JP2010010626A - Manufacturing apparatus of semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing apparatus of a semiconductor device for improving the reliability of the semiconductor device by improving the oxidation resistance of a zirconium boronitride film in a multilayer interconnection structure, and to provide a manufacturing method of the semiconductor device. <P>SOLUTION: The manufacturing apparatus of the semiconductor device includes: a film-forming chamber 31S for storing a substrate in a heated state that an insulating film and a metal film surrounded by the insulating film are exposed; and a film-forming section for forming the zirconium boronitride film on the surface of the substrate S under heating by supplying Zr(BH<SB>4</SB>)<SB>4</SB>and excited nitrogen to the film-forming chamber 31S. The film-forming section reduces the amount of the supply of excited nitrogen as the film-formation time passes. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、硼窒化ジルコニウム膜を用いた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method using a zirconium boronitride film.

半導体装置における多層配線技術では、半導体装置の微細化や多層化が進展することに伴い、エレクトロマイクレーションの耐性を確保するための銅配線技術が不可欠となる。この銅配線技術においては、層間絶縁膜にトレンチを形成して当該トレンチ内に配線材料である銅(Cu)を充填し、その上に保護膜としてメタルキャップ膜を形成しているが、前記トレンチのアスペクト比が非常に高くなる場合には、トレンチ底部を洗浄し難くなり、ひいては銅配線と下地配線との間でコンタクト抵抗の増大を招く虞がある。   In the multilayer wiring technology in a semiconductor device, the copper wiring technology for ensuring the resistance of electromicronation becomes indispensable with the progress of miniaturization and multilayering of the semiconductor device. In this copper wiring technology, a trench is formed in an interlayer insulating film, copper (Cu) as a wiring material is filled in the trench, and a metal cap film is formed thereon as a protective film. When the aspect ratio becomes extremely high, it becomes difficult to clean the bottom of the trench, and as a result, the contact resistance may increase between the copper wiring and the underlying wiring.

この問題を解決するため、特許文献1では、上記メタルキャップ膜の構成材料として硼化ジルコニウムや硼窒化ジルコニウムを提案し、これらのジルコニウム化合物を下地膜に積層してジルコニウム化合物が有する比抵抗率の下地依存性、いわゆる抵抗選択性を利用する。いわば、ジルコニウム化合物からなる1つのメタルキャップ膜が、銅配線上においては導電性を有したキャップ膜として機能し、層間絶縁膜上においては絶縁性を有したキャップ膜として機能する。これによれば、耐酸化性に優れた導電性のジルコニウム化合物でトレンチ底部が構成されるため、洗浄工程後のトレンチ底部においてメタルキャップ膜の残膜が在る場合であっても、銅配線と下地配線との間のコンタクト抵抗を良好な水準で維持できる。
特開2003−17496号公報
In order to solve this problem, Patent Document 1 proposes zirconium boride or zirconium boronitride as a constituent material of the metal cap film, and laminates these zirconium compounds on the base film to increase the specific resistivity of the zirconium compound. Base dependency, so-called resistance selectivity, is used. In other words, one metal cap film made of a zirconium compound functions as a cap film having conductivity on the copper wiring, and functions as a cap film having insulation properties on the interlayer insulating film. According to this, since the bottom of the trench is made of a conductive zirconium compound having excellent oxidation resistance, even if there is a remaining film of the metal cap film at the bottom of the trench after the cleaning process, The contact resistance with the underlying wiring can be maintained at a good level.
JP 2003-17496 A

しかしながら、上記ジルコニウム化合物が抵抗選択性を有するといえども、メタルキャップ膜の表面は、成膜雰囲気や搬送環境に存在する酸化源との反応によりその酸化を進行させてしまう。配線間のコンタクト抵抗を良好な水準で維持するためには、上記酸化層の厚みを最小限に抑えることが望ましく、特に、膜厚が30nmに満たないメタルキャップ膜では、この種の耐酸化性が不可欠となる。   However, even though the zirconium compound has resistance selectivity, the surface of the metal cap film is oxidized by a reaction with an oxidation source existing in a film forming atmosphere or a transport environment. In order to maintain the contact resistance between the wirings at a good level, it is desirable to minimize the thickness of the oxide layer. In particular, this kind of oxidation resistance is obtained in a metal cap film having a film thickness of less than 30 nm. Is essential.

本願発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、多層配線構造における硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることにより半導体装置の信頼性を向上させた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and a semiconductor device manufacturing apparatus and semiconductor device in which the reliability of a semiconductor device is improved by improving the oxidation resistance of a zirconium boronitride film in a multilayer wiring structure It aims at providing the manufacturing method of.

硼窒化ジルコニウム膜の反応系を検討するなかで、本発明者は、その膜中窒素濃度が高くなると、硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性が低下する一方で抵抗選択性が向上し、反対に、膜中窒素濃度が低くなると、硼窒化ジルコニウム膜の抵抗選択性が低下する一方で耐酸化性が向上することを見出した。すなわち、本発明者は、硼窒化ジルコニウム膜の抵抗選択性と硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性とが膜中窒素濃度について背反の関係にあることを見出した。   In examining the reaction system of the zirconium boronitride film, the present inventor, when the nitrogen concentration in the film becomes high, the oxidation selectivity of the zirconium boronitride film is lowered while the resistance selectivity is improved. It has been found that when the nitrogen concentration in the film is lowered, the resistance selectivity of the zirconium boronitride film is lowered while the oxidation resistance is improved. That is, the present inventor has found that the resistance selectivity of the zirconium boronitride film and the oxidation resistance of the zirconium boronitride film have a contradictory relationship with respect to the nitrogen concentration in the film.

請求項1に記載する半導体装置の製造装置は、絶縁膜と前記絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱した状態で収容する真空槽と、Zr(BHと励起した窒素とを前記真空槽へ供給して加熱下の基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜する成膜部とを備えた半導体装置の製造装置であって、前記成膜部が、成膜時間が経過するに連れて前記
励起した窒素の供給量を低くすることを要旨とする。
The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 is excited with a vacuum chamber that accommodates a heated substrate in which an insulating film and a metal film surrounded by the insulating film are exposed, and Zr (BH 4 ) 4 . An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a film forming unit for supplying nitrogen to the vacuum chamber and forming a zirconium boronitride film on a heated substrate surface, wherein the film forming unit has a film forming time The gist is to reduce the supply amount of the excited nitrogen as time passes.

請求項1に記載する半導体装置の製造装置によれば、硼窒化ジルコニウム膜中の絶縁膜と金属膜側の下層部分(以下、バルク領域という。)を相対的に高い窒素濃度の下で形成できることから、バルク領域の高窒素化を図ることで硼窒化ジルコニウム膜に抵抗選択性を発現させることができる。そして、硼窒化ジルコニウム膜の表層部を相対的に低い窒素濃度の下で形成できることから、前記バルク領域に対する耐酸化性を表層部により向上させることができる。したがって、多層配線構造における硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to the semiconductor device manufacturing apparatus of the first aspect, the insulating film in the zirconium boronitride film and the lower layer portion (hereinafter referred to as a bulk region) on the metal film side can be formed under a relatively high nitrogen concentration. Thus, resistance selectivity can be expressed in the zirconium boronitride film by increasing the nitrogen content in the bulk region. Since the surface layer portion of the zirconium boronitride film can be formed under a relatively low nitrogen concentration, the oxidation resistance to the bulk region can be improved by the surface layer portion. Therefore, the oxidation resistance of the zirconium boronitride film in the multilayer wiring structure can be improved, and as a result, the reliability of the semiconductor device can be improved.

請求項2に記載する半導体装置の製造装置は、請求項1に記載する半導体装置の製造装置であって、前記成膜部が、前記励起した窒素の供給量を第1の値にしてバルク領域である第1硼窒化ジルコニウム膜を成膜し、前記励起した窒素の供給量を前記第1の値から前記第1の値よりも低い第2の値に切り替えて表層部である第2硼窒化ジルコニウム膜を成膜し、前記第1硼窒化ジルコニウム膜よりも薄い前記第2硼窒化ジルコニウム膜で前記第1硼窒化ジルコニウム膜を被覆することを要旨とする。   The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2 is the semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the film forming unit sets the supply amount of the excited nitrogen to a first value as a bulk region. A first zirconium boronitride film is formed, and the supply amount of the excited nitrogen is switched from the first value to a second value lower than the first value, thereby forming a second boronitride as a surface layer portion. The gist is to form a zirconium film and coat the first zirconium boronitride film with the second zirconium boronitride film which is thinner than the first zirconium boronitride film.

請求項2に記載する半導体装置の製造装置によれば、バルク領域における高窒素濃度を第1の値により具現化でき、表層部における低窒素濃度を第2の値により具現化できる。したがって、励起した窒素を第1の値から第2の値に切換えるだけで、硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることができ、それゆえに簡便な構成の下で半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to the semiconductor device manufacturing apparatus of the second aspect, the high nitrogen concentration in the bulk region can be realized by the first value, and the low nitrogen concentration in the surface layer portion can be realized by the second value. Therefore, the oxidation resistance of the zirconium boronitride film can be improved only by switching the excited nitrogen from the first value to the second value, and therefore the reliability of the semiconductor device is improved under a simple configuration. Can be made.

請求項3に記載する半導体装置の製造装置は、請求項2に記載する半導体装置の製造装置であって、前記成膜部が、前記真空槽に連結された管への窒素ガスの流量を制御する流量コントローラと、前記管内へマイクロ波を照射するマイクロ波電源とを備え、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する際には、前記マイクロ波電源からの出力を維持すると共に、前記流量コントローラを駆動することにより前記窒素ガスの流量を第1流量から前記第2流量に切換えて前記励起した窒素の供給量を前記第1の値から前記第2の値に切換えることを要旨とする。   A semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 3 is the semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the film forming unit controls a flow rate of nitrogen gas to a tube connected to the vacuum chamber. And a microwave power source for irradiating microwaves into the tube, and when forming the zirconium boronitride film, the output from the microwave power source is maintained and the flow controller is driven. Thus, the gist of the present invention is to switch the flow rate of the nitrogen gas from the first flow rate to the second flow rate and switch the supply amount of the excited nitrogen from the first value to the second value.

請求項3に記載する半導体装置の製造装置によれば、流量コントローラを用いて窒素ガスの流量を第1流量から第2流量に切換えるだけで、硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることができる。したがって、より簡便な構成の下で半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to the semiconductor device manufacturing apparatus of the third aspect, the oxidation resistance of the zirconium boronitride film can be improved only by switching the flow rate of the nitrogen gas from the first flow rate to the second flow rate using the flow rate controller. it can. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be improved with a simpler configuration.

請求項4に記載する半導体装置の製造方法は、絶縁膜と前記絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱し、Zr(BHと励起した窒素とを前記基板へ供給することにより加熱下の基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、成膜時間が経過するに連れて前記励起した窒素の供給量を低くすることを要旨とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, a metal film is surrounded by the insulating film and the insulating film by heating the substrate to expose, supplying the nitrogen excited with Zr (BH 4) 4 to the substrate A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a zirconium boronitride film on a heated substrate surface, wherein the step of forming the zirconium boronitride film is performed as the film formation time elapses. The gist is to reduce the supply amount of the excited nitrogen.

請求項4に記載する半導体装置の製造方法によれば、硼窒化ジルコニウム膜のバルク領域を相対的に高い窒素濃度の下で形成できることから、バルク領域の高窒素化を図ることで硼窒化ジルコニウム膜に抵抗選択性を発現させることができる。そして、硼窒化ジルコニウム膜の表層部を相対的に低い窒素濃度の下で形成できることから、前記バルク領域に対する耐酸化性を表層部により向上させることができる。したがって、多層配線構造における硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, since the bulk region of the boronitride film can be formed under a relatively high nitrogen concentration, the zirconium boronitride film can be formed by increasing the nitrogen content of the bulk region. Resistance selectivity can be expressed. Since the surface layer portion of the zirconium boronitride film can be formed under a relatively low nitrogen concentration, the oxidation resistance to the bulk region can be improved by the surface layer portion. Therefore, the oxidation resistance of the zirconium boronitride film in the multilayer wiring structure can be improved, and as a result, the reliability of the semiconductor device can be improved.

請求項5に記載する半導体装置の製造方法は、請求項4に記載する半導体装置の製造方法であって、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程が、前記励起した窒素の供給量を第1の値にしてバルク領域である第1硼窒化ジルコニウム膜を成膜し、前記励起した窒素の供給量を前記第1の値から前記第1の値よりも低い第2の値に切り替えて表層部である第2硼窒化ジルコニウム膜を成膜し、前記第1硼窒化ジルコニウム膜よりも薄い前記第2硼窒化ジルコニウム膜で前記第1硼窒化ジルコニウム膜を被覆することを要旨とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the step of forming the zirconium boronitride film sets the supply amount of the excited nitrogen to a first value. A first zirconium boronitride film that is a bulk region is formed, and the supply amount of the excited nitrogen is switched from the first value to a second value that is lower than the first value. The second zirconia boronitride film is formed, and the first zirconia boronitride film is covered with the second zirconia boronitride film which is thinner than the first zirconia boronitride film.

請求項5に記載する半導体装置の製造方法によれば、バルク領域における高窒素濃度を第1の値により具現化でき、表層部における低窒素濃度を第2の値により具現化できる。したがって、励起した窒素を第1の値から第2の値に切換えるだけで、硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることができ、それゆえに簡便な構成の下で半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the fifth aspect, the high nitrogen concentration in the bulk region can be realized by the first value, and the low nitrogen concentration in the surface layer portion can be realized by the second value. Therefore, the oxidation resistance of the zirconium boronitride film can be improved only by switching the excited nitrogen from the first value to the second value, and therefore the reliability of the semiconductor device is improved under a simple configuration. Can be made.

請求項6に記載する半導体装置の製造方法は、請求項5に記載する半導体装置の製造方法であって、前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程が、流量コントローラから供給される窒素ガスにマイクロ波を照射して前記励起した窒素を生成し、前記マイクロ波電源からの出力を維持しながら前記窒素ガスの流量を第1流量から前記第2流量に切換えることにより前記励起した窒素の供給量を前記第1の値から前記第2の値に切換えることを要旨とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to a sixth aspect is the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect, wherein the step of forming the zirconium boronitride film is performed on a nitrogen gas supplied from a flow rate controller. The excited nitrogen is generated by irradiating a wave to generate the excited nitrogen and switching the flow rate of the nitrogen gas from the first flow rate to the second flow rate while maintaining the output from the microwave power source. The gist is to switch from the first value to the second value.

請求項6に記載する半導体装置の製造方法によれば、窒素ガスの流量を第1流量から第2流量に切換えるだけで、硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることができる。したがって、より簡便な構成の下で半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device described in claim 6, the oxidation resistance of the zirconium boronitride film can be improved only by switching the flow rate of nitrogen gas from the first flow rate to the second flow rate. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be improved with a simpler configuration.

請求項7に記載する半導体装置の製造方法は、請求項5または6に記載する半導体装置の製造方法であって、前記第2硼窒化ジルコニウム膜を酸化する工程と、前記第2硼窒化ジルコニウム膜に他の絶縁膜を積層して前記他の絶縁膜の表面から前記硼窒化ジルコニウム膜を貫通して前記金属膜まで延びる凹部を前記他の絶縁膜に凹設する工程と、前記凹部内を埋め込むように前記他の絶縁膜に金属膜を積層して当該金属膜を平坦化することにより前記凹部に埋め込まれた配線を形成する工程とを備えたことを要旨とする。   A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7 is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 or 6, wherein the step of oxidizing the second zirconium boronitride film and the second zirconium boronitride film And laminating the other insulating film with a recess extending from the surface of the other insulating film to the metal film through the zirconium boronitride film and embedding the recess. The present invention includes a step of forming a wiring buried in the recess by laminating a metal film on the other insulating film and planarizing the metal film.

請求項7に記載する半導体装置の製造方法によれば、金属膜と配線との間において硼窒化ジルコニウム膜の一部あるいは全部を除去することから、金属膜と配線との間のコンタクト抵抗に対し、第2硼窒化ジルコニウム膜の影響を十分に抑えることができる。したがって、金属膜と配線との間で良好なコンタクト抵抗を得ることができ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させることができる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the seventh aspect, since part or all of the zirconium boronitride film is removed between the metal film and the wiring, the contact resistance between the metal film and the wiring is reduced. The influence of the second zirconium boronitride film can be sufficiently suppressed. Therefore, good contact resistance can be obtained between the metal film and the wiring, and the reliability of the semiconductor device can be improved.

上記したように、本発明によれば、多層配線構造における硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることにより半導体装置の信頼性を向上させた半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   As described above, according to the present invention, there are provided a semiconductor device manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method in which the reliability of the semiconductor device is improved by improving the oxidation resistance of the zirconium boronitride film in the multilayer wiring structure. The purpose is to do.

以下、本発明を具体化した一実施形態について図1〜図7を参照して説明する。まず、本発明を利用して製造した半導体装置10について説明する。図1は、半導体装置10を示す部分断面図であり、半導体装置10は、例えば各種RAMや各種ROMを含むメモリ、あるいはMPUや汎用ロジックを含むロジック等である。   Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. First, the semiconductor device 10 manufactured using the present invention will be described. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a semiconductor device 10. The semiconductor device 10 is, for example, a memory including various RAMs and various ROMs, or a logic including an MPU and general-purpose logic.

[半導体装置10]
図1において、半導体装置10が有する基板Sの表面(図1の上面)には、拡散領域S
a上のMOSトランジスタTrを覆うように第1層間絶縁膜D1が積層されている。第1層間絶縁膜D1には、拡散領域Saまで貫通するコンタクトホールCHが形成されて、コンタクトホールCHの内側には、コンタクトプラグPが充填されている。
[Semiconductor device 10]
In FIG. 1, a diffusion region S is formed on the surface (the upper surface in FIG. 1) of the substrate S included in the semiconductor device 10.
A first interlayer insulating film D1 is laminated so as to cover the MOS transistor Tr on a. A contact hole CH that penetrates to the diffusion region Sa is formed in the first interlayer insulating film D1, and a contact plug P is filled inside the contact hole CH.

第1層間絶縁膜D1の表面には、第2層間絶縁膜D2と、当該第2層間絶縁膜D2を覆う第1ハードマスクHM1とが順に積層されている。第2層間絶縁膜D2としては、シリコン酸化膜等からなる多孔性の低誘電率膜を用いることができ、第1ハードマスクHM1としては炭化シリコンや炭化水素シリコン等、炭素含有のシリコン系絶縁膜を用いることができる。これら第2層間絶縁膜D2と第1ハードマスクHM1とには、コンタクトホールCHから上方へ拡開した凹部(第1トレンチTH1)が貫通形成されている。この第1トレンチTH1の内面全体には、銅原子に対する高いバリア性を有した第1バリア膜B1が被覆されて、第1バリア膜B1で被覆された第1トレンチTH1の内部には、配線材料である銅からなる第1配線M1が充填されている。第1配線M1の上面には、第1ハードマスクHM1の上面全体に広がり硼窒化ジルコニウムからなる第1メタルキャップ膜MC1が被覆されている。   A second interlayer insulating film D2 and a first hard mask HM1 that covers the second interlayer insulating film D2 are sequentially stacked on the surface of the first interlayer insulating film D1. As the second interlayer insulating film D2, a porous low dielectric constant film made of a silicon oxide film or the like can be used. As the first hard mask HM1, a carbon-containing silicon-based insulating film such as silicon carbide or hydrocarbon silicon is used. Can be used. The second interlayer insulating film D2 and the first hard mask HM1 are formed with a recess (first trench TH1) extending upward from the contact hole CH. The entire inner surface of the first trench TH1 is covered with a first barrier film B1 having a high barrier property against copper atoms, and the first trench TH1 covered with the first barrier film B1 includes a wiring material. The first wiring M1 made of copper is filled. The upper surface of the first wiring M1 is covered with a first metal cap film MC1 made of zirconium boronitride that extends over the entire upper surface of the first hard mask HM1.

第1メタルキャップ膜MC1は、バルク領域とそのバルク領域よりも薄い表層部MC1sとからなる。バルク領域は、表層部MC1sよりも高い濃度の窒素を含むことで下地の比抵抗値に応じた比抵抗値を有する、いわば抵抗選択性を有する。バルク領域は、例えば導電体である第1配線M1の表面上の領域(図1において濃いドットで示す領域)で5〜8[μΩ・cm]と低い比抵抗値を有した導電性バルク領域MC1cと、絶縁体である第1ハードマスクHM1の表面上の領域(図1において薄いドットで示す領域)で10[Ω・cm]以上と高い比抵抗値を有した絶縁性バルク領域MC1dとからなる。表層部MC1sは、バルク領域よりも低い濃度の窒素を含み、下地やバルク領域の比抵抗値に拘らず、共通した絶縁性を示す。表層部MC1sは、例えば導電体である第1配線M1の表面上と絶縁体である第1ハードマスクHM1の表面上とで10[Ω・cm]以上の高い比抵抗値を有する。 The first metal cap film MC1 includes a bulk region and a surface layer portion MC1s that is thinner than the bulk region. The bulk region has a specific resistance value according to the specific resistance value of the base by containing nitrogen at a higher concentration than the surface layer portion MC1s, so to say, has resistance selectivity. The bulk region is, for example, a conductive bulk region MC1c having a low specific resistance value of 5 to 8 [μΩ · cm] in a region on the surface of the first wiring M1 which is a conductor (a region indicated by dark dots in FIG. 1). And an insulating bulk region MC1d having a high specific resistance value of 10 2 [Ω · cm] or more in a region on the surface of the first hard mask HM1 which is an insulator (a region indicated by thin dots in FIG. 1). Become. The surface layer MC1s contains nitrogen at a lower concentration than the bulk region, and exhibits a common insulating property regardless of the specific resistance values of the base and the bulk region. For example, the surface layer MC1s has a high specific resistance of 10 2 [Ω · cm] or more on the surface of the first wiring M1 that is a conductor and on the surface of the first hard mask HM1 that is an insulator.

第1メタルキャップ膜MC1の表面には、第3層間絶縁膜D3、エッチストップ膜ES、第4層間絶縁膜D4及び第2ハードマスクHM2が順に積層されている。第3層間絶縁膜D3及び第4層間絶縁膜D4としては、シリコン酸化膜等からなる多孔性の低誘電率膜を用いることができ、エッチストップ膜ES及び第2ハードマスクHM2としては炭化シリコンや炭化水素シリコン等、炭素含有のシリコン系絶縁膜を用いることができる。第1メタルキャップ膜MC1、第3層間絶縁膜D3及びエッチストップ膜ESとには、第1配線M1から上方へ延びる凹部(ビアホールVH)が貫通形成されて、第4層間絶縁膜D4と第2ハードマスクHM2とには、ビアホールVHから上方へ拡開した凹部(第2トレンチTH2)が貫通形成されている。   A third interlayer insulating film D3, an etch stop film ES, a fourth interlayer insulating film D4, and a second hard mask HM2 are sequentially stacked on the surface of the first metal cap film MC1. As the third interlayer insulating film D3 and the fourth interlayer insulating film D4, a porous low dielectric constant film made of a silicon oxide film or the like can be used. As the etch stop film ES and the second hard mask HM2, silicon carbide, A carbon-containing silicon-based insulating film such as hydrocarbon silicon can be used. In the first metal cap film MC1, the third interlayer insulating film D3, and the etch stop film ES, a concave portion (via hole VH) extending upward from the first wiring M1 is formed to penetrate the fourth interlayer insulating film D4 and the second interlayer insulating film D4. A recess (second trench TH2) that extends upward from the via hole VH is formed through the hard mask HM2.

上記ビアホールVH及び上記第2トレンチTH2の内面全体には、銅原子に対する高いバリア性を有した第2バリア膜B2が被覆されている。第2バリア膜B2で被覆されたビアホールVHの内部には、配線材料である銅からなるビア配線V1が充填され、また第2バリア膜B2で被覆された第2トレンチTH2の内部には、同じく、配線材料である銅からなる第2配線M2が充填されている。第2配線M2の上面には、第2ハードマスクHM2の上面全体にわたり、硼窒化ジルコニウムからなる第2メタルキャップ膜MC2が被覆されている。   The entire inner surfaces of the via hole VH and the second trench TH2 are covered with a second barrier film B2 having a high barrier property against copper atoms. The via hole VH covered with the second barrier film B2 is filled with a via wiring V1 made of copper as a wiring material, and the inside of the second trench TH2 covered with the second barrier film B2 is also the same. The second wiring M2 made of copper as the wiring material is filled. The upper surface of the second wiring M2 is covered with the second metal cap film MC2 made of zirconium boronitride over the entire upper surface of the second hard mask HM2.

第2メタルキャップ膜MC2は、第1メタルキャップ膜MC1と同じく、バルク領域とそのバルク領域よりも薄い表層部とからなり、当該バルク領域が下地の比抵抗値に応じた比抵抗値を有する一方で、当該表層部が下地やバルク領域の比抵抗値に拘らず、共通した絶縁性を示す。   Like the first metal cap film MC1, the second metal cap film MC2 includes a bulk region and a surface layer portion thinner than the bulk region, and the bulk region has a specific resistance value corresponding to the specific resistance value of the base. Thus, the surface layer portion exhibits a common insulating property regardless of the specific resistance value of the base or bulk region.

[成膜装置20]
次に、上記半導体装置10の製造装置としての成膜装置20について図2〜図7を参照して説明する。図2は成膜装置20の全体を示す断面図であり、図3は成膜チャンバ23の構成を示す断面図である。また、図4は成膜チャンバ23の電気的構成を示すブロック図である。
[Film Forming Apparatus 20]
Next, a film forming apparatus 20 as a manufacturing apparatus for the semiconductor device 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the entire film forming apparatus 20, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the film forming chamber 23. FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the film forming chamber 23.

図2において、成膜装置20は、ロードロックチャンバ21と、ロードロックチャンバ21に連結されたコアチャンバ22と、コアチャンバ22に連結された4つの成膜チャンバ23とを搭載し、前記ロードロックチャンバ21と各成膜チャンバ23とは、コアチャンバ22を介して互いに連通し、共通する真空系を形成可能にする。   In FIG. 2, the film forming apparatus 20 includes a load lock chamber 21, a core chamber 22 connected to the load lock chamber 21, and four film forming chambers 23 connected to the core chamber 22. The chamber 21 and each film forming chamber 23 communicate with each other via the core chamber 22 so that a common vacuum system can be formed.

ロードロックチャンバ21は、複数の基板Sを収容する真空槽であり、基板Sに対する成膜処理を開始するとき、各基板Sを成膜装置20の内部へ搬入する。また、ロードロックチャンバ21は、基板Sの成膜処理を終了するとき、成膜処理後の基板Sを収容して大気に開放し成膜装置20の外部に搬出する。コアチャンバ22は、搬送ロボット22aを搭載する真空槽であり、基板Sの成膜処理を開始するとき、基板Sをロードロックチャンバ21から搬入して成膜チャンバ23へ搬出する。コアチャンバ22は、基板Sの成膜処理を終了するとき、成膜チャンバ23にある基板Sを搬入してロードロックチャンバ21へ搬出する。   The load lock chamber 21 is a vacuum chamber that accommodates a plurality of substrates S, and carries each substrate S into the film forming apparatus 20 when the film forming process for the substrate S is started. Further, when the film forming process of the substrate S is completed, the load lock chamber 21 accommodates the substrate S after the film forming process, opens it to the atmosphere, and carries it out of the film forming apparatus 20. The core chamber 22 is a vacuum chamber in which the transfer robot 22 a is mounted. When starting the film formation process for the substrate S, the core chamber 22 is loaded from the load lock chamber 21 and unloaded to the film formation chamber 23. When the film forming process for the substrate S is completed, the core chamber 22 carries the substrate S in the film forming chamber 23 and carries it out to the load lock chamber 21.

成膜チャンバ23は、CVD法を用いて上記硼窒化ジルコニウム膜を成膜するチャンバであり、成膜処理を実行するときには、基板Sをコアチャンバ22から搬入して上記硼窒化ジルコニウム膜、すなわち上記第1メタルキャップ膜MC1及び第2メタルキャップ膜MC2を成膜する。   The film forming chamber 23 is a chamber for forming the zirconium boronitride film using a CVD method. When performing the film forming process, the substrate S is carried from the core chamber 22 and the zirconium boronitride film, A first metal cap film MC1 and a second metal cap film MC2 are formed.

図3において、成膜チャンバ23は、その上部を開口したチャンバ本体31と、チャンバ本体31の上部に配設されてチャンバ本体31の上部開口を開閉可能にするチャンバリッド32とを有する。成膜チャンバ23は、これらチャンバ本体31とチャンバリッド32とに囲まれた内部空間(以下単に、成膜室31Sという。)を有する。チャンバ本体31には、基板Sを載置する基板ステージ33が配設されている。基板ステージ33は、抵抗加熱ヒータ33Hを内蔵したステージであり、基板Sを載置するときには、基板Sを所定の温度(200℃〜240℃)に昇温させる。基板ステージ33の下側には、基板ステージ33を上下方向に昇降して基板Sの搬入や搬出を可能にする昇降機構34が連結されている。チャンバ本体31の一側には、排気ポートP1を介して排気ポンプ35が接続されている。排気ポンプ35は、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の各種のポンプにより構成され、前記成膜処理を実行するときには、成膜室31Sの圧力を所定の圧力(1Pa〜1000Pa)の範囲に減圧する。   In FIG. 3, the film forming chamber 23 includes a chamber body 31 having an upper portion opened, and a chamber lid 32 disposed on the chamber body 31 so that the upper opening of the chamber body 31 can be opened and closed. The film forming chamber 23 has an internal space (hereinafter simply referred to as a film forming chamber 31S) surrounded by the chamber main body 31 and the chamber lid 32. The chamber body 31 is provided with a substrate stage 33 on which the substrate S is placed. The substrate stage 33 is a stage incorporating a resistance heater 33H, and when the substrate S is placed, the substrate S is heated to a predetermined temperature (200 ° C. to 240 ° C.). Below the substrate stage 33 is connected an elevating mechanism 34 that allows the substrate stage 33 to be moved up and down in the vertical direction so that the substrate S can be carried in and out. An exhaust pump 35 is connected to one side of the chamber body 31 via an exhaust port P1. The exhaust pump 35 is configured by various pumps such as a turbo molecular pump and a dry pump. When the film forming process is performed, the pressure in the film forming chamber 31S is reduced to a predetermined pressure (1 Pa to 1000 Pa).

チャンバリッド32の下側には、複数の第1供給孔H1と、各第1供給孔H1から独立する複数の第2供給孔H2とを有したシャワーヘッド36が取付られている。各第1供給孔H1は、硼窒化ジルコニウム膜の原料であるZr(BHを成膜室31Sに供給するものであり、各第2供給孔H2は、励起した窒素あるいは励起した水素を成膜室31Sに供給するものである。詳述すると、各第1供給孔H1には、チャンバリッド32の内部と原料ガスポートP2とを介して原料タンクTKが連結され、原料タンクTKには、キャリアガスであるアルゴンを供給するための流量コントローラMFC1が連結されている。流量コントローラMFC1からのキャリアガスが原料タンクTKに供給されるとき、原料タンクTKは、収容するZr(BHをバブリングさせて、Zr(BHをキャリアガスと共に原料ガスポートP2へ導出し、当該Zr(BHとキャリアガスとを、各第1供給孔H1から成膜室31Sに供給する。 Below the chamber lid 32, a shower head 36 having a plurality of first supply holes H1 and a plurality of second supply holes H2 independent of the first supply holes H1 is attached. Each first supply hole H1 supplies Zr (BH 4 ) 4 that is a raw material of the zirconium boronitride film to the film forming chamber 31S, and each second supply hole H2 supplies excited nitrogen or excited hydrogen. This is supplied to the film forming chamber 31S. More specifically, a raw material tank TK is connected to each first supply hole H1 via the inside of the chamber lid 32 and a raw material gas port P2, and the raw material tank TK is supplied with argon as a carrier gas. A flow controller MFC1 is connected. When the carrier gas from the flow rate controller MFC1 is supplied to the raw material tank TK, the raw material tank TK causes the Zr (BH 4 ) 4 to be contained to bubble and the Zr (BH 4 ) 4 together with the carrier gas to the raw material gas port P2. The Zr (BH 4 ) 4 and the carrier gas are supplied to the film forming chamber 31S from each first supply hole H1.

各第2供給孔H2には、チャンバリッド32の内部と励起ガスポートP3とを介して流量コントローラMFC2と流量コントローラMFC3とが連結されている。流量コントローラMFC2と流量コントローラMFC3とは、それぞれ窒素ガスとアルゴンガスとを所定の流量に調整して励起ガスポートP3へ導出する。チャンバリッド32の内部であって、励起ガスポートP3と各第2供給孔H2との間には、石英管あるいはアルミナ管からなる耐熱性を有した照射管37が内設されている。この照射管37の径方向外側には、マイクロ波電源FGによって駆動されるマイクロ波源38と、マイクロ波源38に連結されて照射管37へ延びる導波管39とが配設されている。マイクロ波源38は、例えば2.45GHzのマイクロ波を発生するマイクロ波発振器、すなわちマグネトロンであって、マイクロ波電源FGからの駆動電力を受けて所定の出力範囲、例えば0.01kW〜3.0kWの範囲でマイクロ波を出力する。導波管39は、マイクロ波源38が発振するマイクロ波を導波管39の内部に伝播させて照射管37の内部へ照射する。マイクロ波源38がマイクロ波を発振するとき、導波管39は、照射管37を通過するガスにマイクロ波を照射して、当該ガスを励起させる。   A flow rate controller MFC2 and a flow rate controller MFC3 are connected to each second supply hole H2 via the inside of the chamber lid 32 and the excitation gas port P3. The flow rate controller MFC2 and the flow rate controller MFC3 adjust nitrogen gas and argon gas to predetermined flow rates, respectively, and lead them to the excitation gas port P3. Inside the chamber lid 32, between the excitation gas port P3 and each second supply hole H2, an irradiation tube 37 having heat resistance made of a quartz tube or an alumina tube is provided. A microwave source 38 driven by a microwave power source FG and a waveguide 39 connected to the microwave source 38 and extending to the irradiation tube 37 are disposed outside the irradiation tube 37 in the radial direction. The microwave source 38 is, for example, a microwave oscillator that generates a microwave of 2.45 GHz, that is, a magnetron. The microwave source 38 receives a driving power from the microwave power source FG and has a predetermined output range, for example, 0.01 kW to 3.0 kW. Output microwave in range. The waveguide 39 propagates the microwave generated by the microwave source 38 to the inside of the waveguide 39 and irradiates the inside of the irradiation tube 37. When the microwave source 38 oscillates the microwave, the waveguide 39 irradiates the gas passing through the irradiation tube 37 with the microwave to excite the gas.

各第2供給孔H2と照射管37との間には、チャンバリッド32を介して接地されたメッシュ32aが配設されている。マイクロ波源38が照射管37でガスを励起するとき、いわばマイクロ波源38が照射管37内にプラズマを生成するとき、メッシュ32aは、照射管37から各第2供給孔H2へ流れるプラズマ中のイオン成分を中性化し、当該プラズマ中のラジカル成分と中性化したガス成分とを各第2供給孔H2から成膜室31Sに供給する。これにより、原料ガスポートP2から照射管37へ導入されるアルゴンガス及び窒素ガスは、照射管37でプラズマ化された後に、メッシュ32aによってそのイオン成分が中性化され、前記プラズマ中のラジカル成分のみが成膜室31Sに供給される。   Between each second supply hole H2 and the irradiation tube 37, a mesh 32a that is grounded via a chamber lid 32 is disposed. When the microwave source 38 excites the gas in the irradiation tube 37, that is, when the microwave source 38 generates plasma in the irradiation tube 37, the mesh 32a causes ions in the plasma flowing from the irradiation tube 37 to the second supply holes H2. The component is neutralized, and the radical component and the neutralized gas component in the plasma are supplied from each second supply hole H2 to the film forming chamber 31S. As a result, the argon gas and nitrogen gas introduced from the source gas port P2 into the irradiation tube 37 are converted into plasma by the irradiation tube 37, and then the ion components are neutralized by the mesh 32a. Only the film forming chamber 31S is supplied.

次に、上記成膜装置20の電気的構成について説明する。図4において、制御部41は、成膜装置20に各種の処理動作、例えば基板Sの搬送や前記成膜処理等を実行させるものである。制御部41は、各種の演算処理を実行する演算部、各種データや各種プログラムを格納する記憶部41A、各種処理工程の経過時間を計時するタイマ41B等を有する。制御部41は、例えば記憶部41Aが格納する成膜処理プログラムを読み出し、タイマ41Bが計時する時間と前記成膜プログラムとに基づいて前記成膜処理を実行する。   Next, the electrical configuration of the film forming apparatus 20 will be described. In FIG. 4, the control unit 41 causes the film forming apparatus 20 to execute various processing operations such as transport of the substrate S and the film forming process. The control unit 41 includes an arithmetic unit that executes various arithmetic processes, a storage unit 41A that stores various data and various programs, a timer 41B that measures the elapsed time of various processing steps, and the like. For example, the control unit 41 reads a film forming process program stored in the storage unit 41A, and executes the film forming process based on the time measured by the timer 41B and the film forming program.

制御部41には、起動スイッチや停止スイッチ等の各種操作スイッチや液晶ディスプレイ等の各種表示装置等からなる入出力部42が接続されている。入出力部42は、各処理動作に利用する各種のデータを制御部41に入力し、成膜装置20における成膜処理状況に関するデータを出力する。例えば、入出力部42は、上記バルク領域の成膜処理に必要となる条件と、上記表層部MC1sの成膜処理に必要となる条件とを、条件データIdとして制御部41に入力する。制御部41は、入出力部42から入力される上記各種の条件データIdを受信し、当該条件データIdに応じた各種の制御信号を生成して、その条件データIdに相当する成膜条件の下で前記成膜処理を実行する。   The control unit 41 is connected to an input / output unit 42 including various operation switches such as a start switch and a stop switch, and various display devices such as a liquid crystal display. The input / output unit 42 inputs various data used for each processing operation to the control unit 41, and outputs data related to the film forming process status in the film forming apparatus 20. For example, the input / output unit 42 inputs conditions necessary for the film formation process of the bulk region and conditions necessary for the film formation process of the surface layer part MC1s to the control unit 41 as the condition data Id. The control unit 41 receives the various condition data Id input from the input / output unit 42, generates various control signals according to the condition data Id, and sets the film formation conditions corresponding to the condition data Id. The film forming process is executed below.

成膜処理に必要となる条件としては、例えば成膜時間、ガス流量、成膜圧力、成膜温度、マイクロ波電源FGの出力等が挙げられる。本実施形態においては、前記バルク領域の成膜に必要となる窒素ガスの流量及び成膜時間を、それぞれ第1ステップ流量及び第1ステップ時間と言う。また、前記表装部の成膜に必要となる窒素ガスの流量及び成膜時間を、それぞれ第2ステップ流量及び第2ステップ時間と言う。前記第1ステップ流量は、バルク領域の窒素濃度が表層部の窒素濃度よりも高くなるように、前記第2ステップ流量よりも高い値に設定されている。また、前記第1ステップ時間は、バルク領域の膜厚が表層部の膜厚よりも厚くなるように、前記第2ステップ時間よりも十分に長い時間に設定されている。   Examples of conditions necessary for the film forming process include a film forming time, a gas flow rate, a film forming pressure, a film forming temperature, and an output of the microwave power source FG. In the present embodiment, the nitrogen gas flow rate and film formation time required for film formation in the bulk region are referred to as a first step flow rate and a first step time, respectively. Further, the flow rate of nitrogen gas and the film formation time required for film formation on the cover part are referred to as a second step flow rate and a second step time, respectively. The first step flow rate is set to a value higher than the second step flow rate so that the nitrogen concentration in the bulk region is higher than the nitrogen concentration in the surface layer portion. Further, the first step time is set to a time sufficiently longer than the second step time so that the film thickness of the bulk region is thicker than the film thickness of the surface layer portion.

制御部41は、排気系を駆動するための排気系駆動回路43に接続されて、排気系駆動回路43に対応する駆動信号を排気系駆動回路43へ出力する。排気系駆動回路43は、制御部41からの駆動信号に応答して前記排気ポンプ35等の排気系を駆動し、これにより前記成膜室31S等の各チャンバ内部を所定の成膜圧力に調整する。   The control unit 41 is connected to an exhaust system drive circuit 43 for driving the exhaust system, and outputs a drive signal corresponding to the exhaust system drive circuit 43 to the exhaust system drive circuit 43. The exhaust system drive circuit 43 drives the exhaust system such as the exhaust pump 35 in response to a drive signal from the control unit 41, thereby adjusting the inside of each chamber such as the film forming chamber 31S to a predetermined film forming pressure. To do.

制御部41は、搬送系を駆動するための搬送系駆動回路44に接続されて、搬送系駆動回路44に対応する駆動信号を搬送系駆動回路44へ出力する。搬送系駆動回路44は、制御部41からの駆動制御信号に応答して搬送ロボット22aや昇降機構34、さらには基板ステージ33に搭載される抵抗加熱ヒータ33H等の搬送系を駆動し、これにより基板Sを所定の搬送経路に沿って搬送して所定の成膜温度に温調する。   The control unit 41 is connected to a transport system drive circuit 44 for driving the transport system, and outputs a drive signal corresponding to the transport system drive circuit 44 to the transport system drive circuit 44. In response to the drive control signal from the control unit 41, the transport system drive circuit 44 drives the transport system such as the transport robot 22a, the elevating mechanism 34, and the resistance heater 33H mounted on the substrate stage 33. The substrate S is transported along a predetermined transport path and the temperature is adjusted to a predetermined film forming temperature.

制御部41は、各流量コントローラMFC1〜MFC3を駆動するための流量コントローラ駆動回路45に接続されて、流量コントローラ駆動回路45に対応する駆動信号を流量コントローラ駆動回路45へ出力する。流量コントローラ駆動回路45は、制御部41からの駆動信号に応答して各流量コントローラMFC1〜MFC3をそれぞれ駆動し、これにより所定流量のガスを選択的に成膜室31Sへ供給する。   The control unit 41 is connected to a flow rate controller drive circuit 45 for driving the flow rate controllers MFC1 to MFC3, and outputs a drive signal corresponding to the flow rate controller drive circuit 45 to the flow rate controller drive circuit 45. The flow controller drive circuit 45 drives each of the flow controllers MFC1 to MFC3 in response to a drive signal from the controller 41, thereby selectively supplying a gas with a predetermined flow rate to the film forming chamber 31S.

制御部41は、マイクロ波電源FGを駆動するためのマイクロ波電源駆動回路46に接続されて、マイクロ波電源駆動回路46に対応する駆動信号をマイクロ波電源駆動回路46へ出力する。マイクロ波電源駆動回路46は、制御部41からの駆動信号に応答してマイクロ波電源FGを駆動し、これにより所定の出力値でマイクロ波を出力する。   The control unit 41 is connected to a microwave power supply drive circuit 46 for driving the microwave power supply FG, and outputs a drive signal corresponding to the microwave power supply drive circuit 46 to the microwave power supply drive circuit 46. The microwave power supply drive circuit 46 drives the microwave power supply FG in response to the drive signal from the control unit 41, and thereby outputs a microwave with a predetermined output value.

[半導体装置10の製造方法]
次に、上記成膜装置20を用いた半導体装置10の製造方法について説明する。図5は半導体装置10の製造工程を示す工程図であり、図6は成膜装置20における各部の動作を示すタイミングチャートである。また、図7(a)〜(d)は硼窒化ジルコニウム膜の表面における耐酸化性と成膜条件における窒素ガスの流量との関係を示す図である。
[Method of Manufacturing Semiconductor Device 10]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 10 using the film forming apparatus 20 will be described. FIG. 5 is a process chart showing the manufacturing process of the semiconductor device 10, and FIG. 6 is a timing chart showing the operation of each part in the film forming apparatus 20. 7A to 7D are diagrams showing the relationship between the oxidation resistance on the surface of the zirconium boronitride film and the flow rate of nitrogen gas under the film forming conditions.

まず、公知の半導体装置製造技術を用いて、上記MOSトランジスタTr、第1層間絶縁膜D1及びコンタクトプラグPが基板Sに形成され、次いで、公知のダマシン法を用いて、第2層間絶縁膜D2、第1ハードマスクHM1、第1バリア膜B1及び銅膜からなる第1配線M1が形成される。そして、第1配線M1が形成されると、第1配線M1を有する基板Sが成膜装置20へ搬入されて、基板Sの表面である第1ハードマスクHM1と第1配線M1とに前記成膜処理が施される(図5参照)。   First, the MOS transistor Tr, the first interlayer insulating film D1, and the contact plug P are formed on the substrate S using a known semiconductor device manufacturing technique, and then the second interlayer insulating film D2 is formed using a known damascene method. Then, the first wiring M1 made of the first hard mask HM1, the first barrier film B1, and the copper film is formed. Then, when the first wiring M1 is formed, the substrate S having the first wiring M1 is carried into the film forming apparatus 20, and the above-described formation is performed on the first hard mask HM1 and the first wiring M1 which are the surfaces of the substrate S. Film treatment is performed (see FIG. 5).

成膜処理を開始するにあたり、成膜装置20の制御部41は、まず入出力部42からの各種の条件データIdに基づいて排気ポンプ35を駆動し、成膜室31Sの圧力を条件データIdに基づく成膜圧力に調整し続ける。成膜室31Sの圧力を前記成膜圧力に調整すると、制御部41は、図6に示すように、抵抗加熱ヒータ33Hを駆動して基板ステージ33の温度を条件データIdに基づく成膜温度、例えば220℃に温調する。そして、制御部41は、搬送ロボット22aを駆動して基板ステージ33に基板Sを載置し、基板Sを前記成膜温度に加熱する。   In starting the film forming process, the control unit 41 of the film forming apparatus 20 first drives the exhaust pump 35 based on the various condition data Id from the input / output unit 42 to set the pressure in the film forming chamber 31S to the condition data Id. Continue to adjust the film forming pressure based on. When the pressure in the film forming chamber 31S is adjusted to the film forming pressure, the controller 41 drives the resistance heater 33H to change the temperature of the substrate stage 33 to the film forming temperature based on the condition data Id, as shown in FIG. For example, the temperature is adjusted to 220 ° C. Then, the control unit 41 drives the transfer robot 22a to place the substrate S on the substrate stage 33, and heats the substrate S to the film formation temperature.

次いで、制御部41は、タイマ41Bを用いた経過時間の計時動作を開始し、流量コントローラMFC2を駆動してバルク領域の成膜条件に相当する流量の窒素ガス、すなわち前記第1ステップ流量の窒素ガスを照射管37へ導入する。続いて、制御部41は、マイクロ波電源FGを駆動して照射管37の内部に窒素のプラズマを生成し、メッシュ32aによって抽出される窒素ラジカルを基板Sの表面に供給する。なお、この際、窒素のプラズマ状態を安定させる上では、流量コントローラMFC3を駆動して所定流量のアルゴン
ガスを照射管37へ導入してもよい。
Next, the control unit 41 starts a time counting operation using the timer 41B and drives the flow rate controller MFC2 to flow nitrogen gas at a flow rate corresponding to the film formation conditions in the bulk region, that is, nitrogen at the first step flow rate. Gas is introduced into the irradiation tube 37. Subsequently, the control unit 41 drives the microwave power source FG to generate nitrogen plasma inside the irradiation tube 37, and supplies nitrogen radicals extracted by the mesh 32 a to the surface of the substrate S. At this time, in order to stabilize the plasma state of nitrogen, the flow rate controller MFC3 may be driven to introduce a predetermined flow rate of argon gas into the irradiation tube 37.

上記窒素ラジカルの供給を開始すると、制御部41は、流量コントローラMFC1を駆動してバルク領域の成膜条件に相当する流量のキャリアガスを原料タンクTKに導入してキャリアガスとZr(BHとを基板Sの表面に供給する。これにより、加熱された基板Sの表面へ励起状態の窒素が供給され、その後にZr(BHが供給されることから、基板表面では吸着するZr(BHの窒化反応や熱分解反応が表面反応として進行し、硼窒化ジルコニウム膜の成膜処理が開始される。 When the supply of the nitrogen radical is started, the control unit 41 drives the flow rate controller MFC1 to introduce a carrier gas having a flow rate corresponding to the film formation conditions in the bulk region into the raw material tank TK, and the carrier gas and Zr (BH 4 ). 4 is supplied to the surface of the substrate S. Thus, excited nitrogen is supplied to the surface of the heated substrate S, and then Zr (BH 4 ) 4 is supplied. Therefore, the nitridation reaction of Zr (BH 4 ) 4 adsorbed on the substrate surface and heat The decomposition reaction proceeds as a surface reaction, and the film formation process of the zirconium boronitride film is started.

硼窒化ジルコニウム膜の成膜が開始されると、制御部41は、タイマ41Bの計時する経過時間が前記第1ステップ時間に到達するまで、いわば前記バルク領域(導電性バルク領域MC1c、絶縁性バルク領域MC1d)である硼窒化ジルコニウム膜が形成されるまで窒素ガスの流量を第1ステップ流量に維持し続ける。そして、タイマ41Bの計時する成膜時間が第1ステップ時間に到達すると、制御部41は、流量コントローラMFC2を駆動して窒素ガスの流量を第1ステップ流量から前記第2ステップ流量へ切換える。制御部41は、経過時間が前記第2ステップ時間に到達するまで、いわば前記表層部MC1sの前駆膜である硼窒化ジルコニウム膜(以下単に、表層前駆部MC1b)が形成されるまで、流量コントローラMFC2からの窒素ガスの流量を第2ステップ流量に維持し続ける。   When the formation of the zirconium boronitride film is started, the control unit 41 keeps talking about the bulk region (conductive bulk region MC1c, insulating bulk) until the elapsed time counted by the timer 41B reaches the first step time. The flow rate of the nitrogen gas is kept at the first step flow rate until the zirconium boronitride film which is the region MC1d) is formed. When the film formation time measured by the timer 41B reaches the first step time, the control unit 41 drives the flow rate controller MFC2 to switch the flow rate of nitrogen gas from the first step flow rate to the second step flow rate. The controller 41 controls the flow rate controller MFC2 until the elapsed time reaches the second step time, that is, until a zirconium boronitride film (hereinafter simply referred to as a surface layer precursor MC1b) that is a precursor film of the surface layer MC1s is formed. The nitrogen gas flow rate from is maintained at the second step flow rate.

これにより、先行する成膜雰囲気では相対的に高い窒素濃度の雰囲気が形成され、当該成膜雰囲気によって、膜中の窒素濃度が相対的に高くなる硼窒化ジルコニウム膜、すなわちバルク領域(導電性バルク領域MC1c、絶縁性バルク領域MC1d)が形成される。次いで、後続する成膜雰囲気では相対的に低い窒素濃度の雰囲気が形成され、当該成膜雰囲気によって、膜中の窒素濃度が相対的に低くなる硼窒化ジルコニウム膜、すなわち表層前駆部MC1bが連続的に形成される。この結果、バルク領域では、相対的に高い抵抗選択性と相対的に低い耐酸化性とを有する硼窒化ジルコニウム膜が得られる一方で、表層前駆部では、相対的に低い抵抗選択性と相対的に高い耐酸化性とを有する硼窒化ジルコニウム膜が得られる。そして、バルク領域に関わる酸化が、この表層前駆部MC1bの高い耐酸化性によって抑制される。   As a result, an atmosphere having a relatively high nitrogen concentration is formed in the preceding film-forming atmosphere, and the zirconium boronitride film in which the nitrogen concentration in the film is relatively high, that is, a bulk region (conductive bulk) Region MC1c and insulating bulk region MC1d) are formed. Next, an atmosphere having a relatively low nitrogen concentration is formed in the subsequent film formation atmosphere, and the zirconium boronitride film in which the nitrogen concentration in the film is relatively low, that is, the surface layer precursor MC1b is continuously formed by the film formation atmosphere. Formed. As a result, a zirconium boronitride film having a relatively high resistance selectivity and a relatively low oxidation resistance is obtained in the bulk region, while a relatively low resistance selectivity and a relative value are obtained in the surface layer precursor. Thus, a zirconium boronitride film having high oxidation resistance can be obtained. The oxidation related to the bulk region is suppressed by the high oxidation resistance of the surface layer precursor MC1b.

一方、上記表層前駆部MC1bは、その膜中窒素濃度が低くなることで相対的に高い耐酸化性を発現するが、その組成が硼化ジルコニウムに近づくことで表層全体にわたり高い導電性を発現してしまう。そこで、表層前駆部MC1bの成膜処理が完了すると、表層前駆部MC1bに対しては、導電性を消失させるための酸化処理が施される。これにより、バルク領域上の全体にわたり絶縁性を有する表層部MC1sが形成されて、下地が導電体である領域にのみ、導電性を有する第1メタルキャップ膜MC1が形成される。なお、表層前駆部MC1bを酸化させる上では、上記表層前駆部MC1bを大気に放置するだけの処理で可能であるが、成膜装置20に当該酸化処理用のチャンバを設けて当該チャンバにより酸化処理を実行させてもよい。   On the other hand, the surface layer precursor MC1b exhibits relatively high oxidation resistance due to the low nitrogen concentration in the film, but exhibits high conductivity over the entire surface layer due to its composition approaching zirconium boride. End up. Therefore, when the film formation process of the surface layer precursor MC1b is completed, the surface layer precursor MC1b is subjected to an oxidation process for eliminating conductivity. As a result, the insulating surface layer MC1s is formed over the entire bulk region, and the conductive first metal cap film MC1 is formed only in the region whose base is the conductor. In order to oxidize the surface layer precursor MC1b, the surface layer precursor MC1b can be simply left in the atmosphere. However, the film forming apparatus 20 is provided with the chamber for the oxidation treatment, and the chamber is subjected to the oxidation treatment. May be executed.

第1メタルキャップ膜MC1が形成されると、第1メタルキャップ膜MC1に第3層間絶縁膜D3、エッチストップ膜ES、第4層間絶縁膜D4及び第2ハードマスクHM2が順に積層される。続いて、公知のデュアルダマシン法を用いて、第2ハードマスクHM2及び第4層間絶縁膜D4に第2トレンチTH2が形成されて、エッチストップ膜ES、第3層間絶縁膜D3及び第1メタルキャップ膜MC1にビアホールVHが形成される。ビアホールVHと第2トレンチTH2とが形成されると、ビアホールVHと第2トレンチTH2とが形成されると、ビアホールVHの内面及び第2トレンチTH2の内面を覆う第2バリア膜B2と、ビアホールVH内及び第2トレンチTH2内を埋め込む第2配線M2とが形成される。   When the first metal cap film MC1 is formed, the third interlayer insulating film D3, the etch stop film ES, the fourth interlayer insulating film D4, and the second hard mask HM2 are sequentially stacked on the first metal cap film MC1. Subsequently, a second trench TH2 is formed in the second hard mask HM2 and the fourth interlayer insulating film D4 using a known dual damascene method, and an etch stop film ES, a third interlayer insulating film D3, and a first metal cap are formed. A via hole VH is formed in the film MC1. When the via hole VH and the second trench TH2 are formed, when the via hole VH and the second trench TH2 are formed, the second barrier film B2 that covers the inner surface of the via hole VH and the inner surface of the second trench TH2, and the via hole VH A second wiring M2 that fills the inside and the second trench TH2 is formed.

この際、第1メタルキャップ膜MC1には、絶縁体である表層部MC1sが含まれているが、ビアホールVHを形成する際に第1メタルキャップ膜MC1がエッチングされることで、上記表層部MC1sの絶縁性を略無視することができ、第2配線M2と第1配線M1との間の導電性が確保される。さらには、表層部MC1sの膜厚が導電性バルク領域MC1cよりも十分に薄い膜厚であることから、仮に第1メタルキャップ膜MC1のエッチング時に第1メタルキャップ膜MC1の残渣が存在する場合であっても、当該残渣の導電性を得られる分だけ、上記コンタクト抵抗の低抵抗化を図ることができる。   At this time, the first metal cap film MC1 includes the surface layer portion MC1s that is an insulator. However, when the via hole VH is formed, the first metal cap film MC1 is etched, whereby the surface layer portion MC1s. Therefore, the conductivity between the second wiring M2 and the first wiring M1 is ensured. Furthermore, since the film thickness of the surface layer portion MC1s is sufficiently thinner than the conductive bulk region MC1c, there is a case where a residue of the first metal cap film MC1 exists when the first metal cap film MC1 is etched. Even in such a case, the contact resistance can be lowered by the amount that the conductivity of the residue can be obtained.

そして、第2配線M2が形成されると、第2配線M2を有する基板Sが再び成膜装置20へ搬入されて、上記第1メタルキャップ膜MC1と同じく、基板Sの表面である第2ハードマスクHM2と第2配線M2とに前記成膜処理が施されて、バルク領域と表層部とからなる第2メタルキャップ膜MC2が形成される。   When the second wiring M2 is formed, the substrate S having the second wiring M2 is carried into the film forming apparatus 20 again, and the second hard, which is the surface of the substrate S, is the same as the first metal cap film MC1. The film forming process is performed on the mask HM2 and the second wiring M2, and a second metal cap film MC2 including a bulk region and a surface layer portion is formed.

[メタルキャップ膜の成膜条件]
次いで、上記成膜処理にて利用する第1ステップ流量、第1ステップ時間、第2ステップ流量、及び第2ステップ時間、いわば条件データIdについて図7(a)〜(d)を参照して説明する。条件データIdは、予め実施する各種試験等に基づき、メタルキャップ膜の表層部(表層前駆部)で高い耐酸化性が得られるように、以下のように設定される。
[Metal cap film formation conditions]
Next, the first step flow rate, the first step time, the second step flow rate, the second step time, or the so-called condition data Id used in the film forming process will be described with reference to FIGS. To do. The condition data Id is set as follows so that high oxidation resistance is obtained at the surface layer portion (surface layer precursor portion) of the metal cap film based on various tests performed in advance.

図7(a)〜(d)は、成膜条件の1つである窒素ガスの流量を変更した4種類の硼窒化ジルコニウム膜に関する大気放置後のオージェ電子分光分析(AES)測定結果を示す。なお、図7(a)は、シリコン基板を用いて下記成膜条件下で成膜した硼窒化ジルコニウム膜に関するAES測定結果を示す。また、図7(b)〜(d)は、それぞれシリコン酸化膜付のシリコン基板を用いて窒素ガスの流量を30sccm、50sccm、100sccmに変更し、その他の条件を下記成膜条件と同じくして得たAES測定結果を示す。また、図7(a)〜(d)における横軸は、AES測定時のスパッタ量を用いて換算した硼窒化ジルコニウム膜の膜厚(換算膜厚)を示す。   FIGS. 7A to 7D show the results of Auger electron spectroscopy (AES) measurement after standing in the atmosphere for four types of zirconium boronitride films in which the flow rate of nitrogen gas, which is one of the film forming conditions, is changed. FIG. 7 (a) shows the AES measurement results for a zirconium boronitride film formed under the following film formation conditions using a silicon substrate. 7 (b) to 7 (d), each using a silicon substrate with a silicon oxide film, the flow rate of nitrogen gas is changed to 30 sccm, 50 sccm, and 100 sccm, and other conditions are the same as the following film formation conditions. The obtained AES measurement results are shown. In addition, the horizontal axis in FIGS. 7A to 7D represents the film thickness (converted film thickness) of the zirconium boronitride film converted using the sputtering amount at the time of AES measurement.

(成膜条件)
・基板温度:220℃
・Zr(BH:55sccm
・キャリアガスの流量(MFC1):100sccm
・窒素ガスの流量(MFC2):20sccm
・マイクロ波出力:44W
・処理圧力:400Pa
図7(a)〜(d)に示すように、硼窒化ジルコニウム膜の膜中においては、成膜時における窒素ガスの流量が高くなるに連れて、窒素濃度(図7において「N」:一点鎖線)の増加が認められる。例えば、窒素ガスの流量が20sccmである場合には、図7(a)に示すように、膜中における窒素濃度が10%にも満たないが、成膜時における窒素ガスの流量が30sccm、50sccm、100sccmへと増加すると、図7(b)〜図(d)に示すように、膜中における窒素濃度が約25%、約33%、約38%へと増加している。なお、成膜時における窒素ガスの流量として50sccmと100sccmとを用いた場合には、こうした膜中窒素濃度の増加に伴って上記の抵抗選択性が認められたが、一方で20sccmと30sccmとを用いた場合には、絶縁体上における導電性が発現されて、上記の抵抗選択性が十分に認められなかった。
(Deposition conditions)
-Substrate temperature: 220 ° C
・ Zr (BH 4 ) 4 : 55 sccm
Carrier gas flow rate (MFC1): 100 sccm
Nitrogen gas flow rate (MFC2): 20 sccm
・ Microwave output: 44W
・ Processing pressure: 400Pa
As shown in FIGS. 7A to 7D, in the zirconium boronitride film, as the flow rate of nitrogen gas during film formation increases, the nitrogen concentration (“N” in FIG. 7: one point) An increase in the chain line is observed. For example, when the flow rate of nitrogen gas is 20 sccm, as shown in FIG. 7A, the nitrogen concentration in the film is less than 10%, but the flow rate of nitrogen gas during film formation is 30 sccm and 50 sccm. As shown in FIGS. 7B to 7D, the nitrogen concentration in the film increases to about 25%, about 33%, and about 38%. In addition, when 50 sccm and 100 sccm were used as the flow rate of nitrogen gas at the time of film formation, the above resistance selectivity was recognized as the nitrogen concentration in the film increased. On the other hand, 20 sccm and 30 sccm were observed. When used, conductivity on the insulator was expressed, and the above resistance selectivity was not sufficiently observed.

図7(a)〜(d)に示すように、硼窒化ジルコニウム膜の膜中においては、換算膜厚が大きくなるに連れて、すなわち膜表面から深さ方向へ進むに連れて、酸素濃度(図において「O」:実線)の低下が認められる。酸素が含まれる膜表面からの厚み、いわば硼窒
化ジルコニウム膜における表面酸化層の厚みに関しては、成膜時における窒素ガスの流量が高くなるに連れて増加が認められる。例えば、窒素ガスの流量が20sccmである場合には、図7(a)に示すように、当該硼窒化ジルコニウム膜の大気放置により、膜表面からの深さが5.6nmになるまでは酸化が認められ、5.6nmを超える深さでは酸化が認められない。一方で、成膜時における窒素ガスの流量が30sccm、50sccm、100sccmへと増加すると、図7(b)〜図(d)に示すように、表面酸化層の厚みが、14.0nm、16.8nm、16.8nmと増加しまう。
7A to 7D, in the zirconium boronitride film, as the equivalent film thickness increases, that is, as the depth from the film surface increases, the oxygen concentration ( In the figure, a decrease in “O” (solid line) is observed. An increase in the thickness from the film surface containing oxygen, that is, the thickness of the surface oxide layer in the zirconium boronitride film, is observed as the flow rate of nitrogen gas during film formation increases. For example, when the flow rate of nitrogen gas is 20 sccm, as shown in FIG. 7 (a), the zirconium boronitride film is left in the atmosphere until the depth from the film surface reaches 5.6 nm. Recognized, no oxidation is observed at depths above 5.6 nm. On the other hand, when the flow rate of nitrogen gas at the time of film formation is increased to 30 sccm, 50 sccm, and 100 sccm, the thickness of the surface oxide layer becomes 14.0 nm, 16. It increases to 8 nm and 16.8 nm.

そこで、上記第2ステップ流量としては、上記抵抗選択性に拘わらず表面酸化層が最も薄くなる条件、すなわち20sccmが設定されて、上記第2ステップ時間としては、当該第2ステップ流量における表面酸化層の厚み、すなわち5.6nmに相当する時間が設定される。一方、上記第1ステップ流量としては、上記耐酸化性に拘わらず抵抗選択性が確実に発現される条件、すなわち50sccmあるいは100sccmが設定されて、上記第1ステップ時間としては、所望のメタルキャップ膜の厚み、例えば30nmから上記表面酸化層の厚み(5.6nm)を除いた膜厚(24.4nm)に相当する時間が設定される。   Therefore, the second step flow rate is set to the condition that the surface oxide layer is the thinnest regardless of the resistance selectivity, that is, 20 sccm, and the second step time is the surface oxide layer at the second step flow rate. The time corresponding to 5.6 nm, that is, 5.6 nm, is set. On the other hand, the first step flow rate is set such that the resistance selectivity is surely expressed regardless of the oxidation resistance, that is, 50 sccm or 100 sccm, and the first step time is a desired metal cap film. For example, a time corresponding to a film thickness (24.4 nm) obtained by removing the thickness of the surface oxide layer (5.6 nm) from 30 nm is set.

これにより、メタルキャップ膜のバルク領域(導電性バルク領域MC1c、絶縁性バルク領域MC1d)では、相対的に高い抵抗選択性を確保することができ、そのバルク領域に関わる酸化が表層部の高い耐酸化性によって抑制される。それゆえに、上記バルク領域と表層部とからなるメタルキャップ膜は、その抵抗選択性を大きく損なうことなく、耐酸化性を向上させることができる。   Thereby, in the bulk region (conductive bulk region MC1c, insulating bulk region MC1d) of the metal cap film, relatively high resistance selectivity can be secured, and oxidation related to the bulk region has high acid resistance in the surface layer portion. Suppressed by chemical properties. Therefore, the metal cap film composed of the bulk region and the surface layer portion can improve the oxidation resistance without greatly impairing the resistance selectivity.

上記実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)上記実施形態において、成膜装置20の制御部41は、硼窒化ジルコニウム膜の成膜時間が経過するに連れて窒素ガスの供給量を低くして励起した窒素の供給量を低くする。したがって、硼窒化ジルコニウム膜のバルク領域を相対的に高い窒素濃度の下で形成できることから、バルク領域の高窒素化を図ることで硼窒化ジルコニウム膜に抵抗選択性を発現させることができる。そして、硼窒化ジルコニウム膜の表層部を相対的に低い窒素濃度の下で形成できることから、前記バルク領域に対する耐酸化性を表層部により向上させることができる。そのため、多層配線構造においては、メタルキャップ膜である硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることができ、ひいては半導体装置10の信頼性を向上させることができる。
According to the said embodiment, there exist the following effects.
(1) In the above embodiment, the control unit 41 of the film forming apparatus 20 reduces the supply amount of excited nitrogen by lowering the supply amount of nitrogen gas as the deposition time of the zirconium boronitride film elapses. . Accordingly, since the bulk region of the zirconium boronitride film can be formed under a relatively high nitrogen concentration, resistance selectivity can be expressed in the zirconium boronitride film by increasing the nitrogen content of the bulk region. Since the surface layer portion of the zirconium boronitride film can be formed under a relatively low nitrogen concentration, the oxidation resistance to the bulk region can be improved by the surface layer portion. Therefore, in the multilayer wiring structure, the oxidation resistance of the zirconium boronitride film that is the metal cap film can be improved, and as a result, the reliability of the semiconductor device 10 can be improved.

(2)上記実施形態において、成膜装置20の制御部41は、窒素ガスの流量を第1ステップ流量にしてバルク領域を成膜し、窒素ガスの流量を第1ステップ流量から第1ステップ流量よりも低い第2ステップ流量に切り替えてバルク領域よりも薄い表層部を成膜する。したがって、バルク領域における高窒素濃度を第1ステップ流量により具現化でき、表層部における低窒素濃度を第2ステップ流量により具現化できる。この結果、窒素ガスの流量を第1ステップ流量から第2ステップ流量に切換えるだけで、硼窒化ジルコニウム膜の耐酸化性を向上させることができ、それゆえに簡便な構成の下で半導体装置10の信頼性を向上させることができる。   (2) In the above embodiment, the control unit 41 of the film forming apparatus 20 forms the bulk region by setting the flow rate of nitrogen gas to the first step flow rate, and changes the nitrogen gas flow rate from the first step flow rate to the first step flow rate. The surface layer part thinner than the bulk region is formed by switching to a lower second step flow rate. Therefore, the high nitrogen concentration in the bulk region can be realized by the first step flow rate, and the low nitrogen concentration in the surface layer portion can be realized by the second step flow rate. As a result, the oxidation resistance of the zirconium boronitride film can be improved only by switching the flow rate of nitrogen gas from the first step flow rate to the second step flow rate. Therefore, the reliability of the semiconductor device 10 can be improved under a simple configuration. Can be improved.

(3)上記実施形態においては、表層前駆部MC1bを酸化することにより表層部MC1sを形成し、ビアホールVHを形成する際に、当該表層部MC1sを含むメタルキャップ膜をエッチングする。したがって、第1配線M1と第2配線M2との間においては、メタルキャップ膜の一部あるいは全部が除去されることから、第1配線M1と第2配線M2との間のコンタクト抵抗に対し、表層部の影響を十分に抑えることができる。この結果、第1配線M1と第2配線M2との間で良好なコンタクト抵抗を得ることができ、ひいては半導体装置10の信頼性を向上させることができる。   (3) In the above embodiment, when the surface layer precursor MC1b is oxidized to form the surface layer MC1s and the via hole VH is formed, the metal cap film including the surface layer MC1s is etched. Accordingly, a part or all of the metal cap film is removed between the first wiring M1 and the second wiring M2, so that the contact resistance between the first wiring M1 and the second wiring M2 is reduced. The influence of the surface layer portion can be sufficiently suppressed. As a result, a good contact resistance can be obtained between the first wiring M1 and the second wiring M2, and as a result, the reliability of the semiconductor device 10 can be improved.

尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、励起した窒素の供給量を窒素ガスの流量で切換える構成にした。これに限らず、成膜時間が経過するに連れて励起した窒素の供給量を低くする上においては、マイクロ波電源FGからの出力値を切換えることにより、照射管37における窒素プラズマの密度を切替え、これにより励起した窒素の供給量を切換える構成であってもよい。
In addition, you may implement the said embodiment in the following aspects.
-In the said embodiment, it was set as the structure which switches the supply amount of the excited nitrogen with the flow volume of nitrogen gas. In addition to this, in reducing the supply amount of excited nitrogen as the deposition time elapses, the density of the nitrogen plasma in the irradiation tube 37 is switched by switching the output value from the microwave power source FG. The configuration may be such that the supply amount of the excited nitrogen is switched.

・上記実施形態では、1つのバルク領域と1つの表層部とからなるメタルキャップ膜について説明したが、これに限らず、成膜時間が経過するに連れて励起した窒素の供給量を低くする上においては、メタルキャップ膜を複数のバルク領域あるいは複数の表層部からなる膜として具体化してもよい。   In the above embodiment, the metal cap film composed of one bulk region and one surface layer portion has been described. However, the present invention is not limited to this, and the supply amount of excited nitrogen is lowered as the film formation time elapses. In this case, the metal cap film may be embodied as a film composed of a plurality of bulk regions or a plurality of surface layer portions.

・上記実施形態においては、ビアホールVHを形成する際に、第1配線M1上の表層部とバルク領域の双方がエッチングされる。これに限らず、第1配線M1と第2配線M2との間におけるコンタクト抵抗の低抵抗化を図る上では、表層部のみをエッチングする構成であってもよい。   In the above embodiment, when forming the via hole VH, both the surface layer portion and the bulk region on the first wiring M1 are etched. However, the present invention is not limited to this, and in order to reduce the contact resistance between the first wiring M1 and the second wiring M2, only the surface layer portion may be etched.

・上記実施形態では、表層前駆部MC1bを大気に放置することで表層部MC1sを酸化したが、表層前駆部MC1bの導電性を消失させる上においては、表層前駆部MC1bが後続する第2層間絶縁膜D2の成膜処理によって酸化される構成であってもよい。   In the above embodiment, the surface layer part MC1s is oxidized by leaving the surface layer precursor part MC1b in the atmosphere. However, in order to eliminate the conductivity of the surface layer precursor part MC1b, the second interlayer insulation followed by the surface layer precursor part MC1b The structure oxidized by the film-forming process of the film | membrane D2 may be sufficient.

・上記実施形態においては、表面酸化層の厚みに相当する時間が第2ステップ時間として設定される。これに限らず、バルク領域の耐酸化性を向上する上においては、表面酸化層の厚みよりも薄い膜厚に相当する時間が第2ステップ時間として設定されてもよい。この構成においては、第2ステップ流量で表層を形成する分だけ、バルク領域の耐酸化性を向上させることができ、しかも、絶縁体である表層の膜厚の薄膜化を図ることができる。ひいては、ビアホールVHの底部にメタルキャップ膜の残渣が発生する場合であっても、第1配線M1と第2配線M2とのコンタクト抵抗に関して、より確実に低抵抗化を図ることができる。   In the above embodiment, the time corresponding to the thickness of the surface oxide layer is set as the second step time. In addition to this, in order to improve the oxidation resistance of the bulk region, a time corresponding to a film thickness thinner than the thickness of the surface oxide layer may be set as the second step time. In this configuration, the oxidation resistance of the bulk region can be improved as much as the surface layer is formed at the second step flow rate, and the thickness of the surface layer that is an insulator can be reduced. As a result, even when a residue of the metal cap film is generated at the bottom of the via hole VH, the contact resistance between the first wiring M1 and the second wiring M2 can be reliably reduced.

・上記実施形態では、半導体装置10が2層の銅配線を有する例について説明したが、これに限らず、上記の硼窒化ジルコニウム膜をメタルキャップ膜として利用する構成であれば、半導体装置10は、その銅配線の層数に限定されるものではない。   In the above-described embodiment, the example in which the semiconductor device 10 has two layers of copper wiring has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the semiconductor device 10 may be configured as long as the above-described zirconium boronitride film is used as a metal cap film. The number of copper wiring layers is not limited.

半導体装置を示す部分断面図。FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a semiconductor device. 成膜装置の全体を示す図。The figure which shows the whole film-forming apparatus. 成膜チャンバを示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the film-forming chamber. 成膜装置の電気的構成を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a film forming apparatus. 半導体装置の製造方法を示す工程図。Process drawing which shows the manufacturing method of a semiconductor device. 半導体装置の製造方法を示すタイムチャート。6 is a time chart showing a method for manufacturing a semiconductor device. (a)〜(d)は、表面酸化層の膜厚に対する窒素ガスの流量依存性を示すAES測定グラフ。(A)-(d) is an AES measurement graph which shows the flow rate dependence of nitrogen gas with respect to the film thickness of a surface oxidation layer.

符号の説明Explanation of symbols

MC1…硼窒化ジルコニウム膜を構成する第1メタルキャップ膜、MC1c…導電性バルク領域、MC1d…絶縁性バルク領域、MC1s…表層部、MC2…硼窒化ジルコニウム膜を構成する第2メタルキャップ膜、M1…金属膜を構成する第1配線、M2…金属膜を構成する第2配線、MFC1,MFC2,MFC3…成膜部を構成する流量コントロー
ラ、FG…マイクロ波電源、10…半導体装置、20…半導体装置の製造装置としての成膜装置、31S…真空槽を構成する処理室、37…照射管、38…マイクロ波源。
MC1... First metal cap film constituting the zirconium boronitride film, MC1c... Conductive bulk region, MC1d... Insulating bulk region, MC1s. ... 1st wiring which comprises a metal film, M2 ... 2nd wiring which comprises a metal film, MFC1, MFC2, MFC3 ... Flow rate controller which comprises a film-forming part, FG ... Microwave power supply, 10 ... Semiconductor device, 20 ... Semiconductor A film forming apparatus as an apparatus for manufacturing the apparatus, 31S, a processing chamber constituting a vacuum chamber, 37, an irradiation tube, 38, a microwave source.

Claims (7)

絶縁膜と前記絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱した状態で収容する真空槽と、Zr(BHと励起した窒素とを前記真空槽へ供給して加熱下の基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜する成膜部とを備えた半導体装置の製造装置であって、
前記成膜部は、
成膜時間が経過するに連れて前記励起した窒素の供給量を低くすることを特徴とする半導体装置の製造装置。
A vacuum chamber that accommodates in a heated state the substrate from which the insulating film and the metal film surrounded by the insulating film are heated, Zr (BH 4 ) 4 and excited nitrogen are supplied to the vacuum chamber and heated. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a film forming unit that forms a zirconium boronitride film on a substrate surface;
The film forming unit includes:
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the supply amount of the excited nitrogen is lowered as the film formation time elapses.
請求項1に記載する半導体装置の製造装置であって、
前記成膜部は、
前記励起した窒素の供給量を第1の値にしてバルク領域である第1硼窒化ジルコニウム膜を成膜し、前記励起した窒素の供給量を前記第1の値から前記第1の値よりも低い第2の値に切り替えて表層部である第2硼窒化ジルコニウム膜を成膜し、前記第1硼窒化ジルコニウム膜よりも薄い前記第2硼窒化ジルコニウム膜で前記第1硼窒化ジルコニウム膜を被覆することを特徴とする半導体装置の製造装置。
A semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 1,
The film forming unit includes:
A first zirconium boronitride film, which is a bulk region, is formed by setting the excited nitrogen supply amount to a first value, and the excited nitrogen supply amount is changed from the first value to the first value. A second zirconium boronitride film, which is a surface layer portion, is formed by switching to a lower second value, and the first zirconium boronitride film is covered with the second zirconium boronitride film that is thinner than the first zirconium boronitride film. An apparatus for manufacturing a semiconductor device.
請求項2に記載する半導体装置の製造装置であって、
前記成膜部は、
前記真空槽に連結された管への窒素ガスの流量を制御する流量コントローラと、
前記管内へマイクロ波を照射するマイクロ波電源とを備え、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する際には、前記マイクロ波電源からの出力を維持すると共に、前記流量コントローラを駆動することにより前記窒素ガスの流量を第1流量から第2流量に切換えて前記励起した窒素の供給量を前記第1の値から前記第2の値に切換えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
A semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2,
The film forming unit includes:
A flow rate controller for controlling the flow rate of nitrogen gas to a tube connected to the vacuum chamber;
A microwave power source for irradiating the tube with microwaves,
When forming the zirconium boronitride film, while maintaining the output from the microwave power source, the flow rate of the nitrogen gas is switched from the first flow rate to the second flow rate by driving the flow rate controller. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the supply amount of excited nitrogen is switched from the first value to the second value.
絶縁膜と前記絶縁膜に囲まれた金属膜とが露出する基板を加熱し、Zr(BHと励起した窒素とを前記基板へ供給することにより加熱下の基板表面に硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、
成膜時間が経過するに連れて前記励起した窒素の供給量を低くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
The substrate and the metal film surrounded by the insulating film and the insulating film is exposed to heat, boronitride zirconium film on the substrate surface under heating by supplying nitrogen excited with Zr (BH 4) 4 to the substrate A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a film,
The step of forming the zirconium boronitride film includes
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the supply amount of the excited nitrogen is lowered as the film formation time elapses.
請求項4に記載する半導体装置の製造方法であって、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、
前記励起した窒素の供給量を第1の値にしてバルク領域である第1硼窒化ジルコニウム膜を成膜し、前記励起した窒素の供給量を前記第1の値から前記第1の値よりも低い第2の値に切り替えて表層部である第2硼窒化ジルコニウム膜を成膜し、前記第1硼窒化ジルコニウム膜よりも薄い前記第2硼窒化ジルコニウム膜で前記第1硼窒化ジルコニウム膜を被覆することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4,
The step of forming the zirconium boronitride film includes
A first zirconium boronitride film, which is a bulk region, is formed by setting the excited nitrogen supply amount to a first value, and the excited nitrogen supply amount is changed from the first value to the first value. A second zirconium boronitride film, which is a surface layer portion, is formed by switching to a lower second value, and the first zirconium boronitride film is covered with the second zirconium boronitride film that is thinner than the first zirconium boronitride film. A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項5に記載する半導体装置の製造方法であって、
前記硼窒化ジルコニウム膜を成膜する工程は、
流量コントローラから供給される窒素ガスにマイクロ波を照射して前記励起した窒素を生成し、マイクロ波の出力を維持しながら前記窒素ガスの流量を第1流量から第2流量に切換えることにより前記励起した窒素の供給量を前記第1の値から前記第2の値に切換えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5,
The step of forming the zirconium boronitride film includes
The excited nitrogen is generated by irradiating the nitrogen gas supplied from the flow rate controller with microwaves, and the flow rate of the nitrogen gas is switched from the first flow rate to the second flow rate while maintaining the microwave output. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the supplied amount of nitrogen is switched from the first value to the second value.
請求項5または6に記載する半導体装置の製造方法であって、
前記第2硼窒化ジルコニウム膜を酸化する工程と、
前記第2硼窒化ジルコニウム膜に他の絶縁膜を積層して前記他の絶縁膜の表面から前記硼窒化ジルコニウム膜を貫通して前記金属膜まで延びる凹部を前記他の絶縁膜に凹設する工程と、
前記凹部内を埋め込むように前記他の絶縁膜に金属膜を積層して当該金属膜を平坦化することにより前記凹部に埋め込まれた配線を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 or 6,
Oxidizing the second zirconium boronitride film;
Laminating another insulating film on the second zirconium boronitride film, and forming a recess in the other insulating film extending from the surface of the other insulating film to the metal film through the zirconium boronitride film. When,
And a step of forming a wiring embedded in the recess by laminating a metal film on the other insulating film so as to fill the recess and planarizing the metal film. Manufacturing method.
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