JP2008010532A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2008010532A
JP2008010532A JP2006177688A JP2006177688A JP2008010532A JP 2008010532 A JP2008010532 A JP 2008010532A JP 2006177688 A JP2006177688 A JP 2006177688A JP 2006177688 A JP2006177688 A JP 2006177688A JP 2008010532 A JP2008010532 A JP 2008010532A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
connection hole
barrier film
wiring
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006177688A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Ooka
豊 大岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2006177688A priority Critical patent/JP2008010532A/en
Publication of JP2008010532A publication Critical patent/JP2008010532A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to improve wiring reliability by suppressing generation of a facet and bowing in an opening of a connection hole and a wiring trench upper part. <P>SOLUTION: A stopper film 15 and an insulating film 16 are formed on a substrate, and a wiring trench 17 is formed on the insulating film 16 and a connection hole 18 is formed on its bottom. A first barrier film 21 is formed in an internal surface between the wiring trench 17 other than the bottom of the connection hole 18 and the connection hole 18. The stopper film 15 of the bottom of the connection hole 18 is removed to elongate the connection hole 18. A second barrier film 22 is formed on at least the bottom of the connection hole 18. A wiring material 23 is embedded via the second barrier film 22 and the first barrier film 21. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、配線溝とその底部に形成された接続孔とにバリア膜を形成した半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a barrier film is formed in a wiring groove and a connection hole formed in the bottom thereof.

銅(Cu)配線はアルミニウム(Al)系合金配線より低抵抗・低容量・高信頼性を与えることから、配線の寄生抵抗・寄生容量による回路遅延が支配的になる微細素子において重要性を増してきた。一般には銅はアルミニウム系合金配線と異なりドライエッチングが容易ではないため、いわゆるダマシンプロセスが広く受け入れられている。ダマシンプロセスとは、例えば酸化シリコン(SiO2)膜などの層間絶縁膜に予め所定の溝を形成し、その溝に配線材料を埋め込み、その後余剰な配線材料を化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法などにより除去することで形成される配線形成プロセスである。さらに接続孔と配線溝を形成した後、一括して配線材料を埋め込み、余剰な配線材料を除去するデュアルダマシン法も工程数の削減、コストの削減に有効である(例えば、特許文献1参照。)。 Since copper (Cu) wiring provides lower resistance, lower capacitance, and higher reliability than aluminum (Al) alloy wiring, it is more important for micro devices where circuit delay due to wiring parasitic resistance and parasitic capacitance is dominant. I came. Generally, copper is not easy to dry etch unlike aluminum-based alloy wiring, and so-called damascene process is widely accepted. In the damascene process, for example, a predetermined groove is formed in an interlayer insulating film such as a silicon oxide (SiO 2 ) film in advance, a wiring material is embedded in the groove, and the surplus wiring material is then subjected to chemical mechanical polishing (CMP). ) Is a wiring formation process formed by removing by a method or the like. Furthermore, the dual damascene method, in which wiring material is filled in at a time after forming connection holes and wiring grooves and excess wiring material is removed, is also effective in reducing the number of steps and cost (see, for example, Patent Document 1). ).

図8(1)に示すように、通常、銅(Cu)配線111上には、絶縁膜122に対するストッパ膜121として窒化シリコン膜(SiN)、炭化シリコン膜(SiC)、窒化炭化シリコン膜(SiCN)のような酸素を含まない膜が用いられている。デュアルダマシン構造で配線を形成する際は、一般的に最後に接続孔123底部の上記ストッパ膜121を加工し、下層の銅配線111と導通をとるプロセスを用いる。   As shown in FIG. 8A, a silicon nitride film (SiN), a silicon carbide film (SiC), and a silicon nitride carbide film (SiCN) are usually provided on the copper (Cu) wiring 111 as a stopper film 121 for the insulating film 122. A film that does not contain oxygen is used. When forming a wiring with a dual damascene structure, generally, a process is employed in which the stopper film 121 at the bottom of the connection hole 123 is finally processed to establish conduction with the underlying copper wiring 111.

ここでのストッパ膜の加工は、図8(2)に示すように、通常、接続孔123が形成される絶縁膜122や銅配線111が形成される絶縁膜112上部のキャップ膜として用いる酸化シリコン(SiO2)膜や炭化酸化シリコン(SiOC)膜に対して高選択比の加工が困難なため、接続孔123底部のストッパ膜121を除去する際に、接続孔123の開口部および配線溝124上部に肩落ち、ファセットが発生するといった問題が生じる。 As shown in FIG. 8B, the processing of the stopper film here is usually silicon oxide used as a cap film on the insulating film 122 where the connection hole 123 is formed and the insulating film 112 where the copper wiring 111 is formed. Since it is difficult to process a high selectivity with respect to the (SiO 2 ) film or the silicon carbide oxide (SiOC) film, when removing the stopper film 121 at the bottom of the connection hole 123, the opening of the connection hole 123 and the wiring groove 124 are used. The problem arises that the shoulders fall to the top and facets occur.

この結果、LSIの設計ルールの微細化に伴い深刻化していく配線間のリークに対する余裕(マージン)が低下するといった問題に発展する。さらには、図9(3)に示すように、この接続孔123上部のファセット形状により、スパッタリングによって成膜されるバリアメタル膜125がオーバーハング形状となる。   As a result, there arises a problem that a margin for a leak between wirings, which becomes more serious as LSI design rules become finer, decreases. Furthermore, as shown in FIG. 9 (3), due to the facet shape above the connection hole 123, the barrier metal film 125 formed by sputtering becomes an overhang shape.

そして、図9(4)に示すように、銅126の埋め込みを行うと、接続孔123内部にボイド127が形成されるといった問題が発生する。この結果、配線信頼性が急激に劣化するといった問題に発展する。   Then, as shown in FIG. 9 (4), when the copper 126 is embedded, there arises a problem that a void 127 is formed inside the connection hole 123. As a result, the wiring reliability is rapidly deteriorated.

また、図10(1)に示すように、接続孔123が形成される絶縁膜131上に配線溝124が形成される絶縁膜132が例えばポリアリールエーテル膜133および炭化酸化シリコン(SiOC)膜134で形成され、その上部に窒化炭化シリコン(SiCN)膜からなるハードマスク135が形成されている場合であっても、図10(2)に示すように、接続孔123底部のストッパ膜121を除去する工程で、配線溝124の開口部および接続孔123の開口部に肩落ちやファセットが発生する。   Further, as shown in FIG. 10A, the insulating film 132 in which the wiring groove 124 is formed on the insulating film 131 in which the connection hole 123 is formed is, for example, a polyaryl ether film 133 and a silicon carbide oxide (SiOC) film 134. Even when a hard mask 135 made of a silicon nitride carbide (SiCN) film is formed on the upper portion, the stopper film 121 at the bottom of the connection hole 123 is removed as shown in FIG. In this process, shoulder dropping or faceting occurs in the opening of the wiring groove 124 and the opening of the connection hole 123.

特開平11-045887号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-045887

解決しようとする問題点は、接続孔の開口部および配線溝上部における肩落ちが発生する点であり、また接続孔の開口部および配線上部においてファセットが発生する点である。   The problem to be solved is that shoulder drop occurs at the opening of the connection hole and the upper part of the wiring groove, and facet occurs at the opening of the connection hole and the upper part of the wiring.

本発明は、接続孔の開口部および配線溝上部におけるファセットの発生、肩落ちの発生を抑制して、配線信頼性の向上を可能にする。   The present invention makes it possible to improve the wiring reliability by suppressing the occurrence of facets and shoulder drop at the opening of the connection hole and the upper part of the wiring groove.

本発明の半導体装置の製造方法は、基板上にストッパ膜と絶縁膜とを形成し、該絶縁膜に配線溝と該配線溝の底部に接続孔とを形成する工程と、前記接続孔底部を除く前記配線溝と接続孔との内面に第1バリア膜を形成する工程と、前記接続孔底部の前記ストッパ膜を除去して前記接続孔を延長する工程と、少なくとも前記接続孔の底部に第2バリア膜を形成する工程と、前記配線溝および接続孔の内部に前記第1バリア膜および第2バリア膜を介して配線材料を埋め込む工程とを備えたことを特徴とする。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a stopper film and an insulating film on a substrate, forming a wiring groove in the insulating film and a connection hole at the bottom of the wiring groove, and forming the bottom of the connection hole. Forming a first barrier film on the inner surfaces of the wiring groove and the connection hole, excluding the stopper film at the bottom of the connection hole and extending the connection hole, and at least a bottom of the connection hole. And a step of burying a wiring material through the first barrier film and the second barrier film inside the wiring groove and the connection hole.

本発明の半導体装置の製造方法では、接続孔底部を除く配線溝と接続孔との内面に第1バリア膜を形成してから、ストッパ膜に接続孔を延長するので、ストッパ膜の除去加工において第1バリア膜がマスクの作用をする。このため、ストッパ膜を高い選択性をもって除去加工できるので、接続孔開口部、配線溝開口部での、いわゆる肩落ちの発生は起こらない。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, since the first barrier film is formed on the inner surfaces of the wiring groove and the connection hole except for the bottom of the connection hole, the connection hole is extended to the stopper film. The first barrier film acts as a mask. For this reason, since the stopper film can be removed with high selectivity, so-called shoulder drop does not occur in the connection hole opening and the wiring groove opening.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、ストッパ膜を高い選択性をもって除去加工できるので、接続孔開口部、配線溝開口部での、いわゆる肩落ちの発生は起こらないため、より微細な世代に対しても配線間あるいは配線と接続孔との間のショートマージンが確保され、さらに配線材料埋め込み時のピンチオフにも有利な形状とすることができるので、より微細な世代に対しても、高信頼性な配線構造となるという利点があり、従来の配線構造よりも桁違いの耐圧効果を得ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the stopper film can be removed with high selectivity, so-called shoulder drop does not occur in the connection hole opening and the wiring groove opening. In addition, a short margin between the wirings or between the wirings and the connection holes is secured, and the shape can also be advantageous for pinch-off when embedding the wiring material. There is an advantage that a reliable wiring structure is obtained, and an order of magnitude breakdown voltage effect can be obtained as compared with the conventional wiring structure.

本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を、図1〜図4の製造工程断面図によって説明する。   An embodiment (first example) according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the manufacturing process cross-sectional views of FIGS.

図1(1)に示すように、基体(図示せず)に形成された下地11上に配線層絶縁膜12が形成されている。この配線層絶縁膜12は、例えば炭化酸化シリコン(SiOC)膜で形成される。この配線層絶縁膜12に、バリア膜13を介して銅(Cu)からなる第1配線14を形成する。ここでは第1配線14は、その高さが150nmとなるよう形成され、第1配線14上に銅の拡散および酸化を防止するストッパ膜15を形成する。このストッパ膜15は、例えば炭化窒化シリコン(SiCN)膜を例えば35nmの厚さに成膜して形成され、後の工程において、エッチングストッパとしても機能する。続けて上記ストッパ層15上に配線溝および接続孔を形成するための絶縁膜16を形成する。この絶縁膜16は、例えば炭化酸化シリコン(SiOC)膜で形成される。そして、リソグラフィー技術および反応性イオンエッチングにより、絶縁膜16に配線溝17およびこの配線溝17の底部に接続孔18を形成して、いわゆるデュアルダマシン構造を得る。   As shown in FIG. 1A, a wiring layer insulating film 12 is formed on a base 11 formed on a base (not shown). The wiring layer insulating film 12 is formed of, for example, a silicon carbide oxide (SiOC) film. A first wiring 14 made of copper (Cu) is formed on the wiring layer insulating film 12 through a barrier film 13. Here, the first wiring 14 is formed to have a height of 150 nm, and a stopper film 15 for preventing copper diffusion and oxidation is formed on the first wiring 14. The stopper film 15 is formed, for example, by forming a silicon carbonitride (SiCN) film with a thickness of 35 nm, for example, and also functions as an etching stopper in a later process. Subsequently, an insulating film 16 for forming wiring grooves and connection holes is formed on the stopper layer 15. This insulating film 16 is formed of, for example, a silicon carbide oxide (SiOC) film. Then, by the lithography technique and reactive ion etching, the wiring groove 17 and the connection hole 18 are formed in the bottom of the wiring groove 17 in the insulating film 16 to obtain a so-called dual damascene structure.

次に、上記接続孔18底部を除く上記配線溝17と接続孔18との内面に第1バリア膜を形成する方法の一例を以下に説明する。まず、図1(2)に示すように、配線溝17と接続孔18との内面に第1バリア膜21を形成する。この第1バリア膜21は、接続孔18底部のストッパ膜15を除去加工する際に、接続孔18開口部および配線溝17上部の肩落ちを防止する機能を有する。したがって、第1バリア膜21は上記ストッパ膜15を選択的にエッチングできる材料で形成されている。例えばタンタル(Ta)を例えば4nmの厚さに成膜して形成される。この成膜は、例えば一般的なマグネトロンスパッタリング装置を用い、タンタルターゲットを用いて指向性スパッタリング法にて成膜する。ここでの第1バリア膜21の膜厚は、ファセット防止として用いるため2nm以上あれば十分である。また、次工程で選択的に接続孔18底部の第1バリア膜21のみを除去するために、10nm以下にすることが望ましい。   Next, an example of a method for forming the first barrier film on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connecting hole 18 excluding the bottom of the connecting hole 18 will be described below. First, as shown in FIG. 1B, the first barrier film 21 is formed on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connection hole 18. The first barrier film 21 has a function of preventing the shoulder of the opening of the connection hole 18 and the upper part of the wiring groove 17 when the stopper film 15 at the bottom of the connection hole 18 is removed. Therefore, the first barrier film 21 is formed of a material that can selectively etch the stopper film 15. For example, tantalum (Ta) is formed to a thickness of 4 nm, for example. This film formation is performed by a directional sputtering method using a tantalum target using, for example, a general magnetron sputtering apparatus. The film thickness of the first barrier film 21 here is sufficient to be 2 nm or more in order to use it for facet prevention. Further, in order to selectively remove only the first barrier film 21 at the bottom of the connection hole 18 in the next step, it is desirable that the thickness be 10 nm or less.

次に、図2(3)に示すように、接続孔18底部のストッパ膜15を選択的に除去(開口)して、接続孔18を延長形成する。この方法としては、タンタルターゲットが設置された指向性のマグネトロンスパッタリング装置を用いて、基板バイアスを600Wに、ターゲットDCパワーを5kWに設定し、雰囲気をアルゴン100%とし、雰囲気の圧力を133mPaとして、タンタル(Ta)の成膜とエッチングがいわゆるベタ膜上でプラスマイナスゼロとなるように設定して所定時間の放電処理を施す。これにより、配線溝17の上部、側壁部、底部、および接続孔18上部、側壁部では第1バリア膜21が残存した状態を維持しながら、アスペクト比が高い接続孔18底部では、バイアスエッチングの成分が大きくなることにより、第1バリア膜21が選択的に除去される。   Next, as shown in FIG. 2C, the stopper film 15 at the bottom of the connection hole 18 is selectively removed (opened) to extend the connection hole 18. As this method, using a directional magnetron sputtering apparatus in which a tantalum target is installed, the substrate bias is set to 600 W, the target DC power is set to 5 kW, the atmosphere is set to 100% argon, and the pressure of the atmosphere is set to 133 mPa. The tantalum (Ta) film is formed and etched so as to be plus or minus zero on the so-called solid film, and a discharge treatment is performed for a predetermined time. As a result, bias etching is performed at the bottom of the connection hole 18 having a high aspect ratio while maintaining the state in which the first barrier film 21 remains on the upper part, the side wall part, the bottom part of the wiring groove 17 and the upper part and side wall part of the connection hole 18. As the component increases, the first barrier film 21 is selectively removed.

次に、図2(4)に示すように、接続孔18底部のストッパ膜15をエッチング除去して開口し、接続孔18を延長形成する。このエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置にて、例えば、エッチングガスとしてのオクタフルオロシクロペンテン(C58)、一酸化炭素(CO)、アルゴン(Ar)および酸素(O2)を用い、ガス流量比をC55:CO:Ar:O2=1:10:5:1とし、バイアスパワーを1600W、基板温度を20℃に設定する。このエッチング条件ではタンタルからなる第1バリア膜21との選択比が50以上得られるため、接続孔18開口部および配線溝17上部の肩落ちは抑制されつつ、ストッパ膜15のみが開口した、良好なデュアルダマシン構造を形成することが可能となる。 Next, as shown in FIG. 2 (4), the stopper film 15 at the bottom of the connection hole 18 is removed by etching to open the connection hole 18. This etching is performed by, for example, a general magnetron type etching apparatus, for example, octafluorocyclopentene (C 5 F 8 ), carbon monoxide (CO), argon (Ar), and oxygen (O 2 ) as an etching gas. The gas flow rate ratio is C 5 F 5 : CO: Ar: O 2 = 1: 10: 5: 1, the bias power is set to 1600 W, and the substrate temperature is set to 20 ° C. Under this etching condition, a selection ratio of 50 or more with the first barrier film 21 made of tantalum can be obtained, so that the shoulder drop at the opening of the connection hole 18 and the upper part of the wiring groove 17 is suppressed, and only the stopper film 15 is opened. It becomes possible to form a simple dual damascene structure.

次に、図3(5)に示すように、しかるべき脱ガス処理を行った後、上記配線溝17および接続孔18の内面に、上記第1バリア膜21を介して第2バリア膜22を形成する。この第2バリア膜22は、銅配線の層間絶縁膜に対する拡散防止膜となるもので、例えばタンタル(Ta)を例えば10nmの厚さに成膜して形成する。この成膜は、例えば一般的なマグネトロンスパッタリング装置を用いて、タンタルターゲットを用いて指向性スパッタリング法にて成膜する。   Next, as shown in FIG. 3 (5), after performing an appropriate degassing process, the second barrier film 22 is formed on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connection hole 18 via the first barrier film 21. Form. The second barrier film 22 serves as a diffusion prevention film for the interlayer insulating film of the copper wiring, and is formed, for example, by depositing tantalum (Ta) to a thickness of 10 nm, for example. For example, the film is formed by a directional sputtering method using a tantalum target using a general magnetron sputtering apparatus.

次に、図3(6)に示すように、上記配線溝17および接続孔18の内部に、上記第1バリア膜21および第2バリア膜22を介して、銅もしくは銅を含む合金からなる配線材料23を埋め込む。この配線材料の形成は、例えば、電解めっき法もしくはスパッタリング法もしくはCVD法を用いる。上記電解めっき法を用いる場合、予め、上記配線溝17および接続孔18の内面に銅めっきのシードとなる層(図示せず)を形成しておく。上記第2バリア膜22の成膜は上記配線溝17および接続孔18の内面にカバレッジ良く形成される必要がある。そのため、例えばその成膜には、好ましくは指向性スパッタリング法を用いるのが良く、例えばそのような成膜方法には、自己放電イオン化スパッタリング法、遠距離スパッタリング法などがある。また、第1バリア膜21と第2バリア膜22は、同一の材料を用いるのが、信頼性向上の観点から望ましい。   Next, as shown in FIG. 3 (6), a wiring made of copper or an alloy containing copper is inserted into the wiring groove 17 and the connection hole 18 through the first barrier film 21 and the second barrier film 22. Embed material 23. The wiring material is formed using, for example, an electrolytic plating method, a sputtering method, or a CVD method. When the electrolytic plating method is used, a layer (not shown) serving as a copper plating seed is formed in advance on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connection hole 18. The second barrier film 22 needs to be formed on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connection hole 18 with good coverage. Therefore, for example, a directional sputtering method is preferably used for the film formation, and examples of such a film formation method include a self-discharge ionization sputtering method and a long-distance sputtering method. Moreover, it is desirable from the viewpoint of improving reliability that the first barrier film 21 and the second barrier film 22 are made of the same material.

次いで、絶縁膜16上の余剰な配線材料23および第1バリア膜21、第2バリア膜22を除去する。この除去加工には、例えば化学的機械研磨を用いる。この結果、配線溝17に第1バリア膜21、第2バリア膜22を介して配線材料23からなる第2配線24が形成され、接続孔18の内部に第1バリア膜21、第2バリア膜22を介して配線材料23からなるプラグ25が形成される。   Next, the excessive wiring material 23, the first barrier film 21, and the second barrier film 22 on the insulating film 16 are removed. For this removal processing, for example, chemical mechanical polishing is used. As a result, the second wiring 24 made of the wiring material 23 is formed in the wiring groove 17 via the first barrier film 21 and the second barrier film 22, and the first barrier film 21 and the second barrier film are formed inside the connection hole 18. A plug 25 made of the wiring material 23 is formed via 22.

次に、図4(7)に示すように、銅の拡散および酸化を防止する防止層26を形成する。この防止層26は、例えば、炭化シリコン窒化膜(SiCN)膜で形成する。   Next, as shown in FIG. 4 (7), a prevention layer 26 for preventing copper diffusion and oxidation is formed. The prevention layer 26 is formed of, for example, a silicon carbide nitride (SiCN) film.

上記製造方法(第1実施例)によれば、ストッパ膜15を高い選択性をもって除去加工できるので、接続孔18開口部、配線溝17開口部での、いわゆる肩落ちの発生は起こらないため、より微細な世代に対しても配線間あるいは配線と接続孔との間のショートマージンが確保され、さらに配線材料の埋め込み時のピンチオフにも有利な形状とすることができるので、より微細な世代に対しても、高信頼性な配線構造となるという利点があり、従来の配線構造よりも桁違いの耐圧効果を得ることができる。   According to the manufacturing method (first embodiment), since the stopper film 15 can be removed with high selectivity, so-called shoulder drop does not occur at the opening of the connection hole 18 and the opening of the wiring groove 17. Shorter margins between wires or between wires and connection holes are secured for finer generations, and the shape can be made advantageous for pinch-off when embedding wiring materials. On the other hand, there is an advantage that a highly reliable wiring structure is obtained, and an order of magnitude breakdown voltage effect can be obtained as compared with the conventional wiring structure.

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(第2実施例)を、図5〜図7の製造工程断面図によって説明する。   Next, an embodiment (second embodiment) according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the manufacturing process sectional views of FIGS.

図5(1)に示すように、基体(図示せず)に形成された下地11上に配線層絶縁膜12が形成されている。この配線層絶縁膜12は、例えば炭化シリコン酸化膜(SiOC)2で形成される。この配線層絶縁膜12に、バリア膜13を介して銅(Cu)からなる第1配線14を形成する。ここでは第1配線14は、その高さが150nmとなるよう形成され、第1配線14上に銅の拡散および酸化を防止するストッパ膜15を形成する。このストッパ膜15は、例えば炭化シリコン窒化膜(SiCN)4を例えば35nmの厚さに成膜して形成され、後の工程において、エッチングストッパとしても機能する。続けて上記ストッパ層15上に配線溝および接続孔を形成するための絶縁膜16を形成する。この絶縁膜16は、例えば炭化シリコン酸化膜(SiOC)5で形成される。そして、リソグラフィー技術および反応性イオンエッチングにより、絶縁膜16に配線溝17およびこの配線溝17の底部に接続孔18を形成して、いわゆるデュアルダマシン構造を得る。 As shown in FIG. 5A, a wiring layer insulating film 12 is formed on a base 11 formed on a base (not shown). The wiring layer insulating film 12 is formed of, for example, a silicon carbide oxide film (SiOC) 2 . A first wiring 14 made of copper (Cu) is formed on the wiring layer insulating film 12 through a barrier film 13. Here, the first wiring 14 is formed to have a height of 150 nm, and a stopper film 15 for preventing copper diffusion and oxidation is formed on the first wiring 14. The stopper film 15 is formed by, for example, forming a silicon carbide nitride film (SiCN) 4 with a thickness of 35 nm, for example, and also functions as an etching stopper in a later process. Subsequently, an insulating film 16 for forming wiring grooves and connection holes is formed on the stopper layer 15. The insulating film 16 is formed of, for example, a silicon carbide oxide film (SiOC) 5. Then, by the lithography technique and reactive ion etching, the wiring groove 17 and the connection hole 18 are formed in the bottom of the wiring groove 17 in the insulating film 16 to obtain a so-called dual damascene structure.

次に、上記接続孔18底部を除く上記配線溝17と接続孔18との内面に第1バリア膜を形成するとともに、ストッパ膜15を除去する方法の一例を以下に説明する。まず、図5(2)に示すように、配線溝17と接続孔18との内面に第1バリア膜21を形成する。この第1バリア膜21は、接続孔18底部のストッパ膜15を除去加工する際に、接続孔18開口部および配線溝17上部の肩落ちを防止する機能を有する。したがって、第1バリア膜21は上記ストッパ膜15を選択的にエッチングできる材料で形成されている。例えばタンタル(Ta)を例えば4nmの厚さに成膜して形成される。この成膜は、例えば一般的なマグネトロンスパッタリング装置を用い、タンタルターゲットを用いて指向性スパッタリング法にて成膜する。ここでの第1バリア膜21の膜厚は、ファセット防止として用いるため2nm以上あれば十分である。また、次工程で選択的に接続孔18底部の第1バリア膜21のみを除去するために、8nm以下にすることが望ましい。   Next, an example of a method of forming the first barrier film on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connecting hole 18 excluding the bottom of the connecting hole 18 and removing the stopper film 15 will be described below. First, as shown in FIG. 5B, the first barrier film 21 is formed on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connection hole 18. The first barrier film 21 has a function of preventing the shoulder of the opening of the connection hole 18 and the upper part of the wiring groove 17 when the stopper film 15 at the bottom of the connection hole 18 is removed. Therefore, the first barrier film 21 is formed of a material that can selectively etch the stopper film 15. For example, tantalum (Ta) is formed to a thickness of 4 nm, for example. This film formation is performed by a directional sputtering method using a tantalum target using, for example, a general magnetron sputtering apparatus. The film thickness of the first barrier film 21 here is sufficient to be 2 nm or more in order to use it for facet prevention. Also, in order to selectively remove only the first barrier film 21 at the bottom of the connection hole 18 in the next step, it is desirable that the thickness be 8 nm or less.

次に、図6(3)に示すように、接続孔18底部の第1バリア膜を選択的に除去(開口)して、連続して、接続孔18底部の上記ストッパ膜15を除去して、接続孔18を延長形成する。この方法としては、タンタルターゲットが設置された指向性のマグネトロンスパッタリング装置を用いて、基板バイアスを1000Wに、ターゲットDCパワーを5kWに設定し、雰囲気をアルゴン100%とし、雰囲気の圧力を67mPaとして、タンタル(Ta)の成膜とエッチングがいわゆるベタ膜上でプラスマイナスゼロとなるように設定して所定時間の放電処理を施す。これにより、配線溝17の上部、側壁部、底部、および接続孔18上部、側壁部では第1バリア膜21が残存した状態を維持しながら、アスペクト比が高い接続孔18底部では、バイアスエッチングの成分が大きくなることにより、第1バリア膜21およびストッパ膜15が選択的に除去される。これによって、接続孔18が延長形成される。   Next, as shown in FIG. 6 (3), the first barrier film at the bottom of the connection hole 18 is selectively removed (opened), and the stopper film 15 at the bottom of the connection hole 18 is continuously removed. The connection hole 18 is extended. As this method, using a directional magnetron sputtering apparatus in which a tantalum target is installed, the substrate bias is set to 1000 W, the target DC power is set to 5 kW, the atmosphere is set to 100% argon, and the pressure of the atmosphere is set to 67 mPa. The tantalum (Ta) film is formed and etched so as to be plus or minus zero on the so-called solid film, and a discharge treatment is performed for a predetermined time. As a result, bias etching is performed at the bottom of the connection hole 18 having a high aspect ratio while maintaining the state in which the first barrier film 21 remains on the upper part, the side wall part, the bottom part of the wiring groove 17 and the upper part and side wall part of the connection hole 18. As the component becomes larger, the first barrier film 21 and the stopper film 15 are selectively removed. As a result, the connection hole 18 is extended.

次に、図6(4)に示すように、しかるべき脱ガス処理を行った後、上記配線溝17および接続孔18の内面に、上記第1バリア膜21を介して第2バリア膜22を形成する。この第2バリア膜22は、銅配線の層間絶縁膜に対する拡散防止膜となるもので、例えばタンタル(Ta)を例えば10nmの厚さに成膜して形成する。この成膜は、例えば一般的なマグネトロンスパッタリング装置を用いて、タンタルターゲットを用いて指向性スパッタリング法にて成膜する。   Next, as shown in FIG. 6 (4), after performing an appropriate degassing process, the second barrier film 22 is formed on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connection hole 18 via the first barrier film 21. Form. The second barrier film 22 serves as a diffusion prevention film for the interlayer insulating film of the copper wiring, and is formed, for example, by depositing tantalum (Ta) to a thickness of 10 nm, for example. For example, the film is formed by a directional sputtering method using a tantalum target using a general magnetron sputtering apparatus.

次に、図7(5)に示すように、上記配線溝17および接続孔18の内部に、上記第1バリア膜21および第2バリア膜22を介して、銅もしくは銅を含む合金からなる配線材料23を埋め込む。この配線材料の形成は、例えば、電解めっき法もしくはスパッタリング法もしくはCVD法を用いる。上記電解めっき法を用いる場合、予め、上記配線溝17および接続孔18の内面に銅めっきのシードとなる層(図示せず)を形成しておく。上記第2バリア膜22の成膜は上記配線溝17および接続孔18の内面にカバレッジ良く形成される必要がある。そのため、例えばその成膜には、好ましくは指向性スパッタリング法を用いるのが良く、例えばそのような成膜方法には、自己放電イオン化スパッタリング法、遠距離スパッタリング法などがある。また、第1バリア膜21と第2バリア膜22は、同一の材料を用いるのが、信頼性向上の観点から望ましい。   Next, as shown in FIG. 7 (5), the wiring made of copper or an alloy containing copper is inserted into the wiring groove 17 and the connection hole 18 through the first barrier film 21 and the second barrier film 22. Embed material 23. The wiring material is formed using, for example, an electrolytic plating method, a sputtering method, or a CVD method. When the electrolytic plating method is used, a layer (not shown) serving as a copper plating seed is formed in advance on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connection hole 18. The second barrier film 22 needs to be formed on the inner surfaces of the wiring groove 17 and the connection hole 18 with good coverage. Therefore, for example, a directional sputtering method is preferably used for the film formation, and examples of such a film formation method include a self-discharge ionization sputtering method and a long-distance sputtering method. Moreover, it is desirable from the viewpoint of improving reliability that the first barrier film 21 and the second barrier film 22 are made of the same material.

次いで、絶縁膜16上の余剰な配線材料23および第1バリア膜21、第2バリア膜22を除去する。この除去加工には、例えば化学的機械研磨を用いる。この結果、配線溝17に第1バリア膜21、第2バリア膜22を介して配線材料23からなる第2配線24が形成され、接続孔18の内部に第1バリア膜21、第2バリア膜22を介して配線材料23からなるプラグ25が形成される。   Next, the excessive wiring material 23, the first barrier film 21, and the second barrier film 22 on the insulating film 16 are removed. For this removal processing, for example, chemical mechanical polishing is used. As a result, the second wiring 24 made of the wiring material 23 is formed in the wiring groove 17 via the first barrier film 21 and the second barrier film 22, and the first barrier film 21 and the second barrier film are formed inside the connection hole 18. A plug 25 made of the wiring material 23 is formed via 22.

次に、図7(6)に示すように、銅の拡散および酸化を防止する防止層26を形成する。この防止層26は、例えば、炭化シリコン窒化膜(SiCN)膜で形成する。   Next, as shown in FIG. 7 (6), a prevention layer 26 for preventing copper diffusion and oxidation is formed. The prevention layer 26 is formed of, for example, a silicon carbide nitride (SiCN) film.

上記製造方法(第2実施例)によれば、ストッパ膜15を高い選択性をもって除去加工できるので、接続孔18開口部、配線溝17開口部での、いわゆる肩落ちの発生は起こらないため、より微細な世代に対しても配線間あるいは配線と接続孔との間のショートマージンが確保され、さらに配線材料の埋め込み時のピンチオフにも有利な形状とすることができるので、より微細な世代に対しても、高信頼性な配線構造となるという利点があり、従来の配線構造よりも桁違いの耐圧効果を得ることができる。また、接続孔18底部の第1バリア膜21およびストッパ膜15の除去加工を連続して行うことから、第1実施例よりも製造工程が短縮されるとい利点がある。   According to the manufacturing method (second embodiment), since the stopper film 15 can be removed with high selectivity, so-called shoulder drop does not occur at the opening of the connection hole 18 and the opening of the wiring groove 17. Shorter margins between wires or between wires and connection holes are secured for finer generations, and the shape can be made advantageous for pinch-off when embedding wiring materials. On the other hand, there is an advantage that a highly reliable wiring structure is obtained, and an order of magnitude breakdown voltage effect can be obtained as compared with the conventional wiring structure. Further, since the removal process of the first barrier film 21 and the stopper film 15 at the bottom of the connection hole 18 is continuously performed, there is an advantage that the manufacturing process is shortened compared to the first embodiment.

上記第1、第2実施例では、配線溝17が形成される絶縁膜16が一層の絶縁膜であったが、複数層の絶縁膜を用いたデュアルダマシン構造においても、接続孔底部のストッパ膜を除去するプロセスにおいて、本発明の上記第1バリア膜21、第2バリア膜22を形成する製造工程を適用することができる。   In the first and second embodiments, the insulating film 16 in which the wiring trench 17 is formed is a single insulating film. However, even in a dual damascene structure using a plurality of insulating films, a stopper film at the bottom of the connection hole is used. In the process of removing the film, the manufacturing process for forming the first barrier film 21 and the second barrier film 22 of the present invention can be applied.

また、上記第1、第2実施例において、第1バリア膜21の形成工程と第1バリア膜21の除去工程とを同一チャンバ内で行うことが好ましい。また上記第1バリア膜21の形成工程と上記第1バリア膜21の除去工程と上記ストッパ膜15の除去工程とを同一チャンバ内で行うことが好ましい。さらには、第1バリア膜21の形成工程と第1バリア膜21の除去工程とストッパ膜15の除去工程と第2バリア膜22の形成工程とを同一チャンバ内で行うことが好ましい。このように同一チャンバ内で行うことにより、酸化性雰囲気にさらすことなくできるので、不必要な酸化膜の形成が成されないので、配線信頼性を高めることができる。また、工程館の搬送時間を無くすことができるので、TAT(Turn
Around Time)の短縮が図れる。
In the first and second embodiments, the first barrier film 21 forming step and the first barrier film 21 removing step are preferably performed in the same chamber. The first barrier film 21 forming step, the first barrier film 21 removing step, and the stopper film 15 removing step are preferably performed in the same chamber. Furthermore, the first barrier film 21 forming step, the first barrier film 21 removing step, the stopper film 15 removing step, and the second barrier film 22 forming step are preferably performed in the same chamber. By performing the process in the same chamber as described above, it is possible to improve the wiring reliability because an unnecessary oxide film is not formed because it is not exposed to an oxidizing atmosphere. In addition, since the transfer time of the process hall can be eliminated, TAT (Turn
Around Time) can be shortened.

本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (1st Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (1st Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (1st Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第1実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (1st Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態(第2実施例)を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed one Embodiment (2nd Example) which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 従来の半導体装置の製造方法に係る一例を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed an example which concerns on the manufacturing method of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造方法に係る一例を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed an example which concerns on the manufacturing method of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の製造方法に係る一例を示した製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which showed an example which concerns on the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

15…ストッパ膜、16…絶縁膜、17…配線溝、18…接続孔、21…第1バリア膜、22…第2バリア膜、23…配線材料   DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Stopper film, 16 ... Insulating film, 17 ... Wiring groove, 18 ... Connection hole, 21 ... 1st barrier film, 22 ... 2nd barrier film, 23 ... Wiring material

Claims (7)

基板上にストッパ膜と絶縁膜とを形成し、該絶縁膜に配線溝と該配線溝の底部に接続孔とを形成する工程と、
前記接続孔底部を除く前記配線溝と接続孔との内面に第1バリア膜を形成する工程と、
前記接続孔底部の前記ストッパ膜を除去して前記接続孔を延長する工程と、
少なくとも前記接続孔の底部に第2バリア膜を形成する工程と、
前記配線溝および接続孔の内部に前記第1バリア膜および第2バリア膜を介して配線材料を埋め込む工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a stopper film and an insulating film on the substrate, forming a wiring groove in the insulating film and a connection hole at the bottom of the wiring groove;
Forming a first barrier film on the inner surface of the wiring groove and the connection hole excluding the bottom of the connection hole;
Removing the stopper film at the bottom of the connection hole and extending the connection hole;
Forming a second barrier film at least at the bottom of the connection hole;
And a step of burying a wiring material in the wiring trench and the connection hole through the first barrier film and the second barrier film.
前記第1バリア膜は前記ストッパ膜を選択的にエッチングできる材料で形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first barrier film is formed of a material capable of selectively etching the stopper film.
前記第1バリア膜の形成工程と前記ストッパ膜の除去工程とを連続して行う
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first barrier film forming step and the stopper film removing step are continuously performed.
前記第1バリア膜と前記第2バリア膜とを同一種の材料で形成する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first barrier film and the second barrier film are formed of the same material.
前記第1バリア膜の形成工程と前記第1バリア膜の除去工程とを同一チャンバ内で行う
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the forming step of the first barrier film and the removing step of the first barrier film are performed in the same chamber.
前記第1バリア膜の形成工程と前記第1バリア膜の除去工程と前記ストッパ膜の除去工程とを同一チャンバ内で行う
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first barrier film forming step, the first barrier film removing step, and the stopper film removing step are performed in the same chamber.
前記第1バリア膜の形成工程と前記第1バリア膜の除去工程と前記ストッパ膜の除去工程と前記第2バリア膜の形成工程とを同一チャンバ内で行う
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The first barrier film forming step, the first barrier film removing step, the stopper film removing step, and the second barrier film forming step are performed in the same chamber. A method for manufacturing a semiconductor device.
JP2006177688A 2006-06-28 2006-06-28 Manufacturing method of semiconductor device Pending JP2008010532A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006177688A JP2008010532A (en) 2006-06-28 2006-06-28 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006177688A JP2008010532A (en) 2006-06-28 2006-06-28 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008010532A true JP2008010532A (en) 2008-01-17

Family

ID=39068497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006177688A Pending JP2008010532A (en) 2006-06-28 2006-06-28 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008010532A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013077631A (en) * 2011-09-29 2013-04-25 Ulvac Japan Ltd Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002521842A (en) * 1998-07-31 2002-07-16 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Method and apparatus for improved metal wiring
JP2005072384A (en) * 2003-08-26 2005-03-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for manufacturing electronic device
JP2005510045A (en) * 2001-11-14 2005-04-14 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Self-ionized and inductively coupled plasmas for sputtering and resputtering.
WO2005118907A1 (en) * 2004-05-26 2005-12-15 Applied Materials, Inc. Variable quadruple electromagnet array, particularly used in a multi-step process for forming a metal barrier in a sputter reactor
JP2006019480A (en) * 2004-07-01 2006-01-19 Nec Electronics Corp Method for manufacturing semiconductor apparatus
JP2006049900A (en) * 2004-07-30 2006-02-16 Samsung Electronics Co Ltd Method of forming metal wiring of semiconductor device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002521842A (en) * 1998-07-31 2002-07-16 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Method and apparatus for improved metal wiring
JP2005510045A (en) * 2001-11-14 2005-04-14 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Self-ionized and inductively coupled plasmas for sputtering and resputtering.
JP2005072384A (en) * 2003-08-26 2005-03-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for manufacturing electronic device
WO2005118907A1 (en) * 2004-05-26 2005-12-15 Applied Materials, Inc. Variable quadruple electromagnet array, particularly used in a multi-step process for forming a metal barrier in a sputter reactor
JP2006019480A (en) * 2004-07-01 2006-01-19 Nec Electronics Corp Method for manufacturing semiconductor apparatus
JP2006049900A (en) * 2004-07-30 2006-02-16 Samsung Electronics Co Ltd Method of forming metal wiring of semiconductor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013077631A (en) * 2011-09-29 2013-04-25 Ulvac Japan Ltd Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10879178B2 (en) Electrically conductive laminate structures
US9941199B2 (en) Two step metallization formation
US8629560B2 (en) Self aligned air-gap in interconnect structures
US8368220B2 (en) Anchored damascene structures
US11011421B2 (en) Semiconductor device having voids and method of forming same
US20050051900A1 (en) Method for forming dielectric barrier layer in damascene structure
JP2007081113A (en) Method for manufacturing semiconductor device
US9666529B2 (en) Method and structure to reduce the electric field in semiconductor wiring interconnects
US8377820B2 (en) Method of forming a metallization system of a semiconductor device by using a hard mask for defining the via size
JP2009026989A (en) Semiconductor device, manufacturing method of the semiconductor device
JP2011003883A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2008010534A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2007294625A (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20120199980A1 (en) Integrated circuits having interconnect structures and methods for fabricating integrated circuits having interconnect structures
JP2008010532A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2006319116A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2005203568A (en) Fabrication process of semiconductor device, and semiconductor device
JP2004172337A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2007194566A (en) Semiconductor device, and its process for fabrication
JP2009158657A (en) Wiring structure and wiring method thereof
JP2006005010A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2007243025A (en) Semiconductor device, and its manufacturing method
JP2005129746A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004179453A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2005236141A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090116

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Effective date: 20091009

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20091106

A977 Report on retrieval

Effective date: 20101027

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20120703

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Effective date: 20120903

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20121002

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Effective date: 20130219

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02