JP2004273700A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に銅を用いたダマシン配線構造における太幅配線部でのストレスマイグレーション(stress migration,以下、「SM」と略する場合あり)耐性の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置では、要求される動作速度を満たすため、従来のアルミ(Al)系合金を主体とする配線構造に代わり、より低抵抗である銅(Cu)を配線材料として用いた銅ダマシン配線構造が用いられるようになってきている。
【0003】
従来より、ダマシン法による埋め込みCu配線において、レジストエッチバック法により溝内の表面が陥没したCu膜上にのみ窒化チタンタングステン膜を残す特許文献1の技術が知られている。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−189592号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来技術においては、Cu膜の溝内の表面を陥没させていることにより、Cu膜の断面積が減少し、配線抵抗が上昇するため、細い配線の場合、表面の陥没の深さを微妙に調節するなど高度な製造プロセスの制御が要求された。
【0006】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、ストレスマイグレーション耐性に優れ、かつ製造プロセスの制御が容易な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項1記載の半導体装置は、第1及び第2の下層銅配線を備え、前記第1の下層銅配線は所定の条件を満足し、前記第2の下層銅配線は前記所定の条件を満足せず、前記第1及び第2の下層銅配線の上層に絶縁膜を介して形成される第1及び第2の上層銅配線と、前記絶縁膜中に形成され、前記第1及び第2の下層銅配線と前記第1及び第2の上層銅配線とを電気的に接続する第1及び第2の接続部と、前記第1の下層銅配線の表面に形成され、前記第1の下層銅配線との密着性が前記第1の下層銅配線上部の絶縁膜より高い導電薄膜層とをさらに備え、前記導電薄膜層は前記第1の接続部の電気的接続面全てと重なるように形成され、前記所定の条件は銅配線の形成幅に対する形成高さの比が0.5以下であり、前記第2の下層銅配線は、前記第2の接続部との電気的接続面全てが銅で形成されている。
【0008】
この発明に係る請求項6記載の半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上に第1の絶縁膜を形成するステップと、(b)前記第1の絶縁膜の上層部に第1及び第2の溝を形成するステップと、(c)前記第1及び第2の溝内に第1及び第2の下層銅配線を形成するステップとを備え、(d)前記第1の下層銅配線のみに対し、その表面に薄膜導電層を形成するステップと、(f)全面に第2の絶縁膜を形成するステップと、(g)前記第2の絶縁膜の上層部に第1及び第2の上層銅配線を、第1及び第2の接続部を介して前記第1及び第2の下層銅配線と電気的に接続するように形成するステップとを備え、前記ステップ(g)は、前記導電薄膜層と前記第1の接続部の電気的接続面全てとが重なるように行われ、前記第1の下層銅配線は所定の条件を満足し、前記第2の下層銅配線は所定の条件を満足せず、前記所定の条件は銅配線の形成幅に対する形成高さの比が0.5以下である。
【0009】
【発明の実施の形態】
<実施の形態1>
図1〜図6はこの発明の実施の形態1である半導体装置22(図2(c)参照)の製造方法を工程順に示す断面図である。以下、これらの図を用いて、この実施の形態に係るCuダマシン配線構造を有する半導体装置22の製造工程を順に説明する。
【0010】
まず、図1に示すように、半導体基板1上に層間絶縁膜2を形成し、その層間絶縁膜2の上層部に配線溝4a(第1の溝に相当),4b及び4c(第2溝に相当)を選択的に形成した後、バリアメタルとしてのタンタル(Ta)膜6をスパッタ法にて配線溝4a〜4cを含む全面に形成し、シード膜としてのCu膜(図示省略)の形成をスパッタ法にて行い、引き続き電界メッキ法によるCu膜8の配線溝4a〜4cへの埋め込み及び全面形成を行う。
【0011】
次に、必要に応じアニール処理などを施した後、図2に示すように、Cu配線を形成するため化学的機械研磨(CMP)処理によって余剰のCu膜8の除去を行う。ここで、CMP処理による余剰のCu膜8の除去の際、太幅のCu配線8a(第1の下層銅配線に相当)上面においてCuのディッシングが起こるようにし、配線溝4a上部の太幅のCu配線8a上面に凹部(空間)10を形成する。具体的には、予め実験により凹部10形成に適当なオーバーポリッシュ時間を測定しておき、実際のCMP処理においては、オーバーポリッシュ時間を実験で求めた時間と等しくなるように制御することでディッシング量を調節する。ここで、太幅のCu配線とは、Cu配線の配線幅wに対する配線深さdの比が0.5以下、すなわち、式(1)の条件(所定の条件に相当)を満たす配線をいう。
【0012】
d/w≦0.5 …式(1)
逆にいうと、このような関係を有する大きさに、層間絶縁膜2の上層部に配線溝4aを形成しておくのである。例えば、配線深さdが0.4μmの場合、配線幅wは0.8μm以上となり、その場合、最深部で1nm以上の深さの凹部(従って、後述する密着強化膜として機能するバリアメタル膜の最大厚さが0.1nm以上)が形成できる。また、上記式(1)の太幅配線条件を満たさない細幅配線8b,8cに対しては、その上面には凹部を形成しない。以上の処理によりCu配線8a,8b,8cが形成された。
【0013】
次に、図3に示すように、全体の上面にTaによる導電性膜12をスパッタ法にて成膜し、図4に示すように、CMP処理にて余剰の導電性膜の除去を行う。その際、ディッシングにより生じたCu配線8aの上面の凹部10内にのみTaが残り、細幅配線8b,8c上等のその他の部分にはTaを残さないようにする。このように、この実施の形態では、太幅のCu配線8a上に自己整合的に密着強化膜となるバリアメタル膜12a(薄膜導電層に相当)が形成される。
【0014】
その後、図5に示すように、上面全面に層間絶縁膜5(層間絶縁膜2と一体化)を形成し、その層間絶縁膜5に上層部にCu配線用の溝14a,14b,14cおよび上下層間の接続孔16a,16b,16cの形成を行う。
【0015】
さらに、図6に示すように、溝14a,14b,14cおよび接続孔16a,16b,16c内にバリアメタルとしてのTa膜18をスパッタ法にて形成し、さらに、シード膜としてのCu膜(図示省略)の形成をスパッタ法にて行い、溝14a,14b,14cおよび接続孔16a,16b,16cに対して引き続き電界メッキ法によるCu膜の埋め込みを行うにより、層間絶縁膜5の上層部にCu配線20a(第1の上層銅配線に相当),20b及び20c(第2の上層銅配線に相当)及び接続部21a,21b,21cの形成を行う。接続部21a〜21cを介することによりCu配線20a〜20cとCu配線8a〜8cとが電気的に接続され、この際、接続部21aの底面(電気的接続面)の全てがバリアメタル膜12aと重なる。すなわち、バリアメタル膜12aは接続部21aにおけるCu配線8aとの電気的接続面全てを含む。
【0016】
以上によりCuダマシン配線構造を有する半導体装置22が生成される。
【0017】
以上のように、この実施の形態によれば、式(1)を満たす太幅のCu配線8a上部にバリアメタル膜12aを設けることにより、バリアメタル膜12aと太幅のCu配線8aとの密着性を向上させ、太幅のCu配線8a中の微小ボイドの拡散、接続部21aへの集中を防止できるため、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。
【0018】
なお、実施の形態1では、細幅のCu配線8b,8cにおいては一般にSM耐性があるため、バリアメタル膜を設けない。このため、配線抵抗がCu配線8aに比べて低いCu配線8b,8cのバリアメタル膜形成によるさらなる配線低下を回避することができる。
【0019】
また、バリアメタル膜12aが、接続孔16aの底面より大きく、かつ接続孔16a底面全体と重なるため、Cu配線8aの密着性向上の効果を確実なものとすることができる。
【0020】
また、バリアメタル膜12aが、太幅のCu配線8aの上面全体を覆っているため、バリアメタル膜12aを比較的大きな形成幅で形成できることにより、微小な形成幅で密着強化膜として機能するバリアメタル膜を形成する場合に比べて製造プロセスの制御が容易となる。
【0021】
特に、全体の上面に対して導電性膜12を形成した後、凹部10内以外の導電性膜12を除去することで、バリアメタル膜12aを自己整合的に形成することができるため、バリアメタル膜12aのアライメントが不要になる。また、凹部形成による配線断面積の減少の影響が比較的大きい細幅配線8b,8c上面には凹部を形成しないため、それらの配線抵抗の上昇を抑えることができる。
【0022】
<実施の形態2>
図7〜図12はこの発明の実施の形態2である半導体装置32(図12参照)の製造方法を工程順に示す断面図である。以下、図7〜図12を用いて、この実施の形態に係るCuダマシン配線構造を有する半導体装置32の製造工程を順に説明する。なお、この実施の形態において、実施の形態1と同様の部材については同様の参照符号を付した。
【0023】
まず、図7に示すように、実施の形態1と同様に、半導体基板1上に層間絶縁膜2を形成し、その層間絶縁膜2の上層部に配線溝4a,4b,4cを選択的に形成し、バリアメタルとしてのTa膜6を配線溝4a〜4cを含む全面にスパッタ法にて形成し、シード膜としてのCu膜(図示省略)の成膜をスパッタ法にて行い、電界メッキ法によるCu膜8の配線溝4a〜4cへの埋め込み及び全面形成を行う。
【0024】
次に、必要に応じアニール処理などを施した後、図8に示すように、CMP処理によって余剰のCu膜8、Ta膜6の除去を行う。これにより太幅のCu配線8aおよび細幅のCu配線8b,8cが形成された。ここでも、太幅配線とは、配線幅w、配線深さdに対して式(1)の関係を有する配線をいう。逆にいうと、このような関係を有するような大きさに、層間絶縁膜2に下層の配線溝4aを形成しておくのである。
【0025】
次に、図9に示すように、全体の上面にTaによる導電性膜12をスパッタ法にて成膜し、図10に示すように、太幅のCu配線8a上にのみ密着強化膜として機能するバリアメタル膜30(薄膜導電層に相当)が残るように、すなわち、細幅配線8b,8c等のその他の部分に対しては導電性膜12が残らないように、フォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を行う。具体的には、太幅のCu配線8a部のみのマスクを用い、写真製版技術を用いてCu配線8a上部のみにフォトレジスト膜(図示せず)を形成する。次に、ドライエッチング技術を用いて、上記フォトレジストをマスクとして、太幅のCu配線8a上部以外の導電性膜12をエッチングし、除去する。その後、残ったフォトレジスト等をアッシング処理で取り除き、太幅のCu配線8a上部のみにバリアメタル膜30を形成する。
【0026】
その後、図11に示すように、全面に層間絶縁膜5を形成後、実施の形態1と同様、下層のCu配線8a,8b,8c上に、上層のCu配線用の溝14a,14b,14cおよび上下層間の接続孔16a,16b,16cの形成を行う。さらに、図12に示すように、溝14a,14b,14cおよび接続孔16a,16b,16c内にバリアメタルとしてのTa膜18をスパッタ法にて形成し、シード膜としてのCu膜(図示省略)の形成をスパッタ法にて行い、溝14a,14b,14cおよび接続孔16a,16b,16cに対して引き続き電界メッキ法によるCu膜の埋め込みを行うことで上層のCu配線20a,20b,20cの形成を行う。接続部21a〜21cを介することによりCu配線20a〜20cとCu配線8a〜8cとが電気的に接続される。
【0027】
この際、接続部21aの底面(電気的接続面)の全てがバリアメタル膜30と重なる。すなわち、バリアメタル膜30は接続部21aにおけるCu配線8aとの電気的接続面全てを含む。
【0028】
以上によりCuダマシン配線構造を有する半導体装置32が生成される。
【0029】
以上のように、この実施の形態によっても、式(1)を満たす太幅のCu配線8a上部にバリアメタル膜30を設けることにより、バリアメタル膜30と太幅のCu配線8aとの密着性を向上させ、太幅のCu配線8a中の微小ボイドの拡散、接続部21aへの集中を防止するため、ストレスマイグレーション耐性(SM耐性)を向上させることができる。なお、細幅配線8b,8cにおいては十分なSM耐性があるため、この実施の形態でも細幅配線8b,8c上にバリアメタル膜を設けないものとしている。
【0030】
また、バリアメタル膜30が、接続孔16a底面より大きく、かつ接続孔16a底面全体と重なることにより、バリアメタル膜30と太幅のCu配線8aとの密着性を向上させるため、太幅のCu配線8a中のボイドの拡散、接続部21aへの集中を抑制する効果を確実なものとすることができる。
【0031】
また、バリアメタル膜30が、太幅のCu配線8aの上面全体を覆っているため、バリアメタル膜30を比較的大きな形成幅で形成できることにより、微小な形成幅で密着強化膜として機能するバリアメタル膜を形成する場合に比べて製造プロセスの制御が容易となる。
【0032】
また、バリアメタル膜30を太幅のCu配線8aの表面上に形成するため、Cu配線8aの表面内に埋め込まれる実施の形態1のバリアメタル膜12aに比べると、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてバリアメタル膜30を精度良く形成することができる。
【0033】
さらに、細幅配線8b,8c上部にバリアメタル膜を形成しないため、高度な写真製版技術およびエッチング技術が不要であるとともに、その後の層間膜を形成する際にも、ピッチ幅の狭い凹凸を埋める必要がなくなる分、良好な埋め込み特性が要求されない。
【0034】
<実施の形態3>
図13はこの発明の実施の形態3である半導体装置42の構造を示す断面図である。なお、この実施の形態において、実施の形態1と同様の部材については同様の参照符号を付した。
【0035】
図5に示すように、実施の形態3では、接続孔16a底面より大きく(接続孔16aと太幅のCu配線8aとの接触面積より大きく)、かつ下層の太幅のCu配線8aの上面全体より小さく、接続孔16aの底面全体と重なるようにバリアメタル膜40(薄膜導電層に相当)を形成する。このように、必ずしも密着強化膜として機能するバリアメタル膜が太幅のCu配線8a上面全体を覆う必要はなく、少なくとも接続孔16aの底部の周りに接触面積より大きくバリアメタル膜40を形成すればよい。
【0036】
バリアメタル膜40の形成には、実施の形態2と同様、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いる。ただし、Cu配線8aの上面全体ではなく、接続孔16aの底部のみのマスクを用いることが異なっている。また、その他の装置構成および製造工程は実施の形態2と同様である。なお、バリアメタル膜40の形状は矩形でも円形でもよく、少なくとも接続孔16a下には形成されておればよい。
【0037】
以上のように、この実施の形態によっても、式(1)を満たす太幅のCu配線8a上部にバリアメタル膜40を設けることにより、バリアメタル膜40と太幅のCu配線8aとの密着性を向上させ、太幅のCu配線8a中のボイドの拡散、接続部21aへの集中を防止するため、ストレスマイグレーション耐性(SM耐性)を向上させることができる。なお、細幅配線8b,8cにおいては十分なSM耐性を確保できるため、この実施の形態でも細幅配線8b,8c上に密着強化膜として機能するバリアメタル膜を設けないものとしている。
【0038】
また、バリアメタル膜40が、接続孔16a底面より大きく、かつ接続孔16a底面全体と重なるため、太幅のCu配線8aの接続部21aとの密着性向上の効果を確実なものとすることができる。
【0039】
バリアメタル膜40が太幅のCu配線8aの一部上に、接続孔16a底面より大きく、かつCu配線8a上面より小さく、接続孔16a底面全体と重なっているため、Cu配線8a上面全体を覆う場合と比べて、バリアメタル膜形成に関する製造管理が容易になる。
【0040】
また、実施の形態1のバリアメタル膜12aと比べた場合、バリアメタル膜40をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて精度良く形成することができる。
【0041】
さらに、細幅配線8b,8c上部にバリアメタル膜を形成しないため、高度な写真製版技術およびエッチング技術が不要であるとともに、その後の層間膜を形成する際にも、良好な埋め込み特性が要求されない。
【0042】
<その他>
ところで、上記実施の形態1〜実施の形態3ではバリアメタル膜およびバリアメタルとしてTaを用いたが、これらの他にチタン(Ti)、タングステン(W)等の高融点金属、或いはそれらの窒化物、窒化圭化物、またはそれらの積層膜を用いてもよい。シード膜についてはCuを用いたが、Cuを主成分とする合金でもよい。また、バリア膜、シード膜の成膜法はスパッタ法に限るものではなく、CVD法等の他の方法でもよい。配線の埋め込みについても、Cuの電界メッキ法を用いたが、無電界メッキ法、CVD法など他の方法でもよい。
【0043】
また、実施の形態2および実施の形態3では、太幅のCu配線8a部のみのマスクを用いて太幅配線8a上部のみにフォトレジスト膜を形成するものとしたが、下層のCu配線8a,8b,8cの形成に用いたのと同一のマスクを用いて、露光時の露光量を調整することで、太幅のCu配線8a部のみにレジストパターンを残し、細幅のCu配線8b,8cのパターンを解像させないものとしてもよい。これにより、同一のマスクを用いてマスクのコストを節約できる。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明における請求項1記載の半導体装置は、第1の下層銅配線の表面に形成され、第1の下層銅配線との密着性が第1の下層銅配線上部の絶縁膜より高い導電薄膜層によって、第1の接続部との電気的に接続を行っているため、第1の下層銅配線内の微小ボイドの拡散、第1の接続部への集中を防止して、ストレスマイグレーション耐性を良好にすることができる。
【0045】
加えて、所定の条件を満足する比較的広い形成幅の第1の下層銅配線にのみ導電薄膜層を形成し、所定の条件を満足しない比較的狭い形成幅の第2の下層銅配線には導電薄膜層を形成しないため、製造プロセスの制御が容易となる。
【0046】
この発明における請求項6記載の半導体装置の製造方法は、第1の下層銅配線の表面に形成され銅より密着性の高い導電薄膜層によって、第1の接続部との電気的に接続を行っているため、第1の下層銅配線と第1の接続部との密着性を向上させ、微小ボイドの拡散、集中を防止して、ストレスマイグレーション耐性を良好にすることができる。
【0047】
加えて、ステップ(d)において、所定の条件を満足する比較的広い形成幅の第1の下層銅配線にのみ導電薄膜層を形成し、所定の条件を満足しない比較的狭い形成幅の第2の下層銅配線には導電薄膜層を形成しないため、製造プロセスの制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図2】この発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図3】この発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図4】この発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図5】この発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図6】この発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図7】この発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図8】この発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図9】この発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図10】この発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図11】この発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図12】この発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図13】この発明の実施の形態3である半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
8a〜8c,20a〜20c Cu配線、10 凹部、12a,30,40 バリアメタル膜、14a〜14c Cu配線用溝、16a〜16c 接続孔、21a〜21c 接続部、22,32,42 半導体装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an improvement in stress migration (hereinafter sometimes abbreviated as “SM”) resistance in a wide wiring portion in a damascene wiring structure using copper.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor device, in order to satisfy a required operation speed, a copper damascene wiring structure using copper (Cu) having a lower resistance as a wiring material is used instead of a conventional wiring structure mainly composed of an aluminum (Al) -based alloy. It is being used.
[0003]
Conventionally, in a buried Cu wiring by a damascene method, a technique of
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-189592 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the related art, since the surface in the groove of the Cu film is depressed, the cross-sectional area of the Cu film is reduced and the wiring resistance is increased. Sophisticated control of the manufacturing process, such as fine adjustment, was required.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a semiconductor device having excellent resistance to stress migration and easily controlling a manufacturing process, and a method of manufacturing the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
2. The semiconductor device according to
[0008]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (a) forming a first insulating film on a semiconductor substrate; and (b) forming a first insulating film on an upper layer of the first insulating film. Forming a second groove; and (c) forming first and second lower-layer copper wirings in the first and second grooves, and (d) forming the first lower-layer copper wiring. Forming only a thin film conductive layer on the surface thereof, (f) forming a second insulating film on the entire surface, and (g) forming a first and a second insulating film on the upper portion of the second insulating film. Forming the upper layer copper wiring so as to be electrically connected to the first and second lower copper wirings via first and second connection portions, wherein the step (g) comprises: The first lower copper wiring is performed such that the conductive thin film layer and the entire electrical connection surface of the first connection portion overlap. Satisfies a predetermined condition, the second lower copper interconnect does not satisfy the predetermined condition, the predetermined condition is the ratio of the formed height to form the width of the copper wiring is 0.5 or less.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<
1 to 6 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device 22 (see FIG. 2C) according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. Hereinafter, the manufacturing steps of the
[0010]
First, as shown in FIG. 1, an interlayer
[0011]
Next, after performing an annealing process or the like as necessary, as shown in FIG. 2, the
[0012]
d / w ≦ 0.5 Expression (1)
In other words, the
[0013]
Next, as shown in FIG. 3, a
[0014]
Thereafter, as shown in FIG. 5, an interlayer insulating film 5 (integrated with the interlayer insulating film 2) is formed on the entire upper surface, and the
[0015]
Further, as shown in FIG. 6, a
[0016]
As described above, the
[0017]
As described above, according to this embodiment, by providing the
[0018]
In the first embodiment, since the
[0019]
Further, since the
[0020]
In addition, since the
[0021]
In particular, the
[0022]
<
7 to 12 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device 32 (see FIG. 12) according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. Hereinafter, the manufacturing process of the
[0023]
First, as shown in FIG. 7, as in the first embodiment, an
[0024]
Next, after performing an annealing process or the like as necessary, as shown in FIG. 8, the
[0025]
Next, as shown in FIG. 9, a
[0026]
Thereafter, as shown in FIG. 11, after an
[0027]
At this time, the entire bottom surface (electrical connection surface) of the
[0028]
As described above, the
[0029]
As described above, also in this embodiment, the adhesion between the
[0030]
Further, since the
[0031]
In addition, since the
[0032]
In addition, since the
[0033]
Furthermore, since a barrier metal film is not formed on the
[0034]
<Embodiment 3>
FIG. 13 is a sectional view showing a structure of a
[0035]
As shown in FIG. 5, in the third embodiment, the entire upper surface of the
[0036]
The photolithography technique and the etching technique are used for forming the
[0037]
As described above, also in this embodiment, by providing the
[0038]
Further, since the
[0039]
The
[0040]
Further, when compared with the
[0041]
Further, since no barrier metal film is formed on the
[0042]
<Others>
In the first to third embodiments, Ta is used as the barrier metal film and the barrier metal. In addition, high melting point metals such as titanium (Ti) and tungsten (W) or nitrides thereof are used. , Nitride, or a stacked film thereof may be used. Although Cu was used for the seed film, an alloy containing Cu as a main component may be used. The method for forming the barrier film and the seed film is not limited to the sputtering method, but may be another method such as a CVD method. For the embedding of the wiring, the electrolytic plating method of Cu was used, but other methods such as an electroless plating method and a CVD method may be used.
[0043]
Further, in the second and third embodiments, the photoresist film is formed only on the upper part of the
[0044]
【The invention's effect】
As described above, the semiconductor device according to
[0045]
In addition, the conductive thin film layer is formed only on the first lower copper wiring having a relatively wide width satisfying a predetermined condition, and is formed on the second lower copper wiring having a relatively narrow width not satisfying the predetermined condition. Since no conductive thin film layer is formed, control of the manufacturing process is facilitated.
[0046]
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a conductive thin film layer formed on the surface of the first lower layer copper wiring and having higher adhesion than copper electrically connects to the first connection portion. Therefore, the adhesion between the first lower-layer copper wiring and the first connection portion can be improved, and diffusion and concentration of minute voids can be prevented, so that stress migration resistance can be improved.
[0047]
In addition, in the step (d), a conductive thin film layer is formed only on the first lower copper wiring having a relatively wide formation width satisfying a predetermined condition, and a second conductive film layer having a relatively narrow formation width not satisfying the predetermined condition is formed. Since no conductive thin film layer is formed on the lower copper wiring, control of the manufacturing process is facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a sectional view illustrating a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps;
FIG. 13 is a sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
8a to 8c, 20a to 20c Cu wiring, 10 recess, 12a, 30, 40 barrier metal film, 14a to 14c Cu wiring groove, 16a to 16c connection hole, 21a to 21c connection portion, 22, 32, 42 Semiconductor device.
Claims (10)
前記第1及び第2の下層銅配線の上層に絶縁膜を介して形成される第1及び第2の上層銅配線と、
前記絶縁膜中に形成され、前記第1及び第2の下層銅配線と前記第1及び第2の上層銅配線とを電気的に接続する第1及び第2の接続部と、
前記第1の下層銅配線の表面に形成され、前記第1の下層銅配線との密着性が前記第1の下層銅配線上部の絶縁膜より高い導電薄膜層とをさらに備え、前記導電薄膜層は前記第1の接続部の電気的接続面全てと重なるように形成され、
前記所定の条件は銅配線の形成幅に対する形成高さの比が0.5以下であり、
前記第2の下層銅配線は、前記第2の接続部との電気的接続面全てが銅で形成されることを特徴とする、
半導体装置。A first lower copper interconnect satisfies a predetermined condition, the second lower copper interconnect does not satisfy the predetermined condition,
First and second upper-layer copper wirings formed above the first and second lower-layer copper wirings via an insulating film;
First and second connection portions formed in the insulating film and electrically connecting the first and second lower copper wirings to the first and second upper copper wirings;
A conductive thin-film layer formed on a surface of the first lower-layer copper wiring and having higher adhesion to the first lower-layer copper wiring than an insulating film above the first lower-layer copper wiring; Is formed so as to overlap with the entire electrical connection surface of the first connection portion,
The predetermined condition is that a ratio of a formation height to a formation width of the copper wiring is 0.5 or less,
The second lower layer copper wiring is characterized in that the entire electrical connection surface with the second connection portion is formed of copper.
Semiconductor device.
前記導電薄膜層は、前記第1の下層銅配線の表面内に埋め込まれて形成される、
半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
The conductive thin film layer is formed by being embedded in a surface of the first lower copper wiring.
Semiconductor device.
前記導電薄膜層は、前記第1の下層銅配線の表面上に形成される、
半導体装置。The semiconductor device according to claim 1,
The conductive thin film layer is formed on a surface of the first lower copper wiring,
Semiconductor device.
前記導電薄膜層は前記第1の下層銅配線の表面全体に形成される、
半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein
The conductive thin film layer is formed over the entire surface of the first lower copper wiring;
Semiconductor device.
前記導電薄膜層は前記第1の下層銅配線の表面の一部に形成される、
半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein
The conductive thin film layer is formed on a part of the surface of the first lower copper wiring;
Semiconductor device.
(b) 前記第1の絶縁膜の上層部に第1及び第2の溝を形成するステップと、
(c) 前記第1及び第2の溝内に第1及び第2の下層銅配線を形成するステップとを備え、
(d) 前記第1の下層銅配線のみに対し、その表面に薄膜導電層を形成するステップと、
(f) 全面に第2の絶縁膜を形成するステップと、
(g) 前記第2の絶縁膜の上層部に第1及び第2の上層銅配線を、第1及び第2の接続部を介して前記第1及び第2の下層銅配線と電気的に接続するように形成するステップとを備え、前記ステップ(g)は、前記導電薄膜層と前記第1の接続部の電気的接続面全てとが重なるように行われ、
前記第1の下層銅配線は所定の条件を満足し、前記第2の下層銅配線は所定の条件を満足せず、
前記所定の条件は銅配線の形成幅に対する形成高さの比が0.5以下である、半導体装置の製造方法。(A) forming a first insulating film on a semiconductor substrate;
(B) forming first and second grooves in an upper layer of the first insulating film;
(C) forming first and second lower-layer copper interconnects in the first and second trenches,
(D) forming a thin-film conductive layer on the surface of only the first lower-layer copper wiring;
(F) forming a second insulating film on the entire surface;
(G) First and second upper copper wirings are electrically connected to the upper layer of the second insulating film via the first and second connection parts, respectively. The step (g) is performed so that the conductive thin film layer and all of the electrical connection surfaces of the first connection portion are overlapped with each other;
The first lower copper wiring does not satisfy a predetermined condition, the second lower copper wiring does not satisfy a predetermined condition,
The semiconductor device manufacturing method, wherein the predetermined condition is that a ratio of a formation height to a formation width of the copper wiring is 0.5 or less.
前記ステップ(c)は、前記第1の溝内の上部に前記第1の下層銅配線が形成されない凹部空間が残存し、前記第2の溝内には残存部を有することなく前記第2の下層銅配線で埋め込まれるように形成するステップを含み、
前記ステップ(d)は、前記第1の溝内の前記凹部空間に薄膜導電層を埋め込むステップを含む、
半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein:
In the step (c), the concave space in which the first lower-layer copper wiring is not formed remains in the upper portion of the first groove, and the second space has no remaining portion in the second groove. Forming to be embedded in the lower copper wiring,
The step (d) includes a step of embedding a thin film conductive layer in the concave space in the first groove.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(c)は、前記第1及び第2の溝内には残存部を有することなく前記第1及び第2の下層銅配線で埋め込まれるように形成するステップを含み、
前記ステップ(d)は、前記第1の下層銅配線上に薄膜導電層を形成するステップを含む、
半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein:
The step (c) includes a step of forming the first and second trenches so as to be buried with the first and second lower-layer copper wirings without having a remaining portion in the first and second trenches,
The step (d) includes forming a thin film conductive layer on the first lower copper wiring,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(d)は、前記導電薄膜層を前記第1の下層銅配線の表面全体に形成するステップを含む、
半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein:
The step (d) includes forming the conductive thin film layer on the entire surface of the first lower copper wiring,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(d)は、前記導電薄膜層を前記第1の下層銅配線の表面の一部に形成するステップを含む、
半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein:
The step (d) includes forming the conductive thin film layer on a part of the surface of the first lower copper wiring.
A method for manufacturing a semiconductor device.
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JP2013089736A (en) * | 2011-10-17 | 2013-05-13 | Fujitsu Ltd | Electronic device and method for manufacturing the same |
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- 2003-03-07 JP JP2003061443A patent/JP2004273700A/en active Pending
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