JP2007335578A - Semiconductor device, and its manufacturing method - Google Patents

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尚 矢野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having high reliability, and to provide a manufacturing method of the semiconductor device with a good yield. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the semiconductor device comprises a process (a) for forming a wiring material film 5 buried in a first interlayer insulating film 1, and provided with a first cap metal 6 on the upper surface thereof; a process (b) for forming a groove 10 and a via hole 9 on a second interlayer insulating film 8 provided above the wiring material film 5; a process (c) for forming a barrier metal 11 in the inner surfaces of the groove 10 and the via hole 9; a process (d) for removing the part of the barrier metal 11 positioned on the bottom of the via hole 9, and a part of the wiring material film 5 and the first cap metal 6; and a process (f) for forming a second cap metal 21 on the upper surface of the wiring material film 5. Even when the oxide film of a metal strong in a coupling force with oxygen is formed on the upper surface of the wiring material film 5, the oxide of the metal can be removed in the process (d). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、溝埋め込み構造の金属配線と層間絶縁膜とを有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device having a metal wiring having a trench filling structure and an interlayer insulating film, and a method for manufacturing the same.

近年、デバイスの配線ピッチの縮小化が進み、配線の信頼性を確保することがますます重要になってきている。このために、配線の上面にキャップメタルを形成して信頼性を向上させる検討や、銅配線中に様々な元素を添加して信頼性を向上させる検討等がなされるようになってきている。   In recent years, the wiring pitch of devices has been reduced, and it has become increasingly important to ensure the reliability of wiring. For this reason, studies have been made to improve the reliability by forming a cap metal on the upper surface of the wiring, and to improve the reliability by adding various elements to the copper wiring.

以下、従来の埋め込み配線の形成方法について、図4および図5を用いて説明する。図4(a)〜(e)および図5(a)〜(e)は、従来の配線形成方法を示す断面図である。   Hereinafter, a conventional method for forming a buried wiring will be described with reference to FIGS. 4A to 4E and FIGS. 5A to 5E are cross-sectional views showing a conventional wiring forming method.

まず、図4(a)に示すように、リソグラフィ工程とエッチング工程を行い、基板(図示せず)上に設けられた、低誘電率材料からなる第1の層間絶縁膜101に第1の配線溝102を形成する。次に、前処理として280℃の水素雰囲気中で基板(製造中の半導体装置)のアニールを60秒間行って基板表面の酸化物の還元処理をした後、第1のバリアメタル103として膜厚が5nmの窒化タンタル膜、膜厚が10nmのタンタル膜を順次形成する。ここで、第1のバリアメタル103は配線材料である銅がその外周の第1の層間絶縁膜101中に拡散するのを防止するための金属膜である。   First, as shown in FIG. 4A, a lithography process and an etching process are performed, and a first wiring is formed on a first interlayer insulating film 101 made of a low dielectric constant material provided on a substrate (not shown). A groove 102 is formed. Next, as a pretreatment, the substrate (semiconductor device being manufactured) is annealed in a hydrogen atmosphere at 280 ° C. for 60 seconds to reduce the oxide on the surface of the substrate, and then the first barrier metal 103 has a film thickness. A 5 nm tantalum nitride film and a 10 nm thick tantalum film are sequentially formed. Here, the first barrier metal 103 is a metal film for preventing copper as a wiring material from diffusing into the first interlayer insulating film 101 on the outer periphery thereof.

次に、図4(b)に示すように、第1のバリアメタル103上に膜厚が40nmの第1のシード膜104を形成する。ここで、第1のシード膜104には、アルミニウム(Al)を1%含有する銅を用いる。銅の中に金属を添加するのは、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーション等の発生を抑え、半導体装置の信頼性を向上させるためである。   Next, as shown in FIG. 4B, a first seed film 104 having a thickness of 40 nm is formed on the first barrier metal 103. Here, copper containing 1% aluminum (Al) is used for the first seed film 104. The reason why the metal is added to the copper is to suppress the occurrence of electromigration and stress migration and improve the reliability of the semiconductor device.

次いで、図4(c)に示すように、メッキ法により銅を第1の配線溝102に埋め込んで第1のシード膜104上に銅膜105を形成した後、銅膜105、第1のシード膜104および第1のバリアメタル103のうち第1の配線溝102の外部に形成された部分を化学的機械的研磨(CMP)法により除去し、第1の配線を形成する。   Next, as shown in FIG. 4C, copper is buried in the first wiring trench 102 by a plating method to form a copper film 105 on the first seed film 104, and then the copper film 105 and the first seed are formed. A portion of the film 104 and the first barrier metal 103 formed outside the first wiring trench 102 is removed by a chemical mechanical polishing (CMP) method to form a first wiring.

続いて、図4(d)に示すように、希フッ酸を主な成分とする薬液を用いて配線上面の前処理を行った後、選択メッキ法により配線の上面にのみ、キャップメタル106として膜厚が約10nmのタングステンコバルトフォスファイド(WCoP)を形成する。第1の配線の上面にキャップメタルを形成するのは、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーション等の不具合の発生を抑え、半導体装置の信頼性をさらに向上させるためである。   Subsequently, as shown in FIG. 4D, after the pretreatment of the upper surface of the wiring is performed using a chemical solution containing dilute hydrofluoric acid as a main component, the cap metal 106 is formed only on the upper surface of the wiring by selective plating. Tungsten cobalt phosphide (WCoP) having a thickness of about 10 nm is formed. The reason why the cap metal is formed on the upper surface of the first wiring is to suppress the occurrence of problems such as electromigration and stress migration and further improve the reliability of the semiconductor device.

次に、図4(e)に示すように、第1の配線および第1の層間絶縁膜101上に膜厚が約60nmのライナー膜107を形成する。ここで、ライナー膜107は、第1の配線に含まれる銅が、後に形成される第2の層間絶縁膜108中に拡散するのを防止するためのものであり、第1の層間絶縁膜101等と比較して比較的比誘電率の高い窒化シリコン膜、炭化シリコン膜等が用いられる。   Next, as shown in FIG. 4E, a liner film 107 having a thickness of about 60 nm is formed on the first wiring and the first interlayer insulating film 101. Here, the liner film 107 is for preventing the copper contained in the first wiring from diffusing into the second interlayer insulating film 108 to be formed later, and the first interlayer insulating film 101. A silicon nitride film, a silicon carbide film, or the like having a relatively high relative dielectric constant compared to the above is used.

次いで、図5(a)に示すように、低誘電率材料からなる第2の層間絶縁膜膜108をライナー膜107上に形成する。   Next, as shown in FIG. 5A, a second interlayer insulating film 108 made of a low dielectric constant material is formed on the liner film 107.

次に、図5(b)に示すように、リソグラフィ工程とエッチング工程とを繰り返すことにより、第2の層間絶縁膜108に第2の配線溝110と、第2の配線溝110の底からキャップメタル106に達するビアホール109とを形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, by repeating the lithography process and the etching process, the second wiring groove 110 and the cap from the bottom of the second wiring groove 110 are formed in the second interlayer insulating film 108. A via hole 109 reaching the metal 106 is formed.

次に、図5(c)に示すように、基板の前処理として280℃の水素雰囲気中で60秒間アニール処理を行ってキャップメタル106上の酸化物を除去した後、第2のバリアメタル111として膜厚が5nmの窒化タンタル膜、膜厚が10nmのタンタル膜を順次形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, after the substrate is pretreated by annealing in a hydrogen atmosphere at 280 ° C. for 60 seconds to remove the oxide on the cap metal 106, the second barrier metal 111 is removed. A tantalum nitride film having a thickness of 5 nm and a tantalum film having a thickness of 10 nm are sequentially formed.

続いて、図5(d)に示すように、第2のバリアメタル111上に膜厚が約40nmの第2のシード膜112を形成する。ここで、第2のシード膜112は、第1のシード膜104と同様にAlを1%含有する銅で構成されている。   Subsequently, as shown in FIG. 5D, a second seed film 112 having a thickness of about 40 nm is formed on the second barrier metal 111. Here, like the first seed film 104, the second seed film 112 is made of copper containing 1% Al.

次に、図5(e)に示すように、メッキ法によりビアホール109および第2の配線溝110に銅を埋め込んで第2のシード膜112上に銅膜113を形成する。その後、該銅膜113、第2のシード膜112および第2のバリアメタル111のうちビアホール109および第2の配線溝110の外部に形成された部分をCMP法により除去し、プラグおよび第2の配線を形成する。ここで、プラグとは、第2のバリアメタル111、第2のシード膜112および銅膜113のうちビアホール109に埋め込まれた部分を意味し、第2の配線とは、第2のバリアメタル111、第2のシード膜112および銅膜113のうち第2の配線溝110に埋め込まれた部分を意味している。
Thin Solid Films,25(1975)531-544
Next, as shown in FIG. 5E, copper is buried in the via hole 109 and the second wiring groove 110 by plating to form a copper film 113 on the second seed film 112. Thereafter, portions of the copper film 113, the second seed film 112, and the second barrier metal 111 that are formed outside the via hole 109 and the second wiring trench 110 are removed by a CMP method, and the plug and the second Form wiring. Here, the plug means a portion of the second barrier metal 111, the second seed film 112, and the copper film 113 embedded in the via hole 109, and the second wiring means the second barrier metal 111. This means a portion of the second seed film 112 and the copper film 113 embedded in the second wiring trench 110.
Thin Solid Films, 25 (1975) 531-544

しかしながら、上述した従来の半導体装置では、プラグにおける抵抗値が上昇する場合があり、半導体デバイスの歩留りが低下してしまうという不具合があった。   However, the above-described conventional semiconductor device has a problem in that the resistance value of the plug may increase, resulting in a decrease in the yield of the semiconductor device.

図6は、従来の方法により多層の埋め込み配線を形成した場合のビア抵抗値(配線−プラグ間の抵抗値)の累積度数分布を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a cumulative frequency distribution of via resistance values (resistance values between wiring and plugs) when a multilayer embedded wiring is formed by a conventional method.

設計上は、ビア抵抗値は、すべて2×10Ω以下であるべきである。しかし、図6に示す結果では、ビア抵抗値の分布がブロードになり、且つビア抵抗が上昇していることがわかる。本願発明者がこの原因について種々の検討を加えた結果、ビア抵抗の上昇は、銅配線上に形成されたAl酸化物の除去が不十分であることに起因することを見いだした。 By design, the via resistance values should all be 2 × 10 7 Ω or less. However, the results shown in FIG. 6 show that the distribution of via resistance values is broad and the via resistance is increased. As a result of various studies on the cause by the present inventor, it has been found that the increase in via resistance is caused by insufficient removal of Al oxide formed on the copper wiring.

図7は、従来の方法において、配線−プラグ間抵抗が上昇する推定メカニズムを説明するための断面図である。従来の製造方法を用いた場合、第1の配線を形成後に加わる熱によって、第1のシード膜104中に含まれるAlが銅膜105中に拡散し、Cu−Al合金を形成する。特に、ビアホール109の形成後(図5(b)参照)には、大気中の酸素と結合し、Cu酸化膜だけでなく、Al酸化膜114が銅膜105の上面上および第1のシード膜104の上端面上にも形成されているのではないかと推定される。Al酸化物はCu酸化物に比べて非常に分子間の結合エネルギーが大きいので、第2のバリアメタル111を形成する前に行う水素雰囲気中でのアニーリングでは還元できない。そのため、第1の配線上に形成されたAl酸化膜114を除去することができず、配線−プラグ間の抵抗値が上昇したものと考えられる。   FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining an estimation mechanism in which the resistance between the wiring and the plug increases in the conventional method. When the conventional manufacturing method is used, Al contained in the first seed film 104 is diffused into the copper film 105 by heat applied after forming the first wiring, thereby forming a Cu—Al alloy. In particular, after the formation of the via hole 109 (see FIG. 5B), it combines with oxygen in the atmosphere, and not only the Cu oxide film but also the Al oxide film 114 is formed on the upper surface of the copper film 105 and the first seed film. It is estimated that it is also formed on the upper end surface of 104. Since the Al oxide has much higher intermolecular bond energy than the Cu oxide, it cannot be reduced by annealing in a hydrogen atmosphere before the second barrier metal 111 is formed. Therefore, it is considered that the Al oxide film 114 formed on the first wiring cannot be removed, and the resistance value between the wiring and the plug is increased.

本発明はこれらの不具合を解決するもので、高い信頼性を有する半導体装置と、当該半導体装置を歩留まり良く製造する方法とを提供することを目的とする。   The present invention solves these problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device with a high yield.

上記課題を解決するために本願発明者が研究を重ねたところ、シード膜に添加された金属が第1の配線上で酸化物を形成し、その金属酸化物が十分に除去できていないことに起因していることが判明した。   In order to solve the above problems, the inventors of the present application have made researches. As a result, the metal added to the seed film forms an oxide on the first wiring, and the metal oxide is not sufficiently removed. It turned out to be the cause.

このため本発明では、酸化物の形成を抑制、もしくは酸化物を除去できる半導体装置の構造、及び製造方法を提供する。   Therefore, the present invention provides a structure of a semiconductor device and a manufacturing method that can suppress the formation of oxide or remove the oxide.

すなわち、本発明の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に設けられ、第1の溝が形成された第1の層間絶縁膜と、第1の溝に埋め込まれ、上面に凹部が形成された第1の配線と、第1の層間絶縁膜上に設けられ、ビアホールおよび第2の溝が形成された絶縁膜と、ビアホールに埋め込まれ、少なくとも第1の配線の凹部と接触するプラグと、プラグに接続され、第2の溝に埋め込まれた第2の配線とを備え、第1の配線は、凹部が形成された第1の配線材料膜と、第1の配線材料膜の凹部に沿って設けられたキャップメタル膜とを有している。   That is, the semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, a first interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate, in which the first groove is formed, and embedded in the first groove, and a recess is formed on the upper surface. A first wiring, an insulating film provided on the first interlayer insulating film, in which a via hole and a second groove are formed, a plug embedded in the via hole and in contact with at least a recess of the first wiring; A second wiring connected to the plug and embedded in the second groove, the first wiring extending along the first wiring material film in which the concave portion is formed, and the concave portion of the first wiring material film. And a cap metal film provided.

この構成によれば、第1の配線材料膜の凹部に沿ってキャップメタルが設けられているので、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションの発生が抑制されている。また、プラグが第1の配線の凹部にはめ込まれるように設けられているので、第1の配線とプラグとの接触抵抗が低減されている。そのため、本発明の半導体装置では、高い信頼性が実現されている。   According to this configuration, since the cap metal is provided along the concave portion of the first wiring material film, the occurrence of electromigration and stress migration is suppressed. Further, since the plug is provided so as to be fitted in the recess of the first wiring, the contact resistance between the first wiring and the plug is reduced. Therefore, high reliability is realized in the semiconductor device of the present invention.

第1の配線が、第1の溝の内面を覆う第1のバリア膜と、第1の配線材料膜の側面および底面を覆い、第1のバリア膜の上に設けられた第1のシード膜とをさらに有していれば、製造時に第1の配線材料膜をメッキ法で形成できるので好ましい。なお、第1のバリア膜は、例えば銅を主成分とし、銅よりも酸素との結合エネルギーが大きい金属(例えばAl、Mg、Zn、Fe、Sn、Tiなど)を含んでいれば、比較的配線抵抗を小さくすることができ、且つエレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションの発生を抑えることができる。   The first wiring covers the first barrier film covering the inner surface of the first groove, the side surface and the bottom surface of the first wiring material film, and the first seed film provided on the first barrier film Further, it is preferable that the first wiring material film can be formed by plating at the time of manufacture. If the first barrier film contains a metal (for example, Al, Mg, Zn, Fe, Sn, Ti, etc.) that has copper as a main component and has a larger binding energy with oxygen than copper, for example, Wiring resistance can be reduced and the occurrence of electromigration and stress migration can be suppressed.

なお、第1の配線材料膜としては例えば銅などが用いられる。   For example, copper or the like is used as the first wiring material film.

キャップメタル膜はCoを含んでいる物質であることが好ましく、例えばWCoPやWCoBなどが材料として用いられる。   The cap metal film is preferably a substance containing Co. For example, WCoP or WCoB is used as the material.

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜に埋め込まれた配線材料膜を形成する工程(a)と、配線材料膜および層間絶縁膜の上に絶縁膜を形成する工程(b)と、絶縁膜に溝を形成する工程(c)と、絶縁膜にビアホールを形成する形成する工程(d)と、少なくともビアホールの内面を覆うように第1のバリアメタルを形成する工程(e)と、第1のバリアメタルのうち配線材料膜上に設けられた部分と配線材料の一部を除去して配線材料膜の上部に凹部を形成する工程(f)と、第1の配線材料膜の凹部に沿って配線材料膜上に第1のキャップメタルを形成し、上面に凹部が形成された第1の配線を形成する工程(g)と、第1の配線の凹部およびビアホールに埋め込まれたプラグを形成する工程(h)とを備えている。   The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming a wiring material film embedded in an interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate, and forming an insulating film on the wiring material film and the interlayer insulating film. Step (b), forming a groove in the insulating film (c), forming a via hole in the insulating film (d), and forming a first barrier metal so as to cover at least the inner surface of the via hole A step (e) of removing a portion of the first barrier metal provided on the wiring material film and a part of the wiring material to form a recess in the upper portion of the wiring material film; A step (g) of forming a first cap metal on the wiring material film along the concave portion of the first wiring material film and forming a first wiring having a concave portion formed on the upper surface; and a concave portion of the first wiring And a step of forming a plug embedded in the via hole (h) It is equipped with a.

この方法によれば、例えばシード膜に配線材料膜よりも酸素との結合エネルギーが大きい金属を添加する場合であっても、工程(f)で配線材料膜上に形成された金属酸化膜を除去することができるので、配線とプラグとの間の抵抗が低減された半導体装置を歩留まり良く製造することができる。また、工程(g)で形成される第1のキャップメタルがストレスマイグレーションおよびエレクトロマイグレーションの発生を抑えるので、本発明の方法によれば、信頼性が向上した半導体装置を製造することが可能となる。   According to this method, for example, the metal oxide film formed on the wiring material film in the step (f) is removed even when a metal having higher binding energy with oxygen than the wiring material film is added to the seed film. Therefore, a semiconductor device with reduced resistance between the wiring and the plug can be manufactured with high yield. Further, since the first cap metal formed in the step (g) suppresses the occurrence of stress migration and electromigration, the semiconductor device with improved reliability can be manufactured according to the method of the present invention. .

なお、工程(g)において、選択メッキ法を用いれば比較的容易に第1のキャップメタルを形成することができる。   In the step (g), the first cap metal can be formed relatively easily by using a selective plating method.

以上のように、本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、酸素との結合エネルギーが大きい金属をシード膜に添加してもビアとプラグとの間の抵抗の上昇を防止することができる。また、金属酸化膜を配線上から除去しつつ、キャップメタルを形成してストレスマイグレーションやエレクトロマイグレーションの発生を抑えることができるので、信頼性の高い半導体装置を高い歩留まりで製造することが可能となる。   As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, even if a metal having a large binding energy with oxygen is added to the seed film, an increase in resistance between the via and the plug can be prevented. . In addition, since the cap metal can be formed while removing the metal oxide film from the wiring and the occurrence of stress migration and electromigration can be suppressed, a highly reliable semiconductor device can be manufactured with a high yield. .

(実施形態)
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1(a)〜(f)および図2(a)〜(g)は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A to 1F and FIGS. 2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

まず、図1(a)に示すように、リソグラフィ工程によってレジストを形成し、そのレジストをマスクとしてエッチングを行うことにより、半導体基板(図示せず)上に設けられた低誘電率材料からなる第1の層間絶縁膜1に第1の配線溝2を形成する。次に、前処理として280℃の水素雰囲気中で60秒間基板(半導体装置)のアニーリングを行って半導体装置の表面に生じた酸化物の還元処理をした後、第1のバリアメタル3として膜厚が5nmの窒化タンタル膜と、膜厚が10nmのタンタル膜とをスパッタリング等により形成する。ここで、第1のバリアメタル3は、配線材料である銅がその周囲の第1の層間絶縁膜1中に拡散するのを防止するための金属膜である。なお、第1のバリアメタル3の構成材料として、窒化チタンとチタンとを用いてもよい。   First, as shown in FIG. 1A, a resist is formed by a lithography process, and etching is performed using the resist as a mask, thereby forming a first layer made of a low dielectric constant material provided on a semiconductor substrate (not shown). A first wiring trench 2 is formed in one interlayer insulating film 1. Next, as a pretreatment, the substrate (semiconductor device) is annealed in a hydrogen atmosphere at 280 ° C. for 60 seconds to reduce the oxide generated on the surface of the semiconductor device, and then the first barrier metal 3 has a film thickness. A tantalum nitride film having a thickness of 5 nm and a tantalum film having a thickness of 10 nm are formed by sputtering or the like. Here, the first barrier metal 3 is a metal film for preventing copper as a wiring material from diffusing into the surrounding first interlayer insulating film 1. Note that titanium nitride and titanium may be used as the constituent material of the first barrier metal 3.

次に、図1(b)に示すように、第1のバリアメタル3上に膜厚が40nmの第1のシード膜4をスパッタリング等により形成する。ここで、第1のシード膜4の材料としては、Alを重量比で1%含有する銅を用いる。銅の中に金属を添加するのはエレクトロマイグレーション耐性やストレスマイグレーション耐性等を強化し、半導体装置の信頼性を向上させるためである。   Next, as shown in FIG. 1B, a first seed film 4 having a thickness of 40 nm is formed on the first barrier metal 3 by sputtering or the like. Here, as the material of the first seed film 4, copper containing 1% by weight of Al is used. The reason why the metal is added to the copper is to enhance the electromigration resistance, the stress migration resistance, etc., and improve the reliability of the semiconductor device.

次に、図1(c)に示すように、少なくとも第1の配線溝2を埋める第1の銅膜5をメッキ法により第1のシード膜4上に形成した後、CMP法により第1の銅膜5、第1のシード膜4および第1のバリアメタル3を研磨して第1の配線溝2内にのみ第1のバリアメタル3、第1のシード膜4および第1の銅膜5を残す。これにより、第1のバリアメタル3、第1のシード膜4および第1の銅膜5により構成される第1の配線が形成される。   Next, as shown in FIG. 1C, a first copper film 5 filling at least the first wiring trench 2 is formed on the first seed film 4 by a plating method, and then the first copper film 5 is formed by a CMP method. The copper film 5, the first seed film 4, and the first barrier metal 3 are polished so that the first barrier metal 3, the first seed film 4, and the first copper film 5 are only in the first wiring groove 2. Leave. As a result, a first wiring constituted by the first barrier metal 3, the first seed film 4 and the first copper film 5 is formed.

次に、図1(d)に示すように、希フッ酸を主な成分とする薬液を用いて第1の配線上面の前処理を行った後、選択メッキ法により第1の配線の上面にのみ、第1のキャップメタル6として膜厚が約10nmのWCoP膜を形成する。   Next, as shown in FIG. 1 (d), after pretreatment of the upper surface of the first wiring using a chemical solution containing dilute hydrofluoric acid as a main component, the upper surface of the first wiring is formed by selective plating. Only a WCoP film having a thickness of about 10 nm is formed as the first cap metal 6.

続いて、図1(e)に示すように、第1の層間絶縁膜1および第1の配線上に膜厚が約60nmのライナー膜7を化学気相成長法(CVD法)などにより形成する。ここで、ライナー膜7は、第1の配線中の銅がその上方に後に形成される第2の層間絶縁膜8(図1(f)参照)中に拡散するのを防止するためのものであり、第1の層間絶縁膜1等と比較して比較的比誘電率の高い窒化シリコン膜、あるいは炭化シリコン膜等で構成されている。   Subsequently, as shown in FIG. 1E, a liner film 7 having a film thickness of about 60 nm is formed on the first interlayer insulating film 1 and the first wiring by a chemical vapor deposition method (CVD method) or the like. . Here, the liner film 7 is for preventing the copper in the first wiring from diffusing into the second interlayer insulating film 8 (see FIG. 1 (f)) to be formed later. And a silicon nitride film or a silicon carbide film having a relatively high relative dielectric constant compared to the first interlayer insulating film 1 or the like.

次に、図1(f)に示すように、低誘電率材料からなる第2の層間絶縁膜8をCVD法などによりライナー膜7の上に形成する。   Next, as shown in FIG. 1F, a second interlayer insulating film 8 made of a low dielectric constant material is formed on the liner film 7 by a CVD method or the like.

次いで、図2(a)に示すように、リソグラフィ工程とエッチング工程とを繰り返すことにより第2の層間絶縁膜8の一部およびライナー膜7の一部を除去し、第2の層間絶縁膜8内に第2の配線溝10を形成するとともに、第2の配線溝10の底から第1のキャップメタル6の上面に達するビアホール9を形成する。   Next, as shown in FIG. 2A, a part of the second interlayer insulating film 8 and a part of the liner film 7 are removed by repeating the lithography process and the etching process, and the second interlayer insulating film 8 is removed. A second wiring groove 10 is formed therein, and a via hole 9 reaching the upper surface of the first cap metal 6 from the bottom of the second wiring groove 10 is formed.

次に、図2(b)に示すように、基板の前処理として280℃の水蒸気雰囲気中で60秒間アニール処理を行って第1のキャップメタル6上面に生じる酸化物を除去する。その後、第2のバリアメタル11として膜厚が5nmの窒化タンタル膜と、膜厚が10nmのタンタル膜とをスパッタリング等により順次形成する。なお、第2のバリアメタル11の構成材料として、窒化チタンとチタンとを用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 2B, as a pretreatment of the substrate, an annealing process is performed in a steam atmosphere at 280 ° C. for 60 seconds to remove oxide generated on the upper surface of the first cap metal 6. Thereafter, a tantalum nitride film having a thickness of 5 nm and a tantalum film having a thickness of 10 nm are sequentially formed as the second barrier metal 11 by sputtering or the like. Note that titanium nitride and titanium may be used as the constituent material of the second barrier metal 11.

次に、図2(c)に示すように、アルゴン(Ar)によるリスパッタを行い、第2のバリアメタル11および第1のキャップメタル6のうちビアホールの下方に形成された部分を除去する。また、この際に、第1の配線(特に第1の銅膜5)のうちビアホールの下方に設けられた部分の上部も除去され、第1の銅膜5の上面に凹部20が形成される。   Next, as shown in FIG. 2C, resputtering with argon (Ar) is performed to remove portions of the second barrier metal 11 and the first cap metal 6 formed below the via holes. At this time, the upper portion of the portion of the first wiring (particularly, the first copper film 5) provided below the via hole is also removed, and the recess 20 is formed on the upper surface of the first copper film 5. .

次に、図2(d)に示すように、希フッ酸を主な成分とする薬液により第3のバリアメタル21表面の前処理を行う。その後、選択メッキ法により第1の銅膜5上に凹部20に沿って、膜厚が約10nmのWCoPからなる第2のキャップメタル21を形成する。ここで、第2のキャップメタル21はチタンで構成されていてもよい。   Next, as shown in FIG. 2D, the surface of the third barrier metal 21 is pretreated with a chemical solution containing dilute hydrofluoric acid as a main component. Thereafter, a second cap metal 21 made of WCoP having a thickness of about 10 nm is formed on the first copper film 5 along the recess 20 by selective plating. Here, the second cap metal 21 may be made of titanium.

次に、図2(e)に示すように、第2のキャップメタル21および第2のバリアメタル11上に第3のバリアメタル24として膜厚が約5nmのタンタル膜をスパッタリング等により形成する。   Next, as shown in FIG. 2E, a tantalum film having a film thickness of about 5 nm is formed as the third barrier metal 24 on the second cap metal 21 and the second barrier metal 11 by sputtering or the like.

次に、図2(f)に示すように、第2のバリアメタル11および第3のバリアメタル24上に膜厚が約40nmの第2のシード膜12を形成する。ここで、第2のシード膜12の材料としては、例えば第1のシード膜4と同様にAlを1%含有する銅が用いられる。銅の中に金属を添加するのはエレクトロマイグレーション耐性やストレスマイグレーション耐性等を向上させ、半導体装置の信頼性を向上するためである。   Next, as shown in FIG. 2F, a second seed film 12 having a thickness of about 40 nm is formed on the second barrier metal 11 and the third barrier metal 24. Here, as the material of the second seed film 12, for example, copper containing 1% of Al is used similarly to the first seed film 4. The reason why the metal is added to the copper is to improve the electromigration resistance, the stress migration resistance, and the like, thereby improving the reliability of the semiconductor device.

次に、図2(g)に示すように、メッキ法により少なくともビアホール9および第2の配線溝10を埋める第2の銅膜13を形成した後、CMP法により第2の銅膜13、第2のシード膜12、第3のバリアメタル24、および第2のバリアメタル11を研磨して第2の配線溝10内にのみ第2のバリアメタル11、第3のバリアメタル24、第2のシード膜12および第2の銅膜13を残す。これにより、プラグおよび第2の配線が形成される。ここで、プラグとは、第2のバリアメタル11、第3のバリアメタル24、第2のシード膜12および第2の銅膜13のうちビアホール9に埋め込まれた部分のことであり、第2の配線とは、第2のバリアメタル11、第3のバリアメタル24、第2のシード膜12および第2の銅膜13のうち第2の配線溝10に埋め込まれた部分のことである。以上のようにして、埋め込み配線を備えた本実施形態の半導体装置を作製することができる。   Next, as shown in FIG. 2G, after forming a second copper film 13 filling at least the via hole 9 and the second wiring trench 10 by plating, the second copper film 13 and the second copper film 13 are formed by CMP. The second seed film 12, the third barrier metal 24, and the second barrier metal 11 are polished so that the second barrier metal 11, the third barrier metal 24, and the second barrier metal 11 are only in the second wiring trench 10. The seed film 12 and the second copper film 13 are left. Thereby, the plug and the second wiring are formed. Here, the plug is a portion of the second barrier metal 11, the third barrier metal 24, the second seed film 12, and the second copper film 13 embedded in the via hole 9. This wiring is a portion of the second barrier metal 11, the third barrier metal 24, the second seed film 12, and the second copper film 13 embedded in the second wiring trench 10. As described above, the semiconductor device of the present embodiment having the embedded wiring can be manufactured.

なお、ここではプラグと第2の配線とを同時に形成するいわゆるデュアルダマシン技術を採用する場合について説明したが、例えばタングステンなどからなるプラグを形成した後に第2の銅膜13を有する第2の配線を形成してもよい。   Here, the case where the so-called dual damascene technique in which the plug and the second wiring are simultaneously formed has been described. However, the second wiring having the second copper film 13 after the plug made of, for example, tungsten is formed. May be formed.

本実施形態の方法によって作製される半導体装置は、図2(g)に示すように、シリコンなどからなる基板上に設けられ、第1の配線溝2(図1(a)参照)が形成された低誘電率材料からなる第1の層間絶縁膜1と、第1の配線溝2に埋め込まれ、上面に凹部が形成された第1の配線と、第1の層間絶縁膜1および第1の配線の上に形成されたライナー膜7と、ライナー膜7上に形成され、第2の配線溝10(図2(a)参照)およびビアホール9を有する第2の層間絶縁膜8と、ビアホール9に埋め込まれ、第1の配線の凹部に突き刺さるように接続されたプラグと、第1の配線とプラグを介して接続された第2の配線とを備えている。第2の配線溝の幅は例えば0.1μmであり、深さは例えば0.15μmである。   As shown in FIG. 2G, the semiconductor device manufactured by the method of this embodiment is provided on a substrate made of silicon or the like, and a first wiring trench 2 (see FIG. 1A) is formed. A first interlayer insulating film 1 made of a low dielectric constant material, a first wiring buried in the first wiring trench 2 and having a recess formed on the upper surface, the first interlayer insulating film 1 and the first interlayer insulating film 1 The liner film 7 formed on the wiring, the second interlayer insulating film 8 formed on the liner film 7 and having the second wiring groove 10 (see FIG. 2A) and the via hole 9, and the via hole 9 And a plug connected so as to pierce the recess of the first wiring, and a second wiring connected via the plug. The width of the second wiring groove is, for example, 0.1 μm, and the depth is, for example, 0.15 μm.

第1の配線は、第1の配線溝2の内面上に設けられ、例えば窒化タンタル膜とタンタル膜とにより構成された第1のバリアメタル3と、第1のバリアメタル3上に設けられ、例えば1wt%のAlを含む銅からなる第1のシード膜4と、第1のシード膜4上に設けられ、第1の配線溝2に埋め込まれ、上面部に凹部20が形成された銅膜(第1の配線材料膜)5と、第1のバリアメタル3の上端面から第1のシード膜4の上端面および第1の銅膜5の上面の一部に亘って形成された例えばWCoPからなる第1のキャップメタル6と、凹部20に沿って第1の銅膜5上に形成された第2のキャップメタル21とを有している。   The first wiring is provided on the inner surface of the first wiring groove 2, for example, provided on the first barrier metal 3 composed of a tantalum nitride film and a tantalum film, and the first barrier metal 3, For example, a first seed film 4 made of copper containing 1 wt% Al, and a copper film provided on the first seed film 4, embedded in the first wiring trench 2, and formed with a recess 20 in the upper surface portion. (First wiring material film) 5 and, for example, WCoP formed from the upper end surface of the first barrier metal 3 to the upper end surface of the first seed film 4 and a part of the upper surface of the first copper film 5. And a second cap metal 21 formed on the first copper film 5 along the recess 20.

本実施形態の半導体装置ではプラグと第2の配線とは一体的に設けられている。プラグは、第2のバリアメタル11、第3のバリアメタル24、第2のシード膜12および第2の銅膜13のうちビアホール9および凹部20に埋め込まれた部分で構成されている。第2の配線は、第2のバリアメタル11、第3のバリアメタル24、第2のシード膜12および第2の銅膜13のうち第2の配線溝10に埋め込まれた部分で構成されている。   In the semiconductor device of this embodiment, the plug and the second wiring are provided integrally. The plug is constituted by a portion of the second barrier metal 11, the third barrier metal 24, the second seed film 12 and the second copper film 13 embedded in the via hole 9 and the recess 20. The second wiring is constituted by a portion of the second barrier metal 11, the third barrier metal 24, the second seed film 12, and the second copper film 13 embedded in the second wiring trench 10. Yes.

第1のシード膜4および第2のシード膜12は、例えば1wt%のAlを含む銅で構成されている。これによってエレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションの発生が抑制されている。   The first seed film 4 and the second seed film 12 are made of copper containing 1 wt% Al, for example. As a result, the occurrence of electromigration and stress migration is suppressed.

以上が本発明の実施例における半導体装置の構造及び製造方法である。   The above is the structure and manufacturing method of the semiconductor device in the embodiment of the present invention.

次に、本実施形態に係る製造方法において、図2(c)、(d)に示す工程で一度第1の配線の上部に形成したキャップメタル(第1のキャップメタル6)を除去した後に再度第1の銅膜5上にキャップメタル(第2のキャップメタル21)を形成する理由について説明する。   Next, in the manufacturing method according to this embodiment, after removing the cap metal (first cap metal 6) once formed on the first wiring in the steps shown in FIGS. The reason for forming the cap metal (second cap metal 21) on the first copper film 5 will be described.

先に説明したように、従来の半導体装置では、配線の上面においてAl酸化物の除去が不十分であることがビア抵抗値が上昇する大きな原因となっている。   As described above, in the conventional semiconductor device, insufficient removal of the Al oxide on the upper surface of the wiring is a major cause of increasing the via resistance value.

図3は、本実施形態の半導体装置において、ビア抵抗の上昇が抑えられる推定メカニズムを説明するための図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining an estimation mechanism that suppresses an increase in via resistance in the semiconductor device of this embodiment.

本実施形態の方法においても、図1(c)に示す工程で第1の配線を形成した後に、熱拡散により第1のシード膜4に含まれるAlが第1の銅膜5中に拡散する。すると、第1のキャップメタル6を設けていても、第1の銅膜5中のAlが大気中の酸素と結合して第1の銅膜5の上面にAl酸化膜14が形成される。   Also in the method of the present embodiment, Al contained in the first seed film 4 is diffused into the first copper film 5 by thermal diffusion after the first wiring is formed in the step shown in FIG. . Then, even if the first cap metal 6 is provided, Al in the first copper film 5 is combined with oxygen in the atmosphere, and an Al oxide film 14 is formed on the upper surface of the first copper film 5.

そのため、本実施形態の方法では、図2(c)に示す工程でAl酸化膜14を除去している。ところが、この工程では第1のキャップメタル6もエッチングにより除去されてしまうため、このままにしておくとキャップメタルの効果を十分生かすことができない。そこで、本実施形態の方法では図2(d)に示す工程で第2のキャップメタル21を再度形成する。これにより、第1の銅膜5においてエレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションの発生を防ぎ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。その結果、ビア抵抗が低減された半導体装置を歩留まりよく作製することが可能となる。また、本実施形態の方法により製造された半導体装置ではビア抵抗値を設計通りの値に抑えることが可能となり、信頼性も向上している。さらに、本実施形態の半導体装置では、プラグが第1の配線に突き刺さるように形成されているので、第2の銅膜13のうちプラグの底部に位置する部分の表面積を大きくすることができ、第1の配線とプラグとの間の抵抗が低減されている。   Therefore, in the method of this embodiment, the Al oxide film 14 is removed in the step shown in FIG. However, since the first cap metal 6 is also removed by etching in this step, the effect of the cap metal cannot be fully utilized if it is left as it is. Therefore, in the method of the present embodiment, the second cap metal 21 is formed again in the step shown in FIG. Thereby, the occurrence of electromigration and stress migration in the first copper film 5 can be prevented, and the reliability of the semiconductor device can be improved. As a result, a semiconductor device with reduced via resistance can be manufactured with high yield. In addition, in the semiconductor device manufactured by the method of the present embodiment, the via resistance value can be suppressed to the designed value, and the reliability is improved. Furthermore, in the semiconductor device of this embodiment, since the plug is formed so as to pierce the first wiring, the surface area of the portion of the second copper film 13 located at the bottom of the plug can be increased, The resistance between the first wiring and the plug is reduced.

なお、第1のシード膜4および第2のシード膜12に添加される金属はAlに限らず、銅に比べて酸素との結合エネルギーが大きい金属であればよい。例えば、Mg、Zn、Fe、Sn、Ti等が第1のシード膜4および第2のシード膜12に添加され得る。また、銅よりも酸素との結合エネルギーが大きい金属が2種類以上シード膜材料(銅など)に添加されていてもよい。   Note that the metal added to the first seed film 4 and the second seed film 12 is not limited to Al, but may be any metal that has a higher binding energy with oxygen than copper. For example, Mg, Zn, Fe, Sn, Ti, or the like can be added to the first seed film 4 and the second seed film 12. Further, two or more kinds of metals having higher binding energy with oxygen than copper may be added to the seed film material (copper or the like).

なお、本実施形態の製造方法においては、第1の配線上に形成する第1のキャップメタル6と、リスパッタ後に第1の銅膜5上に形成する第2のキャップメタル21とは同一材料で構成されるとしたが、これらは必ずしも同一材料で構成されていなくてもよい。例えば第1のキャップメタル6および第2のキャップメタル21の一方がWCoPであり、もう一方がWCoB等で構成されていてもよい。第1のキャップメタル6および第2のキャップメタル21として用いられる金属は、WCoPやWCoB、あるいはWCoPBや、これにMoを加えたものなど、Coを主成分とする金属であればよい。   In the manufacturing method of the present embodiment, the first cap metal 6 formed on the first wiring and the second cap metal 21 formed on the first copper film 5 after resputtering are made of the same material. Although configured, they do not necessarily have to be composed of the same material. For example, one of the first cap metal 6 and the second cap metal 21 may be made of WCoP, and the other may be made of WCoB or the like. The metal used as the first cap metal 6 and the second cap metal 21 may be a metal having Co as a main component, such as WCoP, WCoB, WCoPB, and Mo added thereto.

また、上述の説明では2つの埋め込み配線を形成する例を挙げたが、同様の配線形成工程を繰り返すことによってさらに多層の配線を形成することができる。   In the above description, an example in which two embedded wirings are formed has been described. However, multilayer wiring can be formed by repeating the same wiring forming process.

なお、本実施形態の半導体装置において、少なくとも上面に凹部が形成された第1の配線と、且つ凹部に沿って第1の配線上にキャップメタルが形成されていればプラグと第1の配線との間の接触抵抗が低減され、且つ半導体装置の信頼性を向上させることができる。   In the semiconductor device according to the present embodiment, the first wiring having a recess at least on the upper surface, and the plug and the first wiring if a cap metal is formed on the first wiring along the recess. Can be reduced, and the reliability of the semiconductor device can be improved.

本発明の配線構造および半導体装置の製造方法は、埋め込み配線を備えた半導体装置に広く適用でき、種々の電子機器に用いられる。   The wiring structure and the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be widely applied to semiconductor devices having embedded wirings, and are used in various electronic devices.

(a)〜(f)は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. (a)〜(g)は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(g) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の半導体装置において、ビア抵抗の上昇が抑えられる推定メカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the presumed mechanism in which the raise of via resistance is suppressed in the semiconductor device of embodiment of this invention. (a)〜(e)は、従来の配線形成方法を示す断面図である。(A)-(e) is sectional drawing which shows the conventional wiring formation method. (a)〜(e)は、従来の配線形成方法を示す断面図である。(A)-(e) is sectional drawing which shows the conventional wiring formation method. 従来の方法により多層の埋め込み配線を形成した場合のビア抵抗値の累積度数分布を示す図である。It is a figure which shows the cumulative frequency distribution of the via resistance value at the time of forming a multilayer embedded wiring by the conventional method. 従来の方法において、配線−プラグ間抵抗が上昇する推定メカニズムを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the presumed mechanism in which the resistance between wiring-plug rises in the conventional method.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1の層間絶縁膜
2 第1の配線溝
3 第1のバリアメタル
4 第1のシード膜
5 第1の銅膜
6 第1のキャップメタル
7 ライナー膜
8 第2の層間絶縁膜
9 ビアホール
10 第2の配線溝
11 第2のバリアメタル
12 第2のシード膜
13 第2の銅膜
14 Al酸化物
20 凹部
21 第2のキャップメタル
24 第3のバリアメタル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st interlayer insulation film 2 1st wiring groove 3 1st barrier metal 4 1st seed film 5 1st copper film 6 1st cap metal 7 Liner film 8 2nd interlayer insulation film 9 Via hole 10 Second wiring trench 11 Second barrier metal 12 Second seed film 13 Second copper film 14 Al oxide 20 Recess 21 Second cap metal 24 Third barrier metal

Claims (14)

半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、第1の溝が形成された第1の層間絶縁膜と、
前記第1の溝に埋め込まれ、上面に凹部が形成された第1の配線と、
第1の層間絶縁膜上に設けられ、ビアホールおよび第2の溝が形成された絶縁膜と、
前記ビアホールに埋め込まれ、少なくとも前記第1の配線の凹部と接触するプラグと、 前記プラグに接続され、前記第2の溝に埋め込まれた第2の配線とを備え、
前記第1の配線は、凹部が形成された第1の配線材料膜と、前記第1の配線材料膜の凹部に沿って設けられたキャップメタル膜とを有している半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate and having a first groove formed thereon;
A first wiring embedded in the first groove and having a recess formed on the upper surface;
An insulating film provided on the first interlayer insulating film and having a via hole and a second groove;
A plug embedded in the via hole and in contact with at least a recess of the first wiring; and a second wiring connected to the plug and embedded in the second groove;
The first wiring includes a first wiring material film in which a recess is formed, and a cap metal film provided along the recess in the first wiring material film.
前記第1の配線は、前記第1の溝の内面を覆う第1のバリア膜と、前記第1の配線材料膜の側面および底面を覆い、前記第1のバリア膜の上に設けられた第1のシード膜とをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The first wiring covers a first barrier film that covers an inner surface of the first groove, a side surface and a bottom surface of the first wiring material film, and a first barrier film provided on the first barrier film. The semiconductor device according to claim 1, further comprising one seed film. 前記プラグは、前記ビアホールの内面上と、前記キャップメタル膜の凹部上とに設けられた第2のシード膜と、第2のシード膜上に設けられ、前記ビアホールを埋める第2の配線材料膜とを有していることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   The plug is provided on the inner surface of the via hole and on the concave portion of the cap metal film, and on the second seed film, a second wiring material film that fills the via hole. The semiconductor device according to claim 1, wherein: 前記キャップメタル膜はCoを含んでいることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the cap metal film contains Co. 前記キャップメタル膜は、前記第1のバリア膜の上端面上および前記第1のシード膜の上端面上にも設けられていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein the cap metal film is also provided on an upper end surface of the first barrier film and an upper end surface of the first seed film. 前記第1のバリア膜はタンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタンのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項2または5に記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 2, wherein the first barrier film includes at least one of tantalum, tantalum nitride, titanium, and titanium nitride. 前記第1のシード膜は銅を主成分とし、酸素との結合エネルギーが銅よりも大きい金属を含むことを特徴とする請求項2、5、6のうちいずれか1つに記載の半導体装置。   7. The semiconductor device according to claim 2, wherein the first seed film contains copper as a main component and a metal whose binding energy with oxygen is larger than that of copper. 酸素との結合エネルギーが銅よりも大きい前記金属は、Al、Mg、Zn、Fe、Sn、Tiのうちの少なくとも1つであること特徴とする請求項7に記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the metal having a binding energy with oxygen larger than that of copper is at least one of Al, Mg, Zn, Fe, Sn, and Ti. 前記絶縁膜は、前記第1の層間絶縁膜の上に設けられたライナー膜と、前記ライナー膜の上に設けられた第2の層間絶縁膜とを有していることを特徴とする請求項1〜8のうちいずれか1つに記載の半導体装置。   The insulating film includes a liner film provided on the first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film provided on the liner film. The semiconductor device according to any one of 1 to 8. 半導体基板上に形成された層間絶縁膜に埋め込まれた配線材料膜を形成する工程(a)と、
前記配線材料膜および前記層間絶縁膜の上に絶縁膜を形成する工程(b)と、
前記絶縁膜に溝を形成する工程(c)と、
前記絶縁膜にビアホールを形成する形成する工程(d)と、
少なくとも前記ビアホールの内面を覆うように第1のバリアメタルを形成する工程(e)と、
前記第1のバリアメタルのうち前記配線材料膜上に設けられた部分と前記配線材料の一部を除去して前記配線材料膜の上部に凹部を形成する工程(f)と、
前記第1の配線材料膜の凹部に沿って前記配線材料膜上に第1のキャップメタルを形成し、上面に凹部が形成された第1の配線を形成する工程(g)と、
前記第1の配線の凹部および前記ビアホールに埋め込まれたプラグを形成する工程(h)とを備えている半導体装置の製造方法。
A step (a) of forming a wiring material film embedded in an interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate;
A step (b) of forming an insulating film on the wiring material film and the interlayer insulating film;
Forming a groove in the insulating film (c);
Forming a via hole in the insulating film (d);
A step (e) of forming a first barrier metal so as to cover at least the inner surface of the via hole;
A step of removing a portion of the first barrier metal provided on the wiring material film and a part of the wiring material to form a recess on the wiring material film;
Forming a first cap metal on the wiring material film along the concave portion of the first wiring material film, and forming a first wiring having a concave portion on the upper surface (g);
And a step (h) of forming a plug embedded in the recess of the first wiring and the via hole.
前記工程(a)の後で前記工程(b)の前に、前記配線材料膜の上に第2のキャップメタルを形成する工程(i)をさらに備え、
前記工程(d)では、前記第2のキャップメタルが露出するように前記ビアホールを形成し、
前記工程(f)では、前記第2のキャップメタルの少なくとも一部が除去されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
A step (i) of forming a second cap metal on the wiring material film after the step (a) and before the step (b);
In the step (d), the via hole is formed so that the second cap metal is exposed,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein in the step (f), at least a part of the second cap metal is removed.
前記工程(c)と前記工程(d)とは連続して行われ、
前記工程(h)では、前記プラグに接続され、前記溝に埋め込まれた第2の配線を前記プラグと同時に形成することを特徴とする請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法。
The step (c) and the step (d) are performed continuously,
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein in the step (h), a second wiring connected to the plug and buried in the groove is formed simultaneously with the plug.
前記工程(a)では、前記第1の配線材料膜の側面および底面を囲み、銅を主成分とし、銅よりも酸素との結合エネルギーが大きい金属が添加されたシード膜と、前記シード膜を囲む第2のバリアメタルとをさらに形成することを特徴とする請求項10〜12のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   In the step (a), a seed film to which a metal containing copper as a main component and having a larger binding energy with oxygen than copper is added, and the seed film is surrounded by a side surface and a bottom surface of the first wiring material film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, further comprising forming an enclosing second barrier metal. 前記工程(g)では、選択メッキ法によって前記第1のキャップメタルを形成することを特徴とする請求項10〜13のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein in the step (g), the first cap metal is formed by a selective plating method.
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