JP2003303880A - Wiring structure using insulating film structure between laminated layers and manufacturing method therefor - Google Patents

Wiring structure using insulating film structure between laminated layers and manufacturing method therefor

Info

Publication number
JP2003303880A
JP2003303880A JP2002107862A JP2002107862A JP2003303880A JP 2003303880 A JP2003303880 A JP 2003303880A JP 2002107862 A JP2002107862 A JP 2002107862A JP 2002107862 A JP2002107862 A JP 2002107862A JP 2003303880 A JP2003303880 A JP 2003303880A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
film
wiring
dielectric constant
insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002107862A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003303880A5 (en
Inventor
Munehiro Tada
宗弘 多田
Yoshimitsu Harada
恵充 原田
Kenichiro Hijioka
健一郎 肱岡
Hiroto Otake
浩人 大竹
Yoshihiro Hayashi
喜宏 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2002107862A priority Critical patent/JP2003303880A/en
Publication of JP2003303880A publication Critical patent/JP2003303880A/en
Publication of JP2003303880A5 publication Critical patent/JP2003303880A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the yield and reliability of wires of a multi-layered wiring structure using a low-dielectric-constant film. <P>SOLUTION: The wiring structure has a 1st insulating film 710a on a lower- layer Cu wire, a 2nd insulating film 711a which does not have a step due to the lower-layer wire on the 1st insulating film, and a 3rd insulating film 713a which is formed on the 2nd insulating film and is thicker than the 2nd insulating film 711a. A 4th insulating film 714a is formed on the 3rd insulating film, a groove is formed penetrating the 4th insulating film to extend into the 3rd insulating film, and the lower-layer wire and a via hole are connected with each other not through a barrier metal layer. Consequently, a dual-damascene wiring structure using insulating materials with low dielectric constants can easily be formed and sufficiently applied to mass production. Then, a multi- layered wiring structure which has a fine structure, high performance, and high reliability becomes easy to be manufactured. <P>COPYRIGHT: (C)2004,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】本発明は半導体装置における
配線構造およびその製造方法に関し、特に、シリコン酸
化膜よりも低誘電率な膜を層間絶縁膜に用いた溝配線
(ダマシン配線)構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring structure in a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a groove wiring (damascene wiring) structure using a film having a dielectric constant lower than that of a silicon oxide film as an interlayer insulating film. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体高集積回路(LSI)の導
電材料料にはアルミニウム(Al)もしくはAl合金
が、そして配線間および配線層間の絶縁膜にはシリコン
酸化膜(SiO2膜)がそれぞれ広く用いられてきた。
そして、LSIの微細化の進行に伴い、配線における信
号伝送の遅延を抑制あるいは低減するために、配線の低
抵抗化として導電材料に銅(Cu)が、配線間の寄生容
量の低減化として配線間および配線層間の絶縁膜に誘電
率の低い有機物や空孔を含んだシリコン酸化膜が使用さ
れるようになってきた。しかし、Cuを主成分とする配
線においては、シリコン(Si)やシリコン酸化膜をは
じめとする絶縁膜中におけるCuの拡散がAlよりも速
いことから、トランジスタをはじめとする半導体素子部
への侵入および配線間の絶縁耐圧劣化等を防いで信頼性
を確保するために、Cuの周囲に拡散を防止する拡散防
止(バリア)膜を形成することが必要となる。
2. Description of the Related Art Conventionally, aluminum (Al) or Al alloy is widely used as a conductive material for semiconductor highly integrated circuits (LSI), and a silicon oxide film (SiO 2 film) is widely used as an insulating film between wirings and between wirings. Has been used.
Then, with the progress of miniaturization of LSIs, copper (Cu) is used as a conductive material to reduce the resistance of the wiring and to reduce the parasitic capacitance between the wirings in order to suppress or reduce the delay of signal transmission in the wirings. Silicon oxide films containing organic substances and holes having a low dielectric constant have come to be used as insulating films between layers and wiring layers. However, in a wiring containing Cu as a main component, since Cu diffuses faster than Al in an insulating film such as silicon (Si) or a silicon oxide film, it penetrates into a semiconductor element portion such as a transistor. In addition, in order to prevent deterioration of withstand voltage between wirings and ensure reliability, it is necessary to form a diffusion prevention (barrier) film around Cu to prevent diffusion.

【0003】このCuを用いたダマシン配線構造の形成
においては、工程の簡略化とプロセスコストダウンが必
要とされており、デュアルダマシン配線の実用化や、デ
ュアルハードマスクを用いた低誘電率層間絶縁膜の加工
法の提案などがなされている。
In the formation of the damascene wiring structure using Cu, it is necessary to simplify the process and reduce the process cost. Practical use of dual damascene wiring and low dielectric constant interlayer insulation using a dual hard mask. Proposals for film processing methods have been made.

【0004】以下、図面を参照して従来のダマシン配線
について説明する。
A conventional damascene wiring will be described below with reference to the drawings.

【0005】[従来例1]Cu膜の下面および側面をC
uのバリア膜となる導体膜で覆う配線構造とその製造方
法について図10を用いて説明する。図10(a)から
(h)は配線溝とビアホールに同時に導電体の導電材料
を埋め込むことで、工程数と作業時間の短縮を可能とす
る、いわゆるデュアルダマシン法を用いた配線構造の製
造方法を示している。
[Prior Art 1] The bottom and side surfaces of the Cu film are C
A wiring structure covered with a conductor film serving as a barrier film of u and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. FIGS. 10A to 10H show a method of manufacturing a wiring structure using a so-called dual damascene method, in which the conductive material of the conductor is embedded in the wiring groove and the via hole at the same time, which makes it possible to reduce the number of steps and the working time. Is shown.

【0006】図10(a)に示すように、シリコン基板
上にCu配線801を形成する。続いて図10(b)に
示すように、Cu配線801上に窒化シリコン膜80
2、シリコン酸化膜803、シリコン酸窒化膜804、
シリコン酸化膜805を順次堆積する。ここで下層配線
を化学機械研磨(Chemical Mechanic
al Polishing:CMP)する時のディッシ
ング、およびエロージョンによる、下層配線パターンの
段差を反映してシリコン酸化膜803上にも段差が転写
される。そのためビア層間膜を形成するシリコン酸化膜
803形成後にCMPを行うことで平坦化を行い、平坦
は多層配線構造を得る。その上にビアレジストパターン
806を形成する(図10(c))。そしてビアレジス
トパターン806をマスクに異方性エッチングによって
シリコン酸化膜805、シリコン酸窒化膜804、シリ
コン酸化膜803の順にエッチングした後、レジストパ
ターン806を除去することでビアホール807を形成
する(図10(d))。
As shown in FIG. 10A, Cu wiring 801 is formed on a silicon substrate. Then, as shown in FIG. 10B, a silicon nitride film 80 is formed on the Cu wiring 801.
2, silicon oxide film 803, silicon oxynitride film 804,
A silicon oxide film 805 is sequentially deposited. Here, the lower wiring is chemically mechanically polished (Chemical Mechanical).
The step is transferred onto the silicon oxide film 803 by reflecting the step of the lower wiring pattern due to the dishing and erosion at the time of performing the Al polishing (CMP). Therefore, CMP is performed after the formation of the silicon oxide film 803 for forming the via interlayer film to perform flattening, and a flat multi-layer wiring structure is obtained. A via resist pattern 806 is formed thereon (FIG. 10C). Then, the silicon oxide film 805, the silicon oxynitride film 804, and the silicon oxide film 803 are sequentially etched by anisotropic etching using the via resist pattern 806 as a mask, and then the resist pattern 806 is removed to form a via hole 807 (FIG. 10). (D)).

【0007】次にビアホール上に配線溝レジストパター
ン808を形成し(図10(e))、配線溝パターンを
マスクに異方性エッチングによって上層配線溝に相当す
るシリコン酸化膜805を除去する。そしてレジストパ
ターン808を除去後、エッチングによってビアホール
の底にある窒化シリコン膜802を除去し底部にCuが
露出したビアホールおよび配線溝809が形成される
(図10(f))。
Next, a wiring groove resist pattern 808 is formed on the via hole (FIG. 10E), and the silicon oxide film 805 corresponding to the upper wiring groove is removed by anisotropic etching using the wiring groove pattern as a mask. After removing the resist pattern 808, the silicon nitride film 802 at the bottom of the via hole is removed by etching to form a via hole and a wiring groove 809 in which Cu is exposed at the bottom (FIG. 10F).

【0008】次にこの全表面に、導体からなるバリア膜
810を成膜後、Cu膜811を成膜する(図10
(g))。CMPによって配線溝もしくはビアホール以
外の余剰なCu811を除去し、同様に余剰なバリア膜
810を除去する。続いて図10(h)に示すように、
絶縁体からなるバリア膜813を成膜することで、下面
および側面を導体であるバリア層で、上面を絶縁膜であ
るバリア層で覆われたCu配線812が形成される。こ
のようにして、デュアルダマシン法を用いて多層配線が
形成される。
Next, a barrier film 810 made of a conductor is formed on this entire surface, and then a Cu film 811 is formed (FIG. 10).
(G)). Excess Cu 811 other than the wiring trench or via hole is removed by CMP, and the excess barrier film 810 is similarly removed. Then, as shown in FIG.
By forming the barrier film 813 made of an insulator, a Cu wiring 812 is formed, the lower surface and side surfaces of which are conductor barrier layers and the upper surface of which is covered with an insulating film barrier layer. In this way, the multi-layer wiring is formed by using the dual damascene method.

【0009】[従来例2]配線抵抗および層間容量の低
減のために、銅を導電材料料に、シリコン酸化膜より誘
電率の低い膜を層間絶縁膜に用いる方法が提案されてい
る。一般にシリコン酸化膜よりも比誘電率の低い、低誘
電率膜は有機物を含有する場合が多く、従来用いられて
いた酸素プラズマによるレジストアッシングをすること
ができない。そのため以下に示すような、酸素アッシン
グ耐性のある絶縁膜にレジストパターンを転写すること
でデュアルダマシン配線溝を形成する、いわゆるデュア
ルハードマスクプロセスが用いられることが多い。
[Prior Art 2] In order to reduce wiring resistance and interlayer capacitance, a method has been proposed in which copper is used as a conductive material and a film having a dielectric constant lower than that of a silicon oxide film is used as an interlayer insulating film. In general, a low dielectric constant film having a relative dielectric constant lower than that of a silicon oxide film often contains an organic substance, and resist ashing using oxygen plasma, which has been conventionally used, cannot be performed. Therefore, a so-called dual hard mask process is often used in which a dual damascene wiring groove is formed by transferring a resist pattern to an insulating film having resistance to oxygen ashing as described below.

【0010】以下に図11、図12を用いて詳細に説明
する。まず図11(a)に示されているように、Cuか
ら成る下層配線901上に、シリコン窒化膜902、低
誘電率膜903、シリコン酸窒化膜904、低誘電率膜
905、シリコン窒化膜906を順次形成する。このシ
リコン酸窒化膜903は低誘電率膜905をエッチング
する際のエッチングストッパーになる。またシリコン酸
化膜906、シリコン窒化膜907は低誘電率膜905
をエッチングする際のデュアルハードマスクになる。続
いて、シリコン窒化膜907の上面に反射防止膜908
を形成後、フォトレジストが形成され、さらに、フォト
リソグラフィー技術を用いてフォトレジスト909に配
線溝用レジストパターンが形成される。
The details will be described below with reference to FIGS. 11 and 12. First, as shown in FIG. 11A, a silicon nitride film 902, a low dielectric constant film 903, a silicon oxynitride film 904, a low dielectric constant film 905, and a silicon nitride film 906 are formed on a lower wiring 901 made of Cu. Are sequentially formed. The silicon oxynitride film 903 serves as an etching stopper when the low dielectric constant film 905 is etched. The silicon oxide film 906 and the silicon nitride film 907 are the low dielectric constant film 905.
It becomes a dual hard mask when etching. Then, an antireflection film 908 is formed on the upper surface of the silicon nitride film 907.
After forming the photoresist, a photoresist is formed, and a resist pattern for wiring grooves is further formed on the photoresist 909 by using the photolithography technique.

【0011】続いて図11(b)に示されているよう
に、配線溝パターンが形成されたフォトレジスト909
をマスクとして、CH2F2/Ar/O2ガス系などの
プラズマを用いてシリコン窒化膜908をエッチングす
る。続いて図11(c)に示すように、シリコン窒化膜
907のエッチング後、酸素アッシングプラズマにてフ
ォトレジスト909、および反射防止膜908を除去す
ることで配線溝転写パターン910を形成する。前述の
シリコン酸化膜906は、フォトレジスト909を剥離
する酸素プラズマから、低誘電率膜904を保護するた
めに形成されている。フォトレジスト909を剥離する
際、シリコン窒化膜907に形成された配線溝パターン
の底部にはシリコン酸化膜906が存在する。酸素プラ
ズマに低誘電率905が曝されてエッチングされること
はない。
Subsequently, as shown in FIG. 11B, a photoresist 909 having a wiring groove pattern is formed.
Using the as a mask, the silicon nitride film 908 is etched using plasma such as CH2F2 / Ar / O2 gas system. Subsequently, as shown in FIG. 11C, after etching the silicon nitride film 907, the photoresist 909 and the antireflection film 908 are removed by oxygen ashing plasma to form a wiring groove transfer pattern 910. The silicon oxide film 906 described above is formed to protect the low dielectric constant film 904 from oxygen plasma that strips the photoresist 909. When the photoresist 909 is peeled off, the silicon oxide film 906 exists at the bottom of the wiring groove pattern formed in the silicon nitride film 907. The low dielectric constant 905 is not exposed to oxygen plasma and is not etched.

【0012】続いて図11(d)に示されているよう
に、形成された配線溝転写パターン910上に反射防止
膜911、およびフォトレジスト912を形成し、ビア
ホールパターン913を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 11D, an antireflection film 911 and a photoresist 912 are formed on the formed wiring groove transfer pattern 910, and a via hole pattern 913 is formed.

【0013】続いて図12(a)に示されているよう
に、C4F8やC5F8などの高分子フロロカーボンを
含むプラズマを用いてシリコン酸化膜905をエッチン
グする。その後、主としてフロロカーボン系ガスで低誘
電率膜906をエッチングする。さらに、プラズマを用
いてシリコン窒化膜902をエッチングする。これによ
り下層配線と上層配線との配線間のコンタクトが形成さ
れる。
Subsequently, as shown in FIG. 12A, the silicon oxide film 905 is etched by using plasma containing polymer fluorocarbon such as C4F8 or C5F8. After that, the low dielectric constant film 906 is etched mainly with a fluorocarbon gas. Further, the silicon nitride film 902 is etched using plasma. As a result, a contact between the lower layer wiring and the upper layer wiring is formed.

【0014】その後、Ta/TaN膜915を形成し、
Cu膜916がめっき法により埋め込まれ、更に、CM
P法によって余剰のTa/TaN膜及び銅膜が除去され
て、低誘電率膜904に埋め込まれた銅配線916が形
成される(図12(b))。
After that, a Ta / TaN film 915 is formed,
Cu film 916 is embedded by plating method, and further CM
The excess Ta / TaN film and the copper film are removed by the P method, and the copper wiring 916 embedded in the low dielectric constant film 904 is formed (FIG. 12B).

【0015】このように、公知のその銅の埋め込み配線
技術では、ULSIの多層配線の配線間容量を下げるこ
とを目的として、層間絶縁膜として低誘電率の有機膜9
04が導入されている。
As described above, in the known copper-embedded wiring technique, the organic film 9 having a low dielectric constant is used as the interlayer insulating film for the purpose of reducing the interwiring capacitance of the ULSI multilayer wiring.
04 has been introduced.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
技術では、以下に示すような問題点があった。
The above-mentioned conventional techniques have the following problems.

【0017】従来例1では、配線間の実効的な容量を低
減するために、層間絶縁膜(この場合シリコン酸化膜
(比誘電率k=4.2)、シリコン窒化膜(k=7.
1)、およびシリコン酸窒化膜(k=6.5))の低誘
電率化が必要とされていた。
In Conventional Example 1, in order to reduce the effective capacitance between wirings, an interlayer insulating film (in this case, a silicon oxide film (relative dielectric constant k = 4.2), a silicon nitride film (k = 7.
1) and the silicon oxynitride film (k = 6.5)) have been required to have a low dielectric constant.

【0018】従来例2では、低誘電率層間膜を導入する
ことで配線間容量を低減するが、特に特開平10−15
0105号公報などにより公知の技術では、ビア層間膜
に低誘電率膜を用いているため、層間膜CMPを行うこ
とが困難であり、結果として下層配線起因の段差を軽減
することができず、上層配線CMP時の研磨残りを発生
させ、配線間ショートを生じ歩留まり低下の原因となっ
ていた。
In the conventional example 2, the capacitance between wirings is reduced by introducing a low dielectric constant interlayer film.
In the technique known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 0105, it is difficult to perform the interlayer film CMP because a low dielectric constant film is used for the via interlayer film, and as a result, the step due to the lower layer wiring cannot be reduced, Polishing residue was generated at the time of CMP of the upper layer wiring, which caused a short circuit between the wirings, which was a cause of lowering the yield.

【0019】層間膜CMP可能な低誘電率膜の開発、お
よび低誘電率絶縁膜のCMP技術の開発も進められては
いるが、機械的強度に劣る低誘電率膜(対酸化膜比約1
/10〜1/20)の研磨技術は、パーティクルの増大や
スクラッチの発生などの課題が多く、当該技術分野にお
いては一般に容易ではないのが現状である。
Although development of a low dielectric constant film capable of CMP for an interlayer film and development of a CMP technique for a low dielectric constant insulating film are underway, a low dielectric constant film (ratio to an oxide film ratio of about 1) is inferior in mechanical strength.
The polishing technique of (10 to 1/20) has many problems such as increase of particles and generation of scratches, and is not generally easy in the technical field at present.

【0020】一方、これらの課題を解決するため、配線
部にのみ低誘電率膜を導入し、ビア層間膜部にはCMP
可能な絶縁膜、例えばシリコン酸化膜とすることで、層
間膜CMPを行い、加工制御性を向上させる、いわゆる
ハイブリッド構造などが提案されている(特開平10−
112503号公報など)。
On the other hand, in order to solve these problems, a low dielectric constant film is introduced only in the wiring portion, and CMP is performed in the via interlayer film portion.
A so-called hybrid structure has been proposed in which an interlayer insulating film CMP is performed by using a possible insulating film, for example, a silicon oxide film to improve processing controllability (Japanese Patent Laid-Open No. 10-
112503, etc.).

【0021】しかしながら、ビア層間膜にシリコン酸化
膜を用いた場合には、まず第1にシリコン酸化膜の比誘
電率kが4.2と高く、配線間容量の増大を招いてお
り、同層配線間部へ低誘電率膜を導入したとしても実効
的な誘電率が低減できないという問題を有していた。
However, when the silicon oxide film is used as the via interlayer film, firstly, the relative permittivity k of the silicon oxide film is as high as 4.2, which causes an increase in inter-wiring capacitance. Even if the low dielectric constant film is introduced into the inter-wiring portion, there is a problem that the effective dielectric constant cannot be reduced.

【0022】第2にはビア接続部(導電材料とビア層間
絶縁膜の接触部)にシリコン酸化膜を用いることで、接
続部分の導電材料、すなわち上層配線とビアとの接続部
にかかる応力が発生し、導電材料であるCuがストレス
マイグレーションによって断線する問題が生じていた。
Second, by using a silicon oxide film for the via connection portion (contact portion between the conductive material and the via interlayer insulating film), stress applied to the conductive material of the connection portion, that is, the connection portion between the upper layer wiring and the via is applied. There is a problem that Cu, which is a conductive material, is disconnected due to stress migration.

【0023】従ってビア層間部の絶縁材料を低誘電率化
すること、平坦化処理を両立させること、およびビアス
トレスマイグレーション耐性の高い配線を得ることが難
しく、解決を強く求められていた。
Therefore, it is difficult to reduce the dielectric constant of the insulating material between the via layers, to achieve both planarization treatment, and to obtain a wiring having high resistance to via stress migration, and there has been a strong demand for a solution.

【0024】本発明の主目的は、上述したような問題を
解決し、ダマシン配線構造の実効的な配線容量の低減と
ストレスマイグレーション信頼性向上を図り、合わせて
微細配線の加工制御性向上による歩留まり向上を容易に
達成することにある。
The main object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to reduce the effective wiring capacity of the damascene wiring structure and to improve the reliability of stress migration, and also to improve the yield by improving the processing controllability of fine wiring. It is to achieve improvement easily.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】このために本発明では、
半導体基板上の絶縁膜に形成される溝配線の構造におい
て、異層配線間を接続するビアホールを形成する、ビア
層間膜が多層構造であることを特徴とする。
To this end, in the present invention,
In the structure of the grooved wiring formed in the insulating film on the semiconductor substrate, the via interlayer film for forming the via hole connecting the different layer wirings has a multilayer structure.

【0026】すなわち、本発明の配線構造は、半導体基
板上の絶縁膜に形成される多層配線の構造において、下
層導電材料と直接接する第1の絶縁膜と、前記第1の絶
縁膜上に設けられ、下層配線の凹凸に依存しない平坦な
第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に設けられる低誘
電率の応力緩和層である第3の絶縁膜とから形成される
ビア絶縁膜に形成されたビアホールと、第3の絶縁膜上
に形成された第4の絶縁膜を貫通して前記第3の絶縁膜
内部にまで達する配線溝が形成され、該配線溝と該ビア
ホールとに導電材料が埋めこまれていることを特徴とす
る。
That is, in the wiring structure of the present invention, in the structure of the multilayer wiring formed in the insulating film on the semiconductor substrate, the first insulating film which is in direct contact with the lower conductive material and the first insulating film are provided. And a third insulating film which is a flat insulating film which does not depend on the unevenness of the lower layer wiring and which is a stress relaxation layer of a low dielectric constant provided on the second insulating film. And a wiring groove penetrating the fourth insulating film formed on the third insulating film and reaching the inside of the third insulating film are formed, and the wiring groove and the via hole are formed. It is characterized in that a conductive material is embedded.

【0027】また、本発明の配線構造は、前記第4の絶
縁膜上に第5の絶縁膜が形成され、前記第4の絶縁膜と
前記第5の絶縁膜を貫通し、前記第2の絶縁膜内部にま
で達する溝が形成され、その溝の内部に導電材料が埋め
こまれることを特徴とする。
Further, in the wiring structure of the present invention, a fifth insulating film is formed on the fourth insulating film, penetrates the fourth insulating film and the fifth insulating film, and the second insulating film is formed. A feature is that a groove reaching the inside of the insulating film is formed and a conductive material is embedded in the inside of the groove.

【0028】さらに、本発明の配線構造は、第3の絶縁
膜の比誘電率が、第2の絶縁膜の比誘電率より小さく、
且つ前記第4の絶縁膜の比誘電率より大きいことを特徴
とする。
Further, in the wiring structure of the present invention, the relative permittivity of the third insulating film is smaller than that of the second insulating film,
Further, it is characterized in that it is larger than the relative dielectric constant of the fourth insulating film.

【0029】さらにまた、本発明の配線構造は、第3の
絶縁膜の厚みが、上層配線の最小配線間隔以上の厚さで
あることを特徴とする。
Furthermore, the wiring structure of the present invention is characterized in that the thickness of the third insulating film is not less than the minimum wiring interval of the upper wiring.

【0030】また、本発明の配線構造は、導電材の主成
分がCuである場合の、下層配線とビアホールの接続部
において、Cu以外の金属を主成分とした界面層を有せ
ず、かつ前記第3の絶縁膜が対Cu拡散耐性を有するこ
とを特徴とする。
Further, the wiring structure of the present invention does not have an interface layer containing a metal other than Cu as a main component at the connecting portion between the lower wiring and the via hole when the main component of the conductive material is Cu, and The third insulating film has resistance to Cu diffusion.

【0031】上述した(多層)配線構造および配線構造
の形成方法からなる本発明を適用することで、以下のよ
うに技術の改善がなされる。
By applying the present invention including the above-mentioned (multilayer) wiring structure and the method of forming the wiring structure, the following technical improvements are made.

【0032】(1)Cu拡散耐性に優れる第1の絶縁
膜、平坦化な第2の絶縁膜、および低誘電率な応力緩和
層である第3の絶縁膜の積層構造とすることで、第4の
絶縁膜を貫通して第3の絶縁膜内部にまで達する溝に形
成される配線のショート、あるいは抵抗のばらつきの増
大を生じることなく、歩留まりを向上させることができ
る。
(1) By forming a laminated structure of the first insulating film having excellent Cu diffusion resistance, the planarizing second insulating film, and the third insulating film serving as the stress relaxation layer having a low dielectric constant, The yield can be improved without causing a short circuit of the wiring formed in the groove which penetrates the fourth insulating film to reach the inside of the third insulating film or an increase in variation in resistance.

【0033】(2)第4の絶縁膜を貫通して低誘電率で
ある応力緩和層である第3の絶縁膜内部にまで達する溝
を備え、その溝の内部に導電材料が埋めこまれること
で、上層配線とビアの接続部が応力緩和層である第3の
絶縁膜内部に形成される。このため、上層配線とビア部
のストレスを緩和し、導電材のストレスマイグレーショ
ン耐性を向上させることができる。
(2) A groove that penetrates the fourth insulating film and reaches the inside of the third insulating film that is a stress relaxation layer having a low dielectric constant is provided, and the conductive material is embedded in the groove. Then, the connection portion between the upper wiring and the via is formed inside the third insulating film which is the stress relaxation layer. Therefore, the stress on the upper layer wiring and the via portion can be relaxed, and the stress migration resistance of the conductive material can be improved.

【0034】(3)第3の絶縁膜の厚みを、第2の絶縁
膜の厚みよりも厚く、加えて第4の絶縁膜を貫通して第
3の絶縁膜内部にまで達する溝に形成される配線の配線
間隔以上とすることで、実効的な配線容量を低減するこ
とができる。
(3) The thickness of the third insulating film is thicker than that of the second insulating film, and in addition, a groove is formed which penetrates the fourth insulating film and reaches the inside of the third insulating film. The effective wiring capacitance can be reduced by setting the wiring spacing to be equal to or larger than the wiring spacing.

【0035】(4)導電材にCuを用いた場合の配線に
おいて、第3の絶縁膜が対Cu拡散耐性を有すること
で、下層配線とビアホールの接続部にCu以外の金属を
主成分とした界面層を有しない配線構造とすることが可
能となり、Cu配線のストレスマイグレーション、およ
び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。
(4) In the wiring in which Cu is used as the conductive material, the third insulating film has resistance to Cu diffusion, so that a metal other than Cu is used as a main component in the connection between the lower wiring and the via hole. A wiring structure having no interface layer can be provided, and stress migration and electromigration resistance of Cu wiring can be improved.

【0036】以上、本発明により、低誘電率の絶縁材料
を用いたデュアルダマシン配線構造が容易に形成できる
ようになり、量産製造に十分に適用できるようになる。
そして、微細構造、高い性能、高い信頼性を有する多層
配線構造の製造が容易になる。
As described above, according to the present invention, a dual damascene wiring structure using an insulating material having a low dielectric constant can be easily formed and can be sufficiently applied to mass production.
Then, it becomes easy to manufacture a multilayer wiring structure having a fine structure, high performance, and high reliability.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】[実施の形態1]本発明の実施の
形態について図1に基づいて説明する。ここで、図1
(a)から(f)はデュアルダマシン配線構造の製造工
程順を示す断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG.
(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing process sequence of a dual damascene wiring structure.

【0038】まず図1(a)に示すように、拡散層(図
示されない)、ゲート酸化膜(図示されない)、ゲート
電極(図示されない)などからなる下部半導体装置構造
101の上面にコンタクト層間膜102、プラグ103
が形成され、その上に最下層配線が、エッチングストッ
パー膜104、低誘電率膜105からなる層間絶縁膜に
導電材料であるCu107がバリアメタル106、例え
ばTa/TaNの積層膜に底面と側壁を囲われる形で形
成されている。
First, as shown in FIG. 1A, a contact interlayer film 102 is formed on the upper surface of a lower semiconductor device structure 101 including a diffusion layer (not shown), a gate oxide film (not shown), a gate electrode (not shown) and the like. , Plug 103
Is formed, and the lowermost layer wiring is formed on the interlayer insulating film composed of the etching stopper film 104 and the low dielectric constant film 105, and Cu 107 which is a conductive material is formed on the barrier metal 106, for example, a laminated film of Ta / TaN to form a bottom surface and side walls. It is formed to be enclosed.

【0039】ここで、低誘電率膜105は、例えばHS
Q(ハイドロゲンシルセスキオキサン(Hydrogen Silse
squioxane))膜、MSQ(メチルシルセスキオキサン(M
ethyl Silsesquioxane))膜、BCB(ジビニルシロキ
サンビスベンゾシクロブテン)膜、芳香族を含む有機ポ
リマー膜を多孔質にした膜などである。更に具体的に
は、ALCAP―STM(登録商標)膜のような多孔性
の有機シリカ膜などがあり、Si−H結合、Si−CH
3 結合、Si−F結合のうち少なくとも1つの結合を
含む多孔質シリカ膜で形成してもよい。
Here, the low dielectric constant film 105 is, for example, HS.
Q (Hydrogen Silse
squioxane) membrane, MSQ (Methylsilsesquioxane (M
ethyl Silsesquioxane)) film, BCB (divinylsiloxane bisbenzocyclobutene) film, a film in which an aromatic-containing organic polymer film is made porous. More specifically, there is a porous organic silica film such as an ALCAP-STM (registered trademark) film, which has Si-H bond and Si-CH.
It may be formed of a porous silica film containing at least one bond of 3 bond and Si—F bond.

【0040】配線を構成する導電材料は、Cu、Ag、
Al、Ni、Co、W、Si、Ti、Taおよびこれら
の化合物などがよく、ここではCuを主成分とした場合
について示す。そして、エッチングストッパー膜104
は、BCB、SiC,SiN、SiCN、SiOCもし
くはそれらに有機物を含んだ絶縁薄膜でもよい。
The conductive material forming the wiring is Cu, Ag,
Al, Ni, Co, W, Si, Ti, Ta, and compounds thereof are preferable, and the case where Cu is the main component is shown here. Then, the etching stopper film 104
May be BCB, SiC, SiN, SiCN, SiOC, or an insulating thin film containing an organic substance therein.

【0041】形成された下層Cu配線には、当該技術分
野における一般的な条件でCuのCMPを行った場合に
はディッシング116やエロージョン(図示せず)によ
り、配線の幅や配線の間隔にもよるが、200Å〜10
00Å程度の段差が生じるのが一般的である。
When the CMP of Cu is performed on the formed lower layer Cu wiring under the general conditions in the art, the width of the wiring and the distance between the wirings are increased by the dishing 116 and erosion (not shown). It depends on 200Å-10
Generally, a step difference of about 00Å occurs.

【0042】続いて、図1(b)に示すように、第1の
絶縁膜108(一般的には絶縁性バリア膜と呼ぶ)、第
2の絶縁膜109(一般的にはビア層間膜と呼ぶ)を堆
積し、第1の絶縁膜108は、BCB、SiC,Si
N、SiCN、SiOCもしくはそれらに有機物を含ん
だ絶縁薄膜から形成され、厚さは100Å〜1000Å
が良く、好ましくは150Å〜500Åである。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, a first insulating film 108 (generally called an insulating barrier film) and a second insulating film 109 (generally called a via interlayer film) are formed. The first insulating film 108 is formed of BCB, SiC, Si.
It is made of N, SiCN, SiOC or an insulating thin film containing an organic substance, and has a thickness of 100Å to 1000Å
Is good, and preferably 150Å to 500Å.

【0043】この時、第2の絶縁膜には下層Cu配線の
段差がそのまま転写され、段差117が形成される。第
2の絶縁膜109はシリコン酸化膜、あるいはシロキサ
ンを主成分とした比較的高強度な低誘電率膜で、層間膜
CMPを当該技術分野における一般的な研磨技術によっ
て容易に行える材料であることが必要である。
At this time, the step of the lower layer Cu wiring is transferred to the second insulating film as it is, and the step 117 is formed. The second insulating film 109 is a silicon oxide film or a relatively high-strength low-dielectric-constant film containing siloxane as a main component, and is a material that can easily perform the interlayer film CMP by a general polishing technique in the technical field. is necessary.

【0044】続いて図1(c)に示すように、平坦化C
MPを下層Cu配線形成時のCMPによるディッシング
やエロージョンによる段差を緩和するために行う。堆積
する第2の絶縁膜9の膜厚は研磨後膜厚の1.5〜2倍
程度が好ましい。例えば、平坦化後に2000Åの膜厚
を得るためには4000Å程度を堆積し、2000Å研
磨を行うことが好ましい。
Then, as shown in FIG. 1C, a flattening C
MP is performed to alleviate the step due to dishing and erosion by CMP when the lower Cu wiring is formed. The film thickness of the second insulating film 9 to be deposited is preferably about 1.5 to 2 times the film thickness after polishing. For example, in order to obtain a film thickness of 2000Å after flattening, it is preferable to deposit about 4000Å and perform 2000Å polishing.

【0045】続いて図1(d)に示されているように、
第3の絶縁膜110(一般的にはエッチングストッパー
膜と呼ぶ)、第4の絶縁膜111(一般的には配線層間
絶縁膜と呼ぶ)を堆積する。ここで、第3の絶縁膜11
0はエッチングストッパーとして機能すると同時に、低
誘電率、低ストレスである必要がある。比誘電率は第2
の絶縁膜よりも小さいことが好ましく、例えばBCB
(ジビニルシロキサンビスベンゾシクロブテン)膜、有
機膜、芳香族やシロキサンを含む有機ポリマー膜、ある
いは有機シロキサン膜などが良い。
Subsequently, as shown in FIG. 1 (d),
A third insulating film 110 (generally called an etching stopper film) and a fourth insulating film 111 (generally called a wiring interlayer insulating film) are deposited. Here, the third insulating film 11
0 needs to have a low dielectric constant and low stress at the same time as functioning as an etching stopper. Second relative permittivity
Is preferably smaller than the insulating film of, for example, BCB
A (divinylsiloxane bisbenzocyclobutene) film, an organic film, an organic polymer film containing aromatic or siloxane, or an organic siloxane film is preferable.

【0046】ここで第2の絶縁膜を薄く、第3の絶縁膜
を厚くするほど、配線間容量を低減することができる
が、第2の絶縁膜の厚さは下層導電材料の最大段差以上
とすることが好ましい。一般的に下層導電材料の段差は
最大で1000Åであるため、平坦化後の第2の絶縁膜
の厚さは1000Å以上であることが好ましい。また、
第3の絶縁膜の厚さは上層配線の最小配線間隔よりも大
きいことが好ましく、特に1000Å以上であることが
好ましい。
Here, the thinner the second insulating film and the thicker the third insulating film, the more the inter-wiring capacitance can be reduced. However, the thickness of the second insulating film is not less than the maximum step difference of the lower conductive material. It is preferable that Generally, the maximum step difference of the lower conductive material is 1000 Å, so that the thickness of the second insulating film after planarization is preferably 1000 Å or more. Also,
The thickness of the third insulating film is preferably larger than the minimum wiring interval of the upper layer wiring, and particularly preferably 1000 Å or more.

【0047】第4の絶縁膜は低誘電率であることが必要
であり、例えばHSQ(ハイドロゲンシルセスキオキサ
ン(Hydrogen Silsesquioxane))膜、MSQ(メチルシ
ルセスキオキサン(Methyl Silsesquioxane))膜、BC
B(ジビニルシロキサンビスベンゾシクロブテン)膜、
芳香族を含む有機ポリマー膜を多孔質にした膜などであ
る。更に具体的には、ALCAP―STM(登録商標)
膜のような多孔性の有機シリカ膜などがあり、Si−H
結合、Si−CH3 結合、Si−F結合のうち少なく
とも1つの結合を含む多孔質シリカ膜で形成してもよ
い。
The fourth insulating film is required to have a low dielectric constant. For example, HSQ (Hydrogen Silsesquioxane) film, MSQ (Methyl Silsesquioxane) film, BC
B (divinylsiloxane bisbenzocyclobutene) film,
For example, it is a film in which an organic polymer film containing aromatic is made porous. More specifically, ALCAP-STM (registered trademark)
There is a porous organic silica film such as a film, Si-H
It may be formed of a porous silica film containing at least one of a bond, a Si-CH3 bond, and a Si-F bond.

【0048】さらに第4の絶縁膜の強度が劣る場合には
膜の強度を確保するため、第5の絶縁膜(図示せず)を
第4の絶縁膜上に形成し、第4の絶縁膜と第5の絶縁膜
とを貫通する配線を形成することで加工性を向上させる
ことも有効である。
Further, when the strength of the fourth insulating film is poor, in order to secure the strength of the film, a fifth insulating film (not shown) is formed on the fourth insulating film, and the fourth insulating film is formed. It is also effective to improve workability by forming a wiring penetrating the insulating film and the fifth insulating film.

【0049】続いて図1(e)に示されているように、
フォトレジストと反応性イオンエッチングを用いて微細
加工を行い、デュアルダマシン溝112をする。
Subsequently, as shown in FIG. 1 (e),
Fine processing is performed using photoresist and reactive ion etching to form the dual damascene groove 112.

【0050】ここで本願発明に特徴的なのは、第4の絶
縁膜内を貫通し、第3の絶縁膜内部にまで達する配線溝
が形成され、配線溝底部および配線側壁部を介して、導
電材料と第3の絶縁膜が接触する構造を備えることであ
る。第3の絶縁膜内部に形成される溝深さは50Åから
1000Åであり、300Åから500Å程度が好まし
い。
A feature of the present invention is that a wiring groove that penetrates through the fourth insulating film and reaches the inside of the third insulating film is formed, and a conductive material is provided through the wiring groove bottom and the wiring sidewall. And a third insulating film are in contact with each other. The depth of the groove formed inside the third insulating film is 50Å to 1000Å, preferably about 300Å to 500Å.

【0051】続いて図1(f)に示すように、導電性バ
リア膜113とCu膜114を上記デュアルダマシン配
線溝112へ埋めこみ、CMP法による導電材料の研磨
を施す。このようにして、下層配線に接続するデュアル
ダマシン配線115を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 1F, the conductive barrier film 113 and the Cu film 114 are buried in the dual damascene wiring groove 112, and the conductive material is polished by the CMP method. Thus, the dual damascene wiring 115 connected to the lower layer wiring is formed.

【0052】本発明により、低誘電率の絶縁材料を用い
たデュアルダマシン配線構造が容易に形成できるように
なり、配線間容量の低減と、微細配線の加工性制御を同
時に達成することができるようになる。
According to the present invention, it becomes possible to easily form a dual damascene wiring structure using an insulating material having a low dielectric constant, and it is possible to simultaneously reduce the capacitance between wirings and control the workability of fine wirings. become.

【0053】[実施の形態2]本発明の実施の形態につ
いて図2に基づいて説明する。ここで、図2(a)から
(h)はデュアルダマシン配線構造の製造工程順を示す
断面図である。
[Embodiment 2] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIGS. 2A to 2H are sectional views showing the order of manufacturing steps of the dual damascene wiring structure.

【0054】まず図2(a)に示すように、拡散層(図
示されない)、ゲート酸化膜(図示されない)、ゲート
電極(図示されない)などからなる下部半導体装置構造
201の上面にコンタクト層間膜202、プラグ203
が形成され、その上に最下層配線が、エッチングストッ
パー膜204、低誘電率膜205からなる層間絶縁膜に
導電材料であるCu207がバリアメタル206、例え
ばTa/TaNの積層膜に底面と側壁を囲われる形で形
成されている。
First, as shown in FIG. 2A, a contact interlayer film 202 is formed on the upper surface of a lower semiconductor device structure 201 including a diffusion layer (not shown), a gate oxide film (not shown), a gate electrode (not shown) and the like. The plug 203
Is formed, and the lowermost layer wiring is formed on the interlayer insulating film including the etching stopper film 204 and the low dielectric constant film 205, and Cu207 as a conductive material is formed on the barrier metal 206, for example, a bottom film and a side wall on a Ta / TaN laminated film. It is formed to be enclosed.

【0055】ここで、低誘電率膜205は、例えばHS
Q(ハイドロゲンシルセスキオキサン(Hydrogen Silse
squioxane))膜、MSQ(メチルシルセスキオキサン(M
ethyl Silsesquioxane))膜、BCB(ジビニルシロキ
サンビスベンゾシクロブテン)膜、芳香族を含む有機ポ
リマー膜を多孔質にした膜などである。更に具体的に
は、ALCAP―STM(登録商標)膜のような多孔性
の有機シリカ膜などがあり、Si−H結合、Si−CH
3 結合、Si−F結合のうち少なくとも1つの結合を
含む多孔質シリカ膜で形成してもよい。
Here, the low dielectric constant film 205 is, for example, HS.
Q (Hydrogen Silse
squioxane) membrane, MSQ (Methylsilsesquioxane (M
ethyl Silsesquioxane)) film, BCB (divinylsiloxane bisbenzocyclobutene) film, a film in which an aromatic-containing organic polymer film is made porous. More specifically, there is a porous organic silica film such as an ALCAP-STM (registered trademark) film, which has Si-H bond and Si-CH.
It may be formed of a porous silica film containing at least one bond of 3 bond and Si—F bond.

【0056】配線を構成する導電材料は、Cu、Ag、
Al、Ni、Co、W、Si、Ti、Taおよびこれら
の化合物などがよく、ここではCuを主成分とした場合
について示す。そして、エッチングストッパー膜204
は、BCB、SiC,SiN、SiCN、SiOCもし
くはそれらに有機物を含んだ絶縁薄膜でもよい。
The conductive material forming the wiring is Cu, Ag,
Al, Ni, Co, W, Si, Ti, Ta, and compounds thereof are preferable, and the case where Cu is the main component is shown here. Then, the etching stopper film 204
May be BCB, SiC, SiN, SiCN, SiOC, or an insulating thin film containing an organic substance therein.

【0057】形成された下層Cu配線には、当該技術分
野における一般的な条件でCuのCMPを行った場合に
はディッシング216やエロージョン(図示せず)によ
り、配線の幅や配線の間隔にもよるが、200Å〜10
00Å程度の段差が生じるのが一般的である。
When the CMP of Cu is performed under the general conditions in the technical field, the formed lower layer Cu wiring has a width of the wiring and an interval of the wiring due to dishing 216 and erosion (not shown). It depends on 200Å-10
Generally, a step difference of about 00Å occurs.

【0058】続いて、図2(b)に示すように、第1の
絶縁膜208(一般的には絶縁性バリア膜と呼ぶ)、第
2の絶縁膜209(一般的にはビア層間膜と呼ぶ)を堆
積し、第1の絶縁膜108は、BCB、SiC,Si
N、SiCN、SiOCもしくはそれらに有機物を含ん
だ絶縁薄膜から形成され、厚さは100Å〜1000Å
が良く、好ましくは150Å〜500Åである。
Then, as shown in FIG. 2B, a first insulating film 208 (generally called an insulating barrier film) and a second insulating film 209 (generally a via interlayer film) are formed. The first insulating film 108 is formed of BCB, SiC, Si.
It is made of N, SiCN, SiOC or an insulating thin film containing an organic substance, and has a thickness of 100Å to 1000Å
Is good, and preferably 150Å to 500Å.

【0059】第2の絶縁膜には下層Cu配線の段差がそ
のまま転写され、段差217が形成される。第2の絶縁
膜209はシリコン酸化膜、あるいはシロキサンを主成
分とした比較的高強度な低誘電率膜で、層間膜CMPを
当該技術分野における一般的な研磨技術によって容易に
行える材料であることが必要である。
The step of the lower Cu wiring is directly transferred to the second insulating film to form a step 217. The second insulating film 209 is a silicon oxide film or a relatively high-strength low-dielectric-constant film containing siloxane as a main component, and is a material that can easily perform the interlayer film CMP by a general polishing technique in the technical field. is necessary.

【0060】続いて図2(c)に示すように、平坦化C
MPを下層Cu配線形成時のCMPによるディッシング
やエロージョンによる段差を緩和するために行う。堆積
する第2の絶縁膜209の膜厚は研磨後膜厚の1.5〜
2倍程度が好ましい。例えば、平坦化後に2000Åの
膜厚を得るためには4000Å程度を堆積し、2000
Å研磨を行うことが好ましい。
Then, as shown in FIG. 2C, a flattening C
MP is performed to alleviate the step due to dishing and erosion by CMP when the lower Cu wiring is formed. The film thickness of the deposited second insulating film 209 is 1.5 to the film thickness after polishing.
About twice is preferable. For example, in order to obtain a film thickness of 2000 Å after flattening, about 4000 Å is deposited,
Å It is preferable to carry out polishing.

【0061】続いて図2(d)に示すように、第3の絶
縁膜210(一般的にはエッチングストッパー膜と呼
ぶ)、第4の絶縁膜211(一般的には配線層間絶縁膜
と呼ぶ)を堆積する。ここで、第3の絶縁膜210はエ
ッチングストッパーとして機能すると同時に、低誘電
率、低ストレスであり、更に対Cu拡散耐性に優れる必
要がある。比誘電率は第2の絶縁膜よりも小さいことが
好ましい。このような条件を満たす絶縁膜としては、例
えばBCB(ジビニルシロキサンビスベンゾシクロブテ
ン)膜が良く、プラズマ重合法や塗布焼成法などにより
成膜することができる。
Then, as shown in FIG. 2D, a third insulating film 210 (generally called an etching stopper film) and a fourth insulating film 211 (generally called a wiring interlayer insulating film). ) Is deposited. Here, the third insulating film 210 must function as an etching stopper, and at the same time have a low dielectric constant and a low stress, and further have excellent resistance to Cu diffusion. The relative dielectric constant is preferably smaller than that of the second insulating film. As an insulating film satisfying such a condition, for example, a BCB (divinylsiloxanebisbenzocyclobutene) film is preferable, and it can be formed by a plasma polymerization method, a coating firing method, or the like.

【0062】ここで第2の絶縁膜を薄く、第3の絶縁膜
を厚くするほど、配線間容量を低減することができる
が、第2の絶縁膜の厚さは下層導電材料の最大段差以上
とすることが好ましい。一般的に下層導電材料の段差は
最大で1000Åであるため、平坦化後の第2の絶縁膜
の厚さは1000Å以上であることが好ましい。また、
第3の絶縁膜の厚さは上層配線の最小配線間隔よりも大
きいことが好ましく、特に1000Å以上であることが
好ましい。
Here, as the second insulating film is thinner and the third insulating film is thicker, the inter-wiring capacitance can be reduced. However, the thickness of the second insulating film is not less than the maximum step difference of the lower conductive material. It is preferable that Generally, the maximum step difference of the lower conductive material is 1000 Å, so that the thickness of the second insulating film after planarization is preferably 1000 Å or more. Also,
The thickness of the third insulating film is preferably larger than the minimum wiring interval of the upper layer wiring, and particularly preferably 1000 Å or more.

【0063】第4の絶縁膜は低誘電率であることが必要
であり、例えばHSQ(ハイドロゲンシルセスキオキサ
ン(Hydrogen Silsesquioxane))膜、MSQ(メチルシ
ルセスキオキサン(Methyl Silsesquioxane))膜、BC
B(ジビニルシロキサンビスベンゾシクロブテン)膜、
芳香族を含む有機ポリマー膜を多孔質にした膜などであ
る。具体的には、ALCAP―STM(登録商標)膜の
ような多孔性の有機シリカ膜などがあり、Si−H結
合、Si−CH3 結合、Si−F結合のうち少なくと
も1つの結合を含む多孔質シリカ膜で形成してもよい。
The fourth insulating film is required to have a low dielectric constant. For example, HSQ (Hydrogen Silsesquioxane) film, MSQ (Methyl Silsesquioxane) film, BC
B (divinylsiloxane bisbenzocyclobutene) film,
For example, it is a film in which an organic polymer film containing aromatic is made porous. Specifically, there is a porous organic silica film such as an ALCAP-STM (registered trademark) film, and a porous film containing at least one bond of Si-H bond, Si-CH3 bond, and Si-F bond. It may be formed of a silica film.

【0064】さらに第4の絶縁膜の強度が劣る場合には
膜の強度を確保するため、第5の絶縁膜(図示せず)を
第4の絶縁膜上に形成し、第4の絶縁膜と第5の絶縁膜
とを貫通する配線を形成することで加工性を向上させる
ことも有効である。
Further, when the strength of the fourth insulating film is poor, in order to secure the strength of the film, a fifth insulating film (not shown) is formed on the fourth insulating film, and the fourth insulating film is formed. It is also effective to improve workability by forming a wiring penetrating the insulating film and the fifth insulating film.

【0065】続いて図2(e)に示すように、フォトレ
ジストと反応性イオンエッチングを用いて微細加工を行
い、デュアルダマシン溝212をする。この時デュアル
ダマシン溝212は第4の絶縁膜を貫通し第3の絶縁膜
内部にまで達していることが重要である。
Subsequently, as shown in FIG. 2E, fine processing is performed by using a photoresist and reactive ion etching to form a dual damascene groove 212. At this time, it is important that the dual damascene trench 212 penetrates the fourth insulating film and reaches the inside of the third insulating film.

【0066】続いて図2(f)に示すように、導電性バ
リア膜213をデュアルダマシン配線溝212へ埋めこ
む。ここで導電性バリア膜とはTa、Ti、W、Si、
あるいはその窒化物などを主成分とする材料から構成さ
れる。続いて、図2(g)に示すように、ビアホール底
に堆積された導電性バリア膜213をRIEもしくはR
Fエッチングによって選択的に除去する。ここでビアホ
ール底の導電性バリアメタル膜を除去する際に、同時に
配線溝底のバリアメタルも除去され、導電性バリアメタ
ル膜はビアホール側壁、および配線溝側壁にのみ残存す
る。続いて図2(h)に示すようにCu膜214を埋め
こみ、CMP法による導電材料の研磨を施す。このよう
にして、バリアメタル層を介しない下層配線とビアホー
ルの接続215を得る。
Subsequently, as shown in FIG. 2F, the conductive barrier film 213 is embedded in the dual damascene wiring groove 212. Here, the conductive barrier film means Ta, Ti, W, Si,
Alternatively, it is made of a material whose main component is its nitride. Then, as shown in FIG. 2G, the conductive barrier film 213 deposited on the bottom of the via hole is removed by RIE or R.
Selectively removed by F etching. Here, when the conductive barrier metal film at the bottom of the via hole is removed, the barrier metal at the bottom of the wiring groove is also removed at the same time, and the conductive barrier metal film remains only on the sidewall of the via hole and the sidewall of the wiring groove. Subsequently, as shown in FIG. 2H, the Cu film 214 is embedded and the conductive material is polished by the CMP method. In this way, the connection 215 between the lower wiring and the via hole without the barrier metal layer is obtained.

【0067】ここで本願発明に特徴的なのは、第3の絶
縁膜が対Cu拡散耐性を有し、かつ配線溝が第3の絶縁
膜内部にまで達する形で形成されているため、たとえビ
アホール底に堆積された導電性バリア膜213をRIE
もしくはRFエッチングによって選択的に除去され、導
電性バリアメタル膜が配線溝底に存在しない場合でも、
配線溝底からのCuの拡散を防ぐことができる。このよ
うな構造とすることで、溝底のバリアメタルをエッチバ
ックした際にもCuの拡散を防ぐとともに、バリアメタ
ル層を介せずに下層配線とビアホールが接続されたデュ
アルダマシン配線を得ることが可能となる。
The feature of the present invention is that the third insulating film has resistance to Cu diffusion and the wiring groove is formed so as to reach the inside of the third insulating film. The conductive barrier film 213 deposited on the RIE
Alternatively, even if the conductive barrier metal film is selectively removed by RF etching and does not exist at the bottom of the wiring groove,
It is possible to prevent Cu from diffusing from the bottom of the wiring groove. With such a structure, it is possible to prevent the diffusion of Cu even when the barrier metal at the bottom of the trench is etched back, and obtain a dual damascene wiring in which the lower layer wiring and the via hole are connected without the barrier metal layer. Is possible.

【0068】本発明により、低誘電率の絶縁材料を用い
たデュアルダマシン配線構造が容易に形成できるように
なり、配線間容量の低減と、微細配線の加工性制御と、
配線信頼性の向上を同時に達成することができるように
なる。
According to the present invention, a dual damascene wiring structure using an insulating material having a low dielectric constant can be easily formed, the capacitance between wirings can be reduced, and the workability of fine wiring can be controlled.
The wiring reliability can be improved at the same time.

【0069】[比較例1]続いて第2の絶縁膜に対し
て、平坦化CMPを行った場合の効果について図3を用
いて詳細に説明する。ここで、図3(a)は実施の形態
1に基づいて形成したデュアルダマシン配線構造の断面
図であり、図3(b)は平坦化CMPを施さない場合の
配線構造の断面図である。
[Comparative Example 1] Next, the effect of performing the planarizing CMP on the second insulating film will be described in detail with reference to FIG. Here, FIG. 3A is a sectional view of the dual damascene wiring structure formed based on the first embodiment, and FIG. 3B is a sectional view of the wiring structure when the planarization CMP is not performed.

【0070】拡散層(図示されない)、ゲート酸化膜
(図示されない)、ゲート電極(図示されない)などか
らなる下部半導体装置構造301の上面にコンタクト層
間膜302、プラグ303が形成され、その上に最下層
配線が、エッチングストッパー膜304、低誘電率膜3
05からなる層間絶縁膜に導電材料であるCu307が
バリアメタル306、例えばTa/TaNの積層膜に底
面と側壁を囲われる形で形成されている。配線層間は第
1の絶縁膜308(絶縁性バリア膜)、第2の絶縁膜3
09(ビア層間膜)、第3の絶縁膜310から成る。上
層配線は第4の絶縁膜311、導電性バリア膜312、
Cu膜313から成る。
A contact interlayer film 302 and a plug 303 are formed on the upper surface of a lower semiconductor device structure 301 including a diffusion layer (not shown), a gate oxide film (not shown), a gate electrode (not shown), and the like, and a contact interlayer film 302 and a plug 303 are formed thereon. The lower wiring is the etching stopper film 304 and the low dielectric constant film 3.
Cu 307, which is a conductive material, is formed on the interlayer insulating film made of 05 in a form in which the bottom surface and the side wall are surrounded by a barrier metal 306, for example, a laminated film of Ta / TaN. The first insulating film 308 (insulating barrier film) and the second insulating film 3 are provided between the wiring layers.
09 (via interlayer film) and a third insulating film 310. The upper wiring is composed of the fourth insulating film 311, the conductive barrier film 312,
It consists of a Cu film 313.

【0071】実施の形態1に基づいて形成された下層C
u配線には、当該技術分野における一般的な方法でCu
のCMPを行った場合にはディッシングやエロージョン
に起因した200Å〜800Å程度の段差が生じる。層
間膜のCMPを行う場合には(図3(a))、下層配線
により生じる段差を緩和し、上層に形成される配線は下
層の段差に関わらず、制御性良く多層配線を形成するこ
とができる。それに対して、層間膜の平坦化CMPを行
わない場合(図3(b))には、下層配線の段差に起因
して上層配線に研磨残り314が発生し、配線ショート
が発生する確率が高くなる。そのため、層間膜の平坦化
は多層かつ微細な配線の形成には必要不可欠である。本
発明により、配線間容量の低減と、微細配線の加工制御
性の向上とを同時に達成することができるようになる。
Lower layer C formed according to the first embodiment
For the u wiring, Cu is formed by a method commonly used in this technical field.
When the CMP is performed, a step difference of about 200Å to 800Å due to dishing or erosion occurs. When the CMP of the interlayer film is performed (FIG. 3A), it is possible to reduce the step caused by the lower layer wiring and form the multilayer wiring with good controllability regardless of the step of the lower layer. it can. On the other hand, when the flattening CMP of the interlayer film is not performed (FIG. 3B), the polishing residue 314 is generated on the upper layer wiring due to the step of the lower layer wiring, and the wiring short circuit is likely to occur. Become. Therefore, flattening of the interlayer film is indispensable for forming multilayer and fine wiring. According to the present invention, reduction in inter-wiring capacitance and improvement in processing controllability of fine wiring can be achieved at the same time.

【0072】[比較例2]続いて、第3の絶縁膜(低誘
電率エッチングストッパー)の必要な厚さに関して計算
結果を用いて説明する。図4(a)に示すような3層配
線において隣接する9本の配線構造を仮定し、中央の一
本当たりの配線中央の配線の容量を計算した。配線高
さ、および配線深さを一定とした場合に第2の絶縁膜の
厚さ(エッチングストッパーの膜厚)の効果を検証し
た。図4(b)に計算結果を示す。配線ピッチが狭くな
るほど薄いストッパー膜厚でも低容量化を達成すること
ができる。これらの値をから、第2の絶縁膜の厚さを最
小配線間隔で規格化したものを図4(c)に示す。いず
れの配線間隔の配線においても、第2の絶縁膜の厚さが
最小配線間隔となるまでに急峻に配線間容量低減の効果
を発揮し、最小配線間隔以上となる場合に50%以上の
容量低減の効果を得ることができる。例えば、0.28
umピッチの配線の場合には0.14um以上のストッ
パー膜厚とすることが有効である。
[Comparative Example 2] Next, the required thickness of the third insulating film (low dielectric constant etching stopper) will be described using calculation results. Assuming an adjacent 9 wiring structure in the three-layer wiring as shown in FIG. 4A, the capacitance of the wiring at the center of each wiring was calculated. The effect of the thickness of the second insulating film (the film thickness of the etching stopper) was verified when the wiring height and the wiring depth were constant. FIG. 4B shows the calculation result. As the wiring pitch becomes narrower, the capacity can be reduced even with a thin stopper film thickness. FIG. 4C shows a value obtained by normalizing the thickness of the second insulating film based on these values with the minimum wiring interval. In any of the wiring intervals, the effect of sharply reducing the inter-wiring capacitance is exerted by the time the thickness of the second insulating film reaches the minimum wiring spacing, and when the wiring spacing is more than the minimum wiring spacing, the capacity of 50% or more is obtained. The effect of reduction can be obtained. For example, 0.28
In the case of wiring of um pitch, it is effective to set the stopper film thickness to 0.14 um or more.

【0073】[比較例3]続いて、第3の絶縁膜(低誘
電率エッチングストッパー)の厚膜化による、配線信頼
性向上に関して図5(a)および図5(b)を用いて説
明する。
[Comparative Example 3] Next, improvement in wiring reliability by increasing the thickness of the third insulating film (low dielectric constant etching stopper) will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). .

【0074】拡散層(図示されない)、ゲート酸化膜
(図示されない)、ゲート電極(図示されない)などか
らなる下部半導体装置構造501の上面にコンタクト層
間膜502、プラグ503が形成され、その上に最下層
配線が、エッチングストッパー膜404、第4の絶縁膜
505からなる層間絶縁膜に導電材料であるCu507
がバリアメタル506、例えばTa/TaNの積層膜に
底面と側壁を囲われる形で形成されている。配線層間は
第1の絶縁膜508(絶縁性バリア膜)、第2の絶縁膜
509(ビア層間膜)、第3の絶縁膜510から成る。
上層配線は第2の低誘電率絶縁膜511、導電性バリア
膜512、Cu膜513から成る。
A contact interlayer film 502 and a plug 503 are formed on the upper surface of a lower semiconductor device structure 501 composed of a diffusion layer (not shown), a gate oxide film (not shown), a gate electrode (not shown) and the like, and a contact interlayer film 502 and a plug 503 are formed thereon. Cu 507, which is a conductive material, is formed on the interlayer insulating film composed of the etching stopper film 404 and the fourth insulating film 505 as the lower wiring.
Is formed so that the bottom surface and the side wall are surrounded by a barrier metal 506, for example, a laminated film of Ta / TaN. The wiring layers are composed of a first insulating film 508 (insulating barrier film), a second insulating film 509 (via interlayer film), and a third insulating film 510.
The upper layer wiring is composed of a second low dielectric constant insulating film 511, a conductive barrier film 512, and a Cu film 513.

【0075】図5(a)には配線構造にから発生するス
トレスに起因した配線不良部分515を示す。特に太い
幅配線を接続する孤立ビア接続部分に応力が集中しやす
く、断線が生じる確立が非常に高くなる。第2の絶縁膜
は多孔質で比誘電率が低く、低密度であるのに対して、
第4の絶縁膜は比較的高強度で第2の絶縁膜よりも比誘
電率が高く、高密度である。そのため第2の絶縁膜と第
4の絶縁膜とでは熱膨張係数差が大きく、熱膨張率差に
起因して配線の応力を強く生じさせる。つまり、膨張率
差に起因して導電材料とビアの接続部で応力が集中する
ことになる。このようにして応力が集中するために、系
として自由エネルギーを低くすることが必要となり、導
電材料であるCuがより安定な構造を求めてマイグレー
ションしたと考えられる。ここで第2の絶縁膜よりも比
誘電率が高く、第4の絶縁膜よりも比誘電率が低い第3
の絶縁膜を、第2の絶縁膜と第4の絶縁膜の間に挿入す
ることで、断線の発生を低減することができるようにな
る。これは第3の絶縁膜が挿入されることで熱膨張率差
が段階的となり、ストレスが緩和され、あらかじめCu
膜に関わる自由エネルギーを低く保つことでCuのマイ
グレーションを抑制したためである。第3の膜の絶縁膜
を厚膜化することで、応力を最大限に緩和する場合の配
線の断面図を図4(b)示す。第2の絶縁膜に比べて低
ストレスな第3の絶縁膜内部に配線溝が形成され、配線
ビア接続部が第3の絶縁膜で囲まれることで、集中する
ストレスを緩和し、断線を生じにくくすることができ
る。
FIG. 5A shows a defective wiring portion 515 caused by the stress generated in the wiring structure. In particular, stress is likely to be concentrated on the isolated via connection portion connecting the wide wiring, and the probability of disconnection becomes extremely high. The second insulating film is porous, has a low relative dielectric constant, and has a low density.
The fourth insulating film has a relatively high strength, a higher relative dielectric constant than the second insulating film, and a high density. Therefore, the difference in the coefficient of thermal expansion between the second insulating film and the fourth insulating film is large, and the stress in the wiring is strongly generated due to the difference in the coefficient of thermal expansion. That is, the stress is concentrated at the connection portion between the conductive material and the via due to the difference in the expansion coefficient. Since the stress is concentrated in this way, it is necessary to lower the free energy of the system, and it is considered that Cu, which is a conductive material, migrated in search of a more stable structure. Here, the third insulating film has a higher relative dielectric constant than the second insulating film and a lower relative dielectric constant than the fourth insulating film.
By inserting this insulating film between the second insulating film and the fourth insulating film, it becomes possible to reduce the occurrence of disconnection. This is because the difference in the coefficient of thermal expansion becomes stepwise by inserting the third insulating film, the stress is relieved, and the Cu
This is because Cu migration was suppressed by keeping the free energy related to the film low. FIG. 4B shows a cross-sectional view of the wiring when the stress is relieved to the maximum by thickening the insulating film of the third film. A wiring groove is formed inside the third insulating film, which has a lower stress than that of the second insulating film, and the wiring via connection portion is surrounded by the third insulating film, so that concentrated stress is relieved and a disconnection occurs. Can be hardened.

【0076】[実施例] [実施例1]本発明の実施例について図6に基づいて説
明する。ここで図6(a)から(g)および図7(a)
から(b)は、実施例に係る半導体装置の構造および半
導体装置の製造方法を示す断面図である。
[Embodiment] [Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIGS. 6 (a) to 6 (g) and FIG. 7 (a)
3B to FIG. 3B are cross-sectional views showing the structure of the semiconductor device and the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.

【0077】まず図6(a)に示されているように、拡
散層601(図示されない)、ゲート酸化膜(図示され
ない)、ゲート電極(図示されらに)などからなる下部
半導体装置構造の上面にコンタクト層間膜602、プラ
グ603が形成され、その上に最下層配線が、エッチン
グストッパー膜604、低誘電率絶縁膜605、シリコ
ン酸化膜606からなる層間絶縁膜に導電材料であるC
u608がバリアメタル、例えばTa/TaNの積層膜
607に底面と側壁を囲われる形で形成されている。
First, as shown in FIG. 6A, the upper surface of a lower semiconductor device structure including a diffusion layer 601 (not shown), a gate oxide film (not shown), a gate electrode (not shown) and the like. A contact interlayer film 602 and a plug 603 are formed on the contact interlayer film 602, a lowermost layer wiring is formed on the contact interlayer film 602, a plug 603, a low dielectric constant insulating film 605, and a silicon oxide film 606.
u608 is formed in a barrier metal, for example, in a laminated film 607 of Ta / TaN so as to surround the bottom surface and side walls.

【0078】ここで、低誘電率絶縁材料605は、有機
ポリシラザン、BCB、ポリイミド、プラズマCFポリ
マー、プラズマCHポリマー、SiLK(登録商標)、
テフロン(登録商標)AF、パリレンN(登録商標)、
パリレンAF4(登録商標)、ポリナフタレンNなどを
多孔質にした膜などでよく、たとえば、ALCAPTM
(登録商標)膜のような多孔性の有機シリカ膜がある。
ここでは多孔性の有機シリカ膜ALCAPTM(登録商
標)膜を用いた場合について示す。
Here, the low dielectric constant insulating material 605 is organic polysilazane, BCB, polyimide, plasma CF polymer, plasma CH polymer, SiLK (registered trademark),
Teflon (registered trademark) AF, Parylene N (registered trademark),
A parylene AF4 (registered trademark), a film obtained by making polynaphthalene N or the like porous may be used, and for example, ALCAPTM.
There are porous organic silica membranes such as the ™ membrane.
Here, a case where a porous organic silica film ALCAP ™ (registered trademark) film is used is shown.

【0079】下層配線を構成する導電材料は、Cu、A
g、Al、Ni、Co、W、Si、Ti、Taおよびこ
れらの化合物などでよい。ここではCuを主成分として
形成される導電材料を用いた場合について示す。エッチ
ングストッパー膜604は、BCB、SiC,SiN、
SiCN、SiOCもしくはそれらに有機物を含んだ絶
縁薄膜でもよい。
The conductive material forming the lower layer wiring is Cu, A
It may be g, Al, Ni, Co, W, Si, Ti, Ta and compounds thereof. Here, the case where a conductive material containing Cu as a main component is used is shown. The etching stopper film 604 is made of BCB, SiC, SiN,
It may be SiCN, SiOC, or an insulating thin film containing an organic substance in them.

【0080】形成された下層Cu配線には、当該技術分
野における一般的な条件でCuのCMPを行った場合に
は200Å〜500Å程度のディッシング609やエロ
ージョン(図示せず)が生じる。
When the CMP of Cu is performed under general conditions in the art, dishing 609 or erosion (not shown) of about 200Å to 500Å occurs on the formed lower layer Cu wiring.

【0081】続いて、図6(b)に示されているよう
に、厚さ500ÅのSiCNからなる第1の絶縁膜61
0(絶縁性バリア膜)、および厚さ4000Åのシリコ
ン酸化膜からなる第2の絶縁膜611(ビア層間膜)
を、いずれもPE−CVD(Plasma Enhan
sed Chemical Vapor Deposi
tion)法にて形成する。この時第2の絶縁膜上には
下層配線の段差609がそのまま転写されて形成され、
層間絶縁膜上の段差612が形成されている。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, a first insulating film 61 made of SiCN having a thickness of 500 Å.
0 (insulating barrier film) and a second insulating film 611 (via interlayer film) made of a silicon oxide film having a thickness of 4000Å
PE-CVD (Plasma Enhan
sed Chemical Vapor Deposi
formation) method. At this time, the step 609 of the lower layer wiring is directly transferred and formed on the second insulating film,
A step 612 is formed on the interlayer insulating film.

【0082】続いて図6(c)に示されているように、
続いて第2の絶縁膜611の平坦化研磨を行う。ここで
は2500Åの研磨を行い、1500Åを残す。シリコ
ン酸化膜の平坦化研磨であるため、当該技術分野におい
て一般的に用いられているコロイダルシリカ等をベース
とした標準的な研磨液を用いて容易に行うことができ
る。
Then, as shown in FIG. 6 (c),
Subsequently, the second insulating film 611 is flattened and polished. Here, 2500 Å is polished to leave 1500 Å. Since the polishing is for flattening the silicon oxide film, it can be easily performed using a standard polishing liquid based on colloidal silica or the like which is generally used in the art.

【0083】続いて図6(d)に示されているように、
厚さ2000ÅのBCBからなる第3の絶縁膜(エッチ
ングストッパー膜)613を堆積し、さらにその上に、
第4の絶縁膜614、第1のハードマスク615、第2
のハードマスク616を堆積する。
Then, as shown in FIG. 6 (d),
A third insulating film (etching stopper film) 613 made of BCB having a thickness of 2000 Å is deposited, and further thereon,
The fourth insulating film 614, the first hard mask 615, the second
Of hard mask 616 is deposited.

【0084】この時、第1のハードマスク615と第2
のハードマスク616は異なる材料から成る必要があ
り、たとえばSiO2(第2のハードマスク)/BCB
(第1のハードマスク)、SiN/BCB、SiN/S
iO2、SiO2/SiCN、SiN/SiCなど、い
ずれの組み合わせでも良く、好ましくはSiN/SiO
2、SiO2/BCBなどである。また、第1のハード
マスク615はCuのCMPのストッパーとしての機能
も果たすため、配線の低誘電率化を考慮した場合には低
誘電率であることが望ましく、SiO2、BCB、ある
いはその積層構造などにするのが良い。
At this time, the first hard mask 615 and the second hard mask
Hard mask 616 must be made of different materials, eg SiO2 (second hard mask) / BCB.
(First hard mask), SiN / BCB, SiN / S
Any combination of iO2, SiO2 / SiCN, SiN / SiC, etc. may be used, preferably SiN / SiO.
2, SiO2 / BCB, etc. Further, since the first hard mask 615 also functions as a CMP stopper for Cu, it is desirable that the first hard mask 615 has a low dielectric constant in consideration of the low dielectric constant of the wiring, and SiO2, BCB, or a laminated structure thereof. And so on.

【0085】ここでは第4の絶縁膜614は低誘電率絶
縁膜材料からなり、例えば2500ÅのALCAP−S
TMとし、第1のハードマスク膜615は500ÅのS
iO2膜、第2のハードマスク膜616は1000Åの
SiN膜とする。
Here, the fourth insulating film 614 is made of a low dielectric constant insulating film material, for example, 2500 Å ALCAP-S.
TM and the first hard mask film 615 is S of 500Å
The iO 2 film and the second hard mask film 616 are 1000 Å SiN films.

【0086】続いて図6(e)に示されているように、
配線溝パターンをフォトレジスト用いてパターニング
し、フォトレジストをマスクとして、CH2F2/Ar
/O2ガス系などのプラズマを用いてSiNからなる第
2のハードマスク膜616をエッチングする。SiNか
らなる第2のハードマスク膜のエッチング後、酸素アッ
シングプラズマにてフォトレジストを除去する。この
時、第1および第2のハードマスクは酸素プラズマ耐性
の有る材料から形成されているため、酸素アッシングに
よるダメージやハードマスク形状の肩落ちなどによる悪
化は生じない。このようにして配線溝パターン617を
ハードマスク上に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6 (e),
The wiring groove pattern is patterned using photoresist, and CH2F2 / Ar is used with the photoresist as a mask.
The second hard mask film 616 made of SiN is etched by using plasma such as / O 2 gas system. After etching the second hard mask film made of SiN, the photoresist is removed by oxygen ashing plasma. At this time, since the first and second hard masks are made of a material having oxygen plasma resistance, deterioration due to damage due to oxygen ashing and shoulder drop of the shape of the hard mask does not occur. In this way, the wiring groove pattern 617 is formed on the hard mask.

【0087】続いて図6(f)に示されるように、配線
溝パターン617上にフォトレジスト618を用いてビ
アホールパターン619をパターニングする。必要に応
じて反射防止膜を用いて露光しても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 6F, a via hole pattern 619 is patterned on the wiring groove pattern 617 by using a photoresist 618. You may expose using an antireflection film as needed.

【0088】続いて、ビアホールパターンのエッチング
を行うが、SiN膜616に転写されている配線溝パタ
ーン617とビアホールパターン619にミスアライメ
ントが発生した場合に生じる、ビア径の細りを回避する
ために、まず第1に第2のハードマスク膜12のエッチ
ングを行うことが非常に重要である。この時のエッチン
グ条件は例えばCH2F2/Ar/O2からなるガス系
にてエッチングを行う。続いてSiO2からなる第1の
ハードマスク膜11のエッチングをC5F8/Ar/O
2にて行う。
Subsequently, the via hole pattern is etched, but in order to avoid the thinning of the via diameter which occurs when misalignment occurs between the wiring groove pattern 617 transferred to the SiN film 616 and the via hole pattern 619, First of all, it is very important to etch the second hard mask film 12. The etching conditions at this time are, for example, etching using a gas system composed of CH2F2 / Ar / O2. Then, etching of the first hard mask film 11 made of SiO2 is performed by C5F8 / Ar / O.
Perform at 2.

【0089】続いて第2の低誘電率膜614のエッチン
グを行うが、例えば多孔質有機シリカ膜である場合には
C5F8/Ar/O2からなるガス系を用いてエッチン
グすることができる。続いて第3の絶縁膜(エッチング
ストッパー)のエッチングを行う。ここではBCBから
なるために、N2/H2/CH2F2からなるガス系に
てエッチングすることができる。
Subsequently, the second low dielectric constant film 614 is etched. For example, in the case of a porous organic silica film, it can be etched using a gas system composed of C5F8 / Ar / O2. Subsequently, the third insulating film (etching stopper) is etched. Since it is composed of BCB here, it can be etched in a gas system composed of N2 / H2 / CH2F2.

【0090】続いてビアパターニングされたフォトレジ
スト618のアッシングを、N2/H2からなるガス系
にて行う。
Subsequently, ashing of the via-patterned photoresist 618 is performed with a gas system made of N2 / H2.

【0091】続いて、図6(g)に示されているよう
に、SiO2膜からなる第1のハードマスク膜615、
および第4の絶縁膜614を連続でエッチングすること
で、第1のハードマスク615および第4の絶縁膜61
4を貫通し、第3の絶縁膜内部にまで達する溝を形成
し、同時に第2の絶縁膜(ビア層間膜)もエッチングす
る。続いて第1の絶縁膜(絶縁性バリア膜)610をエ
ッチングし、デュアルダマシン配線(DDI)配線溝6
20を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 6G, a first hard mask film 615 made of a SiO 2 film,
By continuously etching the fourth insulating film 614 and the first hard mask 615 and the fourth insulating film 61.
A groove penetrating 4 and reaching the inside of the third insulating film is formed, and at the same time, the second insulating film (via interlayer film) is also etched. Subsequently, the first insulating film (insulating barrier film) 610 is etched to form the dual damascene wiring (DDI) wiring groove 6
Form 20.

【0092】図7(a)に示すように、Ta/TaNの
積層構造からなる例えば300Åの導電性バリアメタル
膜621とCu膜621を堆積し、余剰なCuとバリア
メタル膜をCMP法による研磨により取り除く。このよ
うにして、下層配線に接続するデュアルダマシン配線を
形成する。
As shown in FIG. 7A, a conductive barrier metal film 621 and a Cu film 621 having a Ta / TaN laminated structure of, for example, 300 liters are deposited, and excess Cu and the barrier metal film are polished by the CMP method. Remove by. In this way, the dual damascene wiring connected to the lower layer wiring is formed.

【0093】その後、図7(b)に示すように、前述の
工程を必要な配線層分繰り返すことで、多層配線構造を
得ることができる。[実施例2]本発明の実施例につい
て図7に基づいて説明する。ここで図8(a)から
(g)および図9(a)から(d)は、実施例に係る半
導体装置の構造および半導体装置の製造方法を示す断面
図である。
After that, as shown in FIG. 7B, the above-described steps are repeated for the required wiring layers to obtain a multilayer wiring structure. [Embodiment 2] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIGS. 8A to 8G and FIGS. 9A to 9D are cross-sectional views showing the structure of the semiconductor device and the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.

【0094】まず図8(a)に示されているように、拡
散層701(図示されない)、ゲート酸化膜(図示され
ない)、ゲート電極(図示されらに)などからなる下部
半導体装置構造の上面にコンタクト層間膜702、プラ
グ703が形成され、その上に最下層配線が、エッチン
グストッパー膜704、低誘電率絶縁膜705、シリコ
ン酸化膜706からなる層間絶縁膜に導電材料であるC
u708がバリアメタル、例えばTa/TaNの積層膜
707に底面と側壁を囲われる形で形成されている。
First, as shown in FIG. 8A, an upper surface of a lower semiconductor device structure including a diffusion layer 701 (not shown), a gate oxide film (not shown), a gate electrode (not shown), and the like. A contact interlayer film 702 and a plug 703 are formed on the contact interlayer film 702, and the lowermost layer wiring is formed on the contact interlayer film 702, the low dielectric constant insulating film 705, and the silicon oxide film 706 as a conductive material.
u708 is formed in a barrier metal, for example, in a laminated film 707 of Ta / TaN so as to surround the bottom surface and side walls.

【0095】ここで、低誘電率絶縁材料705は、有機
ポリシラザン、BCB、ポリイミド、プラズマCFポリ
マー、プラズマCHポリマー、SiLK(登録商標)、
テフロン(登録商標)AF、パリレンN(登録商標)、
パリレンAF4(登録商標)、ポリナフタレンNなどを
多孔質にした膜などでよい。下層配線を構成する導電材
料は、Cu、Ag、Al、Ni、Co、W、Si、T
i、Taおよびこれらの化合物などでよく、ここではC
uを主成分とした場合について示す。エッチングストッ
パー膜704は、BCB、SiC,SiN、SiCN、
SiOCもしくはそれらに有機物を含んだ絶縁薄膜でも
よい。
Here, the low dielectric constant insulating material 705 is organic polysilazane, BCB, polyimide, plasma CF polymer, plasma CH polymer, SiLK (registered trademark),
Teflon (registered trademark) AF, Parylene N (registered trademark),
A parylene AF4 (registered trademark), a film obtained by making polynaphthalene N or the like porous, or the like may be used. The conductive material forming the lower layer wiring is Cu, Ag, Al, Ni, Co, W, Si, T
i, Ta and these compounds may be used, and here C
The case where u is the main component is shown. The etching stopper film 704 is composed of BCB, SiC, SiN, SiCN,
It may be SiOC or an insulating thin film containing an organic substance.

【0096】形成された下層Cu配線には、当該技術分
野における一般的な条件でCuのCMPを行った場合に
は200Å〜500Å程度のディッシング709やエロ
ージョン(図示せず)が生じる。
When the CMP of Cu is performed under the general conditions in the art, dishing 709 and erosion (not shown) of about 200Å to 500Å occur on the formed lower layer Cu wiring.

【0097】続いて、図8(b)に示すように、厚さ5
00ÅのSiCNからなる第1の絶縁膜710(絶縁性
バリア膜)、および厚さ4000Åのシリコン酸化膜か
らなる第2の絶縁膜711(ビア層間膜)を、いずれも
PE−CVD(PlasmaEnhansed Che
mical Vapor Deposition)法に
て形成する。この時第2の絶縁膜上には下層配線の段差
709がそのまま転写されて形成され、層間絶縁膜上の
段差712が形成されている。
Then, as shown in FIG.
The first insulating film 710 (insulating barrier film) made of 00Å SiCN and the second insulating film 711 (via interlayer film) made of a silicon oxide film having a thickness of 4000Å are both PE-CVD (Plasma Enhanced Che).
It is formed by the method of "Metal Vapor Deposition". At this time, the step 709 of the lower wiring is directly transferred and formed on the second insulating film, and the step 712 on the interlayer insulating film is formed.

【0098】続いて図8(c)に示されているように、
続いて第2の絶縁膜711の平坦化研磨を行う。ここで
は2500Åの研磨を行い、1500Åを残す。シリコ
ン酸化膜の平坦化研磨であるため、当該技術分野におい
て一般的に用いられているコロイダルシリカ等をベース
とした標準的な研磨液を用いて容易に行うことができ
る。
Subsequently, as shown in FIG. 8 (c),
Subsequently, the second insulating film 711 is flattened and polished. Here, 2500 Å is polished to leave 1500 Å. Since the polishing is for flattening the silicon oxide film, it can be easily performed using a standard polishing liquid based on colloidal silica or the like which is generally used in the art.

【0099】続いて図8(d)に示されているように、
厚さ2000ÅのBCBからなる第3の絶縁膜(エッチ
ングストッパー膜)713を堆積し、さらにその上に、
第4の絶縁膜714、第1のハードマスク715、第2
のハードマスク716を堆積する。
Then, as shown in FIG. 8 (d),
A third insulating film (etching stopper film) 713 made of BCB having a thickness of 2000 Å is deposited, and further thereon.
The fourth insulating film 714, the first hard mask 715, the second
Of hard mask 716 is deposited.

【0100】この時、第1のハードマスク715と第2
のハードマスク716は異なる材料から成る必要があ
り、たとえばSiO2(第2のハードマスク)/BCB
(第1のハードマスク)、SiN/BCB、SiN/S
iO2、SiO2/SiCN、SiN/SiCなど、い
ずれの組み合わせでも良く、好ましくはSiN/SiO
2、SiO2/BCBなどである。また、第1のハード
マスク715はCuのCMPのストッパーとしての機能
も果たすため、配線の低誘電率化を考慮した場合には低
誘電率であることが望ましく、SiO2、BCB、ある
いはその積層構造などにするのが良い。
At this time, the first hard mask 715 and the second hard mask 715
Hard mask 716 must be made of a different material, eg SiO 2 (second hard mask) / BCB.
(First hard mask), SiN / BCB, SiN / S
Any combination of iO2, SiO2 / SiCN, SiN / SiC, etc. may be used, preferably SiN / SiO.
2, SiO2 / BCB, etc. Further, since the first hard mask 715 also functions as a CMP stopper for Cu, it is desirable that the first hard mask 715 has a low dielectric constant in consideration of the low dielectric constant of the wiring, and SiO2, BCB, or a laminated structure thereof. And so on.

【0101】ここでは第4の絶縁膜714は低誘電率絶
縁膜材料からなり、例えば2500ÅのALCAP−S
TMとし、第1のハードマスク膜715は500ÅのS
iO2膜、第2のハードマスク膜716は1000Åの
SiN膜とする。
Here, the fourth insulating film 714 is made of a low dielectric constant insulating film material, for example, 2500 Å ALCAP-S.
TM and the first hard mask film 715 is S of 500Å
The iO 2 film and the second hard mask film 716 are 1000 Å SiN films.

【0102】続いて図8(e)に示されているように、
配線溝パターンをフォトレジスト用いてパターニング
し、フォトレジストをマスクとして、CH2F2/Ar
/O2ガス系などのプラズマを用いてSiNからなる第
2のハードマスク膜716をエッチングする。SiNか
らなる第2のハードマスク膜のエッチング後、酸素アッ
シングプラズマにてフォトレジストを除去する。この
時、第1および第2のハードマスクは酸素プラズマ耐性
の有る材料から形成されているため、酸素アッシングに
よるダメージやハードマスク形状の肩落ちなどによる悪
化は生じない。このようにして配線溝パターン717を
ハードマスク上に形成する。
Then, as shown in FIG. 8 (e),
The wiring groove pattern is patterned using photoresist, and CH2F2 / Ar is used with the photoresist as a mask.
The second hard mask film 716 made of SiN is etched by using plasma such as / O 2 gas system. After etching the second hard mask film made of SiN, the photoresist is removed by oxygen ashing plasma. At this time, since the first and second hard masks are made of a material having oxygen plasma resistance, the deterioration due to damage due to oxygen ashing and the shoulder drop of the hard mask shape does not occur. In this way, the wiring groove pattern 717 is formed on the hard mask.

【0103】続いて図8(f)に示されるように、配線
溝パターン717上にフォトレジスト718を用いてビ
アホールパターン719をパターニングする。必要に応
じて反射防止膜を用いて露光することも良い。
Then, as shown in FIG. 8F, a via hole pattern 719 is patterned on the wiring groove pattern 717 by using a photoresist 718. If necessary, an antireflection film may be used for exposure.

【0104】続いて、ビアホールパターンのエッチング
を行うが、SiN膜716に転写されている配線溝パタ
ーン717とビアホールパターン719にミスアライメ
ントが発生した場合に生じる、ビア径の細りを回避する
ために、まず第1に第2のハードマスク膜716のエッ
チングを行うことが非常に重要である。この時のエッチ
ング条件は例えばCH2F2/Ar/O2からなるガス
系にてエッチングを行う。続いてSiO2からなる第1
のハードマスク膜715のエッチングをC5F8/Ar
/O2にて行う。
Subsequently, the via hole pattern is etched, but in order to avoid the thinning of the via diameter, which occurs when misalignment occurs between the wiring groove pattern 717 transferred to the SiN film 716 and the via hole pattern 719, First of all, it is very important to etch the second hard mask film 716. The etching conditions at this time are, for example, etching using a gas system composed of CH2F2 / Ar / O2. Then the first made of SiO2
Of the hard mask film 715 of C5F8 / Ar
/ O2.

【0105】続いて第2の低誘電率膜714のエッチン
グを行うが、例えば多孔質MSQである場合にはC5F
8/Ar/O2からなるガス系を用いてエッチングする
ことができる。続いて第3の絶縁膜(エッチングストッ
パー)のエッチングを行う。ここではBCBからなるた
めに、N2/H2/CH2F2からなるガス系にてエッ
チングすることができる。
Subsequently, the second low dielectric constant film 714 is etched. For example, in the case of porous MSQ, C5F is used.
It can be etched using a gas system composed of 8 / Ar / O 2. Subsequently, the third insulating film (etching stopper) is etched. Since it is composed of BCB here, it can be etched in a gas system composed of N2 / H2 / CH2F2.

【0106】続いてビアパターニングされたフォトレジ
スト716のアッシングを、N2/H2からなるガス系
にて行う。
Subsequently, the photoresist 716 subjected to the via patterning is ashed by a gas system composed of N2 / H2.

【0107】続いて、図8(g)に示されているよう
に、SiO2膜からなる第1のハードマスク膜715、
および第4の絶縁膜714を連続でエッチングすること
で、第1のハードマスク715および第4の絶縁膜71
4を貫通し、第3の絶縁膜内部にまで達する溝を形成
し、同時に第2の絶縁膜(ビア層間膜)もエッチングす
る。続いて第1の絶縁膜(絶縁性バリア膜)713をエ
ッチングし、デュアルダマシン配線(DDI)配線溝7
20を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8G, a first hard mask film 715 made of a SiO 2 film,
By continuously etching the fourth insulating film 714 and the fourth insulating film 714, the first hard mask 715 and the fourth insulating film 71 are formed.
A groove penetrating 4 and reaching the inside of the third insulating film is formed, and at the same time, the second insulating film (via interlayer film) is also etched. Subsequently, the first insulating film (insulating barrier film) 713 is etched, and the dual damascene wiring (DDI) wiring groove 7 is formed.
Form 20.

【0108】図9(a)に示すように、Ta/TaNの
積層構造からなる例えば300Åの導電性バリアメタル
膜721を堆積後、続いて、図9(b)に示すように、
RFエッチングによってビア底に堆積した導電性バリア
メタル膜を除去する。ここで同時に配線溝底のバリアメ
タルも除去され、導電性バリアメタル膜はビアホール側
壁、および配線溝側壁にのみ残存する。続いて図9
(c)に示すように、デュアルダマシン配線溝へCuを
埋めこみ、研磨を施すことでデュアルダマシン配線72
2を形成する。このようにして、バリアメタル層を介せ
ずに下層配線とビアホールがCu/Cu接続された接続
723を得る。
As shown in FIG. 9A, after depositing a conductive barrier metal film 721 of, for example, 300 Å having a Ta / TaN laminated structure, then, as shown in FIG. 9B,
The conductive barrier metal film deposited on the bottom of the via is removed by RF etching. At the same time, the barrier metal at the bottom of the wiring groove is also removed, and the conductive barrier metal film remains only on the side wall of the via hole and the side wall of the wiring groove. Continuing with FIG.
As shown in (c), the dual damascene wiring 72 is formed by embedding Cu in the dual damascene wiring groove and polishing it.
Form 2. Thus, the connection 723 in which the lower layer wiring and the via hole are Cu / Cu-connected without the barrier metal layer interposed is obtained.

【0109】その後、図9(d)に示すように、前述の
工程を必要な配線層分繰り返すことで、多層配線構造を
得ることができる本発明により、低誘電率の絶縁材料を
用いたデュアルダマシン配線構造が容易に形成できるよ
うになり、配線間容量の低減と、微細配線の加工性制御
を同時に達成することができるようになる。
After that, as shown in FIG. 9D, a multilayer wiring structure can be obtained by repeating the above-mentioned steps for necessary wiring layers. According to the present invention, a dual dielectric material having a low dielectric constant is used. The damascene wiring structure can be easily formed, and it is possible to simultaneously reduce the capacitance between wirings and control the workability of fine wiring.

【0110】また、本発明による配線の構造は多層配線
構造ないにおいて少なくとも一層に使用されていれば良
く、必ずしも全層に用いる必要はない。
Further, the wiring structure according to the present invention does not necessarily have to be used for all layers as long as it is used for at least one layer in a multilayer wiring structure.

【0111】なお、本発明は上記の実施の形態(あるい
は実施例)に限定されず、本発明の技術思想の範囲内に
おいて、実施の形態が適宜変更され得る本発明による実
施形態の半導体集積回路では、有機ならびに空孔を有す
るシリカ系膜を層間膜として例示しているが、同様の構
造を得ることができれば、いかなるプロセスにも限定さ
れずに利用することが可能である。更に、配線層間膜と
なる低誘電率膜はかならずしも単層膜である必要はな
く、別種の多層膜であっても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment (or example), and the semiconductor integrated circuit of the embodiment according to the present invention can be appropriately modified within the scope of the technical idea of the present invention. In the above, a silica-based film having organic and pores is illustrated as an interlayer film, but if a similar structure can be obtained, it can be used without being limited to any process. Further, the low dielectric constant film serving as the wiring interlayer film does not necessarily have to be a single layer film, and may be a different type of multilayer film.

【0112】また、本発明は、ビア部の低誘電率化を達
成し、且つビア層間膜の平坦化を行うことができるた
め、特に配線部へ比誘電率2.5以下の有機ならびに空
孔を有するいわゆる多孔質材料などを用いる、より微細
な多層配線において、精度良く集積回路を形成すること
に非常に有効である。シリコン酸化膜より低い誘電率を
持つ膜としては、有機シリカ系化合物で構成されている
ALCAP(旭化成株式会社の製造する化学物質の商品
名:商標名))が使用されうる。ALCAPTMは、A
dvanced Metallization Conf
erence(AMC)2000・171ページに記述
されているようななどの公知技術を用いて形成すること
が可能である。ポリマーと溶媒を混ぜたシリカゾルの混
合液を得、シリコンウエハ上に室温でスピンオン塗布す
る。その後120−200℃で溶媒を除去しながら、ゾ
ルの反応を起こす。さらに400℃まで加熱することに
より、スペーサーを除去する。このようなプロセスを経
て、ALCAPTM膜が形成される。ALCAPTM膜
の膜厚はスピンスピードとスピンコーティングプロセス
によって決定される。最終的な誘電率は1.7−2.7
程度になる。
Further, according to the present invention, since it is possible to reduce the dielectric constant of the via portion and flatten the via interlayer film, the organic and vacant regions having a relative dielectric constant of 2.5 or less can be provided especially to the wiring portion. It is very effective to form an integrated circuit with high precision in a finer multilayer wiring using a so-called porous material having As the film having a dielectric constant lower than that of the silicon oxide film, ALCAP (trade name of a chemical substance manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) composed of an organic silica compound can be used. ALCAPTM is A
advanced Metallization Conf
It can be formed using a publicly known technique such as that described in the erence (AMC) 2000.171 page. A mixed solution of silica sol in which a polymer and a solvent are mixed is obtained and spin-on coated on a silicon wafer at room temperature. Then, the solvent is removed at 120 to 200 ° C. to cause the reaction of the sol. The spacer is removed by further heating to 400 ° C. The ALCAPTM film is formed through such a process. The thickness of the ALCAP ™ film is determined by the spin speed and spin coating process. Final permittivity is 1.7-2.7
It will be about.

【0113】[0113]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低誘電率膜を層間絶縁膜に用いた多層配線構造におい
て、低誘電率の絶縁材料を用いたデュアルダマシン配線
構造が容易に形成できるようになり、配線間容量の低減
と、配線信頼性の向上と、微細配線の歩留まり向上とを
同時に達成することができるようになる。
As described above, according to the present invention,
In a multi-layer wiring structure using a low dielectric constant film as an interlayer insulating film, a dual damascene wiring structure using a low dielectric constant insulating material can be easily formed, reducing inter-wiring capacitance and improving wiring reliability. In addition, the yield of fine wiring can be improved at the same time.

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

【図1】本発明の実施の形態1を説明するための配線構
造の製造工程順の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a wiring structure for explaining a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図2】本発明の実施の形態2を説明するための配線構
造の製造工程順の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view in order of manufacturing steps of a wiring structure for explaining a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の比較例1を説明するための配線構造の
断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a wiring structure for explaining Comparative Example 1 of the present invention.

【図4】本発明の比較例2を説明するための配線構造の
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a wiring structure for explaining a comparative example 2 of the present invention.

【図5】本発明の比較例3を説明するための配線構造の
断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a wiring structure for explaining a comparative example 3 of the present invention.

【図6】本発明の実施例1を説明するための多層配線構
造の製造工程順の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view in order of the manufacturing steps of the multilayer wiring structure for explaining the first embodiment of the present invention.

【図7】上記工程の続きを説明するための多層配線構造
の製造工程順の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view in the manufacturing process order of the multilayer wiring structure for explaining the continuation of the above process.

【図8】本発明の実施例2を説明するための多層配線構
造の製造工程順の断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view in order of manufacturing steps of a multilayer wiring structure for explaining a second embodiment of the present invention.

【図9】上記工程の続きを説明するための多層配線構造
の製造工程順の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view in the manufacturing process order of the multilayer wiring structure for explaining the continuation of the above process.

【図10】従来の技術を説明するための従来例1での配
線構造の製造工程順の断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view in order of manufacturing steps of a wiring structure in Conventional Example 1 for explaining a conventional technique.

【図11】従来の技術を説明するための従来例2での配
線構造の製造工程順の断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view in order of manufacturing steps of a wiring structure in Conventional Example 2 for explaining a conventional technique.

【図12】上記工程の続きを説明するための従来例2で
の配線構造の製造工程順の断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the wiring structure in Conventional Example 2 in order of manufacturing steps for explaining the continuation of the above steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 下部半導体装置構造 102 コンタクト層間膜 103 プラグ 104 エッチングストッパー膜 105 低誘電率膜 106 バリアメタル 107 Cu 108 第一の絶縁膜 109 第2の絶縁膜 110 第3の絶縁膜 111 第4の絶縁膜 112 デュアルダマシン配線溝 113 導電性バリア膜 114 Cu膜 115 デュアルダマシン配線 101 Lower semiconductor device structure 102 Contact interlayer film 103 plug 104 Etching stopper film 105 Low dielectric constant film 106 barrier metal 107 Cu 108 First insulating film 109 second insulating film 110 Third insulating film 111 Fourth insulating film 112 dual damascene wiring groove 113 conductive barrier film 114 Cu film 115 dual damascene wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 肱岡 健一郎 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 大竹 浩人 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 林 喜宏 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 5F033 HH03 HH11 HH18 HH19 HH21 HH32 HH33 HH34 JJ03 JJ11 JJ18 JJ19 JJ21 JJ32 JJ33 JJ34 KK03 KK07 KK08 KK11 KK14 KK15 KK18 KK19 KK21 KK32 MM01 MM02 MM10 MM12 MM13 NN05 NN06 NN07 QQ02 QQ08 QQ09 QQ10 QQ25 QQ28 QQ37 QQ48 RR01 RR03 RR05 RR06 RR21 RR23 RR24 RR29 SS15 SS22 TT02 TT03 TT04 XX01 XX15 XX24 XX28    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kenichiro Tateoka             5-7 Shiba 5-1, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation             Inside the company (72) Inventor Hiroto Otake             5-7 Shiba 5-1, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation             Inside the company (72) Inventor Yoshihiro Hayashi             5-7 Shiba 5-1, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation             Inside the company F term (reference) 5F033 HH03 HH11 HH18 HH19 HH21                       HH32 HH33 HH34 JJ03 JJ11                       JJ18 JJ19 JJ21 JJ32 JJ33                       JJ34 KK03 KK07 KK08 KK11                       KK14 KK15 KK18 KK19 KK21                       KK32 MM01 MM02 MM10 MM12                       MM13 NN05 NN06 NN07 QQ02                       QQ08 QQ09 QQ10 QQ25 QQ28                       QQ37 QQ48 RR01 RR03 RR05                       RR06 RR21 RR23 RR24 RR29                       SS15 SS22 TT02 TT03 TT04                       XX01 XX15 XX24 XX28

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上の絶縁膜に形成される多層
配線の構造において、下層導電材料と直接接する第1の
絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に設けられ、下層配線の
凹凸に依存しない平坦な第2の絶縁膜と、前記第2の絶
縁膜上に設けられる低誘電率の応力緩和層である第3の
絶縁膜とから形成されるビア絶縁膜に形成されたビアホ
ールと、第3の絶縁膜上に形成された第4の絶縁膜を貫
通して前記第3の絶縁膜内部にまで達する配線溝が形成
され、該配線溝と該ビアホールとに導電材料が埋めこま
れていることを特徴とする配線構造。
1. In a structure of a multi-layer wiring formed on an insulating film on a semiconductor substrate, a first insulating film that is in direct contact with a lower conductive material, and unevenness of the lower wiring provided on the first insulating film. A via hole formed in a via insulating film formed of a flat independent second insulating film and a third insulating film which is a stress relaxation layer having a low dielectric constant provided on the second insulating film; A wiring groove that penetrates the fourth insulating film formed on the third insulating film and reaches the inside of the third insulating film is formed, and a conductive material is embedded in the wiring groove and the via hole. Wiring structure characterized by
【請求項2】 前記第4の絶縁膜上に第5の絶縁膜が形
成され、前記第4の絶縁膜と前記第5の絶縁膜を貫通
し、前記第3の絶縁膜内部にまで達する溝が形成され、
その溝の内部に導電材料が埋めこまれることを特徴とす
る請求項1に記載の配線構造。
2. A groove in which a fifth insulating film is formed on the fourth insulating film, the groove penetrating the fourth insulating film and the fifth insulating film and reaching the inside of the third insulating film. Is formed,
The wiring structure according to claim 1, wherein a conductive material is embedded in the groove.
【請求項3】 第3の絶縁膜の比誘電率が、第2の絶縁
膜の比誘電率より小さく、且つ前記第4の絶縁膜の比誘
電率より大きいことを特徴とする請求項1または請求項
2に記載の配線構造。
3. The relative dielectric constant of the third insulating film is smaller than the relative dielectric constant of the second insulating film and larger than the relative dielectric constant of the fourth insulating film. The wiring structure according to claim 2.
【請求項4】 第3の絶縁膜の厚みが、上層配線の最小
配線間隔以上の厚さであることを特徴とする請求項1、
請求項2または請求項3に記載の配線構造。
4. The thickness of the third insulating film is equal to or more than the minimum wiring interval of the upper layer wiring.
The wiring structure according to claim 2 or 3.
【請求項5】 Cuを導電材の主成分とした下層配線と
ビアホールの接続部において、Cu以外の金属を主成分
とした界面層を有せず、かつ前記第3の絶縁膜が対Cu
拡散耐性を有することを特徴とする請求項1に記載の配
線構造。
5. The connecting portion between the lower layer wiring containing Cu as a main component of the conductive material and the via hole does not have an interface layer containing a metal other than Cu as a main component, and the third insulating film has a function of Cu against Cu.
The wiring structure according to claim 1, which has diffusion resistance.
JP2002107862A 2002-04-10 2002-04-10 Wiring structure using insulating film structure between laminated layers and manufacturing method therefor Pending JP2003303880A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002107862A JP2003303880A (en) 2002-04-10 2002-04-10 Wiring structure using insulating film structure between laminated layers and manufacturing method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002107862A JP2003303880A (en) 2002-04-10 2002-04-10 Wiring structure using insulating film structure between laminated layers and manufacturing method therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003303880A true JP2003303880A (en) 2003-10-24
JP2003303880A5 JP2003303880A5 (en) 2005-09-15

Family

ID=29391778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002107862A Pending JP2003303880A (en) 2002-04-10 2002-04-10 Wiring structure using insulating film structure between laminated layers and manufacturing method therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003303880A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005159324A (en) * 2003-10-28 2005-06-16 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Wiring board, semiconductor device, and their manufacturing methods
JP2005217371A (en) * 2004-02-02 2005-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2007049089A (en) * 2005-08-12 2007-02-22 Nec Electronics Corp Semiconductor device and method for manufacturing same
EP1760774A1 (en) * 2004-05-21 2007-03-07 JSR Corporation Laminated body and semiconductor device
JP2007508698A (en) * 2003-10-08 2007-04-05 ラム リサーチ コーポレーション Dinitrogen monoxide exfoliation method for organosilicate glass
JP2007175902A (en) * 2005-12-27 2007-07-12 Fuji Xerox Co Ltd Liquid droplet delivering head, method for manufacturing the same and liquid droplet delivering device
US7459786B2 (en) 2004-06-18 2008-12-02 Renesas Technology Corp. Semiconductor device
JP2011065173A (en) * 2006-11-27 2011-03-31 Lg Display Co Ltd Method for manufacturing flexible display device
US8263983B2 (en) 2003-10-28 2012-09-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wiring substrate and semiconductor device
WO2013132749A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 東京エレクトロン株式会社 Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, and semiconductor manufacturing apparatus

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007508698A (en) * 2003-10-08 2007-04-05 ラム リサーチ コーポレーション Dinitrogen monoxide exfoliation method for organosilicate glass
JP2005159324A (en) * 2003-10-28 2005-06-16 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Wiring board, semiconductor device, and their manufacturing methods
US9237657B2 (en) 2003-10-28 2016-01-12 Semiconductor Energy Laboratory Co. Ltd. Wiring substrate, semiconductor device, and method for manufacturing thereof
US8263983B2 (en) 2003-10-28 2012-09-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Wiring substrate and semiconductor device
JP2005217371A (en) * 2004-02-02 2005-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and method of manufacturing the same
EP1760774A4 (en) * 2004-05-21 2011-08-03 Jsr Corp Laminated body and semiconductor device
EP1760774A1 (en) * 2004-05-21 2007-03-07 JSR Corporation Laminated body and semiconductor device
US7459786B2 (en) 2004-06-18 2008-12-02 Renesas Technology Corp. Semiconductor device
JP2007049089A (en) * 2005-08-12 2007-02-22 Nec Electronics Corp Semiconductor device and method for manufacturing same
JP2007175902A (en) * 2005-12-27 2007-07-12 Fuji Xerox Co Ltd Liquid droplet delivering head, method for manufacturing the same and liquid droplet delivering device
JP2011065173A (en) * 2006-11-27 2011-03-31 Lg Display Co Ltd Method for manufacturing flexible display device
US8257129B2 (en) 2006-11-27 2012-09-04 Lg Display Co., Ltd. Method for manufacturing flexible display device having an insulative overcoat and flexible display device having the same
US8258694B2 (en) 2006-11-27 2012-09-04 Lg Display Co., Ltd. Method for manufacturing flexible display device having an insulative overcoat and flexible display device having the same
WO2013132749A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 東京エレクトロン株式会社 Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, and semiconductor manufacturing apparatus
JP2013187350A (en) * 2012-03-08 2013-09-19 Tokyo Electron Ltd Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus
TWI670821B (en) * 2012-03-08 2019-09-01 日商東京威力科創股份有限公司 Semiconductor device, method of manufacturing semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6297554B1 (en) Dual damascene interconnect structure with reduced parasitic capacitance
US7304386B2 (en) Semiconductor device having a multilayer wiring structure
US6265321B1 (en) Air bridge process for forming air gaps
US6475929B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor structure with treatment to sacrificial stop layer producing diffusion to an adjacent low-k dielectric layer lowering the constant
US7015133B2 (en) Dual damascene structure formed of low-k dielectric materials
US5880026A (en) Method for air gap formation by plasma treatment of aluminum interconnects
JP3193335B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US6445072B1 (en) Deliberate void in innerlayer dielectric gapfill to reduce dielectric constant
US6495448B1 (en) Dual damascene process
JP2000091422A (en) Manufacture of multilayer wiring structure
JP5400355B2 (en) Semiconductor device
JP2003258090A (en) Method for manufacturing semiconductor device
US6774031B2 (en) Method of forming dual-damascene structure
US7466027B2 (en) Interconnect structures with surfaces roughness improving liner and methods for fabricating the same
US5880030A (en) Unlanded via structure and method for making same
US7488687B2 (en) Methods of forming electrical interconnect structures using polymer residues to increase etching selectivity through dielectric layers
JP2003303880A (en) Wiring structure using insulating film structure between laminated layers and manufacturing method therefor
KR20010019643A (en) Method for manufacturing multilevel metal interconnections having low dielectric constant insulator
US7351653B2 (en) Method for damascene process
US6162722A (en) Unlanded via process
US6413438B1 (en) Method of forming via hole by dry etching
US6524944B1 (en) Low k ILD process by removable ILD
US6794298B2 (en) CF4+H2O plasma ashing for reduction of contact/via resistance
JP2000223490A (en) Manufacture of semiconductor device
KR20040101008A (en) Manufacturing method for semiconductor apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050328

A621 Written request for application examination

Effective date: 20050328

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

RD01 Notification of change of attorney

Effective date: 20050328

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20061218

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20061226

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

RD01 Notification of change of attorney

Effective date: 20070115

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

A521 Written amendment

Effective date: 20070223

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070410