JP2004207604A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、層間絶縁膜としてシリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜を用いた半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化・高速化に伴い、配線間容量および層間容量の低減化が求められており、そのために金属配線の低抵抗化技術および層間絶縁膜の低誘電率化技術の開発が進んでいる。
【0003】
層間絶縁膜の低誘電率化技術としては、従来から使用されてきたSiO2 膜よりも低い比誘電率(≦3)を有する、low−k膜の一つであるSiOC膜の導入が知られている。
【0004】
SiOC膜をはじめとするlow−k膜は、一般に、上記SiO2 膜に比べて膜自体の機械的強度やプラズマ耐性が低いため、製造工程中においてlow−k膜中にダメージが生じることが懸念されている。この種のダメージの発生を防止する方法として、SiOC膜上にSiO2 膜(キャップ膜)をCVDプロセスで形成し、SiOC膜をSiO2 膜で保護するというキャッププロセスが提案されている。
【0005】
ここで、SiOC膜上に直接SiO2 膜を形成すると、SiOC膜とSiO2 膜との密着性が低いために、後工程(例えばダマシンプロセス中のCMP工程)において、SiOC膜からSiO2 膜が剥がれるという問題が生じる。
【0006】
そこで、SiOC膜とSiO2 膜との密着性を改善するために、SiOC膜の表面をN2 /H2 またはN2 O等のガスから生成されたプラズマで処理し、SiOC膜の表面に密着性を高めるための改質層(中間層)を形成し、その後、SiOC膜上に上記改質層を介してSiO2 膜を形成することが試みられている。
【0007】
しかしながら、この種のプラズマ処理を行うと、プラズマ中の窒素や酸素の活性種(ラジカル、イオン)が原因となって種々の問題が生じる。
【0008】
例えば、ビア先作りのデュアルダマシンプロセスの場合、SiOC膜中に窒素が導入され、その後、SiOC膜中にビアホールを形成する工程において、ビアホールの側面からSiOC膜中の窒素が抜け、ビアホール内での窒素濃度が高くなり、窒素と水素とを含むNH2 等のアルカリ性を有する物質が生成される。この種のアルカリ性の物質は、配線溝用のレジストパターンとなる化学増幅型レジストの解像を阻害する原因となる。何故なら、化学増幅型レジストの露光部で発生した酸が中和され、溶解が阻害されるからである。
【0009】
なお、同様の問題は、配線溝先作りのデュアルダマシンプロセスにおいても存在するが、配線溝は幅が広く、配線溝内での窒素濃度の上昇は起こりにくい。そのため、NH2 等のアルカリ性を有する物質は生成されにくく、深刻な問題にはならない。
【0010】
配線溝先作りのデュアルダマシンプロセスを採用すれば、上記化学増幅型レジストの解像低下等を危惧する必要はなくなるが、配線溝先作りのデュアルダマシンプロセスには、ビア先作りのデュアルダマシンプロセスにはない別の問題が存在し、配線溝先作りのデュアルダマシンプロセスを採用すれば全ての問題が解決するというものではない。
【0011】
また、プラズマ中の酸素(ラジカル、イオン)によってSiOC膜中のCが表面から奥深くまで減少し、その減少した部分において水分の吸収が生じやすくなる。すなわち、SiOC膜の吸湿性が高くなる。その結果、配線間のリーク電流や容量が増加するという問題が生じる。また、SiOC膜中のCが表面から奥深くまで減少することは、改質層の膜厚の増加にも繋がる。改質層はSiOC膜よりも絶縁性が低い。したがって、改質層の膜厚の増加によっても配線間のリーク電流等は増加する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、SiOC膜とSiO2 膜との密着性を改善するために、SiOC膜の表面を窒素を含むプラズマで処理すると、ビア先作りのデュアルダマシンプロセスの場合、配線溝用のレジストパターンとなる化学増幅型レジストの解像が低下するという問題が生じる。
【0013】
また、SiOC膜とSiO2 膜との密着性を改善するために、SiOC膜の表面を酸素を含むプラズマで処理すると、配線間のリーク電流が増加するという問題が生じる。
【0014】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、レジストの解像低下や、配線間のリーク電流の増加、あるいはこれらの両方を招くことなく、SiOC膜とSiO2 膜との密着性を改善することができる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0016】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、シリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられたシリコン酸化膜と、前記絶縁膜と前記シリコン酸化膜との間に設けられ、炭素濃度が前記絶縁膜中の炭素濃度よりも低く、かつ、前記炭素濃度が前記絶縁膜中の炭素濃度の10%以上90%以下の範囲にある部分の膜厚が10nm以上である、窒素を含まない中間層とを具備してなることを特徴とする。
【0017】
本発明によれば、シリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜とその上のシリコン酸化膜との間に上記所定膜厚以上の中間層を設けることにより、前記絶縁膜と前記シリコン酸化膜との膜剥がれを防止できるとともに、前記中間層は窒素を含まないのでレジストの解像の低下を防止できるようになる。
【0018】
また、本発明に係る他の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、シリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられたシリコン酸化膜と、前記絶縁膜と前記シリコン酸化膜との間に設けられ、炭素濃度が前記絶縁膜中の炭素濃度よりも低く、かつ、前記炭素濃度が前記絶縁膜中の炭素濃度の10%以上90%以下の範囲にある部分の膜厚が50nm以下である、窒素を含まない中間層とを具備してなることを特徴とする。
【0019】
本発明によれば、シリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜とその上のシリコン酸化膜との間に上記所定膜厚以下の中間層を設けることにより、該中間層の絶縁性の低下によるリーク電流の増加を防止できるとともに、前記中間層は窒素を含まないのでレジストの解像の低下を防止できるようになる。
【0020】
また、本発明に係る他の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、シリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられたシリコン酸化膜と、前記絶縁膜と前記シリコン酸化膜との間に設けられ、炭素濃度が前記絶縁膜中の炭素濃度よりも低く、かつ、前記炭素濃度が前記絶縁膜中の炭素濃度の10%以上90%以下の範囲にある部分の膜厚が10nm以上かつ50nm以下である、窒素を含まない中間層とを具備してなることを特徴とする。
【0021】
本発明によれば、シリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜とその上のシリコン酸化膜との間に上記所定膜厚範囲の中間層を設けることにより、前記絶縁膜と前記シリコン酸化膜との膜剥がれおよび前記中間層の絶縁性の低下によるリーク電流の増加を防止できるとともに、前記中間層は窒素を含まないのでレジストの解像の低下を防止できるようになる。
【0022】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上にシリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜を形成する工程と、窒素を含まないプラズマにより前記絶縁膜の表面を改質する工程と、前記絶縁膜上にシリコン酸化膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【0023】
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【0025】
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置のCu配線層の形成工程を示す断面図である。
【0026】
図1(a)は、素子が集積形成されたシリコン基板1上に、low−k膜(SiO2 膜よりも低い比誘電率、例えばk≦3)としてのSiOC膜2が形成された断面図を示している。SiOC膜2の原料には例えばメチルシロキサンを用い、SiOC膜2の成膜方法は例えば塗布法である。ここまでは、従来と同じである。
【0027】
次に、図1(b)に示すように、SiOC膜2の表面に対して、例えばHeガスまたはArガス等の希ガス(0族元素のガス)のプラズマを用いたプラズマ処理を施し、SiOC膜2の表面に改質層(中間層)3を形成し、続いて改質層3上にキャップ膜としてのSiO2 膜4を、例えばTEOS/O2 またはSiH4 /O2 等の窒素を含有しない原料を用いたプラズマCVDプロセスにより形成する。上記プラズマ処理時の投入電力は、例えば50W以上750W未満の範囲である。
【0028】
改質層3は、SiOC膜2とSiO2 膜4との密着性を改善するためのものである。改質層3はシリコン、酸素、炭素を含み、その炭素濃度はSiOC膜2の炭素濃度よりも低い。改質層3のうち、C濃度がSiOC膜2中のC濃度の10〜90%の範囲にある部分の膜厚の下限は10nmである。10nmである理由は、C濃度が10nm未満であると密着性の改善が不十分となり、膜剥がれが生じるからである。
【0029】
図2に、膜剥がれ生じた場合のSiOC膜2/改質層3/SiO2 膜4のC濃度プロファイルおよび膜剥がれが生じなかった場合のそれを示す。上記C濃度プロファイルは、SiOC膜2のC濃度で規格化したものである。図2に示すように、膜剥がれは膜厚が10nm未満の場合に生じ、10nm以上の場合には生じていないことが確認できた。
【0030】
また、改質層3のうち、C濃度がSiOC膜2中のC濃度の10〜90%の範囲にある部分の膜厚の上限は、50nmである。50nmである理由は、後述するように、リーク電流の増加抑制の観点からである。
【0031】
改質層3は、SiOC膜2の表面をプラズマ処理して形成したものなので、改質層3とSiOC膜2との界面の特定は難しい。そのため、改質層3の全体の膜厚を規定することは困難である。そこで、本実施形態では、改質層3の好ましい膜厚として、上記如きの膜厚規定を採用している。
【0032】
また、上記膜厚規定では膜厚範囲を10nm〜50nmとしているが、必要に応じて下限または上限の一方だけを満たすようにしても構わない。下限だけを満たす場合には、レジストの解像低下を招くことなく、SiOC膜2とSiO2 膜4との密着性を改善することができ、上限だけを満たす場合には、配線間のリーク電流の増加を招くことなく、SiOC膜2とSiO2 膜4との密着性を改善することができる。改質層3の膜厚は、プラズマ処理の条件、例えば投入電力やアルゴン等の流量により制御することができる。
【0033】
本実施形態では、改質層3をHeガスまたはArガス等の希ガスを用いたプラズマ処理により形成している。すなわち、酸素および窒素の活性種(イオン、ラジカル)を含まないプラズマ処理により形成している。
【0034】
そのため、酸素がSiOC膜2中を深くまで突き抜け、SiOC膜2の絶縁性が低下することによるリーク電流の増加を抑制することができる。なお、従来使用されている上記酸素の活性種の原料としては、例えばO2 、N2 Oがあげられる。希ガスを用いたプラズマ処理は、酸素を用いたプラズマ処理に比べて、改質層3の膜厚が増加しにくいため、改質層3の膜厚が上限値(50nm)を越えるという不都合を容易に回避することができる。
【0035】
このように、改質層3の膜厚を50nm以下にするとともに、改質層3を酸素を含まないプラズマ処理により形成することにより、リーク電流の増加を容易かつ十分に抑制することができるようになる。
【0036】
また、上記プラズマ処理は窒素も含まないので、後述するように、窒素によるレジストの解像低下も防止できるようになる。なお、従来使用されている上記窒素の活性種の原料としては、例えばN2 、N2 O、NH3 があげられる。
【0037】
上記レジストの解像低下の問題は、本実施形態のように、SiO2 膜4を窒素を含有しない原料を用いたプラズマCVDプロセスにより形成することにより、より効果的に回避できるようになる。なお、従来使用されている窒素を含むSiO2 膜のソースとしては、例えば、SiH4 /N2 O/N2 、SiH4 /N2 O、TEOS/O2 /N2 があげられる。これらのうち、N2 は希釈ガスとして使用される。
【0038】
次に、図1(c)に示すように、SiO2 膜4上にビアホール用のレジストパターン5を形成し、続いてレジストパターン5をマスクにしてSiO2 膜4、改質層3、SiOC膜2をRIE(Reactive Ion Etching)プロセスにより順次エッチングし、ビアホール6を形成する。上記レジストパターン5は、周知のフォトリソグラフィプロセスにより、化学増幅型レジストを露光・現像して形成したものである。また、ビアホール6の底面のシリコン基板1の表面には、例えばMOSトランジスタのソース・ドレイン拡散層等の導電領域が存在するが、省略してある。
【0039】
ここで、本実施形態では、改質層3およびSiO2 膜4(キャップ膜)のプロセスは窒素を含んでいないので、SiOC膜2中に窒素が導入されることはない。そのため、ビアホール6を形成したときに、ビアホール6の側面からSiOC膜2中のN2 やNH3 等が外に抜け出し、窒素と水素とを含むNH2 等のアルカリ性の物質が生成されことはない。すなわち、化学増幅型レジストの解像度を低下させる物質(解像阻害物質)の発生を防止できる。
【0040】
ビアホール6は一般に深くかつアスペクト比も高く、この傾向は素子の微細化とともにさらに進む。そのため、ビアホール6内における上記解像阻害物質の濃度は高くなりやすい。
【0041】
次に、レジストパターン5を剥離し、その後、ビアホール6を埋め込むように化学増幅型レジストを全面に塗布し、さらに該化学増幅型レジストを露光・現像することにより、図1(d)に示すように、配線溝用のレジストパターン7を形成する。
【0042】
このとき、本実施形態の場合、上述したように、ビアホール6の形成時に、化学増幅型レジストの解像阻害物質は発生しない。そのため、レジストパターン7となる化学増幅型レジストの解像低下は起こらず、所望形状のレジストパターン7が得られる。
【0043】
図3に、解像阻害物質が発生した場合のレジストパターン7’の断面形状を示す。図3に示すように、レジストの未解像不良が発生し、レジストパターン7’は配線溝となる領域上の一部を覆うように形成される。そのため、レジストパターン7’をマスクに用いてエッチングを行っても、所望通りの形状を有する配線溝は形成されない。
【0044】
次に、図1(e)に示すように、レジストパターン7をマスクにしてSiO2 膜4、改質層3、SiOC膜2をRIEプロセスにより順次エッチングし、配線溝8を形成する。
【0045】
このとき、本実施形態では、所望形状のレジストパターン7が形成できているので、所望形状の配線溝8を形成することができる。その後、配線溝8およびビアホール6の側面および底面を覆うようにバリアメタル膜(不図示)を全面に堆積する。
【0046】
次に、レジストパターン7を剥離し、配線溝8およびビアホール6を埋め込むようにCu膜を例えばメッキ法により全面に形成し、続いてCMP(Chemical Mechanical Polishing)プロセスにより、配線溝8およびビアホール6の外部の不要なCu膜およびバリアメタル膜(不図示)を除去するとともに、表面を平坦にすることにより、図1(f)に示すように、配線溝8およびビアホール6内にCu配線(Cuデュアルダマシン配線)9を形成する。
【0047】
このとき、本実施形態では、SiOC膜2とSiO2 膜4との密着性は改質層3によって確保されているので、上記CMPプロセス時に、SiOC膜2とSiO2 膜4との間の膜剥がれは生じない。したがって、CMPプロセス時においてSiOC膜2はSiO2 膜4によって保護され、CMPプロセス時におけるSiOC膜2の機械的ダメージは防止される。
【0048】
この後、図1(g)に示すように、パッシベーション膜10をプラズマCVDプロセスにより全面に堆積する工程などの周知の工程を経て、半導体装置(例えば、ロジックLSI、DRAM、SRAMなど)が完成する。
【0049】
このとき、本実施形態では、SiOC膜2とSiO2 膜4との密着性は改質層3によって確保され、SiOC膜2はSiO2 膜4により保護されているので、上記プラズマCVDプロセス時におけるSiOC膜2のプラズマダメージは防止される。
【0050】
本実施形態では、上述したように、改質層3のうち、C濃度がSiOC膜2中のC濃度の10〜90%の範囲にある部分の膜厚は、50nm以下である。改質層3はSiOC膜2に比べて絶縁性が低いので、改質層3の膜厚が50nmを越えると、リーク電流の増加が無視できなくなる。
【0051】
ここでのリーク電流は、図4に示すように、改質層3を介した隣り合うCu配線9間のリーク電流である。図5に、改質層3の上記膜厚が50nmより厚いの場合(73nm)および改質層3の上記膜厚が50nm以下の場合(16nm)のリーク電流の電界依存性を示す。再現性を確認するために、四つのチップ(試料)についてリーク電流の電界依存性を調べた。73nmのデータが三つしか見られないのは、二つのデータが重なっているからである。図5から、改質層3の上記膜厚が50nmを越えると、50nm以下の場合に比べてリーク電流の電界依存性が大きくなり、リーク電流の増加が大きくなることが分かる。
【0052】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、1層目のCu配線層の場合について説明したが、2層目以降のCu配線も同様の方法により形成することができる。また、上記実施形態では、単層の配線層の場合について説明したが、多層配線層の場合には、各層の配線層を上記実施形態と同様の方法により形成すればよい。また、多層配線層の全ての層ではなく一部の層だけに本発明を適用しても構わない。
【0053】
また、上記実施形態では、Cu配線の場合について説明したが、本発明は他の金属配線にも適用可能である。また、半導体基板はシリコン基板に限定されるものではなく、例えばSOI基板や、歪みシリコンを含む半導体基板であっても構わない。
【0054】
さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決できる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0055】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【0056】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、レジストの解像低下や、配線間のリーク電流の増加、あるいはこれらの両方を招くことなく、SiOC膜とSiO2 膜との密着性を改善することができる半導体装置およびその製造方法を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体装置のCu配線の形成工程を示す断面図
【図2】膜剥がれ生じた場合および膜剥がれが生じなかった場合のSiOC膜/改質層/SiO2 膜のC濃度プロファイルを示す図
【図3】解像阻害物質が発生した場合のレジストパターンの断面形状を示す断面図
【図4】改質層を介した隣り合うCu配線間のリーク電流を示す断面図
【図5】改質層の上記膜厚が50nmより厚い場合および50nm以下の場合のリーク電流の電界依存性を示す図。
【符号の説明】
1…シリコン基板
2…SiOC膜(low−k膜)
3…改質層(中間層)
4…SiO2 膜(キャップ膜)
5…レジストパターン(ビアホール用)
6…ビアホール
7…レジストパターン(配線溝用)
8…配線溝
9…Cu配線
10…パッシベーション膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device using an insulating film containing silicon, oxygen and carbon as an interlayer insulating film and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As the integration and speed of semiconductor devices become higher and higher, there is a need to reduce the capacitance between wirings and between layers. Therefore, the development of technologies for lowering the resistance of metal wirings and lowering the dielectric constant of interlayer insulating films is progressing. In.
[0003]
As a technique for lowering the dielectric constant of an interlayer insulating film, the introduction of a SiOC film, which is one of low-k films, having a lower dielectric constant (≦ 3) than a conventionally used SiO 2 film is known. ing.
[0004]
Since low-k films such as SiOC films generally have lower mechanical strength and plasma resistance than the above-described SiO 2 film, there is a concern that damage may occur in the low-k film during the manufacturing process. Have been. As a method for preventing the occurrence of this type of damage, a cap process has been proposed in which a SiO 2 film (cap film) is formed on a SiOC film by a CVD process, and the SiOC film is protected by the SiO 2 film.
[0005]
Here, if the SiO 2 film is formed directly on the SiOC film, the adhesion between the SiOC film and the SiO 2 film is low, so that the SiO 2 film is converted from the SiOC film in a later process (for example, a CMP process in a damascene process). The problem of peeling occurs.
[0006]
Therefore, in order to improve the adhesion between the SiOC film and the SiO 2 film, the surface of the SiOC film is treated with a plasma generated from a gas such as N 2 / H 2 or N 2 O to adhere to the surface of the SiOC film. Attempts have been made to form a modified layer (intermediate layer) for improving the properties, and then form an SiO 2 film on the SiOC film via the modified layer.
[0007]
However, when this type of plasma processing is performed, various problems occur due to active species (radicals and ions) of nitrogen and oxygen in the plasma.
[0008]
For example, in the case of a dual damascene process in which vias are formed, nitrogen is introduced into the SiOC film, and then, in a step of forming a via hole in the SiOC film, nitrogen in the SiOC film escapes from the side surface of the via hole, and The nitrogen concentration increases, and an alkaline substance such as NH 2 containing nitrogen and hydrogen is generated. This kind of alkaline substance causes a hindrance to the resolution of a chemically amplified resist that becomes a resist pattern for a wiring groove. This is because the acid generated in the exposed part of the chemically amplified resist is neutralized and dissolution is inhibited.
[0009]
Although the same problem exists in the dual damascene process for forming the wiring groove tip, the wiring groove is wide and the nitrogen concentration in the wiring groove is unlikely to increase. Therefore, a substance having alkalinity such as NH 2 is not easily generated, and does not cause a serious problem.
[0010]
By adopting the dual damascene process of forming the wiring groove, there is no need to worry about the reduction of the resolution of the chemically amplified resist, but the dual damascene process of forming the wiring groove is replaced with the dual damascene process of forming the via. However, not all problems can be solved by adopting a dual damascene process for forming a wiring groove tip.
[0011]
In addition, C in the SiOC film is reduced deep from the surface by oxygen (radicals, ions) in the plasma, and moisture is easily absorbed in the reduced portion. That is, the hygroscopicity of the SiOC film increases. As a result, there arises a problem that leakage current and capacitance between wirings increase. Further, the reduction of C in the SiOC film from the surface to the depth leads to an increase in the thickness of the modified layer. The modified layer has lower insulation than the SiOC film. Therefore, the leak current between the wirings and the like also increase with an increase in the thickness of the modified layer.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to improve the adhesion between the SiOC film and the SiO 2 film, the surface of the SiOC film is treated with a plasma containing nitrogen. A problem arises in that the resolution of the chemically amplified resist decreases.
[0013]
Further, when the surface of the SiOC film is treated with plasma containing oxygen in order to improve the adhesion between the SiOC film and the SiO 2 film, a problem arises in that the leak current between wirings increases.
[0014]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to reduce the resolution of a resist, increase the leakage current between wirings, or both, without causing an SiOC film and SiO An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving adhesion to two films and a method for manufacturing the same.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The outline of typical inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0016]
That is, in order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, an insulating film provided on the semiconductor substrate, containing silicon, oxygen, and carbon, and silicon provided on the insulating film. An oxide film, provided between the insulating film and the silicon oxide film, wherein the carbon concentration is lower than the carbon concentration in the insulating film, and the carbon concentration is at least 10% of the carbon concentration in the insulating film. And a nitrogen-free intermediate layer having a film thickness of 10 nm or more in a portion of 90% or less.
[0017]
According to the present invention, by providing an intermediate layer having a predetermined thickness or more between the insulating film containing silicon, oxygen and carbon and the silicon oxide film thereon, the film of the insulating film and the silicon oxide film can be formed. Peeling can be prevented, and since the intermediate layer does not contain nitrogen, a decrease in resolution of the resist can be prevented.
[0018]
Further, another semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, an insulating film provided on the semiconductor substrate and containing silicon, oxygen, and carbon; a silicon oxide film provided on the insulating film; Provided between the film and the silicon oxide film, wherein the carbon concentration is lower than the carbon concentration in the insulating film, and the carbon concentration is in a range of 10% to 90% of the carbon concentration in the insulating film. And a nitrogen-free intermediate layer having a thickness of 50 nm or less at a certain portion.
[0019]
According to the present invention, by providing an intermediate layer having the predetermined thickness or less between the insulating film containing silicon, oxygen, and carbon and the silicon oxide film thereon, the leakage current due to the decrease in insulation of the intermediate layer is provided. In addition, since the intermediate layer does not contain nitrogen, a decrease in the resolution of the resist can be prevented.
[0020]
Further, another semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, an insulating film provided on the semiconductor substrate and containing silicon, oxygen, and carbon; a silicon oxide film provided on the insulating film; Provided between the film and the silicon oxide film, wherein the carbon concentration is lower than the carbon concentration in the insulating film, and the carbon concentration is in a range of 10% to 90% of the carbon concentration in the insulating film. And a nitrogen-free intermediate layer having a thickness of 10 nm or more and 50 nm or less at a certain portion.
[0021]
According to the present invention, by providing an intermediate layer having the above-mentioned predetermined thickness range between an insulating film containing silicon, oxygen and carbon and a silicon oxide film thereon, a film of the insulating film and the silicon oxide film is provided. An increase in leakage current due to peeling and a decrease in insulation of the intermediate layer can be prevented, and a decrease in resolution of the resist can be prevented because the intermediate layer does not contain nitrogen.
[0022]
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an insulating film containing silicon, oxygen and carbon on a semiconductor substrate, a step of modifying the surface of the insulating film with a nitrogen-free plasma, Forming a silicon oxide film on the film.
[0023]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a sectional view showing a step of forming a Cu wiring layer of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
[0026]
FIG. 1A is a cross-sectional view in which a
[0027]
Next, as shown in FIG. 1B, the surface of the
[0028]
The modified
[0029]
FIG. 2 shows the C concentration profile of the
[0030]
The upper limit of the thickness of the portion of the modified
[0031]
Since the modified
[0032]
Further, in the above-mentioned film thickness regulation, the film thickness range is 10 nm to 50 nm, but only one of the lower limit and the upper limit may be satisfied as necessary. When only the lower limit is satisfied, the adhesion between the
[0033]
In the present embodiment, the modified
[0034]
Therefore, oxygen can penetrate deep into the
[0035]
As described above, by increasing the thickness of the modified
[0036]
Further, since the plasma treatment does not include nitrogen, it is possible to prevent a decrease in resolution of the resist due to nitrogen, as described later. In addition, as a raw material of the above-mentioned active species of nitrogen, for example, N 2 , N 2 O, and NH 3 are exemplified.
[0037]
The problem of lowering the resolution of the resist can be more effectively avoided by forming the SiO 2 film 4 by a plasma CVD process using a nitrogen-free raw material as in the present embodiment. The sources of conventionally used nitrogen-containing SiO 2 films include, for example, SiH 4 / N 2 O / N 2 , SiH 4 / N 2 O, and TEOS / O 2 / N 2 . Of these, N 2 is used as a diluent gas.
[0038]
Next, as shown in FIG. 1 (c), a resist
[0039]
Here, in the present embodiment, since the process of the modified
[0040]
The via
[0041]
Next, the resist
[0042]
At this time, in the case of the present embodiment, as described above, the resolution-inhibiting substance of the chemically amplified resist is not generated when the via
[0043]
FIG. 3 shows a cross-sectional shape of the resist pattern 7 'when a resolution inhibiting substance is generated. As shown in FIG. 3, an unresolved defect of the resist occurs, and the resist
[0044]
Next, as shown in FIG. 1E, using the resist
[0045]
At this time, in the present embodiment, since the resist
[0046]
Next, the resist
[0047]
At this time, in the present embodiment, since the adhesion between the
[0048]
Thereafter, as shown in FIG. 1G, a semiconductor device (for example, a logic LSI, a DRAM, an SRAM, or the like) is completed through a known process such as a process of depositing a
[0049]
At this time, in the present embodiment, the adhesion between the
[0050]
In the present embodiment, as described above, the thickness of the portion of the modified
[0051]
The leak current here is a leak current between the adjacent Cu wirings 9 via the modified
[0052]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case of the first Cu wiring layer has been described, but the Cu wirings of the second and subsequent layers can be formed by the same method. In the above embodiment, the case of a single wiring layer has been described. However, in the case of a multi-layer wiring layer, each wiring layer may be formed by the same method as in the above embodiment. Further, the present invention may be applied to only a part of the multilayer wiring layers instead of all the layers.
[0053]
In the above embodiment, the case of Cu wiring has been described, but the present invention can be applied to other metal wiring. The semiconductor substrate is not limited to a silicon substrate, and may be, for example, an SOI substrate or a semiconductor substrate containing strained silicon.
[0054]
Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements described in the embodiment, if the problem described in the section of the problem to be solved by the invention can be solved, the constituent Can be extracted as an invention.
[0055]
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0056]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to improve the adhesion between the SiOC film and the SiO 2 film without reducing the resolution of the resist, increasing the leak current between the wirings, or both. And a method of manufacturing the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a step of forming a Cu wiring of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a SiOC film / modified layer / SiO in a case where film peeling has occurred and a case where film peeling has not occurred. FIG. 3 is a diagram showing a C concentration profile of two films. FIG. 3 is a cross-sectional diagram showing a cross-sectional shape of a resist pattern when a resolution-inhibiting substance is generated. FIG. 4 is a graph showing leakage current between adjacent Cu wirings via a modified layer. FIG. 5 is a diagram showing electric field dependence of leakage current when the thickness of the modified layer is greater than 50 nm and when the thickness is 50 nm or less.
[Explanation of symbols]
1: silicon substrate 2: SiOC film (low-k film)
3. Modified layer (intermediate layer)
4: SiO 2 film (cap film)
5 ... Resist pattern (for via hole)
6 via
8
Claims (14)
前記半導体基板上に設けられ、シリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられたシリコン酸化膜と、
前記絶縁膜と前記シリコン酸化膜との間に設けられ、炭素濃度が前記絶縁膜中の炭素濃度の10%以上90%以下の範囲にある部分の膜厚が10nm以上である、窒素を含まない中間層と
を具備してなることを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate;
An insulating film provided on the semiconductor substrate and containing silicon, oxygen and carbon,
A silicon oxide film provided on the insulating film;
A portion provided between the insulating film and the silicon oxide film and having a carbon concentration in the range of 10% to 90% of the carbon concentration in the insulating film has a film thickness of 10 nm or more, and does not contain nitrogen; A semiconductor device comprising an intermediate layer.
前記半導体基板上に設けられ、シリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられたシリコン酸化膜と、
前記絶縁膜と前記シリコン酸化膜との間に設けられ、炭素濃度が前記絶縁膜中の炭素濃度の10%以上90%以下の範囲にある部分の膜厚が50nm以下である、窒素を含まない中間層と
を具備してなることを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate;
An insulating film provided on the semiconductor substrate and containing silicon, oxygen and carbon,
A silicon oxide film provided on the insulating film;
A portion provided between the insulating film and the silicon oxide film and having a carbon concentration in the range of 10% or more and 90% or less of the carbon concentration in the insulating film has a thickness of 50 nm or less and does not contain nitrogen; A semiconductor device comprising an intermediate layer.
前記半導体基板上に設けられ、シリコン、酸素および炭素を含む絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられたシリコン酸化膜と、
前記絶縁膜と前記シリコン酸化膜との間に設けられ、炭素濃度が前記絶縁膜中の炭素濃度の10%以上90%以下の範囲にある部分の膜厚が10nm以上かつ50nm以下である、窒素を含まない中間層と
を具備してなることを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate;
An insulating film provided on the semiconductor substrate and containing silicon, oxygen and carbon,
A silicon oxide film provided on the insulating film;
Nitrogen provided between the insulating film and the silicon oxide film and having a carbon concentration in the range of 10% to 90% of the carbon concentration in the insulating film having a film thickness of 10 nm or more and 50 nm or less; A semiconductor device comprising: an intermediate layer containing no.
窒素を含まないプラズマにより前記絶縁膜の表面を改質する工程と、
前記絶縁膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming an insulating film containing silicon, oxygen and carbon on the semiconductor substrate;
Modifying the surface of the insulating film with a nitrogen-free plasma,
Forming a silicon oxide film on the insulating film.
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