JP2007142236A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】配線や配線間を接続するプラグ等の内部に含まれているマンガンをその配線や接続プラグの上面に拡散させてマンガンシリケート膜を生成することで、従来のバリア膜よりも低誘電率なバリア膜の形成を可能とする。
【解決手段】絶縁膜11に設けられた凹部12の内部に形成された導電体14上面に、該導電体14上に形成された酸化シリコン系絶縁膜21との反応により生成されたマンガンシリケート膜22が形成されているものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、配線間容量の低減を容易にした半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。
銅(Cu)配線のダマシン(Damascene)構造においては、図20に示すように、酸化膜211中への銅拡散を防止する目的で、酸化膜211に形成された配線溝212内面にバリア膜213が形成されている。通常、配線溝212の側壁および底部分は、バリア膜13に、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、窒化チタン(TiN)、窒化タングステン(WN)等のメタル系材料を用いることが多く、また配線溝212内部にバリア膜213を介して形成された銅配線214上面のバリア絶縁膜215にはシリコン系絶縁膜材料が用いられ、例えば、窒化シリコン(SiN)、窒化炭化シリコン(SiCN)、炭化シリコン(SiC)、SiCON等の化学的気相成長(CVD)系材料が用いられることが多い。
銅配線214上面に形成されるバリア膜215として必要な要素は、銅の拡散を抑えるバリア性に加え、バリア膜215自体の誘電率、バリア膜とその界面との密着性、バリア膜215の加工の柔軟性も、ロバストなプロセス構築には重要なパラメータであると言える。特に、65nm世代以降のデバイスでは、回路の動作速度に対する影響は配線部の占める割合が多くなり、銅配線214上面のバリア膜としては、誘電率を下げつつ、上記した特性を有することが要求されている。
銅拡散を抑えるバリア絶縁膜としては、65nm世代以降に要求される誘電率を満たしつつ、上記した諸特性(銅の拡散を抑えるバリア性、バリア膜とその界面との密着性、膜ストレス、バリア膜の加工の柔軟性等)を満足することは困難である。また、バリア絶縁膜の誘電率と各種特性との関係の一例は、文献(例えば、非特許文献1参照。)にて紹介されており、バリア絶縁膜の誘電率と各種特性とはトレードオフの関係になっている。
また、銅のバリア絶縁膜として、銅マンガン(CuMn)合金シード層を用いて、いわゆる自己形成的に銅のバリア絶縁膜を形成する技術が公知となっている(例えば、非特許文献2参照。)。
Z.C.Wu, T.J.Chou, S.H.Lin, Y.L.Huang, C.H.Lin, L.P.Li, B.T.Chen, Y.C.Lu, C.C.Chiang, M.C.Chen, W.Chang, S.M.Jang, and M.S.Liang 著 「High Performance 90/65nm BEOL Technology with CVD Porous Low-K Dielectrics (K〜2.5) and Low-K Etching Stop (K〜3.0)」International Electron Device Meeting Tech. Dig., December 2003 p.849-852, 2003年 T.Usui, H.Nasu, J.Koike, M.Wada, S.Takahashi, N.Shimizu, T.Nishikawa, M.Yoshimura and H.Shibata著 「Low Resistive and Highly Reliable Cu Dual-Damascene Interconnect Technology Using Self-Formed MnSixOy Barrier Layer」International Interconnect Technology Conference 2005 p.188-190 2005年
解決しようとする問題点は、配線上面のバリア絶縁膜材料として用いられている材料の誘電率が高いため、配線間容量の低減が困難な点である。
本発明は、従来、配線上面に形成されていた誘電率の高いバリア絶縁膜を形成することをなくして、配線間容量の低減を可能にすることを課題とする。
本発明の半導体装置は、絶縁膜に設けられた凹部の内部に形成された導電体上面に、該導電体上に形成された酸化シリコン系絶縁膜との反応により生成されたマンガンシリケート膜が形成されていることを特徴とする。
本発明の半導体装置では、導電体の上面に、該導電体上に形成された酸化シリコン系絶縁膜との反応により生成されたマンガンシリケート膜が形成されていることから、従来のシリコン系のバリア絶縁膜を形成する必要がなくなる。また、このマンガンシリケート膜は絶縁膜上に形成されず導電体上面のみに選択的に形成されている。
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜に形成された凹部の内部に、マンガンを含む銅系膜からなる導電体を形成する工程と、前記導電体を被覆するように前記絶縁膜上に酸化シリコン系絶縁膜を形成する工程と、前記導電体中に含まれるマンガンと前記酸化シリコン系絶縁膜との反応により前記導電体上面にマンガンシリケート層を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法では、導電体の上面に、該導電体上に形成した酸化シリコン系絶縁膜との反応により生成されたマンガンシリケート膜を形成することから、従来の誘電率の高いシリコン系のバリア絶縁膜を形成する必要がなくなる。また、このマンガンシリケート膜は、絶縁膜上に形成されず導電体上面のみに選択的に形成される。
本発明の半導体装置は、絶縁膜上に形成されず導電体の上面のみに選択的にマンガンシリケート膜が形成されているため、配線間容量の低減が可能になるという利点がある。また、マンガンシリケート膜が絶縁膜上に形成されず導電体上面のみに選択的に形成されているので、銅のマイグレーション耐性が上がり、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーション等に対する配線信頼性が向上できるという利点がある。
本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜上に形成せず導電体の上面のみに選択的にマンガンシリケート膜を形成することができるため、配線間容量の低減が可能になるという利点がある。また、マンガンシリケート膜を絶縁膜上には形成せずに導電体上面のみに選択的に形成するので、銅のマイグレーション耐性が上がり、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーション等に対する配線信頼性が向上できるという利点がある。
本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第1例を、図1の概略構成断面図によって説明する。
図1に示すように、絶縁膜11に凹部12が形成されている。この凹部12は、例えば、配線溝であり、もしくは上層配線と下層配線とを接続する接続孔であり、もしくは配線溝とこの配線溝の底部に形成された接続孔である。ここでは、一例として、配線溝として説明する。上記凹部12の内部にはバリア膜13を介して導電体(例えば配線)14が形成されている。上記バリア膜13は、例えばタンタル(Ta)膜で形成されている。上記導電体14は、例えばマンガンを含むことが可能なもので、銅もしくは銅を主成分とする銅合金等の銅系材料で形成されている。上記絶縁膜11上には、上記導電体14上を被覆するように酸化シリコン系絶縁膜21が形成されている。上記導電体14上面には、この導電体14中に含まれていたマンガン(Mn)と上記酸化シリコン系絶縁膜21のシリコン(Si)と酸素(O)との反応により生成されたマンガンシリケート(MnSixy)膜22が形成されている。このx、yは銅に対するバリア性を考慮して適宜設定される。
また、上記絶縁膜11は酸化シリコン系絶縁膜で形成され、上記バリア膜13はマンガンシリケート(MnSixy)膜で形成されていてもよい。このx、yは銅に対するバリア性を考慮して適宜設定される。このマンガンシリケート膜は、例えば、上記絶縁膜11が酸化シリコン系絶縁膜で形成されていて、上記凹部12内に導電体14を形成する前に、上記凹部12内面に形成された、例えば銅マンガン合金層(図示せず)のマンガン(Mn)と上記酸化シリコン系絶縁膜のシリコン(Si)と酸素(O)とが反応することによって生成される。
このように、バリア膜13がマンガンシリケート膜からなる場合には、上記バリア膜13と上記マンガンシリケート膜22とは、同種の材料であるマンガンシリケート膜で連続的に接続するように形成することができる。このため、上記導電体14は上記バリア膜13と上記マンガンシリケート膜22とによって包含された状態となる。
上記構成を有する半導体装置1では、導電体14の上面に、酸化シリコン系絶縁膜21との反応により生成されたマンガンシリケート膜22が形成されていることから、従来のシリコン系のバリア絶縁膜を形成する必要がなくなるので、配線間の容量値を低減できるという利点がある。また、絶縁膜11上には形成されずに、導電体14の上面のみに選択的にマンガンシリケート膜22が形成されているため、配線間容量の低減が可能になるという利点がある。さらに、凹部12の内面と導電体14との境界にマンガンシリケート膜からなるバリア膜13が形成されているものでは、マンガンシリケート膜からなるバリア膜13とマンガンシリケート膜22とで導電体14を包み込むようになるので、銅のマイグレーション耐性が上がり、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーション等に対する配線信頼性が向上できるという利点がある。
次に、本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第2例を、図2の概略構成断面図によって説明する。第2例は、凹部13が配線溝と接続孔からなるもので、配線上にマンガンシリケート膜を形成したものである。
図2に示すように、半導体基板(図示せず)上に、第1絶縁膜31が例えば酸化シリコン系絶縁膜で形成されている。この第1絶縁膜31は、例えば誘電率が3以下の無機系酸化膜、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で、200nmの厚さに形成されている。上記第1絶縁膜31には凹部(以下、配線溝として説明する)32が、例えば150nmの深さに形成されている。上記配線溝32内部には、マンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜33を介して銅系膜からなる導電体(以下第1配線として説明する)34が形成されている。
上記第1配線34の上面には、第1配線34中に拡散されたマンガン(Mn)と、この第1配線34の上面に形成した酸化シリコン系絶縁膜(図示せず)中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応して生成された、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜35が形成されている。すなわち、銅系配線となる第1配線34上にのみ選択的にマンガンシリケート膜35が形成されている。なお、上記酸化シリコン系絶縁膜は除去されている。
さらに上記第1配線34を被覆するように上記第1絶縁膜31上にバリア膜36が形成されている。このバリア膜36は、例えば窒化炭化シリコン(SiCN)膜で成膜されていて、例えば30nmの厚さに形成されている。上記バリア膜36上には第2絶縁膜41が形成されている。この第2絶縁膜41は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を250nmの厚さに堆積して形成されている。
上記第2絶縁膜41上には上記バリア膜36を貫通して第1配線34に達するビアホール42が形成されている。さらに、ビアホール42上部の第2絶縁膜41には、配線溝43が形成されている。すなわち、配線溝43の底部に上記ビアホール42が形成されている。上記配線溝43の内部およびビアホール42の内部には、シード膜(図示せず)中のマンガン(Mn)と酸化シリコン系絶縁膜からなる第2絶縁膜41中のシリコン(Si)、酸素(O)とが反応して生成された、銅バリア性の高い、マンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜44を介して、導電体の第2配線45および接続プラグ46が形成されている。上記バリア膜44は、上記配線溝43側壁と底面およびビアホール42の側壁に、いわゆる自己形成されている。
上記第2配線45を被覆するように上記第2絶縁膜41上には酸化シリコン系絶縁膜からなる第3絶縁膜51が形成されている。この酸化シリコン系絶縁膜は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を250nmの厚さに堆積して形成されている。
さらに、上記第2配線45と上記第3絶縁膜51との間には、第2配線45中に拡散されたマンガン(Mn)と、酸化シリコン系絶縁膜からなる第3絶縁膜51中のシリコン(Si)、酸素(O)とが反応して生成された、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜47が形成されている。このマンガンシリケート膜47は、銅系材料からなる第2配線45上にのみ選択的に形成されている。
上記構成を有する半導体装置7では、第1配線34、第2配線45の上面に、酸化シリコン系絶縁膜との反応により生成されたマンガンシリケート膜35、47が形成されていることから、従来のシリコン系のバリア絶縁膜を形成する必要がなくなるので、配線間の容量値を低減できるという利点がある。また、第1絶縁膜31上、第2絶縁膜41上には形成されずに、第1配線34、第2配線45の上面のみに選択的にマンガンシリケート膜35、47が形成されているため、配線間容量の低減が可能になるという利点がある。さらに、第1配線34をバリア膜33とマンガンシリケート膜35で包み込むようになり、第2配線45および接続プラグ46をバリア膜44とマンガンシリケート膜47で包み込むようになるので、銅のマイグレーション耐性が上がり、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーション等に対する配線信頼性が向上できるという利点がある。
次に、本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第3例を、図3の概略構成断面図によって説明する。第3例は、凹部13が配線溝と接続孔からなるもので、配線上と接続プラグ上の両方にマンガンシリケート膜を形成したものである。
図3に示すように、半導体基板(図示せず)上に、第1絶縁膜31が例えば酸化シリコン系絶縁膜で形成されている。この第1絶縁膜31は、例えば誘電率が3以下の無機系酸化膜、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で、200nmの厚さに形成されている。上記第1絶縁膜31には凹部(以下配線溝として説明する)32が、例えば150nmの深さに形成されている。上記配線溝32内部には、マンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜33を介して銅系膜からなる導電体(以下第1配線として説明する)34が形成されている。
上記第1配線34の上面には、第1配線34中に拡散されたマンガン(Mn)と、この第1配線34の上面に形成されている酸化シリコン系絶縁膜からなる第2絶縁膜41中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応して生成された、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜35が形成されている。すなわち、銅系配線となる第1配線34上にのみ選択的にマンガンシリケート膜35が形成されている。
上記第2絶縁膜41は、上記第1配線34上を被覆するように上記第1絶縁膜31上に形成されている。この酸化シリコン系絶縁膜は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を100nmの厚さに堆積して形成されている。
上記第2絶縁膜41には上記第1配線34に達する凹部(以下ビアホールとして説明する)42が形成されている。上記ビアホール42の内部には、マンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜44を介して銅系膜からなる導電体(以下接続プラグとして説明する)46が形成されている。
上記接続プラグ46の上面には、接続プラグ46中に拡散されたマンガン(Mn)と、この接続プラグ46の上面に形成されている酸化シリコン系絶縁膜からなる第3絶縁膜51中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応して生成された、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜47が形成されている。すなわち、接続プラグ46上にのみ選択的にマンガンシリケート膜47が形成されている。
上記第3絶縁膜51は、上記接続プラグ46上を被覆するように上記第2絶縁膜41上に形成されている。この酸化シリコン系絶縁膜は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を150nmの厚さに堆積して形成されている。
上記第3絶縁膜51には凹部(以下配線溝として説明する)52が形成されている。上記配線溝52内部には、マンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜53を介して銅系膜からなる導電体(以下第2配線として説明する)54が形成されている。
さらに上記第2配線54の上面には、第2配線54中に拡散されたマンガン(Mn)と、この第2配線54の上面に形成された酸化シリコン系絶縁膜からなる第4絶縁膜61中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応して生成された、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜55が形成されている。すなわち、銅系配線となる第2配線54上にのみ選択的にマンガンシリケート膜55が形成されている。
上記構成を有する半導体装置8では、第1配線34、第2配線54の上面に、酸化シリコン系絶縁膜との反応により生成されたマンガンシリケート膜35、55が形成されていることから、従来のシリコン系のバリア絶縁膜を形成する必要がなくなるので、配線間の容量値を低減できるという利点がある。また、第1絶縁膜31上、第3絶縁膜51上には形成されずに、第1配線34、第2配線54の上面のみに選択的にマンガンシリケート膜35、55が形成されているため、配線間容量の低減が可能になるという利点がある。さらに、第1配線34をバリア膜33とマンガンシリケート膜35で包み込むようになり、接続プラグ46をバリア膜44とマンガンシリケート膜47で包み込むようになり、第2配線54をバリア膜53とマンガンシリケート膜55で包み込むようになるので、銅のマイグレーション耐性が上がり、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーション等に対する配線信頼性が向上できるという利点がある。
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第1例を、図4の製造工程断面図によって説明する。
図4(1)に示すように、絶縁膜11に凹部12を形成する。この絶縁膜は、例えば酸化シリコン系絶縁膜で形成する。上記の凹部12は、例えば配線溝であり、例えば上層配線と下層配線とを接続する接続孔である、または配線溝とこの配線溝の底部に形成された接続孔であってもよい。ここでは、一例として、配線溝として説明する。上記凹部12の形成方法は、通常のレジスト塗布とリソグラフィー技術によりレジストマスク(図示せず)を形成し、そのレジストマスクを用いて、ドライエッチングにより上記絶縁膜11に凹部12を形成する。その後、上記レジストマスクは除去する。
次いで、上記凹部12の内面に銅マンガン合金層を形成し、さらに銅膜で上記凹部12内を埋め込んだ後、熱処理を実施して、絶縁膜11と銅膜との間にマンガンシリケート膜からなるバリア膜13を形成する。その後、絶縁膜11上の余剰な銅膜、バリア膜13を除去することで、上記凹部12内部にマンガンシリケード膜からなるバリア膜13を介して銅膜からなる導電体(例えば配線)14を形成する。このとき、余剰なマンガンが銅膜中に拡散されている。
次に、図4(2)に示すように、上記導電体14を被覆するように上記絶縁膜11上に酸化シリコン系絶縁膜21を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜21は、例えば酸化シリコン(SiO2)を主成分とする膜であればよい。ここでは、一例として低誘電率なMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で形成した。
次に、図4(3)に示すように、熱処理を行うことで、導電体14中のマンガンと酸化シリコン系絶縁膜のシリコン(Si)および酸素(O)とを反応させて、上記絶縁膜11と上記導電体14との界面にマンガンシリケート(MnSixy)膜22を形成する。このx、yは銅に対するバリア性を考慮して適宜設定される。
上記マンガンシリケート膜からなるバリア膜13と上記マンガンシリケート膜22とは連続的に接続するように形成されている。このため、上記導電体14はマンガンシリケート膜からなるバリア膜13とマンガンシリケート膜22とによって包含された状態となる。
上記半導体装置の製造方法では、導電体14の上面に、導電体14上に形成した酸化シリコン系絶縁膜21との反応により生成されたマンガンシリケート膜22を形成することから、従来の誘電率の高いシリコン系のバリア絶縁膜を形成する必要がなくなる。また、このマンガンシリケート膜22は、絶縁膜11上に形成されず導電体14上面のみに選択的に形成されるため、配線間容量の低減が可能になるという利点がある。また、マンガンシリケート膜22を絶縁膜11上には形成せずに導電体14上面のみに選択的に形成するので、マンガンシリケート膜からなるバリア膜13とマンガンシリケート膜22とで導電体14が包含される。これによって、銅のマイグレーション耐性が上がり、エレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーション等に対する配線信頼性が向上できるという利点がある。
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第2例を、図5〜図6の製造工程断面図によって説明する。
図5(1)に示すように、半導体基板(図示せず)上に、絶縁膜11を形成する。この絶縁膜11は、例えば化学気相法(CVD)を用いて、誘電率が3以下の無機系酸化膜、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で形成する。その膜厚は、例えば200nmとする。さらに、上記絶縁膜11上に有機反射防止膜(BARC:bottom anti refractive Coat)71を塗布して形成した後、凹部(例えば配線溝)12を形成するためのエッチングマスク72を、例えば化学増幅型ArFレジストを用いて形成する。このエッチングマスク72には、例えば線幅60nmの溝パターン73を形成する。
次に、図5(2)に示すように、上記エッチングマスク72〔前記図5(1)参照〕を用いて上記絶縁膜11を加工し、溝パターン53〔前記図5(2)参照〕が延長形成された凹部(配線溝)12を形成する。このエッチングでは、例えばフッ化炭素(CF)系のエッチングガスを用い、上記凹部12を例えば150nmの深さに形成する。その後、このエッチング加工で残ったエッチングマスク72、有機反射防止膜71を、例えば酸素(O2)系ガスアッシングにて剥離する。
次に、図5(3)に示すように、上記凹部12の内面および上記絶縁膜11の表面に、バリアメタル膜74を形成する。このバリアメタル膜74には、例えばタンタル(Ta)膜を用い、その膜厚は例えば5nmとした。さらに、シード膜75を形成する。このシード膜75は、例えばマンガン(Mn)を2wt%含有した銅マンガン(CuMn)合金膜からなり、例えば40nmの厚さに形成した。これらのバリアメタル膜74、シード膜75は、スパッタリング法、原子層蒸着法等の薄膜形成技術により形成することができる。さらに、電解めっき(ECP)法もしくはCVD法にて、凹部12を埋め込むように銅系膜76を形成した。ここでは、銅膜を形成した。
次に、図5(4)に示すように、機械的化学研磨(CMP)法によって、絶縁膜11表面の余剰な銅系膜76〔前記図5(3)参照〕、シード膜75、バリアメタル膜74等を研磨して、絶縁膜11表面を露出させるとともに、上記凹部12内にバリアメタル膜74、シード膜75を介して銅系膜76からなる導電体(例えば配線)14を形成する。
次に、図6(5)に示すように、上記銅系膜76を被覆するように上記絶縁膜11上に酸化シリコン系絶縁膜21を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜21は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を250nmの厚さに堆積して形成した。
次に、図6(6)に示すように、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、シード膜75〔前記図5(4)参照〕中のマンガン(Mn)が銅系膜76〔前記図5(4)参照〕の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が酸化シリコン系絶縁膜21中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)層22を形成する。すなわち、銅系膜76からなる導電体14上にのみ選択的に、銅のバリア性を有するマンガンシリケート膜22が形成されたことになる。なお、酸化シリコン系絶縁膜21をCVD成膜する際のサーマルバジェットにより、自己形成バリア膜であるマンガンシリケート膜22を形成するため上記熱処理は、必須ではないが、マンガンシリケート膜22の形成効率を高めるために行うことが望ましい。また、シード膜75中のマンガンがマンガンシリケート膜22を生成する際に使用されるので、シード膜75は銅膜となり導電体14の一部となる。したがって、凹部12内にはバリア膜74を介して導電体14が形成され、この導電体14上面にマンガンシリケート膜22が形成される。
上記半導体装置の製造方法では、既存技術で形成していた配線上の誘電率が5程度の窒化炭化シリコン(SiCN)系絶縁膜を形成しなくてよいので、容量値は、従来技術と比較して10%低減できた。さらに、導電体14とマンガンシリケート膜22との界面密着性が向上されたことにより、ストレスマイグレーション(SM)、エレクトロマイグレーション(EM)などの耐性が向上し、配線信頼性の改善が得られた。
また、上記半導体装置の製造方法では、いわゆるシングルダマシン(Single-damascene)構造を説明したが、デュアルダマシン(Dual-damascene)構造に対しても、本発明の半導体装置の製造方法は同様に適用することが可能である。また、導電体14を構成する材料としては、銅、銅合金等で構成される銅系膜のみならず、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属を用いることも可能である。
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第3例を、図7〜図8の製造工程断面図によって説明する。
図7(1)に示すように、前記図5(1)〜(2)によって説明した第2例と同様にして、半導体基板(図示せず)上に、絶縁膜11を酸化シリコン系絶縁膜で形成する。この絶縁膜11は、例えば化学気相法(CVD)を用いて、誘電率が3以下の無機系酸化膜、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で形成する。その膜厚は、例えば200nmとする。さらに、エッチングによって上記絶縁膜11に凹部(例えば配線溝)12を形成する。このエッチングでは、例えばフッ化炭素(CF)系のエッチングガスを用い、上記凹部12を例えば150nmの深さに形成する。
次いで、上記凹部12の内面および上記絶縁膜11の表面に、シード膜75を形成する。このシード膜75は、例えば銅マンガン(CuMn)合金膜からなり、例えば40nmの厚さに形成した。このシード膜75は、スパッタリング法、原子層蒸着法等の薄膜形成技術により成膜することができる。さらに、電解めっき(ECP)法もしくはCVD法にて、凹部12を埋め込むように銅系膜76を形成した。ここでは、銅膜を形成した。
次に、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、銅系膜76の銅のグレイン成長が促進されるとともに、シード膜75中のマンガン(Mn)と酸化シリコン系絶縁膜からなる絶縁膜11中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜13を形成する。このようにして、バリア膜13は、凹部12の側壁および底面に、いわゆる自己形成される。
次に、図7(2)に示すように、機械的化学研磨(CMP)法によって、絶縁膜11表面の余剰な銅系膜76〔前記図7(1)参照〕、バリア膜13〔前記図7(1)参照〕、シード膜75〔前記図7(1)参照〕の未反応部分等を研磨して、絶縁膜11表面を露出させるとともに、上記凹部12内にマンガンシリケートからなるバリア膜13を介して銅系膜76からなる導電体(配線)14を形成する。上記マンガンシリケート膜の形成では、銅マンガン合金からなるシード膜75中のマンガンを全て消費せず、マンガンを残してある。このマンガンは、導電体14中に拡散されている。
次に、図7(3)に示すように、上記導電体14を被覆するように上記絶縁膜11上に酸化シリコン系絶縁膜21を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜21は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を250nmの厚さに堆積して形成した。
次に、図8に示すように、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、導電体14中に拡散されたマンガン(Mn)が導電体14の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が酸化シリコン系絶縁膜21中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)層22を形成する。すなわち、銅系配線となる導電体14上にのみ選択的にマンガンシリケート膜22が形成されたことになる。なお、酸化シリコン系絶縁膜21をCVD成膜する際のサーマルバジェットにより、自己形成バリア膜であるマンガンシリケート膜22を形成するため上記熱処理は必須ではないが、マンガンシリケート膜22の形成効率を高めるために行うことが望ましい。
上記半導体装置の製造方法では、既存技術で形成していた配線上の誘電率が5程度の窒化炭化シリコン(SiCN)系絶縁膜を形成しなくてよいので、容量値は、前記製造方法の第2例と同様に従来技術と比較して低減できた。さらに、導電体14とマンガンシリケート膜22との界面密着性が向上されたことにより、ストレスマイグレーション(SM)、エレクトロマイグレーション(EM)などの耐性が向上し、配線信頼性の改善が得られた。
また、上記半導体装置の製造方法では、いわゆるシングルダマシン(Single-damascene)構造を説明したが、デュアルダマシン(Dual-damascene)構造に対しても、本発明の半導体装置の製造方法は同様に適用することが可能である。また、導電体14を構成する材料としては、銅、銅合金等で構成される銅系膜のみならず、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属を用いることも可能である。
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第4例を、図9の製造工程断面図によって説明する。
図9(1)に示すように、前記図5(1)〜(2)によって説明した第2例と同様にして、半導体基板(図示せず)上に、絶縁膜11を酸化シリコン系絶縁膜で形成する。この絶縁膜11は、例えば化学気相法(CVD)を用いて、誘電率が3以下の無機系酸化膜、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で形成する。その膜厚は、例えば200nmとする。さらに、エッチングによって上記絶縁膜11に凹部(例えば配線溝)12を形成する。このエッチングでは、例えばフッ化炭素(CF)系のエッチングガスを用い、上記凹部12を例えば150nmの深さに形成する。
次いで、上記凹部12の内面および上記絶縁膜11の表面に、第1シード膜77を形成する。この第1シード層77は、例えば銅マンガン(CuMn)合金膜からなり、例えば40nmの厚さに形成した。この第1シード膜77は、スパッタリング法、原子層蒸着法等の薄膜形成技術により成膜することができる。さらに、電解めっき(ECP)法もしくはCVD法にて、第1銅系膜78を形成する。ここでは、銅膜を例えば50nmの厚さに形成した。
続いて、上記第1銅系膜78の表面に、第2シード膜79を形成する。この第2シード膜79は、例えば銅マンガン(CuMn)合金膜からなり、例えば10nmの厚さに形成した。この第2シード膜79は、スパッタリング法、原子層蒸着法等の薄膜形成技術により成膜することができる。さらに、電解めっき(ECP)法もしくはCVD法にて、上記凹部11を埋め込むように第2銅系膜80を形成する。ここでは、銅膜を形成した。なお、各シード膜77、79、各銅系膜78、80の膜厚を調整して、凹部12内を上記以上の多数層構造とすることも可能である。
次に、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、第1、第2銅系膜78、80の銅のグレイン成長が促進されるとともに、第1、第2シード膜77、79中のマンガン(Mn)と酸化シリコン系絶縁膜からなる絶縁膜11中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜(図示せず)を形成する。このようにして、バリア膜は、凹部12の側壁および底面に、いわゆる自己形成される。
次に、図9(2)に示すように、機械的化学研磨(CMP)法によって、絶縁膜11表面の余剰な第1、第2銅系膜78、80〔前記図9(1)参照〕、第1、第2シード膜77、79〔前記図9(1)参照〕の未反応部分、バリア膜13等を研磨して、絶縁膜11表面を露出させるとともに、上記凹部12内にマンガンシリケートからなるバリア膜13を介して銅系膜78、80からなる導電体(配線)14を形成する。上記マンガンシリケート膜の形成では、銅マンガン合金からなる第1、第2シード膜77、79中のマンガンを全て消費せず、マンガンを残してある。このマンガンは、導電体14中に拡散される。
次に、図9(3)に示すように、上記導電体14を被覆するように上記絶縁膜11上に酸化シリコン系絶縁膜21を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜21は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を250nmの厚さに堆積して形成した。
次に、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、導電体14中に拡散されたマンガン(Mn)が導電体14の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が酸化シリコン系絶縁膜21中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜22を形成する。すなわち、銅系配線となる導電体14上にのみ選択的にマンガンシリケート膜22が形成されたことになる。なお、酸化シリコン系絶縁膜21をCVD成膜する際のサーマルバジェットにより、自己形成バリア膜であるマンガンシリケート膜22を形成するため上記熱処理は必須ではないが、マンガンシリケート膜22の形成効率を高めるために行うことが望ましい。
上記半導体装置の製造方法では、既存技術で形成していた配線上の誘電率が5程度の窒化炭化シリコン(SiCN)系絶縁膜を形成しなくてよいので、容量値は、前記製造方法の第2例と同様に従来技術と比較して低減できた。さらに、導電体14とマンガンシリケート膜22との界面密着性が向上されたことにより、ストレスマイグレーション(SM)、エレクトロマイグレーション(EM)などの耐性が向上し、配線信頼性の改善が得られた。さらに、導電体(例えば配線)上の絶縁膜、例えば酸化シリコン系絶縁膜21にビアホールを形成する際のエッチング加工時に、上記マンガンシリケート膜22が厚く形成されることから、いわゆる付きぬけが抑制され、この結果、ビア抵抗値のばらつきを30%低減することができた。
銅マンガン合金からなる第1、第2シード膜77、79のように2層のマンガン供給源となる層を複数層に形成したことにより、マンガンシリケート膜22の生成効率が高められる。例えば、銅マンガン合金層を1層だけ厚く形成したのでは、その後の銅系膜の埋め込みにおいて埋め込み不良が発生する可能性がある。すなわち、ボイドを発生する可能性があり、配線の信頼性を劣化させることになる。
また、上記半導体装置の製造方法では、いわゆるシングルダマシン(Single-damascene)構造を説明したが、デュアルダマシン(Dual-damascene)構造に対しても、本発明の半導体装置の製造方法は同様に適用することが可能である。また、導電体14を構成する材料としては、銅、銅合金等で構成される銅系膜のみならず、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属を用いることも可能である。
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第5例を、図10の製造工程断面図によって説明する。
図10(1)に示すように、前記図5(1)〜(3)によって説明した第2例と同様にして、半導体基板(図示せず)上に、絶縁膜11を酸化シリコン系絶縁膜で形成する。この絶縁膜11は、例えば化学気相法(CVD)を用いて、誘電率が3以下の無機系酸化膜、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で形成する。その膜厚は、例えば200nmとする。さらに、エッチングによって上記絶縁膜11に凹部(例えば配線溝)12を形成する。このエッチングでは、例えばフッ化炭素(CF)系のエッチングガスを用い、上記凹部12を例えば150nmの深さに形成する。
次いで、上記凹部12の内面および上記絶縁膜11の表面に、バリアメタル膜74を形成する。このバリアメタル膜74には、例えばタンタル(Ta)膜を用い、その膜厚は例えば5nmとした。さらに、第1シード膜77を形成する。この第1シード層77は、例えば銅マンガン(CuMn)合金膜からなり、例えば40nmの厚さに形成した。この第1シード膜77は、スパッタリング法、原子層蒸着法等の薄膜形成技術により成膜することができる。さらに、電解めっき(ECP)法もしくはCVD法にて、第1銅系膜78を形成する。ここでは、銅膜を例えば50nmの厚さに形成した。
続いて、上記第1銅系膜78の表面に、第2シード膜79を形成する。この第2シード膜79は、例えば銅マンガン(CuMn)合金膜からなり、例えば10nmの厚さに形成した。この第2シード膜79は、スパッタリング法、原子層蒸着法等の薄膜形成技術により成膜することができる。さらに、電解めっき(ECP)法もしくはCVD法にて、上記凹部11を埋め込むように第2銅系膜80を形成する。ここでは、銅膜を形成した。なお、各シード膜77、79、各銅系膜78、80の膜厚を調整して、凹部12内を上記以上の多数層構造にすることも可能である。
次に、図10(2)に示すように、機械的化学研磨(CMP)法によって、絶縁膜11表面の余剰な第1、第2銅系膜78、80〔前記図10(1)参照〕、第1、第2シード膜77、79〔前記図10(1)参照〕、バリアメタル膜74等を研磨して、絶縁膜11表面を露出させるとともに、上記凹部11内にバリアメタル膜74を介して、第1シード膜77、第1銅系膜78、第2シード膜79、第2銅系膜80の積層構造が形成される。
次に、図10(3)に示すように、上記積層構造を被覆するように上記絶縁膜11上に酸化シリコン系絶縁膜21を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜21は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を250nmの厚さに堆積して形成した。
次に、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、第1、第2シード膜77、79〔前記図10(2)参照〕中のマンガン(Mn)が第1、第2シード膜77、79の銅の部分および第1、第2銅系膜78、80〔前記図10(2)参照〕からなる導電体14の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が酸化シリコン系絶縁膜21中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜22を形成する。すなわち、銅系配線となる導電体14上にのみ選択的にマンガンシリケート膜22が形成されたことになる。したがって、凹部12内にバリアメタル膜74を介して導電体14が形成され、この導電体14の上面のみにマンガンシリケート膜22が形成される。なお、酸化シリコン系絶縁膜21をCVD成膜する際のサーマルバジェットにより、自己形成バリア膜であるマンガンシリケート膜22を形成するため上記熱処理は必須ではないが、マンガンシリケート膜22の形成効率を高めるために行うことが望ましい。
上記半導体装置の製造方法では、既存技術で形成していた配線上の誘電率が5程度の窒化炭化シリコン(SiCN)系絶縁膜を形成しなくてよいので、容量値は、前記製造方法の第2例と同様に従来技術と比較して低減できた。さらに、導電体14とマンガンシリケート膜22との界面密着性が向上されたことにより、ストレスマイグレーション(SM)、エレクトロマイグレーション(EM)などの耐性が向上し、配線信頼性の改善が得られた。さらに、導電体(例えば配線)上の絶縁膜、例えば酸化シリコン系絶縁膜21にビアホールを形成する際のエッチング加工時に、上記マンガンシリケート膜22が厚く形成されることから、いわゆる付きぬけが抑制され、この結果、ビア抵抗値のばらつきを30%低減することができた。
また、上記半導体装置の製造方法では、いわゆるシングルダマシン(Single-damascene)構造を説明したが、デュアルダマシン(Dual-damascene)構造に対しても、本発明の半導体装置の製造方法は同様に適用することが可能である。また、導電体14を構成する材料としては、銅、銅合金等で構成される銅系膜のみならず、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属を用いることも可能である。
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第6例を、図11の概略構成断面図によって説明する。
図11(1)に示すように、前記図7(1)、(2)によって説明した製造方法と同様にして、半導体基板(図示せず)上に、絶縁膜11を酸化シリコン系絶縁膜で形成する。この絶縁膜11は、例えば化学気相法(CVD)を用いて、誘電率が3以下の無機系酸化膜、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で形成する。その膜厚は、例えば200nmとする。さらに、エッチングによって上記絶縁膜11に凹部(例えば配線溝)12を形成する。このエッチングでは、例えばフッ化炭素(CF)系のエッチングガスを用い、上記凹部12を例えば150nmの深さに形成する。次いで、上記凹部12に、マンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜13を介して銅系膜からなる導電体(例えば配線)14を形成する。上記マンガンシリケート膜の形成では、銅マンガン合金からなるシード膜75〔前記図7(3)参照〕中のマンガンを全て消費せず、マンガンを残してある。このマンガンは、導電体14中に拡散される。
次に、図11(2)に示すように、上記導電体14を被覆するように上記絶縁膜11上に酸化シリコン系絶縁膜21を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜21は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を10nmの厚さに堆積して形成した。さらに、酸化シリコン系絶縁膜21上に、有機絶縁膜23を形成する。この有機絶縁膜23は、例えばポリアリールエーテル膜で形成され、例えば240nmの厚さに形成される。
次に、図11(3)に示すように、熱処理(キュア)を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を350℃、加熱時間を30分として行った。この処理によって、導電体14中に拡散されたマンガン(Mn)が導電体14の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が酸化シリコン系絶縁膜21中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜22を形成する。すなわち、銅系配線となる導電体14上にのみ選択的にマンガンシリケート膜22が形成されたことになる。
上記半導体装置の製造方法では、既存技術で形成していた配線上の誘電率が5程度の窒化炭化シリコン(SiCN)系絶縁膜を形成しなくてよいので、容量値は、前記製造方法の第2例と同様に従来技術と比較して低減できた。また、導電体14とマンガンシリケート膜22との界面密着性が向上されたことにより、ストレスマイグレーション(SM)、エレクトロマイグレーション(EM)などの耐性が向上し、配線信頼性の改善が得られた。さらに、有機絶縁膜23を形成するプロセスに適用することができるので、層間絶縁膜の膜種の選択幅が広がるという利点がある。
また、上記半導体装置の製造方法では、いわゆるシングルダマシン(Single-damascene)構造を説明したが、デュアルダマシン(Dual-damascene)構造に対しても、本発明の半導体装置の製造方法は同様に適用することが可能である。また、導電体14を構成する材料としては、銅、銅合金等で構成される銅系膜のみならず、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属を用いることも可能である。
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第7例を、図12〜図15の概略構成断面図によって説明する。
図12(1)に示すように、前記図11によって説明した第6例と同様にして、半導体基板(図示せず)上に、第1絶縁膜31を酸化シリコン系絶縁膜で形成する。この第1絶縁膜31は、例えば化学気相法(CVD)を用いて、誘電率が3以下の無機系酸化膜、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で形成する。その膜厚は、例えば200nmとする。さらに、エッチングによって上記第1絶縁膜31に凹部(以下配線溝として説明する)32を形成する。このエッチングでは、例えばフッ化炭素(CF)系のエッチングガスを用い、上記配線溝32を例えば150nmの深さに形成する。次いで、上記配線溝32に、マンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜33を介して銅系膜からなる導電体(以下第1配線として説明する)34を形成する。上記マンガンシリケート膜の形成では、銅マンガン合金からなるシード膜(図示せず)を形成し、そのシード膜中のマンガンを全て消費せず、マンガンを残してある。このマンガンは、導電体14中に拡散される。
次に、上記導電体14を被覆するように上記絶縁膜11上に酸化シリコン系絶縁膜21を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜21は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を10nmの厚さに堆積して形成した。
次に、図12(2)に示すように、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、第1配線34中に拡散されたマンガン(Mn)が第1配線34の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が酸化シリコン系絶縁膜21中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜35を形成する。すなわち、第1配線34上にのみ選択的にマンガンシリケート膜35が形成される。
次に、図12(3)に示すように、上記第1絶縁膜31上の上記酸化シリコン系絶縁膜21〔前記図12(2)参照〕を除去する。この除去工程は、上記マンガンシリケート膜35が露出するように行う。その方法としては、例えばウエットエッチングもしくはドライエッチングがある。
次に、図12(4)に示すように、上記第1配線34上を被覆するように上記第1絶縁膜31上にバリア膜36を形成する。このバリア膜36は、例えば窒化炭化シリコン(SiCN)膜で成膜され、例えば30nmの厚さに形成する。このバリア膜36は、例えばCVDによって成膜する。
次に、図13(5)に示すように、上記バリア膜36上に第2絶縁膜41を形成する。この第2絶縁膜41は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を250nmの厚さに堆積して形成した。
次に、図13(6)に示すように、上記第2絶縁膜41上にビアホールを形成するためのエッチングマスク(図示せず)を、例えば化学増幅型ArFレジストを用いて形成する。次に、上記第2絶縁膜41をエッチング加工してビアホール42を形成する。このエッチングでは、ビアホール42底部に窒化炭化シリコンからなるバリア膜36が形成されていることから、上記エッチング加工時に高い選択性を確保することが可能になるので、ロバスト(Robust)な加工が可能となる。
次に、図14(7)に示すように、上記第2絶縁膜41上に上記ビアホール42を埋め込むように有機反射防止膜(BARC:bottom anti refractive Coat)81を塗布して形成した後、配線溝を形成するためのエッチングマスク82を、例えば化学増幅型ArFレジストを用いて形成する。このエッチングマスク82には配線溝パターン83が形成されている。
次に、図14(8)に示すように、上記有機反射防止膜81〔前記図14(7)参照〕および上記第2絶縁膜41をエッチング加工して配線溝43を形成する。この配線溝43の底部には上記ビアホール42が形成されている。その後、上記エッチングマスク81および有機反射防止膜82〔前記図14(7)参照〕を除去する。
次に、図15(9)に示すように、上記ビアホール42の底部に形成されているバリア膜36を除去して、ビアホール42をマンガンシリケート膜35を介して第1配線34に接続させる。このエッチングでは、エッチングガスに例えばフッ化炭素(CF)系ガス系ガスを用いた。
次に、図15(10)に示すように、前記図7〜図8によって説明したのと同様にして、上記配線溝43の内面およびビアホール42の内面および上記第2絶縁膜41の表面に、例えば銅マンガン(CuMn)合金膜からなるシード膜(図示せず)を、例えば40nmの厚さに形成し、さらに、電解めっき(ECP)法もしくはCVD法にて、上記配線溝43およびビアホール42を埋め込むように銅系膜を形成する。次いで、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、銅系膜の銅のグレイン成長が促進されるとともに、シード膜中のマンガン(Mn)と酸化シリコン系絶縁膜からなる第2絶縁膜41中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、マンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜44を形成する。このようにして、バリア膜44は、上記配線溝43側壁と底面およびビアホール42の側壁に、いわゆる自己形成される。
次に、機械的化学研磨(CMP)法によって、第2絶縁膜41表面の余剰な銅系膜、シード膜等を除去して、第2絶縁膜41表面を露出させるとともに、上記配線溝43およびビアホール42の各内部にマンガンシリケート膜からなるバリア膜44を介して銅系膜からなる導電体(第2配線45と接続プラグ46)を形成する。上記マンガンシリケート膜の形成では、銅マンガン合金からなるシード膜中のマンガンを全て消費せず、マンガンを残してある。このマンガンは、導電体(第2配線45と接続プラグ46)中に拡散される。
次に上記導電体(第2配線45)を被覆するように上記第2絶縁膜41上に酸化シリコン系絶縁膜からなる第3絶縁膜51を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を250nmの厚さに堆積して形成した。
次に、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、導電体(第2配線45と接続プラグ46)中に拡散されたマンガン(Mn)が第2配線45の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が酸化シリコン系絶縁膜からなる第3絶縁膜51中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜47を形成する。すなわち、第2配線45上にのみ選択的にマンガンシリケート膜47が形成される。なお、酸化シリコン系絶縁膜をCVD成膜する際のサーマルバジェットにより、自己形成バリア膜であるマンガンシリケート膜47が形成されるため、上記熱処理は、必須ではないが、マンガンシリケート膜47の形成効率を高めるために行うことが望ましい。
上記半導体装置の製造方法では、容量値に関しては、従来技術と同レベルであるが、界面密着性向上により、ストレスマイグレーション(SM)、エレクトロマイグレーション(EM)信頼性も改善が得られた。それに加え、窒化炭化シリコンからなるバリア膜36はビアホールのエッチング加工時の選択性が高いことより、ロバストなビアホール加工が可能である。これによって、ビアホール加工時の付き抜けが抑制されるので、ビア抵抗値のばらつきが50%低減できるという利点がある。
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第8例を、図16〜図18の概略構成断面図によって説明する。
図16(1)に示すように、前記第3例と同様にして、半導体基板(図示せず)上に、第1絶縁膜31を酸化シリコン系絶縁膜で形成する。この第1絶縁膜31は、例えば化学気相法(CVD)を用いて、誘電率が3以下の無機系酸化膜、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)膜で形成する。その膜厚は、例えば200nmとする。さらに、エッチングによって上記第1絶縁膜31に凹部(以下配線溝として説明する)32を形成する。このエッチングでは、例えばフッ化炭素(CF)系のエッチングガスを用い、上記配線溝32を例えば150nmの深さに形成する。次いで、上記配線溝32に、マンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜33を介して銅系膜からなる導電体(以下第1配線として説明する)34を形成する。上記マンガンシリケート膜の形成では、銅マンガン合金からなるシード膜(図示せず)中のマンガンを全て消費せず、マンガンを残してある。このマンガンは、第1配線34中に拡散される。
次に、図16(2)に示すように、上記第1配線34を被覆するように上記第1絶縁膜31上に酸化シリコン系絶縁膜からなる第2絶縁膜41を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を100nmの厚さに堆積して形成した。
次に、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を30分として行った。この処理によって、第1配線34中に拡散されたマンガン(Mn)が第1配線34の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が第2絶縁膜41中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜35を形成する。すなわち、銅系配線となる第1配線34上にのみ選択的にマンガンシリケート膜35が形成される。
次に、図16(3)に示すように、第2絶縁膜41上に上記ビアホールを形成するためのエッチングマスク(図示せず)を、例えば化学増幅型ArFレジストを用いて形成する。次に、上記第2絶縁膜41をエッチング加工して凹部(以下ビアホールとして説明する)42を形成する。
次に、図16(4)に示すように、上記ビアホール42の内面および上記酸化シリコン系絶縁膜からなる第2絶縁膜41の表面に、シード膜(図示せず)を形成する。このシード膜は、例えば銅マンガン(CuMn)合金膜からなり、例えば40nmの厚さに形成する。このシード膜は、スパッタリング法、原子層蒸着法等の薄膜形成技術により成膜することができる。さらに、電解めっき(ECP)法もしくはCVD法にて、ビアホール42を埋め込むように銅系膜(図示せず)を形成する。ここでは、銅膜を形成した。この成膜方法は、電解めっき(ECP)法、もしくはCVD法にて行う。
次に、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、銅系膜の銅のグレイン成長が促進されるとともに、シード膜中のマンガン(Mn)と酸化シリコン系絶縁膜からなる第2絶縁膜41中のシリコン(Si)、酸素(O)とが反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜44を形成する。このようにして、バリア膜44は、ビアホール42の側壁に、いわゆる自己形成される。
次に、機械的化学研磨(CMP)法によって、第2絶縁膜41表面の余剰な銅系膜、シード膜等を研磨して、第2絶縁膜41表面を露出させるとともに、上記ビアホール42内にマンガンシリケートからなるバリア膜44を介して銅系膜からなる導電体(以下接続プラグとして説明する)46を形成する。上記マンガンシリケート膜の形成では、銅マンガン合金からなるシード膜中のマンガンを全て消費せず、マンガンを残してある。このマンガンは、接続プラグ46中に拡散される。
次に、図17(5)に示すように、上記接続プラグ46を被覆するように上記第2絶縁膜41上に酸化シリコン系絶縁膜からなる第3絶縁膜51を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を150nmの厚さに堆積して形成した。
次に、図17(6)に示すように、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、接続プラグ46中に拡散されたマンガン(Mn)が接続プラグ46の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が酸化シリコン系絶縁膜からなる第3絶縁膜51中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応して、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜47を形成する。すなわち、接続プラグ46上にのみ選択的にマンガンシリケート膜47が形成される。
次に、上記第3絶縁膜51上に有機反射防止膜(BARC:bottom anti refractive Coat)84を塗布して形成した後、配線溝を形成するためのエッチングマスク85を、例えば化学増幅型ArFレジストを用いて形成する。このエッチングマスク85には配線溝パターン86が形成されている。
次に、図18(7)に示すように、上記有機反射防止膜〔前記図17(6)参照〕84および上記第3絶縁膜51をエッチング加工して凹部(以下配線溝として説明する)52を形成する。この配線溝52の底部には上記接続プラグ46が形成されている。その後、上記エッチングマスク85および有機反射防止膜84〔前記図17(6)参照〕を除去する。
次に、図18(8)に示すように、上記配線溝52の内面および上記第3絶縁膜51の表面に、シード膜(図示せず)を形成する。このシード膜は、例えば銅マンガン(CuMn)合金膜からなり、例えば40nmの厚さに形成した。このシード膜は、スパッタリング法、原子層蒸着法等の薄膜形成技術により成膜することができる。さらに、電解めっき(ECP)法もしくはCVD法にて、上記配線溝52を埋め込むように銅系膜を形成する。ここでは、銅膜を形成した。この成膜方法は、電解めっき(ECP)法、もしくはCVD法にて行う。
次に、熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行った。この処理によって、銅系膜の銅のグレイン成長が促進されるとともに、シード膜中のマンガン(Mn)と酸化シリコン系絶縁膜からなる第3絶縁膜51中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜からなるバリア膜53を形成する。このようにして、バリア膜53は、酸化シリコン系絶縁膜に接する上記配線溝52の側壁および底面に、いわゆる自己形成される。
次に、機械的化学研磨(CMP)法によって、第3絶縁膜51表面の余剰な銅系膜、シード膜等を研磨して、第3絶縁膜51表面を露出させるとともに、上記配線溝52内にマンガンシリケートからなるバリア膜53を介して銅系膜からなる導電体(以下第2配線として説明する)54を形成する。上記マンガンシリケート膜の形成では、銅マンガン合金からなるシード膜中のマンガンを全て消費せず、マンガンを残してある。このマンガンは、第2配線54中に拡散される。
次に、図19(9)に示すように、上記第2配線54上にも前記各実施例で説明したいずれかの方法を採用することで、第2配線54の上面にマンガンシリケート膜を形成する。例えば、第2配線54被覆するように上記第3絶縁膜51上に酸化シリコン系絶縁膜からなる第4絶縁膜61を形成する。この酸化シリコン系絶縁膜は、例えばMSQ(Metyl Silsesquioxane:メチルシルセスキオキサン)を150nmの厚さに堆積して形成する。
次に熱処理を行う。この熱処理は、例えば加熱温度を300℃、加熱時間を60分として行う。この処理によって、第2配線54中に拡散されたマンガン(Mn)が第2配線54の表面部分まで拡散し、このマンガン(Mn)が第2配線54上部の酸化シリコン系絶縁膜からなる第4絶縁膜61中のシリコン(Si)、酸素(O)と反応し、銅バリア性の高い、薄膜のマンガンシリケート(MnSixy)膜55を形成する。すなわち、第2配線54上にのみ選択的にマンガンシリケート膜55が形成される。
上記半導体装置の製造方法では、既存技術で形成していた配線上の誘電率が5程度の窒化炭化シリコン(SiCN)系絶縁膜を形成しなくてよいので、容量値は、前記第2例と同様に従来技術と比較して低減できる。また、第1配線34とマンガンシリケート膜35との界面密着性、接続プラグ46とマンガンシリケート膜47の界面密着性、第2配線54とマンガンシリケート膜55との界面密着性がそれぞれ向上され、しかも第1配線35、接続プラグ47、第2配線55ともにマンガンシリケート膜により包含された状態となるので、ストレスマイグレーション(SM)、エレクトロマイグレーション(EM)などの耐性が向上し、配線信頼性の改善が得られる。
本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第1例を示した概略構成断面図である。 本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第2例を示した概略構成断面図である。 本発明の半導体装置に係る一実施の形態の第3例を示した概略構成断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第1例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第2例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第2例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第3例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第3例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第4例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第5例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第6例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第7例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第7例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第7例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第7例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第8例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第8例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第8例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態の第8例を示した製造工程断面図である。 従来技術の半導体装置の一例を示した概略構成断面図である。
符号の説明
1…半導体装置、11…絶縁膜、12…凹部、21…酸化シリコン系絶縁膜、22…マンガンシリケート膜

Claims (8)

  1. 絶縁膜に設けられた凹部の内部に形成された導電体上面に、該導電体上に形成された酸化シリコン系絶縁膜との反応により生成されたマンガンシリケート膜が形成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記絶縁膜が酸化シリコン系絶縁膜からなり、
    前記凹部の内面と前記導電体との境界に前記絶縁膜との反応により生成されたマンガンシリケート膜が形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記導電体上面に形成されたマンガンシリケート膜と前記凹部内面に形成されたマンガンシリケート膜とが接続されている
    ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
  4. 絶縁膜に形成された凹部の内部に、マンガンを含む銅系膜からなる導電体を形成する工程と、
    前記導電体を被覆するように前記絶縁膜上に酸化シリコン系絶縁膜を形成する工程と、
    前記導電体中に含まれるマンガンと前記酸化シリコン系絶縁膜との反応により前記導電体上面にマンガンシリケート層を形成する工程と
    を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記凹部内に前記導電体を形成する前もしくは形成途中に、前記凹部内に前記マンガンの供給減となる銅マンガン合金層を形成する
    ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記絶縁膜を酸化シリコン系絶縁膜で形成し、
    前記導電体を、前記凹部内に形成した銅マンガン合金層と前記凹部内を埋め込むように形成した銅もしくは銅を主成分とする合金からなる銅系膜とで形成し、
    前記銅マンガン合金層と前記酸化シリコン系絶縁膜からなる絶縁膜との反応によって前記銅マンガン合金層と前記酸化シリコン系絶縁膜との境界面にマンガンシリケート層を形成する
    ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記酸化シリコン系絶縁膜を形成した後に熱処理を行う
    ことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記銅マンガン合金層と前記銅系膜とを複数層に積層して前記導電体を形成する
    ことを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009001780A1 (ja) * 2007-06-22 2008-12-31 Rohm Co., Ltd. 半導体装置およびその製造方法
JP2009004654A (ja) * 2007-06-22 2009-01-08 Rohm Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2009141058A (ja) * 2007-12-05 2009-06-25 Fujitsu Microelectronics Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2010073736A (ja) * 2008-09-16 2010-04-02 Rohm Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2010103162A (ja) * 2008-10-21 2010-05-06 Fujitsu Microelectronics Ltd 半導体装置の製造方法
JP2010153582A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置の製造方法
US8168532B2 (en) 2007-11-14 2012-05-01 Fujitsu Limited Method of manufacturing a multilayer interconnection structure in a semiconductor device
US8531033B2 (en) 2009-09-07 2013-09-10 Advanced Interconnect Materials, Llc Contact plug structure, semiconductor device, and method for forming contact plug
JP2014125674A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Tokyo Electron Ltd マンガン含有膜の形成方法、処理システム、電子デバイスの製造方法および電子デバイス
JP2016541113A (ja) * 2013-12-20 2016-12-28 インテル・コーポレーション コバルトベースの複数のインターコネクトおよびそれらの複数の製造方法

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5103914B2 (ja) * 2007-01-31 2012-12-19 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置の製造方法及び半導体装置
JP2010098195A (ja) * 2008-10-17 2010-04-30 Hitachi Cable Ltd 配線構造及び配線構造の製造方法
US8653664B2 (en) 2009-07-08 2014-02-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Barrier layers for copper interconnect
US8313659B2 (en) * 2009-07-10 2012-11-20 Seagate Technology Llc Fabrication of multi-dimensional microstructures
US8653663B2 (en) 2009-10-29 2014-02-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Barrier layer for copper interconnect
US8361900B2 (en) 2010-04-16 2013-01-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Barrier layer for copper interconnect
US8492289B2 (en) 2010-09-15 2013-07-23 International Business Machines Corporation Barrier layer formation for metal interconnects through enhanced impurity diffusion
US8461683B2 (en) * 2011-04-01 2013-06-11 Intel Corporation Self-forming, self-aligned barriers for back-end interconnects and methods of making same
US20130307153A1 (en) 2012-05-18 2013-11-21 International Business Machines Corporation Interconnect with titanium-oxide diffusion barrier
US9054109B2 (en) * 2012-05-29 2015-06-09 International Business Machines Corporation Corrosion/etching protection in integration circuit fabrications
CN103515297B (zh) * 2012-06-28 2016-03-30 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种半导体器件的制造方法
JP2014141739A (ja) * 2012-12-27 2014-08-07 Tokyo Electron Ltd 金属マンガン膜の成膜方法、処理システム、電子デバイスの製造方法および電子デバイス
US9343400B2 (en) * 2013-03-13 2016-05-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Dual damascene gap filling process
US20150137372A1 (en) * 2013-11-15 2015-05-21 Globalfoundries Inc. Self forming barrier layer and method of forming
US20150255331A1 (en) * 2014-03-04 2015-09-10 GlobalFoundries, Inc. Integrated circuits with a copper and manganese component and methods for producing such integrated circuits
US9728502B2 (en) 2014-11-10 2017-08-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Metal oxysilicate diffusion barriers for damascene metallization with low RC delays and methods for forming the same
US10446496B2 (en) 2016-02-17 2019-10-15 International Business Machines Corporation Self-forming barrier for cobalt interconnects
US10319629B1 (en) * 2018-05-08 2019-06-11 International Business Machines Corporation Skip via for metal interconnects

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002009076A (ja) * 2000-04-11 2002-01-11 Agere Systems Guardian Corp 化学・機械的研磨(cmp)中における銅のディッシングを防止するための局部領域合金化
JP2005277390A (ja) * 2004-02-27 2005-10-06 Handotai Rikougaku Kenkyu Center:Kk 半導体装置及びその製造方法
JP2007012923A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2007012996A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Toshiba Corp 半導体装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002009076A (ja) * 2000-04-11 2002-01-11 Agere Systems Guardian Corp 化学・機械的研磨(cmp)中における銅のディッシングを防止するための局部領域合金化
JP2005277390A (ja) * 2004-02-27 2005-10-06 Handotai Rikougaku Kenkyu Center:Kk 半導体装置及びその製造方法
JP2007012923A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Toshiba Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2007012996A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Toshiba Corp 半導体装置

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8102051B2 (en) 2007-06-22 2012-01-24 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device having an electrode and method for manufacturing the same
JP2009004654A (ja) * 2007-06-22 2009-01-08 Rohm Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
WO2009001780A1 (ja) * 2007-06-22 2008-12-31 Rohm Co., Ltd. 半導体装置およびその製造方法
US9559058B2 (en) 2007-11-14 2017-01-31 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device and method for manufacturing the same
US8168532B2 (en) 2007-11-14 2012-05-01 Fujitsu Limited Method of manufacturing a multilayer interconnection structure in a semiconductor device
US7928476B2 (en) 2007-12-05 2011-04-19 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2009141058A (ja) * 2007-12-05 2009-06-25 Fujitsu Microelectronics Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2010073736A (ja) * 2008-09-16 2010-04-02 Rohm Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2010103162A (ja) * 2008-10-21 2010-05-06 Fujitsu Microelectronics Ltd 半導体装置の製造方法
JP2010153582A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Fujitsu Semiconductor Ltd 半導体装置の製造方法
US8531033B2 (en) 2009-09-07 2013-09-10 Advanced Interconnect Materials, Llc Contact plug structure, semiconductor device, and method for forming contact plug
JP2014125674A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Tokyo Electron Ltd マンガン含有膜の形成方法、処理システム、電子デバイスの製造方法および電子デバイス
JP2016541113A (ja) * 2013-12-20 2016-12-28 インテル・コーポレーション コバルトベースの複数のインターコネクトおよびそれらの複数の製造方法
US10700007B2 (en) 2013-12-20 2020-06-30 Intel Corporation Cobalt based interconnects and methods of fabrication thereof
US11328993B2 (en) 2013-12-20 2022-05-10 Intel Corporation Cobalt based interconnects and methods of fabrication thereof
US11862563B2 (en) 2013-12-20 2024-01-02 Tahoe Research, Ltd. Cobalt based interconnects and methods of fabrication thereof

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