JP2008021825A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、多層のCu(銅)配線構造を有する半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a multilayer Cu (copper) wiring structure and a manufacturing method thereof.
多層のCu配線構造を有する半導体装置において、Cu配線構造を(デュアル)ダマシン法で得ることが従来から行われている。ダマシン法を用いたCu配線構造として例えば特許文献1で開示された構造がある。
Conventionally, in a semiconductor device having a multilayer Cu wiring structure, a Cu wiring structure is obtained by a (dual) damascene method. As a Cu wiring structure using the damascene method, there is a structure disclosed in
しかしながら、従来の多層のCu配線構造において、ビアホールを形成用のビアパターン形成時のエッチングの際、下層Cu配線上に形成されるライナー層(下地絶縁膜)にピンホール等が発生すると、その後に実行される上層Cu配線の配線工程のリワーク時のウエット処理(水洗)により、露出した下層銅配線が溶けてしまい、精度良い多層のCu配線構造が実現できないという問題点があった。 However, in the conventional multilayer Cu wiring structure, when a pin hole or the like occurs in the liner layer (underlying insulating film) formed on the lower layer Cu wiring during the etching for forming the via pattern for forming the via hole, There is a problem in that the exposed lower layer copper wiring is melted by wet processing (water washing) at the time of reworking of the upper layer Cu wiring wiring process to be executed, so that an accurate multilayer Cu wiring structure cannot be realized.
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、精度良い多層のCu配線構造を有する半導体装置及びその製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to obtain a semiconductor device having a multilayer Cu wiring structure with high accuracy and a method for manufacturing the same.
この発明に係る請求項1記載の半導体装置は、下層銅配線と、該下層銅配線上に形成され、配線部とプラグ部とを有する上層銅配線部とを含む多層銅配線構造を有しており、前記下層銅配線上に形成される下地絶縁膜と、前記下地絶縁膜上に形成される層間絶縁膜と、前記下地絶縁膜及び前記層間絶縁膜を貫通し、前記下層銅配線の表面に接して形成される前記上層銅配線部と、前記上層銅配線部の前記プラグ部と前記層間絶縁膜との間に少なくとも形成される補助絶縁膜とを備えている。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a multilayer copper wiring structure including a lower layer copper wiring and an upper layer copper wiring portion formed on the lower layer copper wiring and having a wiring portion and a plug portion. A base insulating film formed on the lower copper wiring, an interlayer insulating film formed on the base insulating film, the base insulating film and the interlayer insulating film, and on the surface of the lower copper wiring The upper copper wiring part formed in contact with the auxiliary insulating film formed at least between the plug part of the upper copper wiring part and the interlayer insulating film.
この発明に係る請求項6記載の半導体装置の製造方法は、下層銅配線と、該下層銅配線上に形成され、配線部とプラグ部とを有する上層銅配線部とを含む多層銅配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、(a) 前記下層銅配線を形成するステップと、(b) 前記下層銅配線上を含む領域上に下地絶縁膜を形成するステップと、(c) 前記下地絶縁膜上に層間絶縁膜を形成するステップと、(d) 少なくとも前記層間絶縁膜を貫通するビアパターンを選択的に形成するステップと、(e) 前記ビアパターンの底面及び側面に補助絶縁膜を形成するステップと、(f) 前記ビアパターン内に前記補助絶縁膜を介して埋め込み材を埋めるステップと、(g) 前記層間絶縁膜、前記埋め込み材及び前記補助絶縁膜を選択的に除去して、前記ビアパターンを含み前記ビアパターンより広い形成幅で、前記層間絶縁膜の上層部に選択的に配線溝を形成するステップと、(h) 前記ビアパターンに残存した前記埋め込み材を除去するステップと、(i) 前記ビアパターン底面に存在する少なくとも前記補助絶縁膜を除去して前記下層銅配線の表面を露出させてビアホールを得るステップと、(j) 前記ビアホール及び前記配線溝の内部に、前記下層銅配線の表面に接して前記上層銅配線部を選択的に形成するステップとを備え、前記ビアホール内に形成される前記上層銅配線部が前記プラグ部として規定され、前記配線溝内に形成される前記上層銅配線部が前記配線部として規定され、前記ステップ(j) 実行後において、少なくとも前記層間絶縁膜と前記上層銅配線の前記プラグ部との間に前記補助絶縁膜が残存する。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: a multilayer copper wiring structure including a lower copper wiring and an upper copper wiring portion formed on the lower copper wiring and having a wiring portion and a plug portion. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (a) forming the lower copper wiring; (b) forming a base insulating film on a region including the lower copper wiring; and (c) the base Forming an interlayer insulating film on the insulating film; (d) selectively forming a via pattern penetrating at least the interlayer insulating film; and (e) forming an auxiliary insulating film on the bottom and side surfaces of the via pattern. Forming (f) filling the via pattern with the filling material via the auxiliary insulating film; and (g) selectively removing the interlayer insulating film, the filling material and the auxiliary insulating film. The via pattern including the via pattern A step of selectively forming a wiring trench in an upper layer portion of the interlayer insulating film with a wider formation width than a pattern; (h) removing the filling material remaining in the via pattern; and (i) the via pattern Removing at least the auxiliary insulating film present on the bottom surface to expose the surface of the lower copper wiring to obtain a via hole; and (j) contacting the surface of the lower copper wiring inside the via hole and the wiring groove. And selectively forming the upper layer copper wiring part, wherein the upper layer copper wiring part formed in the via hole is defined as the plug part and is formed in the wiring groove Is defined as the wiring portion, and after the step (j) is performed, the auxiliary insulating film remains at least between the interlayer insulating film and the plug portion of the upper copper wiring.
この発明における請求項1記載の半導体装置は、上層銅配線部のプラグ部と層間絶縁膜との間に少なくとも形成される補助絶縁膜は、上層銅配線部のプラグ部形成用のビアパターン形成後に上記プラグ部形成用のビアパターンの底面にも形成可能である。 In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the auxiliary insulating film formed at least between the plug portion of the upper copper wiring portion and the interlayer insulating film is formed after forming the via pattern for forming the plug portion of the upper copper wiring portion. It can also be formed on the bottom surface of the via pattern for forming the plug portion.
したがって、上記ビアパターン形成後から上層銅配線部の配線部形成用の配線溝形成工程に至る段階において上記ビアパターンの底面に上記保護絶縁膜を存在させることにより、その下層の下層銅配線を保護することができるため、精度良い多層の銅配線構造を得ることができる効果を奏する。 Therefore, in the stage from the formation of the via pattern to the wiring groove forming process for forming the wiring portion of the upper layer copper wiring portion, the lower insulating layer lower copper wiring is protected by the presence of the protective insulating film on the bottom surface of the via pattern. Therefore, there is an effect that an accurate multilayer copper wiring structure can be obtained.
この発明における請求項6記載の半導体装置の製造方法は、ステップ(e) において上層銅配線部のプラグ部形成用のビアパターン底面にも形成される。 In the semiconductor device manufacturing method according to the sixth aspect of the present invention, the step (e) is also formed on the bottom surface of the via pattern for forming the plug portion of the upper copper wiring portion.
その結果、ステップ(e) 後からステップ(i) に至る段階において上記ビアパターンの底面に上記保護絶縁膜が存在することにより、その下層の下層銅配線を保護することができるため、精度良い多層の銅配線構造を得ることができる効果を奏する。 As a result, since the protective insulating film is present on the bottom surface of the via pattern in the stage from step (e) to step (i), the underlying lower layer copper wiring can be protected. The copper wiring structure can be obtained.
<発明の原理>
(構造)
図18は前提技術となる多層Cu配線構造(図18では2層)を示す断面図である。同図に示すように、Si基板1上に酸化膜2が形成され、酸化膜2の上層部に選択的に下層Cu配線となるCu配線3が形成され、Cu配線3はCu配線3下方から酸化膜2を貫通してSi基板1の表面に達するコンタクトプラグ31を介してSi基板1の活性領域(図示せず)等と電気的接続を図っている。
<Principle of the invention>
(Construction)
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a multilayer Cu wiring structure (two layers in FIG. 18) as a prerequisite technology. As shown in the figure, an
Cu配線3上を含む酸化膜2上にSiCN/SiCO膜4(SiCN膜が下層,SiCO膜が上層)が形成され、SiCN/SiCO膜4上にSiOC膜5が形成される。SiOC膜5及びSiCN/SiCO膜4を貫通しCu配線3の表面の一部に到達して上層Cu配線部25が形成される。
A SiCN / SiCO film 4 (SiCN film is the lower layer and SiCO film is the upper layer) is formed on the
上層Cu配線部25は上層の配線部25a及び下層のプラグ部25bからなり、配線部25aの形成幅がプラグ部25bより広い形成幅で形成される。上層Cu配線部25はバリア(メタル)層15及びCu配線20からなり、上層Cu配線部25の底面及び側面に沿ってバリア層15が形成され、バリア層15内にCu配線20が形成される。したがって、Cu配線3の表面上に形成されるバリア層15を介して、Cu配線3とCu配線20とが電気的に接続される。
The upper layer
このように、前提技術となる多層Cu配線構造はCu配線3及び上層Cu配線部25とにより形成されていた。
As described above, the multilayer Cu wiring structure as the base technology is formed by the
しかしながら、図18で示した多層Cu配線構造の製造工程において、SiCN/SiCO膜4にピンホールが形成されることに起因して、図19に示すように、Cu配線3に欠損部17が生じると、欠損部17内にもバリア層16及びCu配線21からなる上層Cu配線部26(配線部26a,プラグ部26b)が形成されることなり、配線不良が生じてしまう問題点があった。
However, due to the formation of pinholes in the SiCN / SiCO
(製造方法)
図20〜図25は上述した問題点(図19で示した構造)が生じる原因を説明するための前提技術となる多層Cu配線の製造方法を示す断面図である。
(Production method)
20 to 25 are cross-sectional views showing a multilayer Cu wiring manufacturing method as a prerequisite technique for explaining the cause of the above-described problem (the structure shown in FIG. 19).
図20に示すように、Si基板1上に酸化膜2が形成され、酸化膜2の上層部に選択的に下層Cu配線となるCu配線3が形成され、配線3下方の酸化膜2を貫通してSi基板1の表面に達するコンタクトプラグ31が形成されている構造を得る。
As shown in FIG. 20, an
そして、Cu配線3を含む酸化膜2上に上にCVD法によりSiCN/SiCO膜4を堆積し、さらに、SiCN/SiCO膜4上にCVD法によりSiOC膜5を堆積し、さらに、SiOC膜5上にCVD法によりTEOS膜6を堆積する。
Then, a SiCN / SiCO
そして、図21に示すように、TEOS膜6上にビア用のBARC(Bottom Anti-Reflection Coating)膜7を形成し、BARC膜7上にビア用のレジスト8を形成した後、レジスト8を(露光及び現像処理により)パターニングした後、パターニングしたレジスト8をマスクとして、BARC膜7、TEOS膜6及びSiOC膜5をエッチングしてビアパターン41を得る。
Then, as shown in FIG. 21, a BARC (Bottom Anti-Reflection Coating)
この際、SiOC膜5の膜厚が薄め、SiCN/SiCO膜4の膜厚が薄めに推移した場合、あるいはSiCN/SiCO膜4の一部に局所的に膜質が他の領域と違いエッチング選択比が低い場合における当該箇所に、微小なピンホール51が発生する。
At this time, if the film thickness of the SiOC
次に、図22に示すように、BARC膜7及びレジスト8をアッシング(O2プラズマ)処理にて除去する。この際、ピンホール51は存在するがウェット液を用いたウェット処理が加わっていないためにビアパターン41下のCu配線3が溶解されることはない。
Next, as shown in FIG. 22, the BARC
次に、図23に示すように、有機材等によりなる埋め込み材13を塗布しエッチバックして、ビアパターン41中に埋め込み材13を残す。次に、TEOS膜6及び埋め込み材13上に配線用のBARC膜9を塗布し、さらに、BARC膜9上に配線用のレジスト10を塗布する。その後、レジスト10に対し露光及び現像を行い、パターニングする。
Next, as shown in FIG. 23, the
通常、この時点でもウェット処理が加わらないのでピンホール51下のCu配線3はエッチングされないが、寸法不良等でBARC膜9及びレジスト10のリソ工程(パターニング工程)にリワークが発生した場合、図22に示す状態に戻して、再び、図23で示す工程を実行する必要がある。
Usually, since the wet process is not applied at this point, the
図22に示す状態に戻すべく、レジスト10、BARC膜9及び埋め込み材13をアッシングし、さらに、アッシング時に硬化した埋め込み材13に加え、アッシング時に発生したポリマを除去すべウエット処理を実行する。その後、前述したように、図23で示す工程(エッチバックによる埋め込み材13の形成、BARC膜9及びレジスト10の形成、及びレジスト10のパターニング)を経て、図23で示す構造を再度得ることができる。
In order to return to the state shown in FIG. 22, the
したがって、図23に示すように、リワーク時の埋め込み材13に対するウエット処理の際、ピンホール51にウェット液が染み込みCu配線3の一部がエッチング除去され、欠損部17が形成されてしまう。
Therefore, as shown in FIG. 23, when wet processing is performed on the filling
次に、図24に示すように、パターニングされたレジスト10をマスクとしたドライエッチングにより、BARC膜9、TEOS膜6、埋め込み材13及びSiOC膜5の一部を選択的に除去して、SiOC膜5の上層部に配線溝46を形成する。配線溝46はビアパターン41を含みビアパターン41より広い形成幅で形成される。その後、アッシング処理にてレジスト10、BARC膜9及び残存した埋め込み材13を除去し、次にライナーエッチングでSiOC膜5上のTEOS膜6及びビアパターン41下のSiCN/SiCO膜4を除去する。その結果、配線溝46下に位置するビアパターン41の残存部分がビアホール47となる。
Next, as shown in FIG. 24, the BARC
そして、図25に示すように、バリア層16をスパッタ法により形成し、Cu配線21をメッキ法により堆積する。
Then, as shown in FIG. 25, the
最後にアニールを行い、CMP(Chemical Mechanical Polishing)処理にて不要なバリア層16及びCu配線21を除去して、図19で示す構造を得る。
Finally, annealing is performed, and
このように、前提技術となる多層Cu配線工程では、SiCN/SiCO膜4にピンホール51が発生すると、リソ工程のリワーク時にSiCN/SiCO膜4下のCu配線3の一部が除去されて欠損部17が生じてしまい、配線の電気的特性が劣化するという問題点があった。この問題点の解消を図るのが本願発明である。
As described above, in the multi-layer Cu wiring process as the base technology, when a
<実施の形態1>
(構造)
図1はこの発明の実施の形態1である半導体装置における多層Cu配線構造(図1では2層)を示す断面図である。同図に示すように、Si基板1上に酸化膜2が形成され、酸化膜2の上層部に選択的に下層Cu配線となるCu配線3が形成され、Cu配線3はCu配線3の下方から酸化膜2を貫通してSi基板1の表面に達するコンタクトプラグ31を介してSi基板1の表面に形成される活性領域(MOSトランジスタのソース・ドレイン領域等;図1では図示せず)等と電気的接続を図っている。
<
(Construction)
1 is a cross-sectional view showing a multilayer Cu wiring structure (two layers in FIG. 1) in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, an
Cu配線3上を含む酸化膜2上に下地絶縁膜(ライナー膜)であるSiCN/SiCO膜4が形成され、SiCN/SiCO膜4上に層間絶縁膜であるSiOC膜5が形成される。SiOC膜5及びSiCN/SiCO膜4を貫通しCu配線3の表面の一部に到達して上層Cu配線部18が形成される。
A SiCN /
上層Cu配線部18は上層部の配線部18a及び下層部のプラグ部18bからなり、配線部18aの形成幅がプラグ部18bより広い形成幅で形成される。上層Cu配線部18はバリア(メタル)層11及びCu配線12からなり、上層Cu配線部18の底面及び側面に沿ってバリア層11が形成され、バリア層11内にCu配線12が形成される。したがって、Cu配線3の表面に形成されるバリア層11によって、Cu配線3とCu配線12との電気的接続が図られる。
The upper layer
さらに、プラグ部18bの側面とSiCN/SiCO膜4及びSiOC膜5との間に補助絶縁膜であるSiCO膜22が介挿される。このように、実施の形態1の多層Cu配線構造はCu配線3及び上層Cu配線部18とにより形成され、上層Cu配線部18のプラグ部18b側面とSiOC膜5及びSiCN/SiCO膜4との間にSiCO膜22を有する構造を呈している。
Further, an
(製造方法)
図2〜図8は実施の形態1の半導体装置における多層Cu配線構造の製造方法を示す断面図である。以下、これらの図を参照して実施の形態1の多層Cu配線構造の形成方法を説明する。
(Production method)
2 to 8 are cross-sectional views showing a method for manufacturing a multilayer Cu wiring structure in the semiconductor device of the first embodiment. Hereinafter, the method for forming the multilayer Cu wiring structure of the first embodiment will be described with reference to these drawings.
図2に示すように、Si基板1上に酸化膜2が形成され、酸化膜2の上層部に選択的に下層Cu配線となるCu配線3が形成され、配線3下方の酸化膜2を貫通してSi基板1の表面に達するコンタクトプラグ31が形成されている構造を得る。
As shown in FIG. 2, an
そして、Cu配線3を含む酸化膜2上に上にCVD法によりSiCN/SiCO膜4を堆積し、さらに、SiCN/SiCO膜4上にCVD法によりSiOC膜5を堆積し、さらに、SiOC膜5上にCVD法によりTEOS膜6を堆積する。
Then, a SiCN /
そして、図3に示すように、TEOS膜6上にビア用のBARC膜7を形成し、BARC膜7上にビア用のレジスト8を形成した後、レジスト8を(露光及び現像処理により)パターニングした後、パターニングしたレジスト8をマスクとして、BARC膜7、TEOS膜6及びSiOC膜5をエッチングして、SiOC膜5を貫通したビアパターン41を得る。
Then, as shown in FIG. 3, a via
この際、SiOC膜5の膜厚が薄め、SiCN/SiCO膜4の膜厚が薄めに推移した場合、あるいはSiCN/SiCO膜4の一部に局所的に膜質が他の領域と違いエッチング選択比が低い場合における当該箇所に、微小なピンホール51が発生する。
At this time, if the film thickness of the
次に、図4に示すように、BARC膜7及びレジスト8をアッシング(O2プラズマ)処理にて除去する。この際、ピンホール51は存在するがウェット処理が加わっていないためにビアパターン41下のCu配線3が溶解されることはない。
Next, as shown in FIG. 4, the
さらに、図4に示すように、ドライエッチングによりビアパターン41下のSiCN/SiCO膜4も除去し、ビアパターン41より形成深さが深い、SiOC膜5及びSiCN/SiCO膜4を貫通したビアパターン42を得る。
Further, as shown in FIG. 4, the SiCN /
次に、図5に示すように、全面に(レジスト)ポイゾニング防止及びCu配線3の保護のためにSiCO膜22を堆積する。なお、ポイゾニング防止とは、ライナー膜(下地絶縁膜)であるSiCN/SiCO膜4の一部が除去された場合、下地のライナー膜/Metal(SiCN/SiCO膜4とCu配線3)又はライナー膜/酸化膜(SiCN/SiCO膜4と酸化膜2)の界面から、ライナー膜の堆積時の"窒素"がビア中(埋め込み材13、TEOS膜6あるいはBARC膜9)に出てきて、レジスト10が解像しないという現象を意味する。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、図6に示すように、埋め込み材13を塗布しエッチバックして、ビアパターン41中に埋め込み材13を残す。次に、TEOS膜6及び埋め込み材13上に配線(パターン)用のBARC膜9を塗布し、さらに、BARC膜9上に配線用のレジスト10を塗布する。その後、レジスト10に対し露光及び現像を行い、パターニングする。
Next, as shown in FIG. 6, the filling
ここで、発明の原理の欄で示した場合と同様に、寸法不良等でBARC膜9及びレジスト10のリソ工程(パターニング工程)にリワークが発生した場合を想定する。この場合、図5に示す状態に戻して、再び、図6で示す工程を実行する必要がある。
Here, similarly to the case shown in the column of the principle of the invention, it is assumed that rework occurs in the lithographic process (patterning process) of the
図5に示す状態に戻すべく、レジスト10、BARC膜9及び埋め込み材13をアッシングし、さらに、アッシング時に硬化した埋め込み材13あるいはアッシング時に発生したポリマ等をウエット処理により除去する。その後、前述したように、図6で示す工程(エッチバックによる埋め込み材13の形成、BARC膜9及びレジスト10の形成、及びレジスト10のパターニング)を経て、図6で示す構造を得ることができる。
In order to return to the state shown in FIG. 5, the resist 10, the
したがって、リワーク時の埋め込み材13及びポリマ除去目的のウエット処理を行っても、埋め込み材13,Cu配線3間にSiCO膜22が形成されているため、上記ウエット処理に用いられるウェット液がCu配線3に染み込むことはなく、Cu配線3を上記ウェット液によるエッチング除去から確実に保護することができる。
Therefore, even if the wet processing for removing the burying
次に、図7に示すように、パターニングされたレジスト10をマスクとしたドライエッチングにより、BARC膜9、SiCO膜22、TEOS膜6、埋め込み材13及びSiOC膜5を選択的に除去して、SiOC膜5の上層部に配線溝45を形成する。配線溝45はビアパターン42を含みビアパターン42より広い形成幅で形成される。
Next, as shown in FIG. 7, the
その後、アッシング処理にてレジスト10、BARC膜9及び残存した埋め込み材13を除去し、次にライナーエッチングでSiOC膜5上のTEOS膜6及びSiCO膜22並びにビアパターン42底面下のSiCO膜22を除去する。
Thereafter, the resist 10, the
その結果、配線溝45下に位置するビアパターン42がビアホール43となり、ビアホール43におけるSiOC膜5及びSiCN/SiCO膜4の側面にSiCO膜22が残存する。なお、上記アッシング処理後にウェット処理を行わないのは、リワーク時のアッシング処理時に比べをポリマ等が残存する可能性が低いからである。
As a result, the via
そして、図8に示すように、バリア層11をスパッタ法により形成し、Cu配線12をメッキ法により堆積する。最後にアニールを行い、CMP処理にて不要なバリア層11及びCu配線12を除去して、図1で示す構造を得る。
Then, as shown in FIG. 8, the
このように、実施の形態1の多層Cu配線構造は、その製造工程において、SiCN/SiCO膜4にピンホール51が発生した場合でも、Cu配線3は上部に形成されるSiCO膜22によって保護されるため、リソ工程のリワーク時のウェット処理によってCu配線3の一部が溶解することはなく、配線の電気的特性の向上を図ると効果を奏する。
As described above, in the multilayer Cu wiring structure of the first embodiment, even when a
また、実施の形態1では下地絶縁膜を2層構造のSiCN/SiCO膜4により実現している。SiCN/SiCO膜4のうち、SiCN膜は層間絶縁膜であるSiOC膜5とのエッチング選択比が大きいため、エッチングストッパとして機能する。ただし、前述したように、SiCN膜中の窒素(N)系ガスに起因するレジストポイゾニング現象が生じる。
In the first embodiment, the base insulating film is realized by the SiCN /
そこで、SiCN膜上にSiCO膜を形成して、2層構造のSiCN/SiCO膜4を実現することにより、窒素系ガスが抜けにくくすることにより上記レジストポイゾニング現象を効果的に抑制することができる効果を奏する。
Therefore, by forming a SiCO film on the SiCN film to realize a SiCN /
また、プラグ部18b側面に形成されるSiCO膜22は膜厚が安定性良く形成でき、上記したように窒素系ガスが抜けにくい特徴を有しているため、上記したレジストポイゾニング耐性を安定化させる効果も奏する。
Further, since the
<実施の形態2>
(構造)
図9はこの発明の実施の形態2である半導体装置における多層Cu配線構造(図9では2層)を示す断面図である。同図に示すように、Cu配線3を含む酸化膜2上にSiCN膜14が形成されている。なお、SiCN/SiCO膜4がSiCN膜14に置き換わった点を除いて図1で示した実施の形態1の構造と同様であるため、他の部分の説明は省略する。
<
(Construction)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a multilayer Cu wiring structure (two layers in FIG. 9) in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, a
(製造方法)
製造方法はSiCN/SiCO膜4がSiCN膜14に置き換わった点を除いて、図2〜図8は実施の形態1の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
(Production method)
Since the manufacturing method is the same as the manufacturing method of the first embodiment except that the SiCN /
実施の形態2の多層Cu配線構造は、その製造工程において、実施の形態1のSiCN/SiCO膜4と同様に、SiCN膜14にピンホール51が発生した場合でも、Cu配線3は上部のSiCO膜22によって保護されるため、リソ工程のリワーク時のウェット処理によってCu配線3の一部が溶解することはなく、配線の電気的特性の向上を図ると効果を奏する。
In the multilayer Cu wiring structure of the second embodiment, in the manufacturing process, the
また、実施の形態1のSiCN/SiCO膜4はライナー膜を2層で実現しているため、エッチング時の広がりが大きくなる結果、ビアホール及び配線のTOP寸法が広がり、配線(ビア),配線(ビア)間のスペースが狭くなり信頼性が厳しくなるという懸念材料がある。
In addition, since the SiCN /
一方、実施の形態2の多層Cu配線構造は、ライナー膜をSiCN膜14単層で実現しているため、エッチング時の広がりが小さくなるため、上記実施の形態1の懸念材料を確実に回避することができる効果をさらに奏する。加えて、SiCN膜14単層で実現することによるコスト低減を図ることもできる。なお、単層にする場合、層間絶縁膜であるSiOC膜5とのエッチング選択比が大きいSiCN膜を用いる方が望ましい。
On the other hand, in the multilayer Cu wiring structure of the second embodiment, since the liner film is realized by the single layer of the
<実施の形態3>
(構造)
図10はこの発明の実施の形態3である半導体装置における多層Cu配線構造(図10では2層)を示す断面図である。同図に示すように、上層Cu配線部19は、図1で示した実施の形態1の上層Cu配線部18と同様に、配線部19a及びプラグ部19bからなり、配線部19aの形成幅がプラグ部19bより広い形成幅で形成される。上層Cu配線部19はバリア(メタル)層11及びCu配線12からなり、上層Cu配線部19の底面及び側面に沿ってバリア層11が形成され、バリア層11内にCu配線12が形成される。したがって、Cu配線3の表面に形成されるバリア層11を介してCu配線3とCu配線12とが電気的に接続される。
<
(Construction)
10 is a sectional view showing a multilayer Cu wiring structure (two layers in FIG. 10) in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the upper layer
さらに、プラグ部19bの側面とSiOC膜5との間に補助絶縁膜であるSiCO膜23が介挿される。このように、実施の形態3の多層Cu配線構造はCu配線3及び上層Cu配線部19とにより形成され、上層Cu配線部19のプラグ部19b側面とSiOC膜5との間のみにSiCO膜23を有する構造を呈している。なお、他の構造は、図1で示した実施の形態1と同様であるため、説明は省略する。
Further, an
(製造方法)
図11〜図17は実施の形態3の半導体装置における多層Cu配線構造の製造方法を示す断面図である。以下、これらの図を参照して実施の形態3の多層Cu配線構造の形成方法を説明する。
(Production method)
11 to 17 are sectional views showing a method for manufacturing a multilayer Cu wiring structure in the semiconductor device of the third embodiment. Hereinafter, a method for forming the multilayer Cu wiring structure of the third embodiment will be described with reference to these drawings.
図11に示すように、Si基板1上に酸化膜2が形成され、酸化膜2の上層部に選択的に下層Cu配線となるCu配線3が形成され、配線3下方から酸化膜2を貫通してSi基板1の表面に達するコンタクトプラグ31が形成されている構造を得る。
As shown in FIG. 11, an
そして、Cu配線3を含む酸化膜2上に上にCVD法によりSiCN/SiCO膜4を堆積し、さらに、SiCN/SiCO膜4上にCVD法によりSiOC膜5を堆積し、さらに、SiOC膜5上にCVD法によりTEOS膜6を堆積する。
Then, a SiCN /
そして、図12に示すように、TEOS膜6上にビア用のBARC膜7を形成し、BARC膜7上にビア用のレジスト8を形成した後、レジスト8を(露光及び現像処理により)パターニングした後、パターニングしたレジスト8をマスクとして、BARC膜7、TEOS膜6及びSiOC膜5をエッチングしてビアパターン41を得る。
Then, as shown in FIG. 12, a via
この際、SiOC膜5の膜厚が薄め、SiCN/SiCO膜4の膜厚が薄めに推移した場合、あるいはSiCN/SiCO膜4の一部に局所的に膜質が他の領域と違いエッチング選択比が低い場合における当該箇所に、微小なピンホール51が発生する。
At this time, if the film thickness of the
次に、図13に示すように、BARC膜7及びレジスト8をアッシング(O2プラズマ)処理にて除去する。この際、ピンホール51は存在するがウェット液を用いたウェット処理が加わっていないためにビアパターン41下のCu配線3が溶解されることはない。
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、図14に示すように、全面にポイゾニング防止及びCu配線3の保護のためにSiCO膜23を堆積する。
Next, as shown in FIG. 14, a
次に、図15に示すように、埋め込み材13を塗布しエッチバックして、ビアパターン41中に埋め込み材13を残す。次に、TEOS膜6及び埋め込み材13上に配線用のBARC膜9を塗布し、さらに、BARC膜9上に配線用のレジスト10を塗布する。その後、レジスト10に対し露光及び現像を行い、パターニングする。
Next, as shown in FIG. 15, the filling
ここで、発明の原理の欄で示した場合と同様に、寸法不良等でBARC膜9及びレジスト10のリソ工程(パターニング工程)にリワークが発生した場合を想定する。この場合、図14に示す状態に戻して、再び、図15で示す工程を実行する必要がある。
Here, similarly to the case shown in the column of the principle of the invention, it is assumed that rework occurs in the lithographic process (patterning process) of the
図14に示す状態に戻すべく、レジスト10、BARC膜9及び埋め込み材13をアッシングし、さらに、アッシング時に硬化した埋め込み材13及びアッシング時に発生したポリマをウエット処理により除去する。その後、前述しちゃおうに、図15で示す工程(エッチバックによる埋め込み材13の形成、BARC膜9及びレジスト10の形成、及びレジスト10のパターニング)を経て、図15で示す構造を得ることができる。
In order to return to the state shown in FIG. 14, the resist 10, the
したがって、リワーク時の埋め込み材13に対するウエット処理を行っても、埋め込み材13,Cu配線3間にSiCO膜23及びSiCN/SiCO膜4が形成されており、SiCO膜23にはピンホール等のウェット液が浸入する余地がないため、ウェット液がCu配線3に染み込むことはなく、Cu配線3はエッチング除去から確実に保護される。
Therefore, even if wet processing is performed on the burying
この際、Cu配線3はSiCO膜23及びSiCN/SiCO膜4によって2重に保護されるため、SiCO膜22によってのみ保護される実施の形態1に比べてより確実に、Cu配線3をエッチング除去から保護することができる。
At this time, since the
次に、図16に示すように、パターニングしたレジスト10をマスクとしたドライエッチングにより、BARC膜9、SiCO膜22、TEOS膜6,埋め込み材13及びSiOC膜5の一部を除去して、SiOC膜5の上層部に配線溝45を形成する。配線溝45はビアパターン41を含みビアパターン41より広い形成幅で形成される。アッシング処理にてレジスト10、BARC膜9及び残存した埋め込み材13を除去し、次に、ライナーエッチングでSiOC膜5上のTEOS膜6及びSiCO膜23並びにビアパターン41底面下のSiCO膜23及びSiCN/SiCO膜4を除去する。その結果、配線溝45下に位置するビアパターン41がビアホール44となり、ビアホール44におけるSiOC膜5の側面にSiCO膜23が残存する。
Next, as shown in FIG. 16, the
そして、図17に示すように、バリア層11をスパッタ法により形成し、Cu配線12をメッキ法により堆積する。最後にアニールを行い、CMP処理にて不要なバリア層11及びCu配線12を除去して、図10で示す構造を得る。
Then, as shown in FIG. 17, the
このように、実施の形態3の多層Cu配線構造は、その製造工程において、SiCN/SiCO膜4にピンホール51が発生した場合でも、Cu配線3はSiCO膜23及びSiCN/SiCO膜4によって保護されるため、リソ工程のリワーク時のウェット処理によってCu配線3の一部が溶解することはなく、配線の電気的特性の向上を図ると効果を奏する。
Thus, the multilayer Cu wiring structure of the third embodiment is protected by the
さらに、実施の形態3の製造方法は、実施の形態1の製造方法と比較した場合、ビアパターン41形成後に、ビアパターン41下のSiCN/SiCO膜4を除去する工程(図4に示す工程)を省略できる分、製造工程の簡略化を図ることができる。
Further, the manufacturing method of the third embodiment is a step of removing the SiCN /
一方、実施の形態3の製造方法は、配線溝45形成後のビアパターン41下のSiCN/SiCO膜4及びSiCO膜23を同時に除去するため、SiCNとSiCOとのエッチングレートを同一にする必要があるが、実施の形態1の製造方法では、配線溝45形成後のビアパターン42下のSiCO膜22のみを除去すればよいため、エッチング処理を比較的に簡単かつ精度良く行うことができる。
On the other hand, in the manufacturing method of the third embodiment, since the SiCN /
<その他>
実施の形態3の構造において、実施の形態2と同様、SiCN/SiCO膜4をSiCN膜14に置き換えた構造も考えられる。この場合、上述した製造工程の簡略化に加え、実施の形態2と同様な効果を得ることができる。なお、上記構造は、SiCN/SiCO膜4をSiCN膜14に置き換えた点を除き、図11〜図17は実施の形態3の製造方法と同様な製造方法で得ることができる。
<Others>
In the structure of the third embodiment, a structure in which the SiCN /
なお、実施の形態1〜実施の形態3において、図1(図9,図10)ではCu配線3及び上層Cu配線部18(19)からなる2層構造を示したが上層Cu配線部18上に上層Cu配線部18と同様な配線部を設けることにより、3層以上の多層構造も勿論実現可能である。
In the first to third embodiments, FIG. 1 (FIGS. 9 and 10) shows a two-layer structure including the
1 Si基板、2 酸化膜、3,12 Cu配線、4 SiCN/SiCO膜、5 SiOC膜、6 TEOS膜、7,9 BARC膜、8,10 レジスト、11 バリア層、13 埋め込み材、14 SiCN膜、18,19 上層Cu配線部、22,23 SiCO膜、31 コンタクトプラグ。
1 Si substrate, 2 oxide film, 3,12 Cu wiring, 4 SiCN / SiCO film, 5 SiOC film, 6 TEOS film, 7,9 BARC film, 8,10 resist, 11 barrier layer, 13 filling material, 14
Claims (10)
前記下層銅配線上に形成される下地絶縁膜と、
前記下地絶縁膜上に形成される層間絶縁膜と、
前記下地絶縁膜及び前記層間絶縁膜を貫通し、前記下層銅配線の表面に接して形成される前記上層銅配線部と、
前記上層銅配線部の前記プラグ部と前記層間絶縁膜との間に少なくとも形成される補助絶縁膜と、
を備える半導体装置。 A semiconductor device having a multilayer copper wiring structure including a lower layer copper wiring and an upper layer copper wiring part formed on the lower layer copper wiring and having a wiring part and a plug part,
A base insulating film formed on the lower copper wiring;
An interlayer insulating film formed on the base insulating film;
The upper copper wiring portion formed through the underlying insulating film and the interlayer insulating film and in contact with the surface of the lower copper wiring;
An auxiliary insulating film formed at least between the plug portion of the upper copper wiring portion and the interlayer insulating film;
A semiconductor device comprising:
前記補助絶縁膜は、前記上層銅配線部の前記プラグ部と前記下地絶縁膜との間にさらに形成される、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The auxiliary insulating film is further formed between the plug portion of the upper copper wiring portion and the base insulating film.
Semiconductor device.
前記補助絶縁膜は、前記上層銅配線部の前記プラグ部と前記層間絶縁膜との間にのみ形成される、
半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The auxiliary insulating film is formed only between the plug portion of the upper copper wiring portion and the interlayer insulating film.
Semiconductor device.
前記下地絶縁膜は、前記層間絶縁膜とのエッチング選択比が十分大きい材質からなる少なくとも1つの層を含む複数層構造の下地絶縁膜を含む、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The base insulating film includes a base insulating film having a multi-layer structure including at least one layer made of a material having a sufficiently high etching selectivity with the interlayer insulating film.
Semiconductor device.
前記下地絶縁膜は前記層間絶縁膜とのエッチング選択比が十分大きい材質からなる単層構造の下地絶縁膜を含む、
半導体装置。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The base insulating film includes a base insulating film having a single layer structure made of a material having a sufficiently large etching selectivity with the interlayer insulating film.
Semiconductor device.
(a) 前記下層銅配線を形成するステップと、
(b) 前記下層銅配線上を含む領域上に下地絶縁膜を形成するステップと、
(c) 前記下地絶縁膜上に層間絶縁膜を形成するステップと、
(d) 少なくとも前記層間絶縁膜を貫通するビアパターンを選択的に形成するステップと、
(e) 前記ビアパターンの底面及び側面に補助絶縁膜を形成するステップと、
(f) 前記ビアパターン内に前記補助絶縁膜を介して埋め込み材を埋めるステップと、
(g) 前記層間絶縁膜、前記埋め込み材及び前記補助絶縁膜を選択的に除去して、前記ビアパターンを含み前記ビアパターンより広い形成幅で、前記層間絶縁膜の上層部に選択的に配線溝を形成するステップと、
(h) 前記ビアパターンに残存した前記埋め込み材を除去するステップと、
(i) 前記ビアパターン底面に存在する少なくとも前記補助絶縁膜を除去して前記下層銅配線の表面を露出させてビアホールを得るステップと、
(j) 前記ビアホール及び前記配線溝の内部に、前記下層銅配線の表面に接して前記上層銅配線部を選択的に形成するステップとを備え、前記ビアホール内に形成される前記上層銅配線部が前記プラグ部として規定され、前記配線溝内に形成される前記上層銅配線部が前記配線部として規定され、
前記ステップ(j) 実行後において、少なくとも前記層間絶縁膜と前記上層銅配線の前記プラグ部との間に前記補助絶縁膜が残存する、
半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer copper wiring structure including a lower layer copper wiring and an upper layer copper wiring part formed on the lower layer copper wiring and having a wiring part and a plug part,
(a) forming the lower layer copper wiring;
(b) forming a base insulating film on a region including on the lower copper wiring;
(c) forming an interlayer insulating film on the base insulating film;
(d) selectively forming a via pattern penetrating at least the interlayer insulating film;
(e) forming an auxiliary insulating film on the bottom and side surfaces of the via pattern;
(f) burying a filling material in the via pattern via the auxiliary insulating film;
(g) selectively removing the interlayer insulating film, the filling material and the auxiliary insulating film, and selectively wiring the upper layer portion of the interlayer insulating film with the formation width including the via pattern and wider than the via pattern; Forming a groove;
(h) removing the filling material remaining in the via pattern;
(i) removing at least the auxiliary insulating film present on the bottom surface of the via pattern to expose a surface of the lower copper wiring to obtain a via hole;
(j) selectively forming the upper copper wiring portion in contact with the surface of the lower copper wiring inside the via hole and the wiring groove, and forming the upper copper wiring portion formed in the via hole Is defined as the plug portion, the upper copper wiring portion formed in the wiring groove is defined as the wiring portion,
After the execution of step (j), the auxiliary insulating film remains at least between the interlayer insulating film and the plug portion of the upper copper wiring,
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(d) は、前記層間絶縁膜に加え、前記下地絶縁膜をさらに貫通して、前記ビアパターンを得るステップを含む、
前記ステップ(i)は、 前記ビアパターン底面に存在する前記補助絶縁膜のみを除去して前記ビアホールを得るステップを含み、
前記ステップ(j) 実行後において、前記下地絶縁膜と前記上層銅配線の前記プラグ部との間に前記補助絶縁膜がさらに残存する、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6,
The step (d) includes a step of obtaining the via pattern by further penetrating the base insulating film in addition to the interlayer insulating film.
The step (i) includes the step of obtaining only the via hole by removing only the auxiliary insulating film present on the bottom of the via pattern,
After the execution of step (j), the auxiliary insulating film further remains between the base insulating film and the plug portion of the upper copper wiring.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ステップ(d) は、前記層間絶縁膜のみを貫通して前記ビアパターンを得るステップを含み、
前記ステップ(i) は、前記ビアパターン底面に存在する前記補助絶縁膜に加え、前記下地絶縁膜を除去して前記ビアホールを得るステップを含み、
前記ステップ(j) 実行後において、前記層間絶縁膜と前記上層銅配線の前記プラグ部との間のみに前記補助絶縁膜が残存する、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6,
The step (d) includes the step of obtaining the via pattern only through the interlayer insulating film,
The step (i) includes a step of obtaining the via hole by removing the base insulating film in addition to the auxiliary insulating film present on the bottom of the via pattern,
After the execution of step (j), the auxiliary insulating film remains only between the interlayer insulating film and the plug portion of the upper copper wiring.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記下地絶縁膜は、前記層間絶縁膜とのエッチング選択比が十分大きい材質からなる少なくとも1つの層を含む複数層構造の下地絶縁膜を含む、
半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 6 to 8,
The base insulating film includes a base insulating film having a multi-layer structure including at least one layer made of a material having a sufficiently high etching selectivity with the interlayer insulating film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記下地絶縁膜は前記層間絶縁膜とのエッチング選択比が十分大きい材質からなる単層構造の下地絶縁膜を含む、
半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 6 to 8,
The base insulating film includes a base insulating film having a single layer structure made of a material having a sufficiently large etching selectivity with the interlayer insulating film.
A method for manufacturing a semiconductor device.
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