JP2004172336A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、詳しくは例えばダマシン法、デュアルダマシン法のような溝配線技術を用いて多層配線を形成するのに好適な半導体装置の製造方法およびその製造方法により製造された半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
銅(Cu)配線はアルミニウム(Al)系合金配線より低抵抗・低容量・高信頼性を与えることから、配線の寄生抵抗・寄生容量による回路遅延が支配的になる微細素子において重要性を増してきた。一般には銅はアルミニウム系合金と異なりドライエッチングが容易ではないため、銅配線を形成するには、例えばダマシン法のような溝配線技術が広く用いられている。溝配線技術とは、例えば酸化シリコン(SiO2 )膜などの層間絶縁膜に予め所定の配線を形成するための溝を形成し、その溝に配線材料を埋め込み、その後余剰配線材料を化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法などにより除去することにより形成される配線形成プロセスである。
【0003】
さらには、接続孔(ヴィアホール)と配線部分(トレンチ)を形成した後、一括して配線材料を埋め込み、余剰配線材料を除去する、いわゆるデュアルダマシン法と呼ばれる溝配線技術も提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この溝配線技術は、工程数、製造コストの削減に有効である。
【0004】
銅配線は一般に多層化されて用いられるが、CMP直後の銅表面には層間絶縁膜に対する拡散防止としてのバリアメタルが存在しないため、上層配線を形成する前に、銅の拡散防止層として機能するキャップ膜を全面に成膜する。銅は150℃の低温で、酸素を含有する雰囲気中で容易に酸化されるため、上記キャップ膜には、通常、酸素を含まない窒化シリコン膜(SiN)や、炭化シリコン膜(SiC)が用いられている。
【0005】
しかしながら、窒化シリコンや炭化シリコンは酸化シリコンよりも比誘電率が大きいため、配線の主材料に銅を使用して配線抵抗を下げているにもかかわらず半導体装置の実効的な誘電率は逆に上がってしまい、全体として配線のRC遅延(抵抗遅延と容量遅延)に対して大きな改善は見込めない。そこで、RC遅延に不利な窒化シリコン膜や炭化シリコン膜からなるキャップ膜を使わず、RC遅延に有利な方法として、CMP後の銅表面をコバルトタングステンリン(CoWP)で選択的に被覆する方法が用いられている。銅表面に選択的にCoWP膜を形成する方法として、無電解めっき法があり、銅表面を触媒としてCoWPを形成する方法が知られている。また、銅表面をパラジウム(Pd)置換めっきし、置換されたパラジウムを触媒核として無電解めっきを行う方法も知られている。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−45887号公報(第3頁、図1)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、キャップ膜としてのCoWP膜は銅の拡散防止層としては機能するものの、耐酸化性に乏しく、ある程度の膜厚を成膜する必要があり、そのため、配線抵抗が上がってしまい、全体としての配線遅延が逆に悪化してしまう。あるいは配線抵抗の上昇を抑え、さらには、耐酸化性・耐フッ酸性を改善するべくCoWP成膜後に炭化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁膜からなるキャップ膜を薄く形成するといった提案もある。しかしながら、炭化シリコン、窒化シリコンといった誘電率の高い絶縁膜を使用することに変わりは無いため、配線遅延は悪化するといった問題が残る。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体装置の製造方法および半導体装置である。
【0009】
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜に埋め込まれた銅もしくは銅合金からなる配線の表面のみに酸化銅膜を形成する工程と、前記酸化銅膜を除去する工程と、前記酸化銅膜を除去した領域のみに銅の拡散を防止するキャップ膜を形成する工程とを備えている。
【0010】
上記半導体装置の製造方法では、配線の表面のみに酸化銅膜を形成し、その酸化銅膜のみを除去した後、その除去部分のみに銅の拡散を防止するキャップ膜を形成することから、必要最小限の部分のみにキャップ膜を形成することができる。このため、配線間容量を大幅に上昇させることなく、また配線抵抗を大幅に上昇させることなく、キャップ膜に耐酸化性・耐フッ酸性があり、銅の拡散防止機能にも優れた炭化シリコンや窒化シリコンを用いることが可能になる。したがって、全面にキャップ膜を形成する場合と比較して、銅配線構造においてRC遅延の大きな原因の一つとなっていた銅の拡散を防止するキャップ膜の容量が低減され、半導体装置の全体の実効誘電率が低減される。
【0011】
本発明の半導体装置は、絶縁膜に埋め込まれた銅もしくは銅合金からなる配線の表面のみに酸化銅膜を形成した後に該酸化銅膜を除去した領域のみに銅の拡散を防止するキャップ膜を備えたものである。
【0012】
上記半導体装置では、絶縁膜に埋め込まれた銅もしくは銅合金からなる配線の表面のみに酸化銅膜を形成した後に該酸化銅膜を除去した領域のみに銅の拡散を防止するキャップ膜を備えたことから、必要最小限の部分のみにキャップ膜が形成されている。このため、配線間容量を大幅に上昇させることなく、また配線抵抗を大幅に上昇させることなく、キャップ膜に耐酸化性・耐フッ酸性があり、銅の拡散防止機能にも優れた炭化シリコンや窒化シリコンを用いることが可能になる。したがって、従来の半導体装置のように配線上のみならず層間絶縁膜上にもわたってキャップ膜が形成されている構造と比較して、銅配線構造においてRC遅延の大きな原因の一つとなっていた銅の拡散を防止するキャップ膜の容量が低減され、半導体装置の全体の実効誘電率が低減される。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を、図1の概略構成断面図によって説明する。
【0014】
図1の(1)に示すように、例えばデバイスが形成された基体11上に酸化シリコン(SiO2 )からなる層間絶縁膜12を形成する。次いで、通常の溝配線を形成する技術によって、上記層間絶縁膜12に溝13を形成し、その溝13内に、例えば窒化タンタル(TaN)膜で形成されるバリア層14を介してと銅(Cu)からなる配線15を形成する。上記基体11とは、例えば、トランジスタなどのデバイスが作製された基板をいう。なお、図においてデバイスは図示せず、基体11の一つの層として取り扱う。
【0015】
次に、図1の(2)に示すように、上記配線15の表面のみを酸化して、配線15上に酸化銅膜21を形成する。例えば、露出された上記配線15表面を酸素プラズマ雰囲気に曝して、上記配線15の表面のみを酸化し、配線15上に酸化銅膜21を形成する。このときの銅の酸化速度は、特に限定するものではないが、酸化銅膜21の均一性を良くするため、および酸化銅膜21の剥離を抑制するために、好ましくは20nm/min以下のレートで酸化するのがよい。酸化銅膜21は、後に実施するキャップ膜の平坦化工程の精度が許す限り薄くすることができるが、キャップ膜には銅の拡散を防止する機能を有することが必要なため、5nm以上の膜厚が必要となる。一方、酸化銅膜21は、その除去精度や、配線容量を低減させるという効果を低下させないようにするため、50nm以下の膜厚に形成されることが望ましい。したがって、上記酸化銅膜21は、望ましくは、5nm以上50nm以下の膜厚に形成される。
【0016】
次いで図1の(3)に示すように、例えば10%シュウ酸を用いたウエットエッチングによって、上記層間絶縁膜12および配線15、バリア層14に対して選択的に上記酸化銅膜21をエッチングし、上記配線15上の酸化銅膜21を完全に除去する。ここで酸化銅膜21を除去するエッチング液としては、10%シュウ酸に限定するものではなく、例えば10%塩酸・10%H2 O2 水溶液、10%硝酸水溶液、10%硝酸・10%H2 O2 水溶液でも問題ない。なお、エッチング精度を考慮する場合には、10%シュウ酸、10%塩酸、10%硝酸のような単独液のほうが好ましい。また、上記各エッチング液の濃度は10%に限定されることはなく、適宜、選択することができる。上記ウエットエッチングの結果、配線15上に溝22が形成される。
【0017】
上記ウエットエッチング後の後処理(例えば洗浄)を施した後、図1の(4)に示すように、上記酸化銅膜21(前記図1の(3)参照)を除去して形成された溝22を埋め込むように、層間絶縁膜12上に銅配線のキャップ膜31を例えばSiN膜で形成する。このときキャップ膜31は、上記溝22の深さ(すなわち酸化銅膜21の膜厚に相当)よりも厚く形成する必要がある。さらに次工程の平坦化プロセス後に、上記溝22内にキャップ膜31を5nm以上の厚さに残すことができれば、キャップ膜31の膜厚に上限はないが、成膜あるいは平坦化に要する処理時間・コストを考慮して、100nm以下の膜厚とすることが好ましい。
【0018】
その後、上記層間絶縁膜12上の余剰なキャップ膜31を例えば化学的機械研磨(以下CMPという、CMPはChemical Mechanical Polishingの略)により除去する。ここでのキャップ膜31の研磨量は特に限定するものではないが、配線15の銅が層間絶縁膜12に拡散するのを防止するために、配線15上にキャップ膜31を5nm以上の厚さに残す必要がある。したがって、配線15上には、キャップ膜31が溝22の深さに対応して、5nm以上50nm以下の厚さに形成される。このようにして、図1の(5)に示すように、配線15上に選択的に銅の拡散を防止するキャップ膜31を形成した第1層目の配線形成が終了する。
【0019】
その後は、図示はしないが、次層の層間絶縁膜を例えば酸化シリコン(SiO2 )膜で形成し、例えば特願平10−143914号公報に開示されている、いわゆるデュアルダマシン法(溝配線とこの溝配線下部に接続されるプラグとを同時形成する配線形成方法)により、銅配線の形成を必要な層数だけ、上記図1によって説明した工程を繰り返せばよい。
【0020】
上記実施の形態において、酸化銅膜21の形成は、以下のように行ってもよい。すなわち、例えば、配線15の表面を過酸化水素(H2 O2 )水溶液に接触させて、配線15表面に酸化銅膜15を形成する。このときの過酸化水素水溶液の濃度は、酸化銅膜21の均一性を良くするため、および酸化銅膜21の剥離を抑制するために、好ましくは20nm/min以下のレートで銅が酸化される濃度に設定されるのがよい。
【0021】
このように、過酸化水素水溶液を用いた酸化の場合にも、酸化銅膜21は、銅の拡散を防止する機能を有するキャップ膜を形成するために5nm以上の膜厚が必要となり、また、酸化銅膜21の除去精度や、配線容量を低減させるという効果を低下させないようにするため、50nm以下の膜厚に形成されることが望ましい。したがって、上記酸化銅膜21は、望ましくは、5nm以上50nm以下の膜厚に形成される。なお、銅の配線15表面を酸化させるのに用いる薬液は過酸化水素水溶液に限定するものではなく、上記銅の酸化レート、酸化銅膜21の膜厚を満たす物であればいかなる薬液(濃度も含む)であっても適用できる。
【0022】
また、層間絶縁膜12とキャップ膜31との組み合わせは、上記実施の形態で説明したように、それぞれ酸化シリコン(SiO2 )、窒化シリコン(SiN)に限定することはなく、層間絶縁膜12にはフッ素添加シリコン酸化膜(FSG)、ハイドロゲンシルセキオサン(HSQ)、シリコン炭化酸化膜(SiOC)、ポリアリルエーテル(PAE)等のいわゆる低誘電率絶縁膜を用いた層間絶縁膜に対して適用でき、キャップ膜31には窒化シリコン、炭化シリコンのような一般的に銅の化学的機械研磨後に用いる銅の拡散あるいは酸化防止を目的とした酸素を含まない絶縁膜であれば全て適用できる。ただし、上記層間絶縁膜12には、酸化銅膜21をウエットエッチングにより除去するときに用いる薬液に対して耐性をもつものを採用することが必要である。
【0023】
本半導体装置の製造方法は、配線15の表面のみに酸化銅膜21を形成し、その酸化銅膜21のみを除去した後、その除去部分のみに銅の拡散を防止するキャップ膜31を形成することから、必要最小限の部分のみにキャップ膜31を形成することができる。このため、配線間容量を大幅に上昇させることなく、また配線抵抗を大幅に上昇させることなく、キャップ膜31に耐酸化性・耐フッ酸性があり、銅の拡散防止機能にも優れた炭化シリコンや窒化シリコンを用いることが可能になる。したがって、全面にキャップ膜を形成する従来技術の場合と比較して、銅配線構造においてRC遅延の大きな原因の一つとなっていた銅の拡散を防止するキャップ膜31の容量が低減され、半導体装置の全体の実効誘電率が低減される。
【0024】
次に、本発明の半導体装置に係る一実施の形態を、図2の概略構成断面図によって説明する。ここで説明する半導体装置は、上記図1によって説明した製造方法により形成されたものである。
【0025】
図2に示すように、例えばデバイスが形成された基体11上に酸化シリコン(SiO2 )からなる層間絶縁膜12が形成されている。この層間絶縁膜12には、通常の溝配線を形成する技術によって、溝13が形成され、その溝13内には例えば窒化タンタル(TaN)膜で形成されるバリア層14を介してと銅(Cu)からなる配線15が形成されている。ここでは、上記基体11は、例えばトランジスタなどのデバイスが作製された基板をいう。なお、図においてデバイスは図示せず、基体11の一つの層として取り扱う。
【0026】
上記配線15上には、配線15の表面のみを、例えば酸素プラズマに曝すことによって酸化して酸化銅膜を形成した後、その酸化銅膜を除去し、その除去した部分のみに銅の拡散を防止するキャップ膜31が、例えば炭化シリコンもしくは窒化シリコンもしくは窒化炭化シリコンで形成されている。上記酸化銅膜の形成方法は、酸素プラズマを用いる方法に限定されることはなく、例えば過酸化水素水溶液等の酸化剤を用いた酸化により形成することもできる。上記キャップ膜31は、銅の拡散を防止する機能を有することが必要なため、5nm以上の膜厚が必要となり、また、配線容量を低減させるという効果を低下させないようにするため、50nm以下の膜厚に形成されることが望ましい。そのため、上記酸化銅膜は、5nm以上50nm以下に形成される。
【0027】
また、上記キャップ膜31は層間絶縁膜12表面と同一平面になるように形成され、平坦化がなされている。このように、配線15上に選択的に銅の拡散を防止するキャップ膜31を形成された第1層目の配線が形成されている。
【0028】
さらに、層間絶縁膜12上にはキャップ膜31を覆うように層間絶縁膜42が、例えば酸化シリコン(SiO2 )膜で形成されている。上記層間絶縁膜42には、配線45と、この配線45と上記キャップ膜31を貫通して配線15とを接続するプラグ46とが、例えばいわゆるデュアルダマシン法(溝配線とこの溝配線下部に接続されるプラグとを同時形成する配線形成方法)により形成されている。この配線45およびプラグ46は、上記配線15と同様に、配線溝43および接続孔44内に銅の拡散を防止するバリア層47を介して銅もしくは銅合金で形成されている。そして配線45も上記配線15と同様に、配線45上部には、配線45の上部を酸化させて酸化銅膜を形成し、その酸化銅膜を選択的に除去した領域にのみ、炭化シリコン、窒化シリコン、もしくは窒化炭化シリコンのような酸素を含まない銅の拡散を防止し、かつ銅の酸化を防止するキャップ膜61が形成されている。
【0029】
また、層間絶縁膜42とキャップ膜61との組み合わせは、上記説明した層間絶縁膜12とキャップ膜31との組み合わせ同様に、それぞれ酸化シリコン(SiO2 )、窒化シリコン(SiN)に限定されることはなく、層間絶縁膜42にはフッ素添加シリコン酸化膜(FSG)、ハイドロゲンシルセキオサン(HSQ)、シリコン炭化酸化膜(SiOC)、ポリアリルエーテル(PAE)等のいわゆる低誘電率絶縁膜を用いることができ、キャップ膜31には窒化シリコン、炭化シリコンのような一般的に銅の化学的機械研磨後に用いる銅の拡散、酸化防止を目的とした酸素を含まない絶縁膜を用いることができる。
【0030】
本半導体装置は、層間絶縁膜12、42に埋め込まれた銅もしくは銅合金からなる配線15、45の表面のみに酸化銅膜を形成した後に該酸化銅膜を除去した領域のみに銅の拡散を防止するキャップ膜31、61を備えたことから、必要最小限の部分のみにキャップ膜31、61が形成されている。このため、配線間容量を大幅に上昇させることなく、また配線抵抗を大幅に上昇させることなく、キャップ膜31、61に耐酸化性・耐フッ酸性があり、銅の拡散防止機能にも優れた炭化シリコン、窒化シリコン、炭化窒化シリコン等の材料を用いることが可能になる。したがって、従来の半導体装置のように配線上のみならず層間絶縁膜上にもわたってキャップ膜が形成されている構造と比較して、銅配線構造においてRC遅延の大きな原因の一つとなっていた銅の拡散を防止するキャップ膜の容量が低減され、半導体装置の全体の実効誘電率が低減される。
【0031】
上記図2により説明した実施の形態では、2層構造の配線を示したが、1層の配線にも本願発明の構成を適用することはでき、また3層以上の多層配線にも本願発明の構成を適用することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の半導体装置の製造方法によれば、配線上の必要最小限の部分のみにキャップ膜を形成することができるため、配線間容量を大幅に上昇させることなく、また配線抵抗を大幅に上昇させることなく、キャップ膜に耐酸化性・耐フッ酸性があり、銅の拡散防止機能にも優れた炭化シリコンや窒化シリコンを用いることが可能になる。したがって、全面にキャップ膜を形成する従来の技術と比較して、銅配線構造においてRC遅延の大きな原因の一つとなっていた銅の拡散を防止するキャップ膜の容量を低減することができ、半導体装置の全体の実効誘電率を低減することができる。よって、高性能の多層配線を有する半導体装置製造が可能になる。
【0033】
本発明の半導体装置によれば、本発明の半導体装置の製造方法により形成されることから、配線上の必要最小限の部分のみにキャップ膜が形成されているので、配線間容量を大幅に上昇させることなく、また配線抵抗を大幅に上昇させることなく、キャップ膜に耐酸化性・耐フッ酸性があり、銅の拡散防止機能にも優れた炭化シリコンや窒化シリコンを用いることができる。このため、全面にキャップ膜を形成する従来の技術と比較して、銅配線構造においてRC遅延の大きな原因の一つとなっていた銅の拡散を防止するキャップ膜の容量を低減することができ、半導体装置の全体の実効誘電率を低減することができる。よって、高性能の多層配線を有する半導体装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図2】本発明の半導体装置に係る一実施の形態を示す概略構成断面図である。
【符号の説明】
12…層間絶縁膜、15…配線、21…酸化銅膜、31…キャップ膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device suitable for forming a multilayer wiring by using a trench wiring technique such as a damascene method and a dual damascene method, and a method of manufacturing the same. And a semiconductor device manufactured by the same.
[0002]
[Prior art]
Copper (Cu) wiring provides lower resistance, lower capacitance, and higher reliability than aluminum (Al) alloy wiring, and thus is becoming increasingly important in microelements in which circuit delay due to wiring parasitic resistance and parasitic capacitance is dominant. Have been. Generally, copper is not easy to dry-etch unlike aluminum-based alloys, and therefore, a trench wiring technique such as a damascene method is widely used to form copper wiring. The groove wiring technique is to form a groove for forming a predetermined wiring in an interlayer insulating film such as a silicon oxide (SiO 2 ) film in advance, bury a wiring material in the groove, and then perform a chemical mechanical polishing of the surplus wiring material. This is a wiring forming process formed by removing by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like.
[0003]
Further, a trench wiring technique called a dual damascene method has been proposed in which after forming a connection hole (via hole) and a wiring portion (trench), a wiring material is buried in a lump and excess wiring material is removed. For example, see
[0004]
Copper wiring is generally used in a multilayered form, but since there is no barrier metal on the copper surface immediately after CMP for preventing diffusion to the interlayer insulating film, it functions as a copper diffusion preventing layer before forming an upper wiring. A cap film is formed on the entire surface. Since copper is easily oxidized at a low temperature of 150 ° C. in an atmosphere containing oxygen, a silicon nitride film (SiN) containing no oxygen or a silicon carbide film (SiC) is usually used as the cap film. Have been.
[0005]
However, since silicon nitride and silicon carbide have a higher dielectric constant than silicon oxide, the effective dielectric constant of a semiconductor device is opposite despite the fact that copper is used as the main material of the wiring to lower the wiring resistance. As a whole, a large improvement in the RC delay (resistance delay and capacitance delay) of the wiring cannot be expected. Therefore, as a method that is advantageous for RC delay without using a cap film made of a silicon nitride film or a silicon carbide film that is disadvantageous for RC delay, a method of selectively covering the copper surface after CMP with cobalt tungsten phosphorus (CoWP) is available. Used. As a method for selectively forming a CoWP film on a copper surface, there is an electroless plating method, and a method for forming CoWP using a copper surface as a catalyst is known. There is also known a method in which a copper surface is subjected to palladium (Pd) substitution plating, and electroless plating is performed using the substituted palladium as a catalyst core.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-45887 (
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the CoWP film as the cap film functions as a copper diffusion preventing layer, it has poor oxidation resistance and needs to be formed to a certain thickness, so that the wiring resistance is increased and the overall resistance is increased. On the contrary, the wiring delay worsens. Alternatively, there is a proposal that a cap film made of an insulating film such as silicon carbide or silicon nitride is formed thinly after CoWP is formed in order to suppress an increase in wiring resistance and further improve oxidation resistance and hydrofluoric acid resistance. However, the use of an insulating film having a high dielectric constant, such as silicon carbide or silicon nitride, remains the same, so that the problem that the wiring delay deteriorates remains.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device which have been made to solve the above problems.
[0009]
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a copper oxide film only on the surface of a wiring made of copper or a copper alloy embedded in an insulating film, a step of removing the copper oxide film, and a step of removing the copper oxide film. Forming a cap film for preventing the diffusion of copper only in the region from which copper has been removed.
[0010]
In the method of manufacturing a semiconductor device, a copper oxide film is formed only on the surface of the wiring, and after removing only the copper oxide film, a cap film for preventing diffusion of copper is formed only on the removed portion. The cap film can be formed only on the minimum part. Therefore, the cap film has oxidation resistance and hydrofluoric acid resistance without significantly increasing the capacitance between wirings and without significantly increasing wiring resistance. It becomes possible to use silicon nitride. Therefore, as compared with the case where a cap film is formed on the entire surface, the capacity of the cap film for preventing the diffusion of copper, which has been one of the major causes of RC delay in the copper wiring structure, is reduced, and the effective efficiency of the entire semiconductor device is reduced. The dielectric constant is reduced.
[0011]
The semiconductor device of the present invention has a cap film for preventing copper diffusion only in a region where the copper oxide film is removed after forming a copper oxide film only on the surface of the wiring made of copper or copper alloy embedded in the insulating film. It is provided.
[0012]
In the above-described semiconductor device, a copper oxide film is formed only on the surface of the wiring made of copper or copper alloy embedded in the insulating film, and then a cap film for preventing diffusion of copper only in a region where the copper oxide film is removed is provided. For this reason, the cap film is formed only on the minimum necessary portion. Therefore, the cap film has oxidation resistance and hydrofluoric acid resistance without significantly increasing the capacitance between wirings and without significantly increasing wiring resistance. It becomes possible to use silicon nitride. Therefore, as compared with the structure in which the cap film is formed not only on the wiring but also on the interlayer insulating film as in the conventional semiconductor device, it is one of the major causes of the RC delay in the copper wiring structure. The capacity of the cap film for preventing the diffusion of copper is reduced, and the effective dielectric constant of the entire semiconductor device is reduced.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG.
[0014]
As shown in FIG. 1A, for example, an
[0015]
Next, as shown in FIG. 1B, only the surface of the
[0016]
Next, as shown in FIG. 1C, the copper oxide film 21 is selectively etched with respect to the
[0017]
After performing post-processing (for example, cleaning) after the wet etching, as shown in FIG. 1D, a groove formed by removing the copper oxide film 21 (see FIG. 1C). A
[0018]
After that, the
[0019]
Thereafter, although not shown, the next interlayer insulating film is formed of, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film, and the so-called dual damascene method disclosed in Japanese Patent Application No. 10-143914 (for example, a trench wiring). By the wiring forming method for simultaneously forming plugs connected to the lower part of the trench wiring, the steps described with reference to FIG. 1 may be repeated by the number of layers required for forming the copper wiring.
[0020]
In the above embodiment, the formation of the copper oxide film 21 may be performed as follows. That is, for example, the surface of the
[0021]
Thus, even in the case of oxidation using an aqueous hydrogen peroxide solution, the copper oxide film 21 needs to have a thickness of 5 nm or more in order to form a cap film having a function of preventing diffusion of copper. In order not to reduce the removal accuracy of the copper oxide film 21 and the effect of reducing the wiring capacitance, it is desirable that the thickness be 50 nm or less. Therefore, the copper oxide film 21 is desirably formed to a thickness of 5 nm or more and 50 nm or less. The chemical solution used to oxidize the surface of the
[0022]
Further, the combination of the
[0023]
In the method of manufacturing the semiconductor device, the copper oxide film 21 is formed only on the surface of the
[0024]
Next, an embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the schematic configuration sectional view of FIG. The semiconductor device described here is formed by the manufacturing method described with reference to FIG.
[0025]
As shown in FIG. 2, for example, an
[0026]
On the
[0027]
The
[0028]
Furthermore, an
[0029]
Further, the combination of the
[0030]
In the present semiconductor device, a copper oxide film is formed only on the surfaces of the
[0031]
In the embodiment described with reference to FIG. 2, the wiring of the two-layer structure is shown. However, the structure of the present invention can be applied to a single-layer wiring, and the present invention can be applied to a multilayer wiring of three or more layers. Configuration can be applied.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the cap film can be formed only on the minimum necessary portion on the wiring, the inter-wiring capacitance is not significantly increased, and It is possible to use silicon carbide or silicon nitride, which has an oxidation resistance and a hydrofluoric acid resistance, and is also excellent in a copper diffusion preventing function, without significantly increasing the wiring resistance. Therefore, compared to the conventional technique of forming a cap film on the entire surface, the capacity of the cap film for preventing the diffusion of copper, which has been one of the major causes of RC delay in the copper wiring structure, can be reduced. The overall effective permittivity of the device can be reduced. Therefore, it becomes possible to manufacture a semiconductor device having high-performance multilayer wiring.
[0033]
According to the semiconductor device of the present invention, since the cap film is formed only on the minimum necessary portion on the wiring since the semiconductor device is formed by the method of manufacturing the semiconductor device of the present invention, the capacitance between the wirings is significantly increased. It is possible to use silicon carbide or silicon nitride which has an oxidation resistance and a hydrofluoric acid resistance, and is also excellent in a copper diffusion preventing function, without causing the wiring resistance to be greatly increased without causing the resistance. For this reason, compared with the conventional technology in which a cap film is formed on the entire surface, it is possible to reduce the capacitance of the cap film that prevents copper diffusion, which has been one of the major causes of RC delay in the copper wiring structure, The effective dielectric constant of the entire semiconductor device can be reduced. Therefore, a semiconductor device having high-performance multilayer wiring is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing one embodiment of a semiconductor device of the present invention.
[Explanation of symbols]
12 interlayer insulating film, 15 wiring, 21 copper oxide film, 31 cap film
Claims (6)
前記酸化銅膜を除去する工程と、
前記酸化銅膜を除去した領域のみに銅の拡散を防止するキャップ膜を形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a copper oxide film only on the surface of the wiring made of copper or copper alloy embedded in the insulating film,
Removing the copper oxide film;
Forming a cap film for preventing diffusion of copper only in a region where the copper oxide film has been removed.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the copper oxide film is formed by oxidizing the wiring surface at an oxidation rate of 20 nm / min or less.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the groove formed by removing the copper oxide film has a depth of 5 nm or more and 50 nm or less.
ことを特徴とする半導体装置。A copper oxide film is formed only on the surface of a wiring made of copper or a copper alloy embedded in an insulating film, and then a cap film for preventing diffusion of copper is provided only in a region where the copper oxide film is removed. Semiconductor device.
ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the copper oxide film is formed by oxidizing the wiring surface at an oxidation rate of 20 nm / min or less.
ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 4, wherein the groove formed by removing the copper oxide film has a depth of 5 nm or more and 50 nm or less.
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