JP2011151057A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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順也 中平
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a silicon carbide thin film from being lost or peeling with respect to a method of manufacturing a semiconductor device by enhancing mechanical strength of the silicon carbide thin film. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the semiconductor device includes the processes of: forming the silicon carbide thin film using a material, which has a functional group having a -CH<SB>2</SB>- bond combined cyclically with Si and including double bonds, on a porous low-dielectric-constant insulating film; forming a hard mask by etching the silicon carbide thin film into a predetermined pattern; and forming at least one of a groove for wiring formation and a via hole by etching the low-dielectric-constant insulating film using the hard mask as an etching mask. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、例えば、32nmノード以降のロジック系半導体集積回路装置をはじめとするLow-k膜を用いた高集積度半導体装置の多層配線形成プロセスに関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, for example, to a multilayer wiring formation process of a highly integrated semiconductor device using a low-k film including a logic semiconductor integrated circuit device of a 32 nm node or later. .

近年、半導体集積回路装置の微細化及び高速化にともなって、多層配線の形成には銅を配線用導電材料として用いるダマシン法が広く用いられてきた。それとともに、層間絶縁膜の実効誘電率の低減が求められ、SiCOによるLow-k膜が広く用いられるようになってきた。 In recent years, with the miniaturization and speeding up of semiconductor integrated circuit devices, a damascene method using copper as a conductive material for wiring has been widely used for forming multilayer wiring. At the same time, the effective dielectric constant of the interlayer insulating film is required to be reduced, and a low-k film made of SiCO has been widely used.

このようなLow-k膜としては、環状構造をもった原料をCVD装置に導入し、その構造を生かして空孔を形成することにより、低誘電率の膜を形成することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As such a low-k film, it has been proposed to form a film having a low dielectric constant by introducing a raw material having an annular structure into a CVD apparatus and forming holes using the structure. (For example, refer to Patent Document 1).

ここで、図26を参照して従来の埋込配線構造を説明する。図26は従来の埋込配線の概念的断面図であり、ここでは、バリアメタル膜84を介してCuビア85とCu埋込配線86を一括して形成するデュアルダマシン工程による埋込配線として説明する。層間絶縁膜は、SiCN系のCu拡散防止膜81/ポーラスSiCO系のポーラスLow-k膜82/高密度SiCO系のLow-kキャップ膜83からなり、Cu拡散防止膜81はポーラスLow-k膜82のドライエッチングストップ層も兼ねている。 Here, a conventional buried wiring structure will be described with reference to FIG. FIG. 26 is a conceptual cross-sectional view of a conventional buried wiring. Here, the explanation is made as a buried wiring by a dual damascene process in which a Cu via 85 and a Cu buried wiring 86 are collectively formed through a barrier metal film 84. To do. The interlayer insulating film is composed of a SiCN-based Cu diffusion preventing film 81 / a porous SiCO-based porous Low-k film 82 / a high-density SiCO-based Low-k cap film 83, and the Cu diffusion preventing film 81 is a porous Low-k film. Also serves as a dry etching stop layer 82.

しかし、レジストマスクによって配線トレンチをエッチングするプロセスを採用した場合、アッシングによるレジスト除去の際にポーラスLow-k膜82の側壁が変質し、層間絶縁膜の実効誘電率が増加してしまうという問題が生じている。 However, when the process of etching the wiring trench with a resist mask is employed, the side wall of the porous Low-k film 82 is altered when the resist is removed by ashing, and the effective dielectric constant of the interlayer insulating film increases. Has occurred.

このような問題を解決するために、レジストのパターンをSiC(炭化シリコン)に転写しSiCハードマスクによってLow-k膜をエッチングすることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。この提案では、Low-k膜の側壁はレジストのアッシングに曝されないので、Low-k膜が変質するおそれがない。 In order to solve such a problem, it has been proposed to transfer a resist pattern to SiC (silicon carbide) and to etch a low-k film with a SiC hard mask (see, for example, Patent Document 2). In this proposal, the side wall of the low-k film is not exposed to the ashing of the resist, so that there is no possibility that the low-k film is altered.

また、Low-k材料に比べてエッチングレートの小さいSiCハードマスクを用いることにより、Low-kのエッチング中にハードマスクのパターン形状が変化することが抑制されるので、良好なエッチング形状が得られる。 Further, by using a SiC hard mask having a lower etching rate than that of the low-k material, it is possible to suppress a change in the pattern shape of the hard mask during the low-k etching, so that a good etching shape can be obtained. .

国際公開公報WO2003/019645International Publication WO2003 / 019645 特開2009−004665号公報JP 2009-004665 A

近年のLow-k材料は誘電率を下げるためにSiCH結合を膜中に増やすという方法をとっているため、Low-k材料の誘電率が低下するにしたがってSiC(炭化シリコン)がハードマスクとして機能しにくくなっているという問題がある。 In recent years, low-k materials have a method of increasing the number of SiCH 3 bonds in the film in order to lower the dielectric constant. Therefore, SiC (silicon carbide) is used as a hard mask as the dielectric constant of low-k materials decreases. There is a problem that it is difficult to function.

即ち、SiCH結合を増やすとLow-k膜中のC/Si組成比が2に近づく。一方、ハードマスクに用いるストイキオメトリなSiCはC/Si組成比が2であるので、層間絶縁膜とハードマスクのドライエッチングレートが近くなり、Low-kのエッチングの際にハードマスクのSiCもエッチングされることになる。 That is, when the SiCH 3 bond is increased, the C / Si composition ratio in the low-k film approaches 2. On the other hand, the stoichiometric SiC used for the hard mask has a C / Si composition ratio of 2, so that the dry etching rate between the interlayer insulating film and the hard mask is close, and the SiC of the hard mask is also reduced during the low-k etching. It will be etched.

そのため、上述の特許文献2における提案では、エッチングにより形成されるトレンチの形状が悪化し、配線間リークあるいは配線間TDDB(Time Depndent Dielectrics Breakdown)特性の劣化といった問題が懸念される。 For this reason, in the above-mentioned proposal in Patent Document 2, the shape of the trench formed by etching is deteriorated, and there is a concern that the leakage between wirings or the deterioration of TDDB (Time Dependent Dielectrics Breakdown) characteristics between the wirings.

また、上述のようにCu埋込配線における層間絶縁膜として誘電率の低いSiCOが用いられてきたが、多層配線の信頼性が低下するという問題がある。即ち、従来のSiCO膜は、機械強度が低いために多層配線プロセスにおけるCMP(化学機械研磨)工程や、パッケージの工程におけるワイヤーボンディング工程などで、応力に耐え切れず膜が破壊し膜剥がれが生じてしまう。 Further, as described above, SiCO having a low dielectric constant has been used as the interlayer insulating film in the Cu embedded wiring, but there is a problem that the reliability of the multilayer wiring is lowered. In other words, since the conventional SiCO film has low mechanical strength, it cannot withstand stress in the CMP (Chemical Mechanical Polishing) process in the multilayer wiring process or the wire bonding process in the package process, and the film is broken and the film peels off. End up.

例えば、上述の特許文献1の提案では、原料の環状構造をそのまま膜中に形成するために低エネルギーで堆積する必要がある。しかし、高い機械強度の膜を形成するには高エネルギーで強固な結合をもつ膜を堆積しなくてはならないため、特許文献1で提案された手法では高い機械強度をもつ膜を形成するのは困難であった。 For example, in the proposal of the above-mentioned patent document 1, it is necessary to deposit with low energy in order to form the ring structure of the raw material as it is in the film. However, in order to form a film having high mechanical strength, a film having high energy and a strong bond must be deposited. Therefore, in the method proposed in Patent Document 1, a film having high mechanical strength is formed. It was difficult.

したがって、本発明は、炭化シリコン薄膜の機械強度を高め、膜の消失や剥離を防止することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to increase the mechanical strength of a silicon carbide thin film and prevent the disappearance and peeling of the film.

開示する一観点からは、ポーラスな低誘電率絶縁膜上に−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料を用いて炭化シリコン薄膜を形成する工程と、前記炭化シリコン薄膜を所定パターンにエッチングしてハードマスクを形成する工程と、前記ハードマスクをエッチングマスクとして前記低誘電率絶縁膜をエッチングして配線形成用溝或いはビアホールの少なくとも一方を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 From one disclosed aspect, a silicon carbide thin film is formed on a porous low dielectric constant insulating film by using a raw material having a functional group containing a double bond and a —CH 2 — bond that is cyclic and bonded to Si. Forming a hard mask by etching the silicon carbide thin film into a predetermined pattern; and etching the low dielectric constant insulating film using the hard mask as an etching mask to form at least one of a wiring forming groove or a via hole A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

また、開示する別の観点からは、下地上に−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料を用いたプラズマ化学気相成長法により炭化シリコン薄膜をCuに対する拡散防止膜として成膜する工程と、前記拡散防止膜上に前記原料と同じ原料と酸素含有ガスを用いたプラズマ化学気相成長法によりSiCO薄膜を層間絶縁膜として成膜する工程と、前記層間絶縁膜をエッチングして配線形成用溝或いはビアホールの少なくとも一方を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。 From another point of view, silicon carbide is formed by a plasma chemical vapor deposition method using a raw material having a functional group including a double bond and a Si—CH 2 — bond in a cyclic form on a base. Forming a thin film as an anti-diffusion film for Cu, and forming a SiCO thin film as an interlayer insulating film on the diffusion preventive film by plasma chemical vapor deposition using the same raw material and oxygen-containing gas as the raw material And a step of etching the interlayer insulating film to form at least one of a trench for forming a wiring or a via hole.

開示の半導体装置の製造方法によれば、環状構造を分解し、炭化シリコン薄膜中の−C−の強固なネットワークにより高い機械強度が実現でき、膜の消失や剥離を防止することができる。 According to the disclosed method for manufacturing a semiconductor device, the annular structure can be decomposed, and a high mechanical strength can be realized by a strong network of —C 2 H 4 — in the silicon carbide thin film, thereby preventing the disappearance and peeling of the film. it can.

本発明の実施の形態の半導体装置の基本的製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the basic manufacturing process of the semiconductor device of embodiment of this invention. 低誘電率絶縁膜に対するエッチング選択比のC/Si組成比依存性の説明図である。It is explanatory drawing of C / Si composition ratio dependence of the etching selection ratio with respect to a low dielectric constant insulating film. 本発明の炭化シリコン薄膜の誘電率のRFパワー依存性の説明図である。It is explanatory drawing of RF power dependence of the dielectric constant of the silicon carbide thin film of this invention. 本発明の各実施例に用いるプラズマCVD装置の概念的構成図である。It is a notional block diagram of the plasma CVD apparatus used for each Example of the present invention. 本発明の実施例1の半導体装置の製造工程の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の半導体装置の製造工程の図5以降の説明図である。FIG. 6 is an explanatory view after FIG. 5 of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の製造工程を適用した半導体装置の概念的構成図である。It is a conceptual block diagram of the semiconductor device to which the manufacturing process of Example 1 of this invention is applied. 本発明の実施例2の半導体装置の製造工程の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の半導体装置の製造工程の図8以降の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of the semiconductor device manufacturing process of Example 2 of the present invention after FIG. 8. 本発明の実施例2の構造による誘電率低減効果の説明図である。It is explanatory drawing of the dielectric constant reduction effect by the structure of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の半導体装置の製造工程の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3の半導体装置の製造工程の図11以降の説明図である。FIG. 11 is an explanatory view after FIG. 11 of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 3 of the present invention. 本発明の実施例3のSiCO系Low-k膜のエッチング選択比の酸素濃度依存性の説明図である。It is explanatory drawing of oxygen concentration dependence of the etching selection ratio of the SiCO type | system | group Low-k film | membrane of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3のビア歩留りの酸素濃度依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the oxygen concentration dependence of the via | veer yield of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3のSiCO系Low-k膜中の酸素濃度の酸素流量比依存性の説明図である。It is explanatory drawing of oxygen flow ratio dependence of the oxygen concentration in the SiCO type | system | group Low-k film | membrane of Example 3 of this invention. 本発明の実施例3のSiCO系Low-k膜の機械的強度の説明図である。It is explanatory drawing of the mechanical strength of the SiCO type | system | group Low-k film | membrane of Example 3 of this invention. 本発明の実施例4の半導体装置の製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of the semiconductor device of Example 4 of this invention. 本発明の実施例4の製造工程のタイムチャートである。It is a time chart of the manufacturing process of Example 4 of this invention. 本発明の実施例4におけるSi-Hピーク強度の後処理時間依存性の説明図である。It is explanatory drawing of post-processing time dependence in the Si-H peak intensity | strength in Example 4 of this invention. 本発明の実施例4におけるSi-OHピーク強度の大気放置時間依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the atmospheric standing time dependence of the Si-OH peak intensity in Example 4 of this invention. 本発明の実施例4における誘電率変化の大気放置時間依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the atmospheric standing time dependence of the dielectric constant change in Example 4 of this invention. 本発明の実施例4におけるSi-Hピーク強度の酸素添加依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the oxygen addition dependence of the Si-H peak intensity | strength in Example 4 of this invention. 本発明の実施例4におけるSi-OHピーク強度の紫外線処理依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the ultraviolet-ray processing dependence of the Si-OH peak intensity in Example 4 of this invention. 本発明の実施例4における誘電率変化の紫外線処理依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the ultraviolet-ray process dependence of the dielectric constant change in Example 4 of this invention. 本発明の実施例4におけるキュア効果のモデル図である。It is a model figure of the cure effect in Example 4 of this invention. 従来の埋込配線の概念的断面図である。It is a conceptual sectional view of a conventional embedded wiring.

ここで、図1乃至図3を参照して、本発明の実施の形態の半導体装置の製造工程を説明する。図1は、本発明の実施の形態の半導体装置の製造工程の説明図であり、ここではシングルダマシン工程として説明する。まず、図1(a)に示すように、下地1の上に拡散防止膜2、ポーラスな低誘電率絶縁膜3を成膜したのち、本発明の特徴点である炭化シリコン薄膜4を成膜する。下地1は例えば、高密度SiCO系のLow-kキャップ膜等からなり、また、ポーラスな低誘電率絶縁膜3は、典型的にはポーラスSiCO膜である。   Here, with reference to FIGS. 1 to 3, a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and will be described here as a single damascene process. First, as shown in FIG. 1A, after a diffusion prevention film 2 and a porous low dielectric constant insulating film 3 are formed on a base 1, a silicon carbide thin film 4 which is a feature of the present invention is formed. To do. The base 1 is made of, for example, a high density SiCO-based Low-k cap film, and the porous low dielectric constant insulating film 3 is typically a porous SiCO film.

炭化シリコン薄膜4は、−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料、典型的には、1−1、ジビニール−1−シラシクロペンタン(DVScP:1−1,divinyl-silacyclopentane)を用いたプラズマCVD法によって成膜する。 The silicon carbide thin film 4 is a raw material, typically 1-1, divinyl-1-silacyclopentane (DVScP), in which —CH 2 — bonds are cyclic and bonded to Si and have a functional group including a double bond. : 1-1, divine-silacyclopentane).

次いで、図1(b)に示すように、炭化シリコン薄膜4を所定パターンにエッチングしてハードマスク5とする。次いで、図1(c)に示すように、ハードマスク5をエッチングマスクとして低誘電率絶縁膜3をドライエッチングして配線形成用溝6を形成する。 Next, as shown in FIG. 1B, the silicon carbide thin film 4 is etched into a predetermined pattern to form a hard mask 5. Next, as shown in FIG. 1C, the low dielectric constant insulating film 3 is dry-etched using the hard mask 5 as an etching mask to form a wiring forming groove 6.

次いで、図1(d)に示すように、ハードマスク5を除去する工程を利用して、拡散防止膜2の露出部を除去する。以降は、バリアメタル膜を介してCu埋込層により配線形成用溝6を埋め込んだのち、CMP(化学機械研磨)法により、低誘電率絶縁膜3の表面が露出するまで研磨することにより埋込配線を形成する。 Next, as shown in FIG. 1D, the exposed portion of the diffusion prevention film 2 is removed using a process of removing the hard mask 5. Thereafter, the wiring forming groove 6 is filled with a Cu buried layer through a barrier metal film, and then polished by CMP (chemical mechanical polishing) until the surface of the low dielectric constant insulating film 3 is exposed. A lead-in wiring is formed.

従来のSiC膜は-Si-CH-Si-といったネットワークにより形成されるためC/Si組成比が2に近づくのに対し、本発明では-Si-CH-CH-Siといったネットワークが主体なので、炭化シリコン薄膜4中のC/Si比が4に近づく。このため、各種の低誘電率絶縁膜とはC/Si組成比が大きく異なり、エッチングレートが大きく異なることになる。 Since the conventional SiC film is formed by a network such as —Si—CH 2 —Si—, the C / Si composition ratio approaches 2, whereas in the present invention, a network such as —Si—CH 2 —CH 2 —Si is mainly used. Therefore, the C / Si ratio in the silicon carbide thin film 4 approaches 4. For this reason, the C / Si composition ratio is greatly different from various low dielectric constant insulating films, and the etching rate is greatly different.

図2は、低誘電率絶縁膜に対するエッチング選択比のC/Si組成依存性の説明図である。図2(a)は、各SiC膜の組成説明図であり、SiCは、本発明による炭化シリコン薄膜(誘電率:3.5)であり、SiCは、DMDMOS(ジメチルヂメトキシシラン:Si(CH(OCH)によるSiCO膜(誘電率:3.7)である。また、SiCは、4MS(テトラメチルシラン:Si(CH)とCOによるSiCO膜(誘電率:4.5)であり、SiCは、4MSとNHによるSiCO膜(誘電率:5.5)である。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the C / Si composition dependence of the etching selectivity with respect to the low dielectric constant insulating film. FIG. 2A is an explanatory diagram of the composition of each SiC film. 1 SiC is a silicon carbide thin film (dielectric constant: 3.5) according to the present invention, and 2 SiC is DMDMOS (dimethyldimethoxysilane: Si). It is a SiCO film (dielectric constant: 3.7) made of (CH 3 ) 2 (OCH 3 ) 2 ). 3 SiC is a SiCO film (dielectric constant: 4.5) composed of 4MS (tetramethylsilane: Si (CH 3 ) 4 ) and CO 2 , and 4 SiC is a SiCO film (dielectric constant) composed of 4MS and NH 3. : 5.5).

図2(b)は、CFガス、Cガス及びCガスによるエッチングにおける低誘電率絶縁膜に対する各SiC膜のエッチング選択比を示したものである。図から明らかなように、C/Si組成比の大きい材料はエッチレートが小さく、Low-kとのエッチング選択比が大きい。つまり、エッチング選択比はC/Si組成比で大きく異なり、本発明によりC/Si比を大きくすることでエッチング選択比を大きくすることができる。 FIG. 2B shows the etching selectivity of each SiC film with respect to the low dielectric constant insulating film in the etching with CF 4 gas, C 5 F 8 gas, and C 4 F 8 gas. As is apparent from the figure, a material having a high C / Si composition ratio has a low etch rate and a high etching selectivity with Low-k. That is, the etching selectivity varies greatly depending on the C / Si composition ratio, and the etching selectivity can be increased by increasing the C / Si ratio according to the present invention.

ここで、
配線形成用溝6の深さをt
ハードマスク5の厚さをt
低誘電率絶縁膜3のエッチングレートをr
ハードマスク5のエッチングレートをr
とすると、ハードマスク5がエッチングマスクとして機能するためには、
/r<t/r
の関係が必要である。
here,
The depth of the trench 6 for wiring formation is t 1
The thickness of the hard mask 5 is t 2
The etching rate of the low dielectric constant insulating film 3 is set to r 1
The etching rate of the hard mask 5 is r 2
Then, in order for the hard mask 5 to function as an etching mask,
t 1 / r 1 <t 2 / r 2
Is necessary.

エッチング選択比sは、
s=r/r
であるので、
/t<s
の関係が成り立つ。ハードマスク5は最終的に除去しないといけないので、ハードマスク5の除去の際に低誘電率絶縁膜3にダメージが生じないためには、ハードマスク5は薄いほうが好ましい。つまり、tは小さいことが好ましい。この点、本発明ではsが大きくなるのでtを小さくすることが可能である。
The etching selectivity s is
s = r 2 / r 1
So
t 1 / t 2 <s
The relationship holds. Since the hard mask 5 must be finally removed, it is preferable that the hard mask 5 is thin so that the low dielectric constant insulating film 3 is not damaged when the hard mask 5 is removed. That, t 2 is small is preferred. In this regard, in the present invention, since s increases, t 2 can be reduced.

エッチング中にハードマスク5がなくならないためには、低誘電率絶縁膜3とのエッチング選択比sは少なくとも5であることが望まれる。本発明による炭化シリコン薄膜4は図2(b)に示したようにエッチング選択比が大きく、フロロカーボン系ガスのエッチング条件を最適化することにより選択比5を確保することができる。なお、エッチングレートは、エッチング時の反応室圧力やRFパワーよりもエッチングガスに依存するので、少なくともCガスを使う限りは容易に選択比が確保できる。 In order to prevent the hard mask 5 from disappearing during the etching, it is desirable that the etching selectivity s to the low dielectric constant insulating film 3 is at least 5. The silicon carbide thin film 4 according to the present invention has a large etching selectivity as shown in FIG. 2B, and the selectivity 5 can be ensured by optimizing the etching conditions of the fluorocarbon-based gas. Since the etching rate depends on the etching gas rather than the reaction chamber pressure and RF power during etching, the selection ratio can be easily ensured as long as at least C 4 F 8 gas is used.

また、本発明においては、拡散防止膜2も炭化シリコン薄膜4と同じ成膜方法で成膜しても良く、この場合も、拡散防止膜2をハードマスク5と同時にエッチングすることができる。特に、本発明の炭化シリコン薄膜4は上述のように他の拡散防止膜に比べて誘電率が低いので、層間絶縁膜全体の誘電率を低下することができる。 In the present invention, the diffusion prevention film 2 may also be formed by the same film formation method as the silicon carbide thin film 4. In this case, the diffusion prevention film 2 can be etched simultaneously with the hard mask 5. In particular, since the silicon carbide thin film 4 of the present invention has a lower dielectric constant than other diffusion prevention films as described above, the dielectric constant of the entire interlayer insulating film can be reduced.

図3は、本発明の炭化シリコン薄膜の誘電率のRFパワー依存性の説明図であり、ここでは、13MHzRFパワーを変化させた時の炭化シリコン薄膜の誘電率を示している。なお、他の成膜条件としては、DVScP流量は30cc/分、Heキャリアガス流量は70cc/分、チャンバー圧力は1.0Torr、成膜温度は350℃である。この成膜条件内では、炭化シリコン薄膜4の膜中のC/Si組成比は4を保つ。 FIG. 3 is an explanatory diagram of the RF power dependency of the dielectric constant of the silicon carbide thin film of the present invention, and shows the dielectric constant of the silicon carbide thin film when the 13 MHz RF power is changed. As other film formation conditions, the DVScP flow rate is 30 cc / min, the He carrier gas flow rate is 70 cc / min, the chamber pressure is 1.0 Torr, and the film formation temperature is 350 ° C. Within this film forming condition, the C / Si composition ratio in the silicon carbide thin film 4 is maintained at 4.

図3に示すように、誘電率はRFパワーの増大と共に増加することがわかる。したがって、C/Si組成比を4に保ったままで誘電率を変えることができるので、低誘電率絶縁膜3に対するエッチング選択比を変えずに炭化シリコン薄膜4の誘電率を調整することが可能になる。 As shown in FIG. 3, it can be seen that the dielectric constant increases with increasing RF power. Therefore, since the dielectric constant can be changed while maintaining the C / Si composition ratio at 4, it is possible to adjust the dielectric constant of the silicon carbide thin film 4 without changing the etching selectivity with respect to the low dielectric constant insulating film 3. Become.

また、−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料、典型的には、1−1、ジビニール−1−シラシクロペンタン(DVScP:1−1,divinyl-silacyclopentane)と酸化ガスを用いたプラズマCVD法によって低誘電率絶縁膜3を成膜しても良い。酸化ガスはメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコールでも良いが、典型的にはOガスである。 Further, -CH 2 - material bonds with functional groups containing bound and double bonded to Si becomes circular, typically 1-1, Jibiniru-1-silacyclopentane (DVScP: 1-1 The low dielectric constant insulating film 3 may be formed by a plasma CVD method using an oxidative gas. The oxidizing gas may be an alcohol such as methyl alcohol, ethyl alcohol, or isopropyl alcohol, but is typically O 2 gas.

因みに、DVScPとOガスを用いる場合には、O/DVScPの流量比を4以上するとともに、成膜温度を350℃とする。流量比を4以上にすることによって、ビア形成時の歩留まりが大幅に向上し、また、成膜温度を350℃以上にすることによって、同じ屈折率の膜でも機械的強度を高めることができる。 Incidentally, when using DVScP and O 2 gas, the flow rate ratio of O 2 / DVScP is set to 4 or more and the film forming temperature is set to 350 ° C. By setting the flow rate ratio to 4 or more, the yield at the time of via formation is significantly improved, and by setting the film formation temperature to 350 ° C. or more, the mechanical strength can be increased even with a film having the same refractive index.

この場合は、低誘電率絶縁膜3と炭化シリコン薄膜4とを同一反応室で一連の工程で成膜すれば良い。また、拡散防止膜2も本発明の炭化シリコン薄膜とする場合には、拡散防止膜2も同一反応室で一連の工程で成膜すれば良い。 In this case, the low dielectric constant insulating film 3 and the silicon carbide thin film 4 may be formed in a series of steps in the same reaction chamber. When the diffusion prevention film 2 is also a silicon carbide thin film of the present invention, the diffusion prevention film 2 may be formed in a series of steps in the same reaction chamber.

また、炭化シリコン薄膜を拡散防止膜2として用いる場合には、拡散防止膜2の成膜のちに、酸化系のガスでプラズマ処理を行ったり或いは紫外線照射処理を行っても良い。このような処理を行うことによって、拡散防止膜2誘電率の経時的劣化を大幅に低減することが可能になる。 In the case where a silicon carbide thin film is used as the diffusion preventing film 2, after the formation of the diffusion preventing film 2, plasma treatment with an oxidizing gas or ultraviolet irradiation treatment may be performed. By performing such a process, it is possible to greatly reduce the deterioration over time of the dielectric constant of the diffusion preventing film 2.

なお、この場合も、成膜とプラズマ処理或いは紫外線照射処理を同じ反応室で行えば良い。また、この場合の酸化ガスとしては、酸化反応が穏やかなメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどのアルコールを用いることが望ましい。 In this case as well, film formation and plasma treatment or ultraviolet irradiation treatment may be performed in the same reaction chamber. In this case, it is desirable to use an alcohol such as methyl alcohol, ethyl alcohol, or isopropyl alcohol, which has a mild oxidation reaction, as the oxidizing gas.

紫外線照射処理の基板温度としては、200℃以上とすることがのぞましい。また、誘電率の経時的変化を大幅に低減するためには、紫外線照射処理のちの炭化シリコン薄膜の収縮率が3%以上になる条件で行うことが望ましく、そのためには、雰囲気としては、酸化性雰囲気、例えば、窒素ガスと酸素ガスの混合雰囲気を用いることが望ましい。 The substrate temperature for the ultraviolet irradiation treatment is preferably 200 ° C. or higher. Further, in order to significantly reduce the time-dependent change in dielectric constant, it is desirable that the shrinkage rate of the silicon carbide thin film after the ultraviolet irradiation treatment is 3% or more. It is desirable to use a reactive atmosphere, for example, a mixed atmosphere of nitrogen gas and oxygen gas.

以上を前提として、次に、図4乃至図7を参照して、本発明の実施例1の半導体装置の製造方法を説明する。図4は、本発明の各実施例に用いるプラズマCVD装置の概念的構成図であり、このプラズマCVD装置は、枚葉式の一般的な平行平板型の真空チャンバーである。具体的には、真空チャンバー11内には、被処理基板13を載置するとともに加熱する下部電極を兼ねるウェーハステージ12と上部電極を兼ねるシャワーヘッド14が収容されている。 Based on the above, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described next with reference to FIGS. FIG. 4 is a conceptual configuration diagram of a plasma CVD apparatus used in each embodiment of the present invention. This plasma CVD apparatus is a single-wafer type general parallel plate type vacuum chamber. Specifically, in the vacuum chamber 11, a wafer stage 12 that also serves as a lower electrode that heats the substrate 13 to be processed and a shower head 14 that also serves as an upper electrode are accommodated.

この平行平板型の電極には、例えば、27MHzの高周波RF発振機15と例えば、400KHzの低周波RF発振機16とが接続されている。なお、27MHzの高周波のRF発振機15は必要に応じて13MHzのRF発振機に切り替える。 For example, a 27 MHz high frequency RF oscillator 15 and a 400 KHz low frequency RF oscillator 16 are connected to the parallel plate type electrodes. The 27 MHz high frequency RF oscillator 15 is switched to a 13 MHz RF oscillator as necessary.

原料配管19からは、例えば、常温で液体であるDVScPが原料として気化器17に供給され、気化器17において加熱されて気化される。気化されたDVScPガスは、Heガス配管18から供給されるHeガスをキャリアガスとしてシャワーヘッド14に供給される。なお、Oガス配管20は、SiCO等のOを含む膜を成膜する時や、プラズマ処理や紫外線照射処理を酸化性雰囲気中で行う場合に使用する。 From the raw material pipe 19, for example, DVScP that is liquid at normal temperature is supplied as a raw material to the vaporizer 17, and is heated and vaporized in the vaporizer 17. The vaporized DVScP gas is supplied to the shower head 14 using He gas supplied from the He gas pipe 18 as a carrier gas. The O 2 gas pipe 20 is used when a film containing O such as SiCO is formed, or when plasma treatment or ultraviolet irradiation treatment is performed in an oxidizing atmosphere.

次に、図5及び図6を参照して、本発明の実施例1の半導体装置の製造工程を説明する。ここでは、hp(ハイパフォーマンス)32nmノードのデバイス相当のダマシン工程として説明する。まず、図5(a)に示すように、下地となる高密度SiCOからなるLow-kキャップ膜21上に、トリメチルシラン(Si(CH)とNHガスを用いたプラズマCVD法により、SiCNからなる厚さが、例えば、25nmのCuバリア膜22を成膜する。 Next, with reference to FIGS. 5 and 6, the manufacturing process of the semiconductor device of Example 1 of the present invention will be described. Here, a damascene process corresponding to a device of hp (high performance) 32 nm node will be described. First, as shown in FIG. 5A, a plasma CVD method using trimethylsilane (Si (CH 3 ) 4 ) and NH 3 gas on a low-k cap film 21 made of high-density SiCO as a base. A Cu barrier film 22 having a thickness of, for example, 25 nm made of SiCN is formed.

次いで、プラズマCVD法を用いてCuバリア膜22上に厚さが、例えば、60nmのポーラスSiCOからなるポーラスLow-k膜23と、高密度SiCOからなる厚さが、例えば、40nmのLow-kキャップ膜24を順次成膜する。 Next, a low-k film 23 made of porous SiCO having a thickness of, for example, 60 nm and a low-k film having a thickness of, for example, 40 nm made of high-density SiCO are formed on the Cu barrier film 22 by using a plasma CVD method. A cap film 24 is sequentially formed.

次いで、DVScPを用いたプラズマCVD法により、Low-kキャップ膜24の上にハードマスクとなる厚さが、例えば、20nmの炭化シリコン薄膜25を成膜する。この時の成膜条件としては、13MHzRFパワーを500mW/cm、400KHzのRFパワーを80W/cmとし、DVScP流量は30cc/分、Heキャリアガス流量は70cc/分、チャンバー圧力は1.0Torr、成膜温度は350℃とする。 Next, a silicon carbide thin film 25 having a thickness of, for example, 20 nm serving as a hard mask is formed on the low-k cap film 24 by plasma CVD using DVScP. The film formation conditions at this time were 13 MHz RF power of 500 mW / cm 2 , 400 KHz RF power of 80 W / cm 2 , DVScP flow rate of 30 cc / min, He carrier gas flow rate of 70 cc / min, and chamber pressure of 1.0 Torr. The film forming temperature is 350 ° C.

次いで、図5(b)に示すように、レジストパターン26をマスクとして炭化シリコン薄膜25をエッチングしてハードマスク27を形成する。次いで、図5(c)に示すようにレジストパターン26をアッシングにより除去してハードマスク27を露出させる。この時、ポーラスLow-k膜23はLow-kキャップ膜24で覆われており酸素プラズマに暴露されないので、アッシングでは変質しない。 Next, as shown in FIG. 5B, the silicon carbide thin film 25 is etched using the resist pattern 26 as a mask to form a hard mask 27. Next, as shown in FIG. 5C, the resist pattern 26 is removed by ashing to expose the hard mask 27. At this time, since the porous Low-k film 23 is covered with the Low-k cap film 24 and is not exposed to oxygen plasma, it is not altered by ashing.

次いで、図5(d)に示すように、ハードマスク27をマスクとするとともにCをエッチングガスとしてLow-kキャップ膜24及びポーラスLow-k膜23を順次選択的にエッチングしてトレンチ28を形成する。 Next, as shown in FIG. 5D, the low-k cap film 24 and the porous low-k film 23 are selectively etched sequentially using the hard mask 27 as a mask and C 4 F 8 as an etching gas. 28 is formed.

次いで、図6(e)に示すように、ハードマスク27をドライエッチングにより除去する。この時、Cuバリア膜22の露出部も同時にエッチングにより除去される。 Next, as shown in FIG. 6E, the hard mask 27 is removed by dry etching. At this time, the exposed portion of the Cu barrier film 22 is simultaneously removed by etching.

次いで、図6(f)に示すように、スパッタ法により、Ta/TaNからなるバリアメタル膜29を形成する。次いで、無電解CuめっきによりCuめっきシード層を形成したのち、電解めっき法によりCu膜をめっきすることによって、トレンチ28をCu埋込層30により完全に埋め込む。 Next, as shown in FIG. 6F, a barrier metal film 29 made of Ta / TaN is formed by sputtering. Next, after forming a Cu plating seed layer by electroless Cu plating, the Cu film is plated by an electrolytic plating method, thereby completely filling the trench 28 with the Cu buried layer 30.

次いで、図6(g)に示すように、CMP法により、Low-kキャップ膜24が露出するまで研磨して余分なバリアメタル膜29及びCu埋込層30を除去して、埋込配線31を形成する。次いで、図6(h)に示すように、再び、プラズマCVD法を用いてSiCNからなるCuバリア膜32を設けることにより一層分の埋込配線構造が完成する。 Next, as shown in FIG. 6G, polishing is performed by CMP until the low-k cap film 24 is exposed to remove the excess barrier metal film 29 and the Cu buried layer 30, and the buried wiring 31. Form. Next, as shown in FIG. 6H, a Cu barrier film 32 made of SiCN is again provided using the plasma CVD method, thereby completing a buried wiring structure for one layer.

このように、本発明の実施例1においては、ハードマスクとしてC/Si組成比が4の炭化シリコン薄膜を用いているので、ポーラスLow-k膜23に対するエッチング選択比sを5以上にすることができ、それによって、精度の高いトレンチ28の形成が可能になる。   Thus, in Example 1 of the present invention, the silicon carbide thin film having a C / Si composition ratio of 4 is used as the hard mask, so that the etching selection ratio s with respect to the porous Low-k film 23 is set to 5 or more. This makes it possible to form the trench 28 with high accuracy.

また、エッチング選択比sが大きくなることによって、炭化シリコン薄膜25の膜厚を薄くすることができ、それによって、ハードマスク27の除去工程において、ポーラスLow-k膜23に生じるダメージを小さくすることができる。 In addition, since the etching selectivity s increases, the thickness of the silicon carbide thin film 25 can be reduced, thereby reducing the damage caused to the porous Low-k film 23 in the removal process of the hard mask 27. Can do.

図7は、本発明の実施例1の製造工程を適用した半導体装置の概念的構成図である。まず、シリコン基板41に素子分離絶縁膜42を形成したのち、素子分離絶縁膜42で囲まれた素子形成領域の表面にゲート絶縁膜43を形成する。次いで、ゲート電極材料を堆積させた後、所定幅にエッチングしてゲート電極44を形成する。 FIG. 7 is a conceptual configuration diagram of a semiconductor device to which the manufacturing process according to the first embodiment of the present invention is applied. First, after forming the element isolation insulating film 42 on the silicon substrate 41, the gate insulating film 43 is formed on the surface of the element formation region surrounded by the element isolation insulating film 42. Next, after depositing a gate electrode material, the gate electrode 44 is formed by etching to a predetermined width.

次いで、ゲート電極44をマスクとして不純物を導入することによってエクステンション領域45を形成する。次いで、全面に絶縁膜を堆積させた後、異方性エッチングによりサイドウォール46を形成し、このサイドウォール46をマスクとして不純物を導入することによって、ソース領域47及びドレイン領域48を形成する。 Next, an extension region 45 is formed by introducing impurities using the gate electrode 44 as a mask. Next, after depositing an insulating film on the entire surface, sidewalls 46 are formed by anisotropic etching, and impurities are introduced using the sidewalls 46 as a mask, thereby forming a source region 47 and a drain region 48.

次いで、層間絶縁膜49を形成したのち、ソース領域47及びドレイン領域48に達するビアホールを形成する(なお、図においては、ドレイン領域48側のみを示している)。次いで、TiNからなるバリアメタル50を介してW膜を設け、CMP法で研磨して平坦化することによってWプラグ51を形成する。 Next, after the interlayer insulating film 49 is formed, via holes reaching the source region 47 and the drain region 48 are formed (only the drain region 48 side is shown in the figure). Next, a W film is provided through a barrier metal 50 made of TiN, and is polished by a CMP method to be flattened, thereby forming a W plug 51.

次いで、図5乃至図6に示した製造工程を適用して埋込配線31を形成する。次いで、デュアルダマシン工程を用いて、Cuビア52とCu埋込配線53を同時に形成する。なお、この場合のCu埋込配線53を埋め込む層間絶縁膜の層構造は埋込配線31を埋め込む層間絶縁膜と同じ積層順位とする。 Next, the embedded wiring 31 is formed by applying the manufacturing process shown in FIGS. Next, a Cu via 52 and a Cu buried wiring 53 are formed simultaneously using a dual damascene process. In this case, the layer structure of the interlayer insulating film in which the Cu embedded wiring 53 is embedded has the same stacking order as the interlayer insulating film in which the embedded wiring 31 is embedded.

次いで、このようなデュアルダマシン工程を必要とする層数分繰り返したのち、その表面をCuバリア膜32で覆うことによって、多層配線構造の形成工程が完了する。なお、図においては、各Cu埋込配線53とCuビア52との接続を同じ箇所で行っているが、実際には異なった位置で行っている。 Next, the dual damascene process is repeated for the number of layers that require it, and then the surface thereof is covered with the Cu barrier film 32, whereby the multilayer wiring structure forming process is completed. In the figure, each Cu embedded wiring 53 and Cu via 52 are connected at the same location, but are actually at different locations.

次に、図8乃至図10を参照して、本発明の実施例2の半導体装置の製造方法を説明するが、この実施例2は実施例1におけるCuバリア膜をDVScPを用いて成膜した炭化シリコン薄膜に置き換えたものである。また、ここでも、hpの32nmノードのデバイス相当のダマシン工程として説明する。 Next, with reference to FIGS. 8 to 10, a method for manufacturing a semiconductor device according to Example 2 of the present invention will be described. In Example 2, the Cu barrier film in Example 1 was formed using DVScP. It is replaced with a silicon carbide thin film. Also here, a damascene process corresponding to a hp 32 nm node device will be described.

まず、図8(a)に示すように、下地となる高密度SiCOからなるLow-kキャップ膜21上に、DVScPを用いたプラズマCVD法により、Cuバリア膜となる厚さが、例えば、15nmの炭化シリコン薄膜54を成膜する。この場合の成膜条件は、実施例1における炭化シリコン薄膜25の成膜条件と同じにする。 First, as shown in FIG. 8A, the thickness of the Cu barrier film is, for example, 15 nm on the Low-k cap film 21 made of high-density SiCO as a base by the plasma CVD method using DVScP. The silicon carbide thin film 54 is formed. The film forming conditions in this case are the same as the film forming conditions for the silicon carbide thin film 25 in the first embodiment.

以降は、実施例1と同様に、プラズマCVD法を用いて炭化シリコン薄膜54上に厚さが、例えば、60nmのポーラスSiCOからなるポーラスLow-k膜23と、高密度SiCOからなる厚さが、例えば、40nmのLow-kキャップ膜24を順次成膜する。次いで、DVScPを用いたプラズマCVD法により、Low-kキャップ膜24の上にハードマスクとなる厚さが、例えば、20nmの炭化シリコン薄膜25を成膜する。 Thereafter, similarly to Example 1, the thickness is formed on the silicon carbide thin film 54 using the plasma CVD method, for example, the porous Low-k film 23 made of porous SiCO of 60 nm and the thickness made of high-density SiCO. For example, a low-k cap film 24 of 40 nm is sequentially formed. Next, a silicon carbide thin film 25 having a thickness of, for example, 20 nm serving as a hard mask is formed on the low-k cap film 24 by plasma CVD using DVScP.

次いで、図8(b)に示すように、レジストパターン26をマスクとして炭化シリコン薄膜25をエッチングしてハードマスク27を形成する。次いで、図8(c)に示すようにレジストパターン26をアッシングにより除去してハードマスク27を露出させる。 Next, as shown in FIG. 8B, the silicon carbide thin film 25 is etched using the resist pattern 26 as a mask to form a hard mask 27. Next, as shown in FIG. 8C, the resist pattern 26 is removed by ashing to expose the hard mask 27.

次いで、図8(d)に示すように、ハードマスク27をマスクとするとともにCをエッチングガスとしてLow-kキャップ膜24及びポーラスLow-k膜23を順次選択的にエッチングしてトレンチ28を形成する。 Next, as shown in FIG. 8D, the low-k cap film 24 and the porous low-k film 23 are sequentially and selectively etched using the hard mask 27 as a mask and C 4 F 8 as an etching gas. 28 is formed.

次いで、図9(e)に示すように、ハードマスク27をドライエッチングにより除去する。この時、炭化シリコン薄膜54の露出部も同時にエッチングにより除去される。次いで、図9(f)に示すようにTa/TaNからなるバリアメタル膜29を形成したのち、Cu膜をめっきすることによって、トレンチ28をCu埋込層30により完全に埋め込む。 Next, as shown in FIG. 9E, the hard mask 27 is removed by dry etching. At this time, the exposed portion of the silicon carbide thin film 54 is simultaneously removed by etching. Next, as shown in FIG. 9F, after forming a barrier metal film 29 made of Ta / TaN, the Cu film is plated to completely bury the trench 28 with the Cu buried layer 30.

次いで、図9(g)に示すように、CMP法により埋込配線31を形成する。次いで、図9(h)に示すように、再び、DVScPを用いたプラズマCVD法によりCuバリア膜となる炭化シリコン薄膜55を設けることにより一層分の埋込配線構造が完成する。以降は、同様の工程を繰り返すことによって図7に示した半導体装置と同様の積層構造が得られる。 Next, as shown in FIG. 9G, the embedded wiring 31 is formed by the CMP method. Next, as shown in FIG. 9 (h), a silicon carbide thin film 55 serving as a Cu barrier film is provided again by plasma CVD using DVScP, thereby completing a buried wiring structure for one layer. Thereafter, by repeating the same process, a stacked structure similar to that of the semiconductor device shown in FIG. 7 can be obtained.

このように、本発明の実施例2においては、ハードマスクとCuバリア膜を同じ炭化シリコン薄膜で形成しているので、同時にドライエッチングで除去することが容易になる。90nmから65nm、45nmそして32nmノードと集積化がすすむなかで、Cuバリア膜の膜厚は常にトレンチ28の深さのほぼ5分の1を保ってきた。   Thus, in Example 2 of the present invention, since the hard mask and the Cu barrier film are formed of the same silicon carbide thin film, it becomes easy to remove them simultaneously by dry etching. The integration of 90 nm to 65 nm, 45 nm, and 32 nm nodes has continued, and the film thickness of the Cu barrier film has always been kept about one fifth of the depth of the trench 28.

即ち、一般に、Cu埋込配線の側面と底面はバリアメタル膜で保護されているが、上面は保護されていない。そのためCuバリア膜はCuの性能を保つために密度の高い膜、例えば、高密度SiCN膜を使い、配線工程における水分や様々なガスからCuを保護している。しかし、密度が高いと配線間容量が増大するので、トレンチ深さの5分の1程度にとどめている。 That is, generally, the side and bottom surfaces of the Cu embedded wiring are protected by the barrier metal film, but the top surface is not protected. Therefore, the Cu barrier film uses a high-density film, for example, a high-density SiCN film, in order to maintain the performance of Cu, and protects Cu from moisture and various gases in the wiring process. However, if the density is high, the inter-wiring capacitance increases, so it is limited to about one fifth of the trench depth.

しかし、炭化シリコン薄膜を用いた場合には誘電率が低いので、膜厚を厚くして保護性能を高めても配線間容量の増加が抑制される。一方、膜厚を薄いままにしておくと、配線間容量をさらに低減することができるので、この事情を図10を参照して説明する。 However, when a silicon carbide thin film is used, since the dielectric constant is low, an increase in inter-wiring capacitance is suppressed even if the film thickness is increased to improve the protection performance. On the other hand, if the film thickness is kept thin, the interwiring capacitance can be further reduced. This situation will be described with reference to FIG.

図10は、本発明の実施例2の構造による誘電率低減効果の説明であり、図10(a)は多層配線構造の概念的断面図であり、図10(b)は配線間容量の誘電率依存性の説明図である。図10(a)に示すように、ここでは、プラズマSiO膜61上にSiCN-Cuバリア膜62を介して埋込配線63を形成し、ついで、本発明のCuバリア膜64を設ける。その上にポーラスLow-k膜66,65及びLow-kキャップ膜67を設け、このポーラスLow-k膜65に直行する幅50nmで間隔50nmのCuからなる埋込配線68を設ける。 10A and 10B are diagrams for explaining the effect of reducing the dielectric constant by the structure of the second embodiment of the present invention. FIG. 10A is a conceptual cross-sectional view of the multilayer wiring structure, and FIG. It is explanatory drawing of rate dependence. As shown in FIG. 10A, here, the buried wiring 63 is formed on the plasma SiO 2 film 61 via the SiCN—Cu barrier film 62, and then the Cu barrier film 64 of the present invention is provided. On top of this, porous low-k films 66 and 65 and a low-k cap film 67 are provided, and an embedded wiring 68 made of Cu with a width of 50 nm and an interval of 50 nm is provided perpendicular to the porous low-k film 65.

次いで、本発明のCuバリア膜69を介してポーラスLow-k膜72を設け、次いで、その上に埋込配線73を形成し、最後に、本発明のCuバリア膜74を設ける。本発明のCuバリア膜64,69,74について、Cuバリア膜69で代表して説明する。右側の拡大図にしめすように、Cuバリア膜69は、密着層となる誘電率が5.5で厚さが、例えば、5nmのSiCN膜70と、DVScPを用いて成膜した炭化シリコン薄膜71の二層構造になっている。 Next, a porous Low-k film 72 is provided via the Cu barrier film 69 of the present invention, then an embedded wiring 73 is formed thereon, and finally a Cu barrier film 74 of the present invention is provided. The Cu barrier films 64, 69 and 74 of the present invention will be described by using the Cu barrier film 69 as a representative. As shown in the enlarged view on the right side, the Cu barrier film 69 has a dielectric constant of 5.5 as an adhesion layer and a thickness of, for example, a 5 nm SiCN film 70 and a silicon carbide thin film 71 formed using DVScP. It has a two-layer structure.

図10(b)は、Cuバリア膜の上層の膜の膜厚を10nm及び20nmにした場合の配線間容量を上層の誘電率を変えてプロットしてある。例えば、厚さが20nmで誘電率が4.5のSiCO膜を、誘電率が3.5の本発明による炭化シリコン薄膜を用いて10nmの厚さに変えると、配線間容量を4.3%低減することができる。 FIG. 10B plots the inter-wiring capacitance when the film thickness of the upper layer of the Cu barrier film is 10 nm and 20 nm, while changing the dielectric constant of the upper layer. For example, when a SiCO film having a thickness of 20 nm and a dielectric constant of 4.5 is changed to a thickness of 10 nm by using the silicon carbide thin film according to the present invention having a dielectric constant of 3.5, the capacitance between wirings is 4.3%. Can be reduced.

仮に、ポーラスLow-k膜の誘電率のみを低減させて同様の配線間容量の低減をするには、誘電率を2.4から2.1以下に変える必要があるが、誘電率の低減に伴う機械強度の低下により、多層配線の機械強度が低下することが懸念される。一方、本発明の実施例2では、Cuバリア膜に炭化シリコン薄膜を用いることで、ポーラスLow-k膜の誘電率を変えることなく配線間容量の低減が可能になる。 To reduce the inter-wiring capacitance by reducing only the dielectric constant of the porous Low-k film, it is necessary to change the dielectric constant from 2.4 to 2.1 or less. There is a concern that the mechanical strength of the multilayer wiring is reduced due to the accompanying reduction in mechanical strength. On the other hand, in Example 2 of the present invention, by using a silicon carbide thin film for the Cu barrier film, the capacitance between wirings can be reduced without changing the dielectric constant of the porous Low-k film.

次に、図11乃至図16を参照して、本発明の実施例3の半導体装置の製造方法を説明するが、この実施例3は実施例2におけるポーラスLow-k膜及びLow-kキャップ膜をDVScPを用いたSiCO系Low-k膜に置き換えたものである。また、ここでも、hpの32nmノードのデバイス相当のダマシン工程として説明する。 Next, with reference to FIGS. 11 to 16, a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is a porous low-k film and a low-k cap film according to the second embodiment. Is replaced with a SiCO-based Low-k film using DVScP. Also here, a damascene process corresponding to a hp 32 nm node device will be described.

まず、図11(a)に示すように、本発明のDVScPを用いたSiCO系Low-k膜56からなる下地上に、DVScPを用いたプラズマCVD法により、Cuバリア膜となる厚さが、例えば、15nmの炭化シリコン薄膜54を成膜する。この場合の成膜条件は、実施例1における炭化シリコン薄膜25の成膜条件と同じにする。 First, as shown in FIG. 11 (a), the thickness of the Cu barrier film formed on the base made of the SiCO Low-k film 56 using DVScP of the present invention by the plasma CVD method using DVScP is as follows. For example, a 15 nm silicon carbide thin film 54 is formed. The film forming conditions in this case are the same as the film forming conditions for the silicon carbide thin film 25 in the first embodiment.

引き続いて、同じ真空チャンバーにおいて、厚さが、例えば、80nmのDVScPを用いたSiCO系Low-k膜57とハードマスクとなる厚さが、例えば、15nmの炭化シリコン薄膜25を順次成膜する。 Subsequently, in the same vacuum chamber, a SiCO Low-k film 57 using DVScP having a thickness of, for example, 80 nm and a silicon carbide thin film 25 having a thickness of, for example, 15 nm serving as a hard mask are sequentially formed.

SiCO系Low-k膜56,57の成膜条件は、例えば、DVSCP流量を20cc/分、酸素を80cc/分、真空チャンバーの圧力を1Torr、高周波RFRバイアスを27MHzで1.0W/cmとする。また、成膜温度は350℃以上、例えば、390℃とする。 The deposition conditions of the SiCO-based Low-k films 56 and 57 are, for example, a DVSCP flow rate of 20 cc / min, oxygen of 80 cc / min, a vacuum chamber pressure of 1 Torr, and a high frequency RFR bias of 1.0 W / cm 2 at 27 MHz. To do. The film forming temperature is 350 ° C. or higher, for example, 390 ° C.

次いで、図11(b)に示すように、レジストパターン26をマスクとして炭化シリコン薄膜25をエッチングしてハードマスク27を形成する。次いで、図11(c)に示すようにレジストパターン26をアッシングにより除去してハードマスク27を露出させる。 Next, as shown in FIG. 11B, the hard mask 27 is formed by etching the silicon carbide thin film 25 using the resist pattern 26 as a mask. Next, as shown in FIG. 11C, the resist pattern 26 is removed by ashing to expose the hard mask 27.

次いで、図11(d)に示すように、ハードマスク27をマスクとするとともにCをエッチングガスとしてSiCO系Low-k膜57を選択的にエッチングしてトレンチ28を形成する。 Next, as shown in FIG. 11D, the trench 28 is formed by selectively etching the SiCO-based Low-k film 57 using the hard mask 27 as a mask and using C 4 F 8 as an etching gas.

次いで、図12(e)に示すように、ハードマスク27をドライエッチングにより除去する。この時、Cuバリア膜となる炭化シリコン薄膜54の露出部も同時にエッチングにより除去される。次いで、図12(f)に示すようにTa/TaNからなるバリアメタル膜29を形成したのち、Cu膜をめっきすることによって、トレンチ28をCu埋込層30により完全に埋め込む。 Next, as shown in FIG. 12E, the hard mask 27 is removed by dry etching. At this time, the exposed portion of the silicon carbide thin film 54 to be the Cu barrier film is also removed by etching. Next, as shown in FIG. 12 (f), a barrier metal film 29 made of Ta / TaN is formed, and then the Cu film is plated to completely bury the trench 28 with the Cu buried layer 30.

次いで、図12(g)に示すように、CMP法により埋込配線31を形成する。次いで、図12(h)に示すように、再び、DVScPを用いたプラズマCVD法によりCuバリア膜となる炭化シリコン薄膜55を設けることにより一層分の埋込配線構造が完成する。以降は、同様の工程を繰り返すことによって図7に示した半導体装置と同様の積層構造が得られる。 Next, as shown in FIG. 12G, the embedded wiring 31 is formed by the CMP method. Next, as shown in FIG. 12H, a silicon carbide thin film 55 serving as a Cu barrier film is provided again by a plasma CVD method using DVScP, thereby completing a buried wiring structure for one layer. Thereafter, by repeating the same process, a stacked structure similar to that of the semiconductor device shown in FIG. 7 can be obtained.

このように、本発明の実施例3においては、ポーラスLow-k膜もDVScPを用いたプラズマCVD法により形成しているので、同じ原料を用いてCuバリア膜、ポーラスLow-k膜及びハードマスクを一連の成膜工程で形成することが可能になる。   As described above, in Example 3 of the present invention, the porous Low-k film is also formed by the plasma CVD method using DVScP. Therefore, the same material is used to form the Cu barrier film, the porous Low-k film, and the hard mask. Can be formed in a series of film forming steps.

また、ポーラスLow-k膜は、−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料であるDVScPを用いて、従来より高エネルギーな条件で成膜している。その結果、高強度なSi−(CH−Siのネットワークによる機械的に高強度なポーラスSiCO膜が成膜できる。 In addition, the porous Low-k film is formed using DVScP, which is a raw material having a functional group containing a double bond and a Si—C 2 — bond in a cyclic form, under a condition of higher energy than conventional. is doing. As a result, a mechanically high-strength porous SiCO film can be formed using a high-strength Si— (CH 2 ) n —Si network.

図13は、本発明の実施例3のSiCO系Low-k膜のエッチング選択比の酸素濃度依存性の説明図である。ここでは、エッチングガスとしてCFとArの混合ガスを用い、50mTorrの圧力下で、13MHzで0.6W/cmのRFパワーを印加した場合のポーラスSiCO膜中の酸素濃度〔atm%〕とSiCのエッチングレートに対する比をプロットしている。図に示すように、エッチング選択比はポーラスSiCO膜中の酸素濃度に対してリニア−な関係にある。 FIG. 13 is an explanatory diagram of the oxygen concentration dependence of the etching selectivity of the SiCO-based Low-k film of Example 3 of the present invention. Here, the oxygen concentration [atm%] in the porous SiCO film when a mixed gas of CF 4 and Ar is used as an etching gas and an RF power of 0.6 W / cm 2 is applied at 13 MHz under a pressure of 50 mTorr. The ratio of SiC to etching rate is plotted. As shown in the figure, the etching selectivity has a linear relationship with the oxygen concentration in the porous SiCO film.

図14は、本発明の実施例3のビア歩留りの酸素濃度依存性の説明図である。ここでは、SiCの膜厚を25nmとし、ポーラスSiCO膜の膜厚を100nmとし、バリアメタルをTa/TaNの積層構造とした140nmピッチのCu二層配線を作成した場合の、ビアの歩留まりの関係を示している。 FIG. 14 is an explanatory diagram of the dependency of via yield on oxygen concentration in Example 3 of the present invention. Here, the via yield relationship when a 140-nm-pitch Cu double-layer wiring having a SiC film thickness of 25 nm, a porous SiCO film thickness of 100 nm, and a barrier metal Ta / TaN laminated structure is prepared. Is shown.

図13に示すように、酸素濃度が低いとエッチング選択比が小さいためオーバーエッチング量が大きくなり、その結果、図14に示すように、バリアメタルの被覆性が悪化しビアの歩留まりが低下する。一方、本発明によるポーラスSiCO膜は、後述するように従来のLow-k膜より機械的強度が高いので、バリアメタルのCMP工程のオーバーポリッシュによりキズなどの機械的なダメージが少ないため歩留まりが向上する。 As shown in FIG. 13, when the oxygen concentration is low, the etching selectivity is small and the amount of over-etching becomes large. As a result, as shown in FIG. 14, the barrier metal coverage deteriorates and the via yield decreases. On the other hand, the porous SiCO film according to the present invention has higher mechanical strength than the conventional low-k film, as will be described later, so that the yield is improved because there is less mechanical damage such as scratches due to over polishing in the CMP process of the barrier metal. To do.

図15は、本発明の実施例3のSiCO系Low-k膜中の酸素濃度の酸素流量比依存性の説明図である。このとき、真空チャンバーの圧力は1Torrで、RFバイアスは27MHzで1.0W/cmである。図から明らかなように、酸素流量比を4倍以上に調整することにより、ポーラスSiCO膜中の酸素濃度を40atom%以上に調整することができる。その結果、図14に示したように、ビアの歩留りが100%になる。 FIG. 15 is an explanatory diagram of the oxygen flow ratio dependence of the oxygen concentration in the SiCO-based Low-k film of Example 3 of the present invention. At this time, the pressure of the vacuum chamber is 1 Torr, and the RF bias is 1.0 W / cm 2 at 27 MHz. As is apparent from the figure, the oxygen concentration in the porous SiCO film can be adjusted to 40 atom% or more by adjusting the oxygen flow rate ratio to 4 times or more. As a result, as shown in FIG. 14, the via yield is 100%.

図16は、本発明の実施例3のSiCO系Low-k膜の機械的強度の説明図である。従来のLow-k膜は、原料ガスとしてTMS(テトラメチルシラン)とCOガスを用いたプラズマCVD法により、成膜温度を390℃、圧力を4Torr、RFバイアスを13MHzで1.0W/cmの条件下で成膜したポーラスSiCO膜である。一方、本発明では、上述のようにDVScP流量を20cc/分、酸素を80cc/分、真空チャンバーの圧力を1Torr、高周波RFバイアスは27MHzで1.0W/cmとする。また、成膜温度は350℃と390℃とした。 FIG. 16 is an explanatory diagram of the mechanical strength of the SiCO-based Low-k film of Example 3 of the present invention. A conventional low-k film is formed by plasma CVD using TMS (tetramethylsilane) and CO 2 gas as source gases, a film forming temperature of 390 ° C., a pressure of 4 Torr, an RF bias of 13 MHz, and 1.0 W / cm. 2 is a porous SiCO film formed under the condition ( 2 ). On the other hand, in the present invention, as described above, the DVScP flow rate is 20 cc / min, oxygen is 80 cc / min, the vacuum chamber pressure is 1 Torr, and the high-frequency RF bias is 1.0 W / cm 2 at 27 MHz. The film forming temperatures were 350 ° C. and 390 ° C.

図16から明らかなように、本発明のポーラスLow-k膜は従来のポーラスSiCO膜に比べて高い機械強度を得ることができる。実際、上記の図7のように4層の配線を作成すると、誘電率2.7の従来のLow-k膜と従来の誘電率3.7のSiCO膜を用いた構造では一層目のLow-k膜とCuバリア膜との界面でハガレが生じた。しかし、本発明で誘電率2.5のポーラスSiCOLow-k膜と誘電率3.5の炭化シリコン薄膜からなるCuバリア膜を同じプラズマCVD装置内で連続して成膜すると、全くハガレがみられなかった。 As is apparent from FIG. 16, the porous Low-k film of the present invention can obtain higher mechanical strength than the conventional porous SiCO film. Actually, when a four-layer wiring is formed as shown in FIG. 7 above, the first Low-k in the structure using the conventional Low-k film having a dielectric constant of 2.7 and the conventional SiCO film having a dielectric constant of 3.7. The peeling occurred at the interface between the k film and the Cu barrier film. However, when a Cu barrier film composed of a porous SiCOLow-k film having a dielectric constant of 2.5 and a silicon carbide thin film having a dielectric constant of 3.5 is continuously formed in the same plasma CVD apparatus in the present invention, no peeling is observed. There wasn't.

次に、図17乃至図25を参照して、本発明の実施例4の半導体装置の製造方法を説明するが、ここでは、上述の実施例2におけるSiC系のCuバリア膜の成膜工程の後処理工程として説明する。図17(a)に示すように、上記の図9(h)と同様に埋込配線を炭化シリコン薄膜55からなるCuバリア膜で覆う。この場合の成膜条件は、図18のタイムチャートに示すように、DVScP流量を50cc/分、真空チャンバーの圧力を1Torr、高周波RFバイアスは27MHzで700mW/cm、低周波RFバイアスは400KHzで80W/cmとする。また、成膜温度は350℃とする。 Next, with reference to FIGS. 17 to 25, a method for manufacturing a semiconductor device according to Example 4 of the present invention will be described. Here, the process of forming a SiC-based Cu barrier film in Example 2 described above will be described. This will be described as a post-processing step. As shown in FIG. 17A, the embedded wiring is covered with a Cu barrier film made of the silicon carbide thin film 55 as in FIG. As shown in the time chart of FIG. 18, the deposition conditions in this case are as follows: DVScP flow rate is 50 cc / min, vacuum chamber pressure is 1 Torr, high frequency RF bias is 27 mhz, 700 mW / cm 2 , low frequency RF bias is 400 KHz. 80 W / cm 2 . The film forming temperature is 350 ° C.

引き続いて、同じ真空チャンバーにおいて、CHOHを70cc/分流して0.7Torrにした状態で高周波RFバイアスを27MHzで500mW/cm、低周波RFバイアスを400KHzで80W/cm印加してプラズマを発生させる。発生させたCHOH雰囲気58中に基板を30秒程度晒す。その結果、図17(c)に示すように、炭化シリコン薄膜55は、SiCO膜59に変換される。 Subsequently, in the same vacuum chamber, a high frequency RF bias of 500 mW / cm 2 at 27 MHz and a low frequency RF bias of 80 W / cm 2 at 400 KHz are applied with CH 3 OH flowing at 70 cc / min to 0.7 Torr. Is generated. The substrate is exposed to the generated CH 3 OH atmosphere 58 for about 30 seconds. As a result, the silicon carbide thin film 55 is converted into a SiCO film 59 as shown in FIG.

図19は、本発明の実施例4におけるSi-Hピーク強度の後処理時間依存性の説明図である。図から明らかなように、FT-IRでのSi-Hピーク強度は後処理時間とともに減少し、30秒間の後処理によりFT-IRでのSi-Hピーク強度は消失する。 FIG. 19 is an explanatory diagram of the post-processing time dependency of the Si—H peak intensity in Example 4 of the present invention. As is clear from the figure, the Si-H peak intensity in FT-IR decreases with the post-treatment time, and the Si-H peak intensity in FT-IR disappears by the post-treatment for 30 seconds.

図20は、本発明の実施例4におけるSi-OHピーク強度の大気放置時間依存性の説明図である。図から明らかなように、後処理をしない場合には、FT-IRでのSi-OHピーク強度は経時的に増加する。一方、実施例4のように30秒間の後処理を行った場合には、FT-IRでのSi-OHピーク強度は消失し、経時的変化が見られない。なお、このSi-OHピーク強度は、膜に付着した水分の量を表している。 FIG. 20 is an explanatory diagram of the dependency of the Si—OH peak intensity on the atmospheric standing time in Example 4 of the present invention. As is apparent from the figure, when no post-treatment is performed, the Si—OH peak intensity in FT-IR increases with time. On the other hand, when post-treatment was performed for 30 seconds as in Example 4, the Si—OH peak intensity in FT-IR disappeared and no change over time was observed. Note that this Si—OH peak intensity represents the amount of moisture adhering to the film.

図21は、本発明の実施例4における誘電率変化の大気放置時間依存性の説明図である。
図から明らかなように、後処理をしない場合には、誘電率は経時的に増大するが、30秒間の後処理をした場合には、誘電率の経時的変化は殆どみられなかった。図20と図21に示した結果を合わせて考察すると、後処理により水分の吸着量が抑制され、誘電率の経時的変化が抑制されたことがわかる。
FIG. 21 is an explanatory diagram of the dependence of the change in dielectric constant on the atmospheric standing time in Example 4 of the present invention.
As is apparent from the figure, the dielectric constant increases with time when no post-processing is performed, but almost no change with time in the dielectric constant is observed when post-processing is performed for 30 seconds. Considering the results shown in FIGS. 20 and 21 together, it can be seen that the amount of moisture adsorbed is suppressed by post-processing, and the change in dielectric constant with time is suppressed.

RFプラズマ後処理のプラズマあるいは加熱温度による下地のダメージを気にする場合、紫外線照射によるUVキュアが有効である。即ち、UVキュアのエネルギーを利用すれば処理温度を低減できる。UVキュアの場合はエネルギーが大きいので、酸化の強い酸素を用いるとSi−Hの結合をSi−O−Siのネットワークに変えることも可能である。 UV cure by ultraviolet irradiation is effective when considering the damage of the substrate due to the plasma after RF plasma treatment or the heating temperature. In other words, the processing temperature can be reduced by using UV cure energy. In the case of UV cure, the energy is large. Therefore, when oxygen with strong oxidation is used, the Si—H bond can be changed to a Si—O—Si network.

図22は、本発明の実施例4におけるSi-Hピーク強度の酸素添加依存性の説明図である。UVキュアおける圧力は50Torrで、窒素に対して5%の酸素を含ませたところ、炭化シリコン薄膜の収縮率(シュリンケージ)が3%以上でSi−Hのピークが消失したが、酸素がなく窒素だけだと、完全にSi−Hのピークは消失しない。 FIG. 22 is an explanatory diagram of the oxygen addition dependence of the Si—H peak intensity in Example 4 of the present invention. The pressure in UV cure was 50 Torr, and when 5% oxygen was included relative to nitrogen, the Si-H peak disappeared when the shrinkage (shrinkage) of the silicon carbide thin film was 3% or more, but there was no oxygen. If only nitrogen is used, the Si—H peak does not disappear completely.

図23は、本発明の実施例4におけるSi-OHピーク強度の紫外線処理依存性の説明図である。図に示すように酸素含有雰囲気中でUVキュアを行うと、酸素雰囲気によりSi−H結合がなくなるので、水分の付着が減っている効果が見える。 FIG. 23 is an explanatory diagram of the ultraviolet treatment dependency of the Si—OH peak intensity in Example 4 of the present invention. As shown in the figure, when UV curing is performed in an oxygen-containing atmosphere, the Si—H bond is eliminated by the oxygen atmosphere, so that the effect of reducing the adhesion of moisture can be seen.

図24は、本発明の実施例4における誘電率変化の紫外線処理依存性の説明図である。図に示すように、酸素雰囲気によりSi−H結合がなくなるので、水分の付着が減って誘電率の上昇がおさえられている。 FIG. 24 is an explanatory diagram of the ultraviolet treatment dependency of the change in dielectric constant in Example 4 of the present invention. As shown in the figure, since the Si-H bond disappears due to the oxygen atmosphere, the adhesion of moisture is reduced and the dielectric constant is suppressed.

図25は、本発明の実施例4におけるキュア効果のモデル図である。その後の配線工程のエッチングやウエット処理によりSi−H結合がSi−OHになり、そこに水分が吸着して誘電率が上昇する等の悪影響をおよぼす。しかし、本発明の実施例4においては、酸素を含む雰囲気中でのUV処理により、Si−H結合はSi−O−Si結合となり、その後の配線工程のエッチングやウエット処理により変化せず、配線の性能は安定することになる。 FIG. 25 is a model diagram of the cure effect in the fourth embodiment of the present invention. Subsequent etching or wet processing in the wiring process causes Si—H bonds to become Si—OH, which causes adverse effects such as adsorption of moisture and an increase in dielectric constant. However, in Example 4 of the present invention, the Si—H bond is changed to Si—O—Si bond by UV treatment in an atmosphere containing oxygen, and is not changed by etching or wet treatment in the subsequent wiring process. The performance will be stable.

本発明の炭化シリコン薄膜は、多くの水素を含む構造のために低誘電率の絶縁膜を形成するが、極度に誘電率を下げていくと膜中にはC−H結合のみならずSi−H結合が増加する。Si−H結合は上述のように大気雰囲気中ではSi−OHとなり水分を吸着し、誘電率が増大する。このような大気雰囲気中での特性劣化を防ぐためには、後処理プラズマ処理によりSi−H結合をなくすことが有効であることがわかった。 The silicon carbide thin film of the present invention forms an insulating film having a low dielectric constant because of the structure containing a lot of hydrogen. However, when the dielectric constant is extremely lowered, not only C—H bonds but also Si— H bonds increase. As described above, the Si—H bond becomes Si—OH in the air atmosphere, adsorbs moisture, and increases the dielectric constant. In order to prevent such characteristic deterioration in the air atmosphere, it has been found effective to eliminate the Si—H bond by post-treatment plasma treatment.

ここで、実施例1乃至実施例4を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を開示する。
(付記1)ポーラスな低誘電率絶縁膜上に−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料を用いて炭化シリコン薄膜を形成する工程と、
前記炭化シリコン薄膜を所定パターンにエッチングしてハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクをエッチングマスクとして前記低誘電率絶縁膜をエッチングして配線形成用溝或いはビアホールの少なくとも一方を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
(付記2)前記炭化シリコン薄膜を、Cuに対する拡散防止膜としても成膜する工程を有する付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3)前記拡散防止膜をエッチングする工程において、前記ハードマスクを同時に除去する付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)前記原料が、1−1、ジビニール−1−シラシクロペンタンである付記1乃至付記3のいずれか1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)前記ハードマスクが酸素を含有しておらず、且つ、前記低誘電率絶縁膜と合わせた等価誘電率が5以下である付記1乃至付記3のいずれか1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)前記低誘電率絶縁膜のエッチ工程におけるエッチングガスとして、フロロカーボンガスを用いる付記1乃至付記5のいずれか1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)前記フロロカーボンガスが、CFガスである付記6に記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)下地上に−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料を用いたプラズマ化学気相成長法により炭化シリコン薄膜をCuに対する拡散防止膜として成膜する工程と、
前記拡散防止膜上に前記原料と同じ原料と酸素含有ガスを用いたプラズマ化学気相成長法によりSiCO薄膜を層間絶縁膜として成膜する工程と、
前記層間絶縁膜をエッチングして配線形成用溝或いはビアホールの少なくとも一方を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
(付記9)前記拡散防止膜と前記層間絶縁膜を同一反応室で成膜する付記8に記載の半導体装置の製造方法。
(付記10)前記原料が、1−1、ジビニール−1−シラシクロペンタンであり、且つ、前記酸素含有ガスが酸素であり、前記酸素ガスの流量を前記原料の流量の4倍以上として成膜する付記8または付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)前記層間絶縁膜の成膜工程における成膜温度を、350℃以上とした付記8乃至付記10のいずれか1に記載の半導体装置。
(付記12)前記酸素含有ガスが、メチルアルコール、エチルアルコール或いはイソプロピルアルコールのいずれかである付記8または付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)前記層間絶縁膜をエッチングする工程において、エッチングマスクとして、−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料を用いてSiCを主とする組成の炭化シリコン薄膜からなるハードマスクを用いる付記8に記載の半導体装置の製造方法。
(付記14)前記ハードマスクとなる炭化シリコン薄膜の成膜後に、前記炭化シリコン薄膜を酸化系のガス雰囲気中でプラズマ処理して前記炭化シリコン薄膜を酸化する工程を有する付記1または付記13に記載の半導体装置の製造方法。
(付記15)前記炭化シリコン薄膜の成膜工程と、前記酸化系ガス中でのプラズマ処理とを、同一の反応室で行う付記14に記載の半導体装置の製造方法。
(付記16)前記酸化系のガスが、メチルアルコール、エチルアルコール或いはイソプロピルアルコールのいずれかである付記14または付記15に記載の半導体装置の製造方法。
(付記17)下地上に−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料を用いたプラズマ化学気相成長法により炭化シリコン薄膜を成膜する工程と、
前記炭化シリコン薄膜を酸化性ガス雰囲気中で紫外線処理する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
(付記18)前記酸化性ガス雰囲気が、窒素ガスと酸素ガスの混合雰囲気である付記17に記載の半導体装置の製造方法。
(付記19)前記紫外線処理工程における基板温度を200℃以上とする付記17または付記18に記載の半導体装置の製造方法。
Here, the following additional notes are disclosed regarding the embodiment of the present invention including Examples 1 to 4.
(Appendix 1) A step of forming a silicon carbide thin film using a raw material having a functional group containing a double bond and a —CH 2 — bond in a cyclic form on a porous low dielectric constant insulating film.
Etching the silicon carbide thin film into a predetermined pattern to form a hard mask;
And a step of etching the low dielectric constant insulating film using the hard mask as an etching mask to form at least one of a wiring forming groove or a via hole.
(Additional remark 2) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 which has the process of forming into a film the said silicon carbide thin film also as a diffusion prevention film with respect to Cu.
(Additional remark 3) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 2 which removes the said hard mask simultaneously in the process of etching the said diffusion prevention film.
(Additional remark 4) The manufacturing method of the semiconductor device of any one of Additional remark 1 thru | or Additional remark 3 whose said raw material is 1-1 and divinyl-1-silacyclopentane.
(Supplementary note 5) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the hard mask does not contain oxygen and an equivalent dielectric constant combined with the low dielectric constant insulating film is 5 or less. Production method.
(Supplementary note 6) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 5, wherein a fluorocarbon gas is used as an etching gas in the etching step of the low dielectric constant insulating film.
(Supplementary Note 7) The fluorocarbon gas, a method of manufacturing a semiconductor device according to note 6 is a CF 4 gas.
(Supplementary Note 8) Prevention of diffusion of silicon carbide thin film to Cu by plasma chemical vapor deposition method using a raw material having a functional group containing a double bond and a functional group containing a double bond and Si bonded with a cyclic form of —CH 2 — Forming a film as a film;
Forming a SiCO thin film as an interlayer insulating film on the diffusion barrier film by plasma chemical vapor deposition using the same raw material as the raw material and an oxygen-containing gas;
And a step of etching the interlayer insulating film to form at least one of a wiring forming groove or a via hole.
(Additional remark 9) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 8 which forms the said diffusion prevention film and the said interlayer insulation film in the same reaction chamber.
(Supplementary note 10) The source material is 1-1, divinyl-1-silacyclopentane, the oxygen-containing gas is oxygen, and the flow rate of the oxygen gas is set to be four times or more the flow rate of the source material. The manufacturing method of the semiconductor device according to appendix 8 or appendix 9.
(Supplementary note 11) The semiconductor device according to any one of supplementary notes 8 to 10, wherein a deposition temperature in the deposition process of the interlayer insulating film is 350 ° C. or higher.
(Additional remark 12) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 8 or Additional remark 9 whose said oxygen containing gas is either methyl alcohol, ethyl alcohol, or isopropyl alcohol.
(Supplementary Note 13) In the step of etching the interlayer insulating film, SiC is mainly used as an etching mask by using a raw material having a functional group including a double bond and a —CH 2 — bond that is cyclic and bonded to Si. 9. The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 8, wherein a hard mask made of a silicon carbide thin film having the composition as described above is used.
(Supplementary note 14) The supplementary note 1 or supplementary note 13, further comprising a step of oxidizing the silicon carbide thin film by performing plasma treatment in an oxidizing gas atmosphere after forming the silicon carbide thin film serving as the hard mask. Semiconductor device manufacturing method.
(Additional remark 15) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 14 which performs the film-forming process of the said silicon carbide thin film, and the plasma processing in the said oxidation system gas in the same reaction chamber.
(Additional remark 16) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 14 or Additional remark 15 whose said oxidation type gas is either methyl alcohol, ethyl alcohol, or isopropyl alcohol.
(Additional remark 17) The process of forming a silicon carbide thin film by the plasma chemical vapor deposition method using the raw material which has a functional group containing a functional group containing a double bond including Si and a —CH 2 — bond in the form of a ring When,
And a step of subjecting the silicon carbide thin film to an ultraviolet treatment in an oxidizing gas atmosphere.
(Supplementary note 18) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 17, wherein the oxidizing gas atmosphere is a mixed atmosphere of nitrogen gas and oxygen gas.
(Additional remark 19) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 17 or Additional remark 18 which makes substrate temperature in the said ultraviolet-ray process process 200 degreeC or more.

1 下地
2 拡散防止膜
3 低誘電率絶縁膜
4 炭化シリコン薄膜
5 ハードマスク
6 配線形成用溝
11 真空チャンバー
12 ウェーハステージ
13 被処理基板
14 シャワーヘッド
15 高周波のRF発振機
16 低周波のRF発振機
17 気化器
18 Heガス配管
19 原料配管
20 Oガス配管
21 Low-kキャップ膜
22,32 Cuバリア膜
23 ポーラスLow-k膜
24 Low-kキャップ膜
25 炭化シリコン薄膜
26 レジストパターン
27 ハードマスク
28 トレンチ
29 バリアメタル膜
30 Cu埋込層
31 埋込配線
41 シリコン基板
42 素子分離絶縁膜
43 ゲート絶縁膜
44 ゲート電極
45 エクステンション領域
46 サイドウォール
47 ソース領域
48 ドレイン領域
49 層間絶縁膜
50 バリアメタル
51 Wプラグ
52 Cuビア
53 Cu埋込配線
54,55 炭化シリコン薄膜
56,57 SiCO系Low-k膜
58 CHOH雰囲気
59 SiCO膜
61 プラズマSiO
62 SiCN−Cuバリア膜
63,68,73 埋込配線
64,69,74 Cuバリア膜
65,66,72 ポーラスLow-k膜
67 Low-kキャップ膜
70 SiCN膜
71 炭化シリコン薄膜
81,87 Cu拡散防止膜
82 ポーラスLow-k膜
83 Low-kキャップ膜
84 バリアメタル膜
85 Cuビア
86 Cu埋込配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 2 Diffusion prevention film 3 Low dielectric constant insulating film 4 Silicon carbide thin film 5 Hard mask 6 Wiring forming groove 11 Vacuum chamber 12 Wafer stage 13 Substrate 14 Shower head 15 High frequency RF oscillator 16 Low frequency RF oscillator 17 Vaporizer 18 He gas pipe 19 Raw material pipe 20 O 2 gas pipe 21 Low-k cap film 22, 32 Cu barrier film 23 Porous Low-k film 24 Low-k cap film 25 Silicon carbide thin film 26 Resist pattern 27 Hard mask 28 Trench 29 Barrier metal film 30 Cu buried layer 31 Embedded wiring 41 Silicon substrate 42 Element isolation insulating film 43 Gate insulating film 44 Gate electrode 45 Extension region 46 Side wall 47 Source region 48 Drain region 49 Interlayer insulating film 50 Barrier metal 51 W Plug 52 Cu via 53 Cu embedded wiring 54, 55 Silicon carbide thin film 56, 57 SiCO system Low-k film 58 CH 3 OH atmosphere 59 SiCO film 61 Plasma SiO 2 film 62 SiCN-Cu barrier film 63, 68, 73 Embedded wiring 64, 69 , 74 Cu barrier film 65, 66, 72 Porous low-k film 67 Low-k cap film 70 SiCN film 71 Silicon carbide thin film 81, 87 Cu diffusion prevention film 82 Porous low-k film 83 Low-k cap film 84 Barrier metal Film 85 Cu via 86 Cu embedded wiring

Claims (5)

ポーラスな低誘電率絶縁膜上に−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料を用いて炭化シリコン薄膜を形成する工程と、
前記炭化シリコン薄膜を所定パターンにエッチングしてハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクをエッチングマスクとして前記低誘電率絶縁膜をエッチングして配線形成用溝或いはビアホールの少なくとも一方を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
Forming a silicon carbide thin film on a porous low dielectric constant insulating film using a raw material having a functional group containing a double bond and a —CH 2 — bond in a cyclic form and bonded to Si;
Etching the silicon carbide thin film into a predetermined pattern to form a hard mask;
And a step of etching the low dielectric constant insulating film using the hard mask as an etching mask to form at least one of a wiring forming groove or a via hole.
前記炭化シリコン薄膜を、Cuに対する拡散防止膜としても成膜する工程を有する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming the silicon carbide thin film as a diffusion prevention film for Cu. 前記原料が、1−1、ジビニール−1−シラシクロペンタンである請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the raw material is 1-1, divinyl-1-silacyclopentane. 下地上に−CH−結合が環状になってSiと結合し且つ二重結合を含む官能基を有する原料を用いたプラズマ化学気相成長法により炭化シリコン薄膜をCuに対する拡散防止膜として成膜する工程と、
前記拡散防止膜上に前記原料と同じ原料と酸素含有ガスを用いたプラズマ化学気相成長法によりSiCO薄膜を層間絶縁膜として成膜する工程と、
前記層間絶縁膜をエッチングして配線形成用溝或いはビアホールの少なくとも一方を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
A silicon carbide thin film is formed as an anti-diffusion film for Cu by plasma enhanced chemical vapor deposition using a raw material having a functional group including a double bond and a functional group containing a double bond and a —CH 2 — bond in the form of a ring. And a process of
Forming a SiCO thin film as an interlayer insulating film on the diffusion barrier film by plasma chemical vapor deposition using the same raw material as the raw material and an oxygen-containing gas;
And a step of etching the interlayer insulating film to form at least one of a wiring forming groove or a via hole.
前記ハードマスクとなる炭化シリコン薄膜の成膜後に、前記炭化シリコン薄膜を酸化系のガス雰囲気中でプラズマ処理して前記炭化シリコン薄膜を酸化する工程を有する請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   5. The method according to claim 1, further comprising a step of oxidizing the silicon carbide thin film by performing plasma treatment in an oxidizing gas atmosphere after forming the silicon carbide thin film serving as the hard mask. A method for manufacturing the semiconductor device according to the item.
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