴とする半導
体装置。
30. A semiconductor device having a multilayer wiring structure, comprising: a first wiring layer in which a wiring material is embedded in a laminated film of a first interlayer insulating film and an insulating film having a wiring material diffusion preventing function. A second wiring layer disposed above the first wiring layer, and a via electrically connecting the first wiring layer and the second wiring layer to each other, A semiconductor device, wherein the wiring layer and the via are embedded in a second interlayer insulating film via a barrier metal.
【請求項31】 上記配線材料拡散防止機能を有する絶
縁膜はSiC又はSiNであることを特徴とする請求項
30記載の半導体装置。
31. The semiconductor device according to claim 30, wherein the insulating film having a wiring material diffusion preventing function is SiC or SiN.
【請求項32】 上記配線材料はCuを含有することを
特徴とする請求項30記載の半導体装置。
32. The semiconductor device according to claim 30, wherein the wiring material contains Cu.
【請求項33】 上記第1の配線層と上記ビアとの間に
上記バリアメタルが存在しないことを特徴とする請求項
30記載の半導体装置。
33. The semiconductor device according to claim 30, wherein the barrier metal does not exist between the first wiring layer and the via.
【請求項34】 上記バリアメタルは、Ta、TaN、
W、WN、Ti、TiN、TiSiNから選ばれる少な
くとも1種であることを特徴とする請求項30記載の半
導体装置。
34. The barrier metal is Ta, TaN,
31. The semiconductor device according to claim 30, wherein the semiconductor device is at least one selected from W, WN, Ti, TiN, and TiSiN.
【請求項35】 多層配線構造を有する半導体装置の製
造方法であって、 第1の層間絶縁膜と配線材料拡散防止機能を有する絶縁
膜とをこの順に成膜して積層膜を形成し、当該積層膜に
配線材料を埋め込み第1の配線層を形成する第1配線層
形成工程と、 上記第1の配線層上に第2の層間絶縁膜を成膜し、当該
第2の層間絶縁膜にトレンチ及びビアホールからなる凹
部を形成し、当該凹部にバリアメタルを成膜するバリア
メタル成膜工程と、 少なくとも上記ビアホール底部の上記バリアメタルをエ
ッチングにより除去するバリアメタル除去工程とを有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
35. A method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layer wiring structure, comprising: forming a laminated film by forming a first interlayer insulating film and an insulating film having a wiring material diffusion preventing function in this order; A first wiring layer forming step of forming a first wiring layer by embedding a wiring material in the laminated film; and forming a second interlayer insulating film on the first wiring layer, and forming a second interlayer insulating film on the second interlayer insulating film. A barrier metal film forming step of forming a concave portion including a trench and a via hole, and forming a barrier metal film in the concave portion; and a barrier metal removing step of removing at least the barrier metal at the bottom of the via hole by etching. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項36】 上記配線材料拡散防止機能を有する絶
縁膜はSiC又はSiNであることを特徴とする請求項
35記載の半導体装置の製造方法。
36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35, wherein the insulating film having a wiring material diffusion preventing function is SiC or SiN.
【請求項37】 上記配線材料はCuを含有することを
特徴とする請求項35記載の半導体装置の製造方法。
37. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35, wherein the wiring material contains Cu.
【請求項38】 上記第1の配線層と上記ビアとの間に
上記バリアメタルが存在しないことを特徴とする請求項
35記載の半導体装置の製造方法。
38. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35, wherein the barrier metal does not exist between the first wiring layer and the via.
【請求項39】 上記バリアメタルは、Ta、TaN、
W、WN、Ti、TiN、TiSiNから選ばれる少な
くとも1種であることを特徴とする請求項35記載の半
導体装置の製造方法。
39. The barrier metal is Ta, TaN,
36. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 35, wherein the method is at least one selected from W, WN, Ti, TiN, and TiSiN.
【請求項40】 ビアとその下方に存在する配線層との
間で配線材料の原子が移動可能な状態とされるととも
に、当該配線材料がバリアメタルを介して層間絶縁膜に
埋め込まれてなる多層配線構造を有する半導体装置の製
造装置であって、 上記配線層上の自然酸化膜を除去するための物理的エッ
チングチャンバと、 上記バリアメタルを成膜するためのバリアメタル成膜チ
ャンバと、 上記バリアメタルを除去するためのドライエッチングチ
ャンバと、 Cuシード層を成膜するためのCuシード層成膜チャン
バと、 各チャンバを大気開放することなく被処理体を連続処理
可能なコアチャンバとを備えることを特徴とする半導体
装置の製造装置。
40. A multi-layer structure in which atoms of a wiring material are made movable between the via and a wiring layer existing thereunder, and the wiring material is embedded in an interlayer insulating film through a barrier metal. A manufacturing apparatus of a semiconductor device having a wiring structure, comprising: a physical etching chamber for removing a natural oxide film on the wiring layer; a barrier metal deposition chamber for depositing the barrier metal; A dry etching chamber for removing metal, a Cu seed layer deposition chamber for depositing a Cu seed layer, and a core chamber capable of continuously treating a target object without exposing each chamber to the atmosphere An apparatus for manufacturing a semiconductor device.
【請求項41】 上記物理的エッチングチャンバは、誘
導結合型プラズマエッチングを行うことを特徴とする請
求項40記載の半導体装置の製造装置。
41. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 40, wherein the physical etching chamber performs inductively coupled plasma etching.
【請求項42】 上記バリアメタル成膜チャンバは、ス
パッタリング又は化学気相成長を行うことを特徴とする
請求項40記載の半導体装置の製造装置。
42. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 40, wherein the barrier metal film forming chamber performs sputtering or chemical vapor deposition.
【請求項43】 上記バリアメタル成膜チャンバは、上
記バリアメタルとしてTa、TaN、W、WN、Ti、
TiN、TiSiNから選ばれる少なくとも1種を被処
理体に成膜することを特徴とする請求項40記載の半導
体装置の製造装置。
43. The barrier metal film forming chamber comprises Ta, TaN, W, WN, Ti as the barrier metal.
The device for manufacturing a semiconductor device according to claim 40, wherein at least one selected from TiN and TiSiN is formed on the object to be processed.
【請求項44】 上記ドライエッチングチャンバは、高
密度プラズマを使用した低圧力ドライエッチングを行う
ことを特徴とする請求項40記載の半導体装置の製造装
置。
44. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 40, wherein the dry etching chamber performs low pressure dry etching using high density plasma.
【請求項45】 上記ドライエッチングチャンバは、誘
導結合型プラズマエッチング、電子サイクロトロン共鳴
エッチング、磁界を加えた反応性イオンエッチングのう
ちいずれか1つを行うことを特徴とする請求項44記載
の半導体装置の製造装置。
45. The semiconductor device according to claim 44, wherein the dry etching chamber performs any one of inductively coupled plasma etching, electron cyclotron resonance etching, and reactive ion etching in which a magnetic field is applied. Manufacturing equipment.
【請求項46】 上記ドライエッチングチャンバは、フ
ッ素系ガスを使用可能であることを特徴とする請求項4
0記載の半導体装置の製造装置。
46. The dry etching chamber can use a fluorine-based gas.
0. A semiconductor device manufacturing apparatus according to item 0.
【請求項47】 上記フッ素系ガスは、NF又はSF
のうち少なくとも1種であることを特徴とする請求項
46記載の半導体装置の製造装置。
47. The fluorine-based gas is NF 3 or SF
47. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 46, which is at least one of the three .
【請求項48】 上記ドライエッチングチャンバは、被
処理体を保持する基板ホルダと、当該基板ホルダに高周
波電力を印加する高周波電源とを備えることを特徴とす
る請求項40記載の半導体装置の製造装置。
48. The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 40, wherein the dry etching chamber comprises a substrate holder for holding an object to be processed, and a high frequency power source for applying high frequency power to the substrate holder. .
【請求項49】 上記Cuシード層成膜チャンバはスパ
ッタリング又は化学気相成長を行うことを特徴とする請
求項40記載の半導体装置の製造装置。
49. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 40, wherein the Cu seed layer deposition chamber performs sputtering or chemical vapor deposition.
【請求項50】 大気圧に戻すことなく上記コアチャン
バへ被処理体を搬入搬出可能なロードロックチャンバを
有することを特徴とする請求項40記載の半導体装置の
製造装置。
50. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 40, further comprising a load lock chamber capable of loading and unloading an object to be processed into the core chamber without returning to atmospheric pressure.
【請求項51】 上記ロードロックチャンバは、被処理
体上の吸着ガスを除去可能なデガス機能を有することを
特徴とする請求項50記載の半導体装置の製造装置。
51. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 50, wherein the load lock chamber has a degassing function capable of removing an adsorbed gas on the object to be processed.
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