JP2011171432A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid over etching of the bottom of an upper layer wiring groove when a recessed part is formed on a surface of lower layer wiring through a connecting plug hole by etching, in manufacturing a wiring structure by a dual damascene process. <P>SOLUTION: A wiring groove 114 and a hole 115 are formed after a conductive film pattern 112 made of TaN or the like and having an opening corresponding to a connecting plug is formed between interlayer insulating films 111 and 113 made of SiOC or the like. Then, a laminated conductive film 116 made of TaN, Ta or the like is deposited, the laminated conductive film 116 at the bottom of the hole 115 is removed, and further etching to dig a Cu film 109 constituting lower layer wiring is performed. At this time, the interlayer insulating film 111 under the bottom of the wiring groove 114 can be prevented from being etched since there exists the conductive film pattern 112. Then, a conductive film 117 made of Cu or the like is embedded in the wiring groove 114 and the hole 115. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に信頼性が高い配線を安定して製造することができる配線構造およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a wiring structure and a manufacturing method thereof capable of stably manufacturing a highly reliable wiring.

近年、半導体集積回路装置における動作速度の高速化、回路を構成する各種素子パターンの微細化にともなって、集積回路用低抵抗配線の形成技術が必要とされ、その主要な手段としてCu(銅)を主材料とした配線材料を用い、ダマシン法(シングルダマシン法またはデュアルダマシン法)で配線を形成する技術の開発・改善が続けられている。しかし、パターンの微細化が進展することにより、ダマシン法を用いて形成された多層配線構造においては、配線層間を接続するプラグと配線とが接触する領域で特にエレクトロマイグレーションやストレスマイグレーションなどの配線信頼性が劣化することが懸念されている。この配線信頼性を向上させる一方法として、前記プラグを埋め込むための接続孔を層間絶縁膜から下層配線表面より深い部分まで掘り込んで形成し、半導体集積回路の動作中、接続孔の部分に集中する電流を分散させるようにする技術(一般にパンチスループロセスと呼ばれる)が提案されている。   In recent years, with the increase in the operation speed and the miniaturization of various element patterns constituting a circuit in a semiconductor integrated circuit device, a technique for forming a low resistance wiring for an integrated circuit is required, and Cu (copper) is a main means. Development and improvement of technology for forming wiring by the damascene method (single damascene method or dual damascene method) using wiring materials mainly made of copper is continued. However, with the progress of pattern miniaturization, in multi-layer wiring structures formed using the damascene method, wiring reliability such as electromigration and stress migration is particularly important in the region where the plug and wiring connecting the wiring layers are in contact. There is a concern that the quality will deteriorate. As a method for improving the wiring reliability, a connection hole for embedding the plug is formed by digging from the interlayer insulating film to a portion deeper than the surface of the lower wiring, and concentrated on the connection hole portion during the operation of the semiconductor integrated circuit. A technique (generally called a punch-through process) has been proposed that distributes the current to be distributed.

特許文献1にはデュアルダマシン法を用いると共に上記パンチスループロセスを適用して銅配線を形成する工程例が記載されている。図16は、特許文献1に記載された、埋め込み銅配線を形成するための主要な工程を説明する工程断面図である。図16(a)に示すように、窒化タンタル膜などからなるバリア導電性膜と銅膜からなる埋め込み配線15上にエッチングストッパ膜16および層間絶縁膜19が形成されている。そして層間絶縁膜19に配線溝28を形成し、配線溝28の底面部の層間絶縁膜19とエッチングストッパ膜16に接続孔25Aを形成する。その後、配線溝28と接続孔25Aの内面にバリア導電性膜31Aを堆積する。   Patent Document 1 describes a process example in which a copper wiring is formed by using the dual damascene method and applying the punch-through process. FIG. 16 is a process cross-sectional view illustrating a main process for forming a buried copper wiring described in Patent Document 1. As shown in FIG. 16A, an etching stopper film 16 and an interlayer insulating film 19 are formed on a barrier conductive film made of a tantalum nitride film or the like and a buried wiring 15 made of a copper film. Then, a wiring groove 28 is formed in the interlayer insulating film 19, and a connection hole 25 A is formed in the interlayer insulating film 19 and the etching stopper film 16 at the bottom of the wiring groove 28. Thereafter, a barrier conductive film 31A is deposited on the inner surfaces of the wiring groove 28 and the connection hole 25A.

次に図16(b)に示すように、スパッタエッチング法により接続孔25Aの底部のバリア導電性膜31Aを完全に除去し、さらに接続孔25Aにおけるバリア導電性膜31A下の埋め込み配線15の一部を掘り込む。それと同時に配線溝28の底面にはバリア導電性膜31Aが薄く残留するようにする。この工程は、スパッタエッチング法では深い位置ほどエッチングが進むという性質を利用している。次いで図16(c)に示すように、スパッタリング法にて配線溝28および接続孔25A内を含む層間絶縁膜19上にタンタル膜を堆積し、バリア導電性膜31Aを厚くすると共に掘り込み部分を覆う。この後、図面は省略するが配線溝28および接続孔25Aを銅膜で埋め込み、プラグと上層の埋め込み配線を形成する。   Next, as shown in FIG. 16B, the barrier conductive film 31A at the bottom of the connection hole 25A is completely removed by sputter etching, and one embedded wiring 15 below the barrier conductive film 31A in the connection hole 25A. Dig into the part. At the same time, the barrier conductive film 31A remains thinly on the bottom surface of the wiring trench 28. This process utilizes the property that the etching proceeds more deeply in the sputter etching method. Next, as shown in FIG. 16C, a tantalum film is deposited on the interlayer insulating film 19 including the inside of the wiring groove 28 and the connection hole 25A by a sputtering method to increase the thickness of the barrier conductive film 31A and to dig the digging portion. cover. Thereafter, although not shown, the wiring groove 28 and the connection hole 25A are filled with a copper film to form a plug and an upper-layer buried wiring.

このように下層の埋め込み配線15の一部を掘り込んでから配線溝28および接続孔25A内に埋め込み配線およびプラグを一体に形成することにより、プラグと下層の埋め込み配線15との接触面積を増加させることができる。この構造によりプラグを含む上層の埋め込み配線と下層の埋め込み配線15との間では、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーションなどに関し、接続特性の信頼性を向上することが可能となる。   Thus, by digging a part of the lower buried wiring 15 and then integrally forming the buried wiring and the plug in the wiring groove 28 and the connection hole 25A, the contact area between the plug and the lower buried wiring 15 is increased. Can be made. With this structure, it is possible to improve the reliability of connection characteristics between the upper embedded wiring including the plug and the lower embedded wiring 15 with respect to electromigration and stress migration.

特開2007−227709号公報JP 2007-227709 A

しかしながら、特許文献1が開示するようなデュアルダマシン法による従来の配線構造の製法には次のような課題があった。すなわち従来の製造方法は特に図16(b)に示すように、スパッタエッチングを用い、接続孔25Aの底面においてはバリア導電性膜31Aを除去しさらにその下の埋め込み配線15を掘り込むという処理を行う一方で、配線溝28の底面においては、同一スパッタエッチングを受けてもバリア導電性膜31Aが残るように処理しようとするものである。   However, the conventional method for manufacturing a wiring structure by the dual damascene method as disclosed in Patent Document 1 has the following problems. That is, as shown in FIG. 16B, the conventional manufacturing method uses sputter etching to remove the barrier conductive film 31A from the bottom surface of the connection hole 25A and further dig the buried wiring 15 therebelow. On the other hand, the bottom surface of the wiring trench 28 is to be processed so that the barrier conductive film 31A remains even when subjected to the same sputter etching.

しかしながらこのような方法では、スパッタエッチング条件によっては配線溝28の底面のバリア導電性膜31Aがすべて除去され、さらにその下の層間絶縁膜19までエッチングされて配線溝28自体の深さが変化したり、あるいはスパッタエッチングの不均一性によって、半導体基板面内で配線溝28の底面にバリア導電性膜31Aが残留する部分と残留しない部分が生じたりすることが予想される。   However, in such a method, depending on the sputter etching conditions, all of the barrier conductive film 31A on the bottom surface of the wiring groove 28 is removed, and further, the underlying interlayer insulating film 19 is etched to change the depth of the wiring groove 28 itself. In addition, due to the non-uniformity of sputter etching, it is expected that a portion where the barrier conductive film 31A remains and a portion where the barrier conductive film 31A does not remain are generated on the bottom surface of the wiring groove 28 in the semiconductor substrate surface.

さらに最近の微細化された半導体集積回路では、配線同士が極めて微小な間隔で配列されることによる配線間寄生容量の増大、層間絶縁膜厚の低減による異なる配線層間の寄生容量の増大などに起因して配線遅延が顕著に現れるようになってきており、対策として層間絶縁膜にシリコン酸化膜(SiO2)より比誘電率が小さい材料(低誘電率材料またはLow−k材料)が採用されている。低誘電率材料からなる膜(低誘電率膜)を用いると誘電率が小さいほど配線遅延を解消させることができるが、膜の密度がより小さくなる。このことは低誘電率膜のスパッタエッチング速度が大きくなることを意味する。 Furthermore, in recent miniaturized semiconductor integrated circuits, the wirings are arranged at very small intervals, resulting in an increase in parasitic capacitance between wirings, and an increase in parasitic capacitance between different wiring layers due to a reduction in interlayer insulation film thickness. As a countermeasure, a material having a relative dielectric constant smaller than that of the silicon oxide film (SiO 2 ) (low dielectric constant material or low-k material) is adopted as a countermeasure. Yes. When a film made of a low dielectric constant material (low dielectric constant film) is used, the smaller the dielectric constant is, the more the wiring delay can be eliminated, but the density of the film becomes smaller. This means that the sputter etching rate of the low dielectric constant film is increased.

従来の配線構造の製造方法において上記の低誘電率膜を層間絶縁膜19として用いたと仮定すると、スパッタエッチングにより配線溝28底面のバリア導電性膜31Aが除去されて層間絶縁膜19が露出すると、層間絶縁膜19が大きくエッチングされて薄くなる。また層間絶縁膜は、それほどのエッチングを受けなくともスパッタエッチングに用いるイオンの衝撃やイオンが膜自体に打ち込まれることによってダメージを少なからず受ける。こうしたダメージもまた比誘電率が小さいほど大きいといえる。これらが原因で上下埋め込み配線間のショート不良や埋め込み配線層間耐圧の劣化が発生し、配線構造としての製造歩留りや信頼性を悪化させる。   Assuming that the low dielectric constant film is used as the interlayer insulating film 19 in the conventional method for manufacturing a wiring structure, when the barrier conductive film 31A on the bottom surface of the wiring groove 28 is removed by sputter etching, the interlayer insulating film 19 is exposed. The interlayer insulating film 19 is greatly etched and thinned. Further, even if the interlayer insulating film is not subjected to much etching, it receives a considerable amount of damage due to the impact of ions used for sputter etching and the ions being implanted into the film itself. Such damage can be said to be greater as the relative dielectric constant is smaller. For these reasons, a short circuit defect between the upper and lower embedded wirings and deterioration of the withstand voltage between the embedded wirings occur, which deteriorates the manufacturing yield and reliability of the wiring structure.

また、接続孔の高さが、配線の高さ以下であることが、電気抵抗を下げる点では好ましいが、接続孔の高さを配線の高さよりも小さくすると、配線底がエッチングされやすくなり、上記課題がさらに顕在化するという課題がある。   In addition, it is preferable in terms of lowering the electrical resistance that the height of the connection hole is equal to or less than the height of the wiring, but if the height of the connection hole is smaller than the height of the wiring, the wiring bottom is easily etched, There is a problem that the above problem becomes more apparent.

前記に鑑み本発明は、上記の課題を解決するものであって、プラグと配線層との接続領域におけるエレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーションなどに対する高信頼性を維持しながら、微細化された配線構造を、特にデュアルダマシン法を用いて安定且つ歩留まりよく製造することができる半導体装置およびその半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention solves the above-described problems, and maintains a highly reliable wiring structure while maintaining high reliability against electromigration, stress migration, etc. in the connection region between the plug and the wiring layer. In particular, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can be manufactured stably and with high yield using a dual damascene method, and a method for manufacturing the semiconductor device.

なお、本発明においては、上記全ての課題を解決しなくてもよいし、全ての目的を達成しなくてもよいものとする。少なくとも一つの課題を解決し、少なくとも一つの目的を達成できれば良いものとする。   In the present invention, it is not necessary to solve all the above-mentioned problems, and it is not necessary to achieve all the objects. It is sufficient to solve at least one problem and achieve at least one purpose.

上記課題を解決することができる、本発明に係る第1の半導体装置は、半導体基板上に形成された下層配線と、前記下層配線の上層に形成された上層配線と、前記下層配線と前記上層配線を電気的に接続するプラグと、前記上層配線の底面に接して前記上層配線の下に形成された膜からなるパターンと、前記上層配線の側壁および前記プラグの側壁に形成された導電性膜と、を備え、前記プラグの直下に位置する前記下層配線の上面には凹部が形成されているものである。   A first semiconductor device according to the present invention that can solve the above-described problems includes a lower layer wiring formed on a semiconductor substrate, an upper layer wiring formed on an upper layer of the lower layer wiring, the lower layer wiring, and the upper layer A plug electrically connecting the wiring; a pattern made of a film formed in contact with the bottom surface of the upper wiring; and formed under the upper wiring; and a conductive film formed on the side wall of the upper wiring and the side wall of the plug And a recess is formed on the upper surface of the lower layer wiring located immediately below the plug.

本発明に係る第1の半導体装置によれば、上層配線の底面に膜のパターンが形成された構成を有しているため、上層配線とプラグを形成する前に、プラグの直下に位置する下層配線に凹部を形成するための全面エッチングを行っても、パターンの下の層間絶縁膜が過剰にエッチングされたりダメージを受けることが防止でき、配線構造を安定に製造することができる。   According to the first semiconductor device of the present invention, since the film pattern is formed on the bottom surface of the upper layer wiring, the lower layer positioned immediately below the plug is formed before the upper layer wiring and the plug are formed. Even if the entire surface is etched to form a recess in the wiring, the interlayer insulating film under the pattern can be prevented from being excessively etched or damaged, and the wiring structure can be stably manufactured.

第1の半導体装置では、前記プラグと前記下層配線とが直接接するようにできる。また、前記上層配線は前記パターンの内側の領域に形成されることが望ましい。   In the first semiconductor device, the plug and the lower layer wiring can be in direct contact with each other. The upper layer wiring is preferably formed in an area inside the pattern.

また前記上層配線および前記プラグは層間絶縁膜に埋め込まれて形成され、前記層間絶縁膜の比誘電率を3.5以下とすることができる。特に前記層間絶縁膜が第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜からなる場合は、前記プラグが前記第1の層間絶縁膜に埋め込まれ、前記上層配線が前記第2の層間絶縁膜に埋め込まれ、前記第1の層間絶縁膜の比誘電率を3.5以下とすることができる。   The upper layer wiring and the plug are formed by being embedded in an interlayer insulating film, and the relative dielectric constant of the interlayer insulating film can be 3.5 or less. In particular, when the interlayer insulating film is composed of a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film, the plug is embedded in the first interlayer insulating film, and the upper layer wiring is formed in the second interlayer insulating film. The relative dielectric constant of the embedded first interlayer insulating film can be 3.5 or less.

また、前記パターンを構成する前記膜は導電性の膜または絶縁膜とすることができる。   The film constituting the pattern may be a conductive film or an insulating film.

次に、本発明に係る第2の半導体装置は、半導体基板上に形成された下層配線と、前記下層配線の上層に形成された上層配線と、前記下層配線と前記上層配線を電気的に接続するプラグと、前記上層配線の側壁および底面に形成された被覆膜と、前記上層配線の側壁に形成された前記被覆膜上、および前記プラグの側壁に形成された第2の導電性膜と、を備え、前記プラグの直下に位置する前記下層配線の上面には凹部が形成されているものである。   Next, a second semiconductor device according to the present invention electrically connects a lower layer wiring formed on a semiconductor substrate, an upper layer wiring formed on an upper layer of the lower layer wiring, and the lower layer wiring and the upper layer wiring. A plug to be formed, a coating film formed on the side wall and the bottom surface of the upper layer wiring, a second conductive film formed on the coating film formed on the side wall of the upper layer wiring and on the side wall of the plug And a recess is formed on the upper surface of the lower layer wiring located immediately below the plug.

本発明に係る第2の半導体装置によれば、上層配線の側壁および底面に被覆膜が形成された構成を有しているため、上層配線とプラグを形成する前に、プラグの直下に位置する下層配線に凹部を形成するための全面エッチングを行っても、上層配線の底面の下にある層間絶縁膜が過剰にエッチングされたりダメージを受けることが防止でき、配線構造を安定に製造することができる。   According to the second semiconductor device of the present invention, since the coating film is formed on the side wall and the bottom surface of the upper layer wiring, the upper layer wiring and the plug are formed immediately before the plug. Even if the entire surface of the lower wiring layer is etched to form a recess, the interlayer insulating film under the bottom surface of the upper wiring layer can be prevented from being excessively etched or damaged, and the wiring structure can be stably manufactured. Can do.

第2の半導体装置では、前記プラグと前記下層配線とが直接接するようにすることができる。また、前記上層配線および前記プラグは前記層間絶縁膜に埋め込まれて形成され、前記層間絶縁膜の比誘電率を3.5以下とすることができる。さらに前記被覆膜は導電性膜または絶縁膜とすることができる。また上記第1および第2の半導体装置では、前記上層配線の高さを前記プラグの高さ以上になっていることが望ましい。   In the second semiconductor device, the plug and the lower layer wiring can be in direct contact with each other. Further, the upper layer wiring and the plug are formed to be embedded in the interlayer insulating film, and the relative dielectric constant of the interlayer insulating film can be 3.5 or less. Further, the coating film can be a conductive film or an insulating film. In the first and second semiconductor devices, it is preferable that the height of the upper layer wiring is equal to or higher than the height of the plug.

次に、上記課題を解決するための本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜上の上層配線を形成すべき位置に、開口を有する膜からなるパターンを形成する工程と、前記パターン上および前記第1の層間絶縁膜上に第2の層間絶縁膜を形成する工程と、前記パターン上に位置する前記第2の層間絶縁膜を選択的にエッチングして前記パターンを露出させ、溝を形成する工程と、前記パターンをマスクとして前記第1の層間絶縁膜を選択的にエッチングし、前記下層配線に達するホールを形成する工程と、前記溝および前記ホールの内面に第1の導電性膜を形成する工程と、前記ホールの底面に形成された前記第1の導電性膜を除去し、前記下層配線の表面を露出させる工程と、前記露出した前記下層配線の表面をエッチングして凹部を形成する工程と、前記溝、前記ホールおよび前記凹部に第2の導電性膜を埋め込み、前記溝内に前記上層配線を形成する工程とを含む。   Next, a first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention for solving the above-described problem includes a step of forming a first interlayer insulating film on a lower layer wiring formed on a semiconductor substrate, and the first Forming a pattern made of a film having an opening at a position where an upper wiring on the interlayer insulating film is to be formed, and forming a second interlayer insulating film on the pattern and the first interlayer insulating film A step of selectively etching the second interlayer insulating film located on the pattern to expose the pattern to form a groove; and selecting the first interlayer insulating film using the pattern as a mask. Etching to form a hole reaching the lower wiring, forming a first conductive film on the groove and the inner surface of the hole, and the first conductive formed on the bottom surface of the hole Remove the sex membrane and before A step of exposing the surface of the lower layer wiring, a step of etching the exposed surface of the lower layer wiring to form a recess, a second conductive film embedded in the groove, the hole and the recess, Forming the upper layer wiring.

本発明に係る第1の半導体装置の製造方法によると、第1の層間絶縁膜上の上層配線を形成すべき位置に、開口を有する膜からなるパターンを予め形成しておくので、ホールの底面に形成された第1の導電性膜を除去し、さらにその下の下層配線の表面をエッチングして凹部を形成する工程において、溝の底面の下にある第1の層間絶縁膜が過剰にエッチングされたりダメージを受けることが防止でき、配線構造を安定に製造することができる。   According to the first method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a pattern made of a film having an opening is formed in advance at a position where an upper layer wiring on the first interlayer insulating film is to be formed. In the step of removing the first conductive film formed on the substrate and further etching the surface of the underlying lower layer wiring to form a recess, the first interlayer insulating film below the bottom surface of the groove is excessively etched. It can be prevented from being damaged or damaged, and the wiring structure can be manufactured stably.

本発明に係る第1の半導体装置の製造方法では、前記凹部を形成する工程と、前記溝、前記ホールおよび前記凹部に前記第2の導電性膜を埋め込む工程との間に、前記溝および前記ホールの内部に第3の導電性膜を形成する工程を行うようにすることができる。   In the first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, between the step of forming the recess and the step of embedding the second conductive film in the groove, the hole and the recess, the groove and the A step of forming a third conductive film inside the hole can be performed.

また、前記パターンを構成する膜は導電性膜または絶縁膜からなるものとすることができ、前記絶縁膜を選択した場合には第1の層間絶縁膜に対する前記パターンを構成する前記絶縁膜のエッチング速度が2以上であることが望ましい。また、前記第1の層間絶縁膜の比誘電率を3.5以下とすることができる。   The film constituting the pattern may be made of a conductive film or an insulating film, and when the insulating film is selected, the insulating film constituting the pattern for the first interlayer insulating film is etched. It is desirable that the speed is 2 or more. The relative dielectric constant of the first interlayer insulating film can be 3.5 or less.

本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を選択的にエッチングし、溝を形成する工程と、前記溝の内面に被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜および前記層間絶縁膜の、前記溝の底面に位置する部分を順次選択的にエッチングし、前記下層配線に達するホールを形成する工程と、前記溝および前記ホールの内面に第1の導電性膜を形成する工程と、前記ホールの底面に形成された前記第1の導電性膜を除去し、前記下層配線の表面を露出させる工程と、前記露出した前記下層配線の表面をエッチングして凹部を形成する工程と、前記溝、前記ホールおよび前記凹部に第2の導電性膜を埋め込み、前記溝内に上層配線を形成する工程とを含む。   A second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a lower layer wiring formed on a semiconductor substrate, and a step of selectively etching the interlayer insulating film to form a groove. And a step of forming a coating film on the inner surface of the groove, and selectively etching portions of the coating film and the interlayer insulating film located on the bottom surface of the groove sequentially to form holes reaching the lower layer wiring. Forming a first conductive film on the inner surface of the groove and the hole; removing the first conductive film formed on the bottom surface of the hole; A step of exposing, a step of etching the exposed surface of the lower layer wiring to form a recess, a second conductive film embedded in the groove, the hole and the recess, and forming an upper layer wiring in the groove Including the step of.

本発明に係る第2の半導体装置の製造方法によると、前記溝の内面、特に底面に被覆膜を予め形成しておくので、ホールの底面に形成された第1の導電性膜を除去し、さらにその下の下層配線の表面をエッチングして凹部を形成する工程において、溝の底面の下にある層間絶縁膜が過剰にエッチングされたりダメージを受けることが防止でき、配線構造を安定に製造することができる。   According to the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the coating film is formed in advance on the inner surface, particularly the bottom surface of the groove, the first conductive film formed on the bottom surface of the hole is removed. In addition, in the process of forming a recess by etching the surface of the underlying lower layer wiring, the interlayer insulating film under the bottom of the groove can be prevented from being excessively etched or damaged, and the wiring structure can be stably manufactured. can do.

第2の半導体装置の製造方法では、前記凹部を形成する工程と、前記溝、前記ホールおよび前記凹部に前記第2の導電性膜を埋め込む工程との間に、前記溝および前記ホールの内部に第3の導電性膜を形成する工程を行うようにすることができる。また、前記被覆膜を導電性膜または絶縁膜からなるものとすることができる。   In the second method for manufacturing a semiconductor device, between the step of forming the recess and the step of embedding the second conductive film in the groove, the hole, and the recess, the interior of the groove and the hole is provided. A step of forming the third conductive film can be performed. Further, the coating film can be made of a conductive film or an insulating film.

さらに、本発明に係る第3の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された下層配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に第1の被覆膜を形成する工程と、前記第1の被覆膜および前記層間絶縁膜を選択的にエッチングし、溝を形成する工程と、前記溝の内面に第2の被覆膜を形成する工程と、前記第2の被覆膜および前記層間絶縁膜の、前記溝の底面に位置する部分を順次選択的にエッチングし、前記下層配線に達するホールを形成する工程と、前記溝および前記ホールの内面に第1の導電性膜を形成する工程と、前記ホールの底面に形成された前記第1の導電性膜を除去し、前記下層配線の表面を露出させる工程と、前記露出した前記下層配線の表面をエッチングして凹部を形成する工程と、前記溝、前記ホールおよび前記凹部に第2の導電性膜を埋め込み、前記溝内に上層配線を形成する工程とを含む。   Furthermore, a third method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a lower wiring formed on a semiconductor substrate, and forming a first coating film on the interlayer insulating film. A step of selectively etching the first coating film and the interlayer insulating film to form a groove, a step of forming a second coating film on the inner surface of the groove, and the second A step of sequentially etching a portion of the coating film and the interlayer insulating film located on the bottom surface of the groove to form a hole reaching the lower layer wiring; and a first surface on the inner surface of the groove and the hole Forming a conductive film; removing the first conductive film formed on the bottom surface of the hole to expose the surface of the lower wiring; and etching the exposed surface of the lower wiring. Forming the recess, and the groove and the hole. Embedding a second conductive film on the pre said recess, and a step of forming the upper wiring in the trench.

この第3の半導体装置の製造方法によると、前記溝の内面、特に底面に第2の被覆膜を予め形成しておくので、ホールの底面に形成された第1の導電性膜を除去し、さらにその下の下層配線の表面をエッチングして凹部を形成する工程において、溝の底面の下にある層間絶縁膜が過剰にエッチングされたりダメージを受けることが防止でき、配線構造を安定に製造することができる。本製造方法においては、第1の被覆膜をマスクに用いて層間絶縁膜を選択的にエッチングできるので、一般のフォトレジスト膜をマスクとするよりも前記溝の幅の広がりが小さく、上層配線の所定の間隔を確保できるという利点も有する。   According to the third method for manufacturing a semiconductor device, since the second coating film is formed in advance on the inner surface, particularly the bottom surface of the groove, the first conductive film formed on the bottom surface of the hole is removed. In addition, in the process of forming a recess by etching the surface of the underlying lower layer wiring, the interlayer insulating film under the bottom of the groove can be prevented from being excessively etched or damaged, and the wiring structure can be stably manufactured. can do. In this manufacturing method, since the interlayer insulating film can be selectively etched using the first coating film as a mask, the width of the groove is smaller than that of a general photoresist film as a mask, and the upper layer wiring There is also an advantage that a predetermined interval can be secured.

第3の半導体装置の製造方法においては、前記凹部を形成する工程と、前記溝、前記ホールおよび前記凹部に前記第2の導電性膜を埋め込む工程との間に、前記溝および前記ホールの内部に第3の導電性膜を形成する工程を行うようにすることができる。また、前記第1の被覆膜を導電性膜または絶縁膜からなるものにすることができ、さらに前記第2の被覆膜も導電性膜または絶縁膜からなるものにすることができる。   In the third method of manufacturing a semiconductor device, the interior of the groove and the hole is formed between the step of forming the recess and the step of embedding the second conductive film in the groove, the hole and the recess. In addition, a step of forming a third conductive film can be performed. Further, the first coating film can be made of a conductive film or an insulating film, and the second coating film can also be made of a conductive film or an insulating film.

そして本発明による第1〜第3の半導体装置の製造方法では、前記層間絶縁膜の比誘電率を3.5以下とすることができる。   In the first to third semiconductor device manufacturing methods according to the present invention, the dielectric constant of the interlayer insulating film can be 3.5 or less.

以上に述べたように、本発明に係る半導体装置およびその製造方法は、上層配線の下の層間絶縁膜が過剰にエッチングされたり、ダメージを受けたりすることを抑制し、これによって上層および下層配線間のショート不良や配線層間耐圧の劣化を防止して配線構造の安定な製造を可能とする。そしてプラグと配線層との接続部におけるエレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーションなどに対する高信頼性を有する配線構造を提供することができる。   As described above, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention suppress the excessive etching or damage to the interlayer insulating film under the upper layer wiring, thereby the upper layer and lower layer wiring. It is possible to stably manufacture the wiring structure by preventing the short circuit between them and the degradation of the wiring interlayer breakdown voltage. In addition, it is possible to provide a wiring structure having high reliability with respect to electromigration, stress migration, and the like at the connection portion between the plug and the wiring layer.

本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。FIG. 6 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 本発明の第1実施形態に係る、変形された半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device manufactured with the manufacturing method of the deformed semiconductor device based on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る、変形された半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device manufactured with the manufacturing method of the deformed semiconductor device based on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る、変形された半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の断面図。Sectional drawing of the semiconductor device manufactured with the manufacturing method of the deformed semiconductor device based on 3rd Embodiment of this invention. 従来の半導体装置の製造方法の主要部を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the principal part of the manufacturing method of the conventional semiconductor device.

以下、本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態で使用している材料及び数値等は例示であって、それらに本発明が限定されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、各実施形態を適宜変更することは可能であり、さらに、実施形態同士の組み合わせなども可能である。   Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the material, numerical value, etc. which are used by each embodiment are illustrations, Comprising: This invention is not limited to them. In addition, each embodiment can be appropriately changed without departing from the scope of the technical idea of the present invention, and combinations of the embodiments are also possible.

(実施形態1)
図1〜図4は本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図であり、特にデュアルダマシン法を用いて少なくとも銅を主成分とする材料からなる埋め込み配線層と配線層間を接続するプラグとを一度に形成する製造方法を例示している。図1(a)に示すように、半導体基板(シリコン基板)101にソース・ドレイン領域103が形成されている。またソース・ドレイン領域103に挟まれた半導体基板101上の領域には、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、ゲート電極の左右に形成された絶縁材料からなるサイドウォールとで構成されるゲート102が設けられ、ソース・ドレイン領域103とゲート102とでMOS型トランジスタを構成している。
(Embodiment 1)
1 to 4 are process cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and in particular, a buried wiring layer and wiring made of a material containing at least copper as a main component using a dual damascene method. A manufacturing method for forming plugs for connecting layers at once is illustrated. As shown in FIG. 1A, a source / drain region 103 is formed in a semiconductor substrate (silicon substrate) 101. Further, in a region on the semiconductor substrate 101 sandwiched between the source / drain regions 103, there is a gate 102 composed of a gate insulating film, a gate electrode, and sidewalls made of an insulating material formed on the left and right sides of the gate electrode. The source / drain regions 103 and the gate 102 constitute a MOS transistor.

また半導体基板101上の層間絶縁膜104はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを含み、ソース・ドレイン領域103に達するコンタクトホールにタングステンなどの高融点金属が埋め込まれたプラグ105が形成されている。層間絶縁膜104およびプラグ105上には層間絶縁膜106が形成されている。この層間絶縁膜106は、例えばプラズマCVD法を用いて酸化シリコン(SiOx)にC(炭素) が添加されたSiOCからなる酸化シリコン系の膜(SiOC膜)を約200nmの厚さに堆積して得ることができる。ここでSiOCは厳密にはSiOxCyであり、堆積方法、堆積条件によってさまざまな組成のSi、O、Cを有する膜が形成できるが、以下の説明ではこれらを総称してSiOC膜と表記する。SiOC膜は後にも述べるが低比誘電率膜である。   The interlayer insulating film 104 on the semiconductor substrate 101 includes a silicon oxide film, a silicon nitride film, and the like, and a plug 105 in which a refractory metal such as tungsten is buried in a contact hole reaching the source / drain region 103 is formed. An interlayer insulating film 106 is formed on the interlayer insulating film 104 and the plug 105. The interlayer insulating film 106 is formed by depositing a silicon oxide film (SiOC film) made of SiOC in which C (carbon) is added to silicon oxide (SiOx) to a thickness of about 200 nm by using, for example, a plasma CVD method. Obtainable. Strictly speaking, SiOC is SiOxCy, and films having various compositions of Si, O, and C can be formed depending on the deposition method and deposition conditions. In the following description, these are collectively referred to as SiOC films. Although described later, the SiOC film is a low dielectric constant film.

以上の構造を有する基板において、図1(b)に示すように、層間絶縁膜106を、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて加工し、プラグ105の上面が露出する位置に配線溝107を形成する。図1(b)では配線溝107は幅100nm、深さ200nmであり、紙面に垂直な方向に線状に伸びている。続いて図1(c)に示すように、層間絶縁膜106および配線溝107の全面に、例えばタンタル(Ta)をターゲットとし、アルゴン(Ar)/ 窒素(N2)混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリングを用いて窒化タンタル(TaN)からなる導電性膜108を約10nmの膜厚に堆積する。次に導電性膜108上に、銅メッキのシード膜となる、例えばCu膜またはCu合金膜をスパッタリング法で堆積する。その膜厚は配線溝107の内部以外の層間絶縁膜106の平坦面上において10nm〜50nm程度、好ましくは30nm程度となるように設定する。 In the substrate having the above structure, as shown in FIG. 1B, the interlayer insulating film 106 is processed using the photolithography technique and the dry etching technique, and the wiring groove 107 is formed at a position where the upper surface of the plug 105 is exposed. Form. In FIG. 1B, the wiring groove 107 has a width of 100 nm and a depth of 200 nm, and extends linearly in a direction perpendicular to the paper surface. Subsequently, as shown in FIG. 1C, over the entire surface of the interlayer insulating film 106 and the wiring trench 107, for example, tantalum (Ta) is used as a target, and argon (Ar) / nitrogen (N 2 ) mixed gas is used as a sputtering gas. A conductive film 108 made of tantalum nitride (TaN) is deposited to a thickness of about 10 nm using reactive sputtering. Next, for example, a Cu film or a Cu alloy film to be a copper plating seed film is deposited on the conductive film 108 by a sputtering method. The film thickness is set to be about 10 nm to 50 nm, preferably about 30 nm on the flat surface of the interlayer insulating film 106 other than the inside of the wiring trench 107.

続いて配線溝107内部を埋め込むようにシード膜上全面にCuメッキ膜を堆積する。このCuメッキ膜と上記シード膜とを合わせて導電性膜109とする。これに従い、図1(c)ではシード膜とCuメッキ膜とを区別して記載せず、両者の積層膜を導電性膜109として表示している。この点は以下の説明においても同様とする。配線溝107を埋め込むCuメッキ膜は、例えば電解メッキ法にてシード膜を成長下地として形成することができる。このためのメッキ液としては、例えばH2SO4(硫酸) に10%のCuSO4(硫酸銅) および配線溝107の段差部におけるCuメッキ膜のカバレージを向上させる添加剤を加えた混合液を用いることができる。続いて良質なCu膜を得るために所定の温度でアニール処理を行い、Cuメッキ膜の内部歪みを緩和させる。ここで導電性膜109の形成に先立って堆積した導電性膜108としてのTaN膜はCu膜の密着性を向上させ、またCu原子が配線溝107の周辺に存在する層間絶縁膜104、106や半導体基板101中に拡散するのを防止するバリアとして働く。 Subsequently, a Cu plating film is deposited on the entire surface of the seed film so as to fill the wiring groove 107. The Cu plating film and the seed film are combined to form a conductive film 109. Accordingly, in FIG. 1C, the seed film and the Cu plating film are not distinguished from each other, and the laminated film of both is displayed as the conductive film 109. The same applies to the following description. The Cu plating film that fills the wiring trench 107 can be formed, for example, by electrolytic plating using the seed film as a growth base. As a plating solution for this purpose, for example, a mixed solution in which H 2 SO 4 (sulfuric acid) is added with 10% CuSO 4 (copper sulfate) and an additive for improving the coverage of the Cu plating film in the step portion of the wiring groove 107 is used. Can be used. Subsequently, in order to obtain a high-quality Cu film, annealing treatment is performed at a predetermined temperature to relieve internal strain of the Cu plating film. Here, the TaN film as the conductive film 108 deposited prior to the formation of the conductive film 109 improves the adhesion of the Cu film, and the interlayer insulating films 104 and 106 in which Cu atoms exist around the wiring trench 107 It functions as a barrier that prevents diffusion into the semiconductor substrate 101.

次に図2(a)に示すように、層間絶縁膜107の上面に堆積している配線溝107内部以外の余分な導電性膜108および導電性膜109を、CMP法(化学機械的研磨法)を用いて研磨除去して配線溝107内部に導電性膜109からなる下層埋め込み配線を形成する。次に図2(b)に示すように、下層埋め込み配線および層間絶縁膜106上の全面に渡って炭化シリコン膜(以下SiC膜と表記する)または窒化炭化シリコン膜(以下SiCN膜と表記する)を例えばプラズマCVD法を用いて約50nmの厚さに堆積してエッチングストッパ膜110を形成する。   Next, as shown in FIG. 2A, an extra conductive film 108 and a conductive film 109 other than the inside of the wiring trench 107 deposited on the upper surface of the interlayer insulating film 107 are removed by a CMP method (chemical mechanical polishing method). The lower buried wiring made of the conductive film 109 is formed inside the wiring groove 107 by polishing and removing using the above. Next, as shown in FIG. 2B, a silicon carbide film (hereinafter referred to as a SiC film) or a silicon nitride carbide film (hereinafter referred to as a SiCN film) over the entire surface of the lower buried wiring and the interlayer insulating film 106. Is deposited to a thickness of about 50 nm using, for example, a plasma CVD method to form an etching stopper film 110.

続いてエッチングストッパ膜110の表面上に低比誘電率を有するSiOC膜などからなる層間絶縁膜111を、例えばプラズマCVD法を用いて約100nmの厚さに堆積する。次に図2(c)に示すように、層間絶縁膜111上に例えばTaNからなる薄い導電性膜を反応性スパッタリング法を用いて約15nmの厚さに堆積した後、フォトリソグラフィ技術によるレジストパターンおよびドライエッチング技術を用いて当該導電性膜のパターニングを行い、導電性膜パターン112を形成する。この導電性膜パターン112は後の工程で形成される上層埋め込み配線とほぼ等しい形状および寸法を有しており、しかも導電性膜109からなる下層配線の直上に位置する所定の部分にホール状の開口が形成されている。導電性パターン112を形成するためのドライエッチング、およびドライエッチング後のレジストパターンのプラズマアッシング等によって層間絶縁膜111の表層部にダメージ層が形成されるが、例えばHF:H2O=1:100程度の希フッ酸洗浄などによりダメージ層を除去することが望ましい。 Subsequently, an interlayer insulating film 111 made of a SiOC film having a low relative dielectric constant or the like is deposited on the surface of the etching stopper film 110 to a thickness of about 100 nm using, for example, a plasma CVD method. Next, as shown in FIG. 2C, a thin conductive film made of TaN, for example, is deposited on the interlayer insulating film 111 to a thickness of about 15 nm using a reactive sputtering method, and then a resist pattern by photolithography is used. Then, the conductive film pattern 112 is formed by patterning the conductive film using a dry etching technique. This conductive film pattern 112 has substantially the same shape and dimensions as the upper-layer buried wiring formed in the subsequent process, and has a hole-like shape in a predetermined portion located immediately above the lower-layer wiring made of the conductive film 109. An opening is formed. A damage layer is formed on the surface layer portion of the interlayer insulating film 111 by dry etching for forming the conductive pattern 112 and plasma ashing of the resist pattern after the dry etching. For example, HF: H 2 O = 1: 100 It is desirable to remove the damaged layer by washing with dilute hydrofluoric acid.

この導電性膜パターン112は導電性膜の代わりに絶縁膜を使用しても良い。この場合、絶縁膜材料としてエッチングによる膜のパターニングの際に下地の層間絶縁膜111がエッチングされ難い材料を選択する必要があり、層間絶縁膜111に対するエッチング速度比は2以上であることが望ましい。   The conductive film pattern 112 may use an insulating film instead of the conductive film. In this case, it is necessary to select a material in which the underlying interlayer insulating film 111 is difficult to be etched when the film is patterned by etching, and the etching rate ratio with respect to the interlayer insulating film 111 is preferably 2 or more.

次に層間絶縁膜111および導電性膜パターン112上に例えばSiOC膜からなる層間絶縁膜113をプラズマCVD法で約300nmの厚さに堆積する。このとき層間絶縁膜113は層間絶縁膜111と同一の物性を有する材料からなるものとすることが望ましい。次に図3(a)に示すように、図示していないが層間絶縁膜113上に、上層埋め込み配線と同形状のパターンを有する開口が形成されたレジスト膜パターンを形成し、これをマスクとして層間絶縁膜113、111、エッチングストッパ膜110を順次選択的にエッチングする。このエッチングおいては、最初層間絶縁膜113に上層埋め込み配線に対応する深さ300nmの配線溝114が形成され、当該配線溝の底部に導電性パターン112が露出した時点で層間絶縁膜113より導電性膜パターン112のエッチング速度が小さいためにエッチングがほぼ停止する。導電性膜パターン112が露出した後この導電性膜パターン112をマスクとして導電性膜パターン112に設けられたホール状開口から層間絶縁膜111のエッチングが進行し、エッチングストッパ膜110が露出した時点でエッチングがほとんど進まなくなるのでエッチングを停止する。   Next, an interlayer insulating film 113 made of, for example, a SiOC film is deposited on the interlayer insulating film 111 and the conductive film pattern 112 to a thickness of about 300 nm by plasma CVD. At this time, the interlayer insulating film 113 is preferably made of a material having the same physical properties as the interlayer insulating film 111. Next, as shown in FIG. 3A, although not shown, a resist film pattern having an opening having the same shape as the upper-layer buried wiring is formed on the interlayer insulating film 113, and this is used as a mask. The interlayer insulating films 113 and 111 and the etching stopper film 110 are selectively etched sequentially. In this etching, a wiring groove 114 having a depth of 300 nm corresponding to the upper buried wiring is first formed in the interlayer insulating film 113, and the conductive pattern 112 is exposed at the bottom of the wiring groove. Since the etching rate of the conductive film pattern 112 is low, the etching is almost stopped. After the conductive film pattern 112 is exposed, etching of the interlayer insulating film 111 proceeds from the hole-shaped opening provided in the conductive film pattern 112 using the conductive film pattern 112 as a mask, and the etching stopper film 110 is exposed. Etching is stopped because the etching hardly proceeds.

この後、さらにエッチング条件を変更し、導電性膜パターン112および層間絶縁膜111をマスクとしてエッチングストッパ膜110をエッチングし導電性膜(Cuメッキ膜)109を露出させる。こうして層間絶縁膜111、エッチングストッパ膜110を貫通して導電性膜109に達するホール115が形成される。層間絶縁膜113、111は導電性膜パターン112に対するエッチング速度の選択比が高い条件で行うことが必要であり、例えばCF4+C48+ArのようなCF系の混合ガスを用いることができる。図3(a)では、便宜上下層埋め込み配線の幅より広い配線溝114が形成される部分を示しているが、図に示されない部分には下層配線幅と同一の幅100nmを有する配線溝114も形成される。 Thereafter, the etching conditions are further changed, and the etching stopper film 110 is etched using the conductive film pattern 112 and the interlayer insulating film 111 as a mask to expose the conductive film (Cu plating film) 109. Thus, a hole 115 that reaches the conductive film 109 through the interlayer insulating film 111 and the etching stopper film 110 is formed. The interlayer insulating films 113 and 111 need to be performed under a condition where the etching rate selection ratio with respect to the conductive film pattern 112 is high. For example, a CF-based mixed gas such as CF 4 + C 4 F 8 + Ar can be used. . 3A shows a portion where the wiring groove 114 wider than the width of the lower buried wiring is formed for the sake of convenience, a wiring groove 114 having a width of 100 nm which is the same as the lower wiring width is shown in a portion not shown in the drawing. Is also formed.

次に図3(b)に示すように配線溝114およびホール115の側壁および底面、層間絶縁膜113上に例えばTaN、Ta膜を順次下層から積層した積層導電性膜116を約15nm程度の厚さに堆積する。この積層導電性膜116はイオン・メタル・プラズマスパッタリング法(IMP法)を用いて堆積することが望ましい。IMP法は、ステージに被処理基板を設置し、堆積すべき膜材料からなるターゲットを被処理基板に対向させ、スパッタリングガス雰囲気中において上記のターゲットにDC電圧または高周波電圧を印加し、同時にステージから被処理基板へ高周波バイアスを印加しながら材料膜を被処理基板上へスパッタリング堆積する方法である。非処理基板に高周波バイアスが印加されると、非処理基板付近にスパッタリングガスプラズマによる負電位が生じ、ターゲットからの正の材料イオンを被処理基板方向へ引きつけることができる。このこととスパッタリングガス圧の調整などによってアスペクト比の高い配線溝114、ホール115内面に段差被覆性よく膜堆積を実施することができる。この方法は図1(c)の工程における導電性膜108(TaN)の堆積や、CuまたはCu合金からなるシード膜の堆積にも採用することができる。   Next, as shown in FIG. 3B, a laminated conductive film 116 in which, for example, TaN and Ta films are sequentially laminated from the lower layer on the sidewalls and bottom surfaces of the wiring grooves 114 and the holes 115 and the interlayer insulating film 113, has a thickness of about 15 nm. Sedimentation. The laminated conductive film 116 is preferably deposited using an ion metal plasma sputtering method (IMP method). In the IMP method, a substrate to be processed is placed on a stage, a target made of a film material to be deposited is opposed to the substrate to be processed, a DC voltage or a high-frequency voltage is applied to the target in a sputtering gas atmosphere, and simultaneously from the stage. In this method, a material film is sputter deposited on a substrate to be processed while applying a high frequency bias to the substrate to be processed. When a high-frequency bias is applied to the non-processed substrate, a negative potential due to sputtering gas plasma is generated near the non-processed substrate, and positive material ions from the target can be attracted toward the target substrate. By this and by adjusting the sputtering gas pressure, the film can be deposited on the inner surface of the wiring groove 114 and the hole 115 having a high aspect ratio with good step coverage. This method can also be used for the deposition of the conductive film 108 (TaN) in the step of FIG. 1C and the deposition of a seed film made of Cu or Cu alloy.

次に図4(a)に示すように、スパッタエッチング法によりホール115の底部に堆積していた積層導電性膜116をすべて除去し、さらにその下の下層埋め込み配線の露出部(導電性膜109)を約15nm程度掘り込み凹部を形成する。このとき配線溝114とホール115のアスペクト比の違いなどから配線溝114底部の積層導電性膜116のエッチング速度はホール115の底部の積層導電性膜116より大きく、ホール115の底部におけるよりも速くエッチングされるため除去されてなくなり、その下の導電性膜パターン112までスパッタエッチングされる。しかしこの導電性膜パターン112は、約15nmの掘り込みを行う場合は約7nmエッチングされたところでエッチングが終了し、導電性膜パターン112のすべてが除去されることがない。   Next, as shown in FIG. 4A, all of the laminated conductive film 116 deposited on the bottom of the hole 115 is removed by the sputter etching method, and the exposed portion of the underlying buried wiring (conductive film 109) is further removed. ) Is dug to about 15 nm to form a recess. At this time, the etching rate of the laminated conductive film 116 at the bottom of the wiring groove 114 is larger than that of the laminated conductive film 116 at the bottom of the hole 115 due to a difference in aspect ratio between the wiring groove 114 and the hole 115, and faster than that at the bottom of the hole 115. Since it is etched, it is not removed, and the conductive film pattern 112 below it is sputter etched. However, when the conductive film pattern 112 is dug by about 15 nm, the etching is finished when the conductive film pattern 112 is etched by about 7 nm, and the entire conductive film pattern 112 is not removed.

このスパッタエッチング処理はイオン・メタル・プラズマスパッタリング装置のチャンバ内で、積層導電性膜116の堆積に連続して行うことができる。スパッタリング装置には例えば上に述べたターゲットとステージ間の空間を取り囲むように高周波コイルおよびDCコイルが設けられており、スパッタエッチングはチャンバ内にArなどの希ガスまたは不活性ガスを導入した後、ターゲットにDC電圧を印加し、ステージに高周波電圧を印加し、さらに高周波コイルに高周波電圧を、DCコイルにDC電圧をそれぞれ印加して行う。このようにして高周波放電によって発生させたArなどのスパッタエッチングガスプラズマで積層導電性膜116をイオン衝撃しエッチングを進行させる。上記各DC電圧、各高周波電圧の値はそれぞれ独立に設定することが可能であり、プラズマが積層導電性膜116に対してエッチングモードとなるように設定すればよい。   This sputter etching treatment can be performed continuously in the deposition of the laminated conductive film 116 in the chamber of the ion metal plasma sputtering apparatus. For example, the sputtering apparatus is provided with a high-frequency coil and a DC coil so as to surround the space between the target and the stage described above, and after sputter etching introduces a rare gas such as Ar or an inert gas into the chamber, A DC voltage is applied to the target, a high frequency voltage is applied to the stage, a high frequency voltage is applied to the high frequency coil, and a DC voltage is applied to the DC coil. Etching is carried out by ion bombardment of the laminated conductive film 116 with sputter etching gas plasma such as Ar generated by high frequency discharge in this way. The values of each DC voltage and each high-frequency voltage can be set independently, and may be set so that plasma is in an etching mode with respect to the laminated conductive film 116.

次に図4(b)に示すように、配線溝114、ホール115内の積層導電性膜116上、導電性膜パターン112上、およびホール115底面の導電性膜109上を含む全面にCuまたはCu合金からなるシード膜をIMP法を用いて堆積し、続いてCuメッキ膜を電解メッキ法で堆積する。こうしてシード膜およびCuメッキ膜からなる導電性膜117を配線溝114、ホール115に埋め込む。次に配線溝114、ホール115内部以外の部分に堆積している導電性膜117および積層導電性膜116をCMP法により研磨し除去することで導電性膜117で構成される上層埋め込み配線構造を形成する。ここで導電性膜117の配線溝114内に埋め込まれた部分が上層埋め込み配線となり、ホール115内に埋め込まれた部分が接続用プラグとなる。また図4(a)の工程で下層埋め込み配線の導電性膜109の掘り込みエッチングを行ったことによって下層埋め込み配線とプラグとの接触面積が増大しており、この部分でのエレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション等接続特性の信頼性を向上させることができる。   Next, as shown in FIG. 4B, Cu or Cu is formed on the entire surface including the wiring trench 114, the laminated conductive film 116 in the hole 115, the conductive film pattern 112, and the conductive film 109 on the bottom of the hole 115. A seed film made of a Cu alloy is deposited by using the IMP method, and then a Cu plating film is deposited by the electrolytic plating method. Thus, the conductive film 117 made of the seed film and the Cu plating film is embedded in the wiring groove 114 and the hole 115. Next, the upper-layer buried wiring structure constituted by the conductive film 117 is obtained by polishing and removing the conductive film 117 and the laminated conductive film 116 deposited on portions other than the inside of the wiring trench 114, the hole 115 by the CMP method. Form. Here, the portion embedded in the wiring groove 114 of the conductive film 117 becomes the upper layer embedded wiring, and the portion embedded in the hole 115 becomes the connection plug. In addition, the contact area between the lower buried wiring and the plug is increased by performing the etching of the conductive film 109 of the lower buried wiring in the process of FIG. 4A. Electromigration and stress migration in this portion are increased. The reliability of the equal connection characteristics can be improved.

本実施形態において、導電性膜パターン112の幅を配線溝114と同一幅にしても良いが、図3(a)の工程において配線溝114をエッチング形成するときに導電性膜パターン112をエッチング停止膜としなければならないので、例えばその寸法を配線溝114の幅より片側約10nm大きくし、配線溝114または上層埋め込み配線の全体が導電性膜パターン112の領域より内側に形成されるようにすることが望ましい。このようにすればフォトリソグラフィ工程において配線溝114のレジストパターンに、導電性膜パターン112に対する位置合わせずれが生じても、配線溝114の一部が導電性膜112上からはずれ、層間絶縁膜111の不必要な部分がエッチングされることがなくなる。また本実施形態において採用したエッチングストッパ膜110としてのSiC膜またはSiCN膜は下層埋め込み配線の導電性膜109を構成するCuが層間絶縁膜111および113へ拡散するのを防止することを通じてそれらの絶縁性を保持する役目を果たしている。また本実施形態による半導体装置において、層間絶縁膜113の厚さは層間絶縁膜111より厚いので上層埋め込み配線の高さはプラグの高さより高いが、両者の高さを同一にしてもよい。このようにして、プラグの高さを配線の高さ以下にすることにより、電気抵抗をより小さくすることができると共に、本発明の効果がより発揮されることとなる。   In this embodiment, the width of the conductive film pattern 112 may be the same as that of the wiring groove 114. However, when the wiring groove 114 is formed by etching in the process of FIG. Since the film has to be a film, for example, the dimension is made larger by about 10 nm on one side than the width of the wiring groove 114, and the wiring groove 114 or the entire upper-layer buried wiring is formed inside the region of the conductive film pattern 112. Is desirable. In this way, even if the resist pattern of the wiring groove 114 is misaligned with the conductive film pattern 112 in the photolithography process, a part of the wiring groove 114 is displaced from the conductive film 112, and the interlayer insulating film 111. Unnecessary portions are not etched. In addition, the SiC film or the SiCN film as the etching stopper film 110 employed in the present embodiment prevents the Cu constituting the conductive film 109 of the lower buried wiring from diffusing into the interlayer insulating films 111 and 113, thereby insulating them. It plays the role of maintaining sex. In the semiconductor device according to the present embodiment, since the interlayer insulating film 113 is thicker than the interlayer insulating film 111, the height of the upper buried wiring is higher than the height of the plug, but the heights of both may be the same. Thus, by making the height of the plug equal to or less than the height of the wiring, the electrical resistance can be further reduced and the effect of the present invention is further exhibited.

本発明の第1実施形態に係る製造方法は次のように変形しても良い。図5は当該変形された製造方法で形成した半導体装置の断面図である。この半導体装置の製造方法においては図1(a)〜図4(a)までの工程を終了した後、IMP法を用いて例えばTa膜からなる導電性膜118を約8nm堆積した点が異なる。導電性膜118の堆積後は図4(b)と同様にCuまたはCu合金からなるシード膜、Cuメッキ膜を堆積し、配線溝114およびホール115内部に導電性膜116、117、118を埋め込み、上層埋め込み配線を形成する。   The manufacturing method according to the first embodiment of the present invention may be modified as follows. FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device formed by the modified manufacturing method. This semiconductor device manufacturing method is different in that, after the steps from FIG. 1A to FIG. 4A are completed, a conductive film 118 made of, for example, a Ta film is deposited by about 8 nm using the IMP method. After the deposition of the conductive film 118, a seed film or a Cu plating film made of Cu or a Cu alloy is deposited as in FIG. 4B, and the conductive films 116, 117, and 118 are embedded in the wiring trench 114 and the hole 115. Then, an upper layer embedded wiring is formed.

この方法で製造される構造により、特に上層埋め込み配線のプラグ部と下層埋め込み配線との接続部でのエレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション等の銅配線に関する接続特性の信頼性をさらに向上させることが可能となる。また、最初に述べた本実施形態による方法では、配線溝114底面の導電性膜パターン112の膜厚はスパッタエッチング(図4(a))によって薄くなるが、変形された方法では導電性膜118を追加形成するので、薄くなった導電性膜112に対するバリア性をより確実に確保することができるという利点を有する。   With the structure manufactured by this method, it becomes possible to further improve the reliability of connection characteristics related to copper wiring, such as electromigration and stress migration, particularly in the connection portion between the plug portion of the upper buried wiring and the lower buried wiring. . In the method according to the present embodiment described first, the film thickness of the conductive film pattern 112 on the bottom surface of the wiring groove 114 is thinned by sputter etching (FIG. 4A), but in the modified method, the conductive film 118 is formed. Therefore, the barrier property against the thinned conductive film 112 can be ensured more reliably.

本発明の第1実施形態に係る製造方法では、図2(c)の工程において上層埋め込み配線と本質的に同形状の導電性膜パターン112を予め形成しておき、この後図4(a)の工程で下層埋め込み配線の導電性膜109を掘り込むエッチングを行う。このため、掘り込みエッチングが過剰になったり、エッチング速度が半導体基板内でばらつき、配線溝114の底面の積層導電性膜116の少なくとも一部が完全に除去されたとしても導電性膜パターン112があることによりその下の層間絶縁膜111がエッチングされること、および層間絶縁膜111がダメージを受けることが防止でき、デュアルダマシン法によって配線構造を安定且つ歩留まりよく製造することができる。導電性膜パターン112の膜厚はホール115の底部の積層導電性膜116を除去し、さらに下層埋め込み配線の導電性膜109の掘り込みエッチングが終了した時点で、導電性膜パターン112自体が残るような膜厚に設定すればよい。   In the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, a conductive film pattern 112 having essentially the same shape as the upper-layer buried wiring is formed in advance in the step of FIG. In this step, etching for digging the conductive film 109 of the lower buried wiring is performed. For this reason, even if the digging etching becomes excessive, the etching rate varies within the semiconductor substrate, and at least a part of the laminated conductive film 116 on the bottom surface of the wiring groove 114 is completely removed, the conductive film pattern 112 is not removed. As a result, the underlying interlayer insulating film 111 can be prevented from being etched and the interlayer insulating film 111 can be prevented from being damaged, and the wiring structure can be manufactured stably and with high yield by the dual damascene method. The thickness of the conductive film pattern 112 is such that when the laminated conductive film 116 at the bottom of the hole 115 is removed and the etching of the conductive film 109 of the lower buried wiring is completed, the conductive film pattern 112 itself remains. What is necessary is just to set to such a film thickness.

以上のことから第1実施形態に係る製造方法によれば、エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション等の埋め込み配線層間の信頼性を確保できると共に上下埋め込み配線層間のショート不良や埋め込み配線層間耐圧劣化が抑制された信頼性の良好な半導体装置が得られる。   From the above, according to the manufacturing method according to the first embodiment, reliability between buried wiring layers such as electromigration and stress migration can be ensured, and short circuit defects between upper and lower buried wiring layers and deterioration of breakdown voltage between buried wiring layers are suppressed. A highly reliable semiconductor device can be obtained.

(実施形態2)
図6〜図9は本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図であり、半導体基板にMOS型トランジスタが形成された半導体装置の一部分を示すものである。この実施形態ではまず、図1(a)〜(c)、図2(a)に示す第1実施形態と同一の工程を行う。したがってこの工程部分については詳細な説明を省略する。また図6〜図9についても第1の実施形態の半導体装置と同一の部分には同一の符号を付与し、説明を省略する。図2(c)の工程を実施した後、図6(a)に示すように、導電性膜109からなる下層埋め込み配線および層間絶縁膜106上に例えばプラズマCVD法を用いてSiC膜またはSiCN膜からなるエッチングストッパ膜110を約50nmの厚さに堆積し、続いてエッチングストッパ膜110の表面上に例えばプラズマCVD法を用いてSiOCからなる層間絶縁膜120を約400nmの厚さに堆積する。
(Embodiment 2)
6 to 9 are process sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and show a part of the semiconductor device in which a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate. In this embodiment, first, the same steps as those in the first embodiment shown in FIGS. 1A to 1C and FIG. 2A are performed. Therefore, detailed description of this process part is omitted. 6 to 9, the same parts as those of the semiconductor device of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. After performing the step of FIG. 2C, as shown in FIG. 6A, the SiC film or the SiCN film is formed on the lower buried wiring and the interlayer insulating film 106 made of the conductive film 109 by using, for example, a plasma CVD method. An etching stopper film 110 made of is deposited to a thickness of about 50 nm, and then an interlayer insulating film 120 made of SiOC is deposited to a thickness of about 400 nm on the surface of the etching stopper film 110 using, for example, a plasma CVD method.

次に図6(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用い、層間絶縁膜120の下層配線とオーバーラップする領域を選択的にエッチングして深さ300nmの配線溝121を形成する。図6(b)では下層配線の幅より大きい幅を有する配線溝121を表示しているが、図面が表示しない他の領域には下層配線と同様幅100nmの配線溝も形成される。次に配線溝121を含む層間絶縁膜120上の全面を被覆するように、例えばIMP法を用い、第1の実施形態と同様の条件でTaNからなる導電性膜122を約10nmの厚さに堆積する。   Next, as shown in FIG. 6B, using a photolithography technique and a dry etching technique, a region overlapping with the lower layer wiring of the interlayer insulating film 120 is selectively etched to form a wiring trench 121 having a depth of 300 nm. To do. In FIG. 6B, the wiring groove 121 having a width larger than the width of the lower layer wiring is shown, but a wiring groove having a width of 100 nm is formed in other regions not shown in the drawing as in the case of the lower layer wiring. Next, the conductive film 122 made of TaN is formed to a thickness of about 10 nm under the same conditions as in the first embodiment by using, for example, the IMP method so as to cover the entire surface of the interlayer insulating film 120 including the wiring trench 121. accumulate.

次に図7(a)に示すように、配線溝121を覆うようにフォトレジスト膜123を形成する。このフォトレジスト膜123は下層埋め込み配線上に直径100nmの開孔パターンを有している。フォトレジスト膜123をパターンニングするにあたって、配線溝121の段差(深さ)が原因でフォトレジスト膜厚が不均一となりパターンニング不良が生じる場合は、1回目のフォトレジスト膜塗布後、ドライエッチングまたはCMP法を用いて層間絶縁膜120上の余剰なフォトレジスト膜123を除去し、配線溝121内のみにフォトレジスト膜を残して全表面を平坦にし、その上から再度フォトレジスト膜を塗布した後パターニングを実施する。このようにするとパターニングすべき箇所のフォトレジスト膜厚が均一となり開孔パターンを正確に形成することができる。   Next, as illustrated in FIG. 7A, a photoresist film 123 is formed so as to cover the wiring trench 121. This photoresist film 123 has an opening pattern with a diameter of 100 nm on the lower buried wiring. When patterning the photoresist film 123, if the photoresist film thickness becomes non-uniform due to the step (depth) of the wiring groove 121 and patterning failure occurs, dry etching or After removing the excess photoresist film 123 on the interlayer insulating film 120 by using the CMP method, leaving the photoresist film only in the wiring trench 121 to flatten the entire surface, and then applying the photoresist film again from above. Perform patterning. In this way, the photoresist film thickness at the portion to be patterned becomes uniform, and the aperture pattern can be formed accurately.

次に図7(b)に示すように、フォトレジスト膜123をマスクとして導電性膜122および層間絶縁膜120を選択的にドライエッチングし、エッチングストッパ膜110の表面が露出するとエッチングがほとんど進行しなくなるのでエッチングを停止する。膜122として導電性膜を使用しているが絶縁膜を使用しても良い。この場合、本エッチングにおいて下地の層間絶縁膜120に対して選択的にエッチングできる方がよいので、膜122の層間絶縁膜120に対するエッチング速度比は2以上であることが望ましい。次にエッチング条件を変更して層間絶縁膜120をマスクとしてエッチングストッパ膜を選択的にエッチングしホール124を形成して下層埋め込み配線のCuからなる導電性膜109の表面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 7B, when the conductive film 122 and the interlayer insulating film 120 are selectively dry-etched using the photoresist film 123 as a mask and the surface of the etching stopper film 110 is exposed, the etching is almost advanced. Etching is stopped because it disappears. Although a conductive film is used as the film 122, an insulating film may be used. In this case, it is desirable that the underlying interlayer insulating film 120 can be selectively etched in this etching, so that the etching rate ratio of the film 122 to the interlayer insulating film 120 is desirably 2 or more. Next, the etching conditions are changed, and the etching stopper film is selectively etched using the interlayer insulating film 120 as a mask to form a hole 124 to expose the surface of the conductive film 109 made of Cu of the lower buried wiring.

次に図8(a)に示すように、配線溝121およびホール124の側壁および底面を含む層間絶縁膜120上に、例えばTaN膜およびTa膜を順次下層から積層した積層導電性膜125をIMP法を用いて第1の実施形態と同様の条件で約15nmの厚さに堆積する。次に図8(b)に示すように、Arなどの希ガスまたは不活性ガスをスパッタエッチングガスとし、スパッタエッチング法によりホール124の底部に堆積した積層導電性膜125を除去し、さらにホール124の下に露出する下層埋め込み配線を構成する導電性膜109の一部を約15nm程度掘り込む。このとき配線溝121とホール124の断面のアスペクト比の違いにより配線溝121底部の積層導電性膜125は、ホール124底部の積層導電性膜125よりエッチング速度が大きく速く除去されるため、積層導電性膜125が完全に除去された後さらに下の導電性膜122の一部もスパッタエッチングされる。しかしすべてがエッチングされることがなく、掘り込みスパッタエッチング終了時に配線溝121底部の導電性膜122は約7nmエッチングされるに留まる。このスパッタエッチング処理はイオン・メタル・プラズマスパッタリング装置のチャンバ内で、積層導電性膜125の堆積に連続して、第1実施形態と同様の条件で行うことができる。   Next, as shown in FIG. 8A, a laminated conductive film 125 in which, for example, a TaN film and a Ta film are sequentially laminated from the lower layer is formed on the interlayer insulating film 120 including the side wall and bottom surface of the wiring trench 121 and the hole 124. Using this method, the film is deposited to a thickness of about 15 nm under the same conditions as in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 8B, the stacked conductive film 125 deposited on the bottom of the hole 124 is removed by a sputter etching method using a rare gas such as Ar or an inert gas as a sputter etching gas, and the hole 124 is further removed. A portion of the conductive film 109 constituting the lower buried wiring exposed below is dug by about 15 nm. At this time, the laminated conductive film 125 at the bottom of the wiring groove 121 is removed at a higher etching rate than the laminated conductive film 125 at the bottom of the hole 124 due to the difference in aspect ratio between the cross sections of the wiring groove 121 and the hole 124. After the conductive film 125 is completely removed, a part of the lower conductive film 122 is also sputter etched. However, everything is not etched, and the conductive film 122 at the bottom of the wiring trench 121 is only etched by about 7 nm at the end of the digging sputter etching. This sputter etching process can be performed in the chamber of the ion metal plasma sputtering apparatus, under the same conditions as in the first embodiment, following the deposition of the laminated conductive film 125.

次に図9に示すように配線溝121内の導電性膜122および積層導電性膜125上、ホール124内の積層導電性膜125上およびホール124底面の導電性膜109上を含む全面にCuまたはCu合金からなるシード膜をIMP法を用いて堆積し、続いてCuメッキ膜を電解メッキ法で堆積する。こうしてシード膜およびCuメッキ膜からなる導電性膜126を配線溝121、ホール124内に埋め込む。次に配線溝121、ホール124内部以外の部分に堆積している導電性膜122、126および積層導電性膜125をCMP法により研磨し除去することで導電性膜126で構成される上層埋め込み配線構造を形成する。導電性膜126の配線溝121内に埋め込まれた部分が上層埋め込み配線を構成し、ホール115内に埋め込まれた部分が接続用プラグを構成する。また図8(b)の工程で下層埋め込み配線の導電性膜109に掘り込みエッチングを行ったことによって下層配線とプラグとの接触面積が増大し、この部分でのエレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション等接続特性の信頼性を向上させることができる。   Next, as shown in FIG. 9, Cu is formed on the entire surface including the conductive film 122 and the laminated conductive film 125 in the wiring trench 121, the laminated conductive film 125 in the hole 124, and the conductive film 109 on the bottom surface of the hole 124. Alternatively, a seed film made of a Cu alloy is deposited by using the IMP method, and then a Cu plating film is deposited by the electrolytic plating method. Thus, the conductive film 126 made of the seed film and the Cu plating film is embedded in the wiring groove 121 and the hole 124. Next, the upper layer embedded wiring constituted by the conductive film 126 by polishing and removing the conductive films 122 and 126 and the laminated conductive film 125 deposited in portions other than the inside of the wiring trench 121 and the hole 124 by the CMP method. Form a structure. A portion embedded in the wiring groove 121 of the conductive film 126 forms an upper layer embedded wiring, and a portion embedded in the hole 115 forms a connection plug. Further, the contact area between the lower layer wiring and the plug is increased by digging into the conductive film 109 of the lower layer embedded wiring in the step of FIG. 8B, and connection characteristics such as electromigration and stress migration in this portion. Reliability can be improved.

なお、配線溝121の深さはホール124の深さより深く形成し、上層埋め込み配線の高さがプラグの高さより高くなるようにしたが、両者の高さを同一にしてもよい。このようにして、プラグの高さを配線の高さ以下にすることにより、電気抵抗をより小さくすることができると共に、本発明の効果がより発揮されることとなる。   Although the wiring groove 121 is formed deeper than the hole 124 and the height of the upper buried wiring is higher than the height of the plug, the height of both may be the same. Thus, by making the height of the plug equal to or less than the height of the wiring, the electrical resistance can be further reduced and the effect of the present invention is further exhibited.

本発明の第2実施形態に係る製造方法は次のように変形しても良い。図10は当該変形された製造方法で形成した半導体装置の断面図である。この半導体装置の製造方法においては本実施形態による製造方法に従って図8(b)までの工程を終了した後、IMP法を用いて例えばTa膜からなる導電性膜127を約8nm堆積した点が異なる。導電性膜127の堆積後は図9と同様に配線溝121およびホール124内部にCuまたはCu合金からなるシード膜、Cuメッキ膜を堆積することによってこの両者の膜からなる導電性膜126を形成し、配線溝121およびホール124内部に導電性膜122、126、127、積層導電性膜125を埋め込み、上層埋め込み配線を形成する。   The manufacturing method according to the second embodiment of the present invention may be modified as follows. FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor device formed by the modified manufacturing method. This semiconductor device manufacturing method is different in that, after the steps up to FIG. 8B are completed in accordance with the manufacturing method according to the present embodiment, a conductive film 127 made of, for example, a Ta film is deposited by about 8 nm using the IMP method. . After deposition of the conductive film 127, a conductive film 126 made of both of these films is formed by depositing a seed film made of Cu or a Cu alloy and a Cu plating film inside the wiring groove 121 and the hole 124 as in FIG. Then, the conductive films 122, 126, 127 and the laminated conductive film 125 are embedded in the wiring trench 121 and the hole 124 to form an upper layer embedded wiring.

この方法で製造される構造により、特に上層の埋め込み配線のプラグ部と下層の埋め込み配線との接続部でのエレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション等の銅配線に関する接続特性の信頼性をさらに向上させることが可能となる。また、最初に述べた第2実施形態による方法では、配線溝121底面の導電性膜122の膜厚はスパッタエッチング(図8(b))によって薄くなるが、変形された方法では導電性膜127を追加形成するので、薄くなった導電性膜122に対するバリア性をより確実に確保することができるという利点を有する。   The structure manufactured by this method can further improve the reliability of connection characteristics related to copper wiring, such as electromigration and stress migration, especially at the connection between the plug portion of the upper embedded wiring and the lower embedded wiring. It becomes. In the method according to the second embodiment described at the beginning, the film thickness of the conductive film 122 on the bottom surface of the wiring groove 121 is thinned by sputter etching (FIG. 8B), but in the modified method, the conductive film 127 is formed. Therefore, the barrier property against the thinned conductive film 122 can be more reliably ensured.

本発明の第2実施形態に係る製造方法では、図6(b)の工程において導電性膜122を予め形成しておき、この後図8(b)の工程で下層埋め込み配線の導電性膜109を掘り込むエッチングを行う。このため、掘り込みエッチングが過剰になったり、エッチング速度が半導体基板内でばらつき、配線溝121の底面の積層導電性膜125の少なくとも一部が完全に除去されたとしても下に導電性膜122があることによりその下の層間絶縁膜120がエッチングされること、および層間絶縁膜120がダメージを受けることが防止でき、デュアルダマシン法によって配線構造を安定且つ歩留まりよく製造することができる。導電性膜122の膜厚はホール124の底部の積層導電性膜125を除去し、さらに下層埋め込み配線の導電性膜109の掘り込みエッチングが終了した時点で、配線溝121の底面に導電性膜122自体が残るような膜厚に設定すればよい。   In the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, the conductive film 122 is formed in advance in the step of FIG. 6B, and then the conductive film 109 of the lower buried wiring in the step of FIG. 8B. Etching to dig in. For this reason, even if the digging etching becomes excessive, the etching rate varies within the semiconductor substrate, and even if at least a part of the laminated conductive film 125 on the bottom surface of the wiring groove 121 is completely removed, the conductive film 122 is still below. As a result, the underlying interlayer insulating film 120 is etched and the interlayer insulating film 120 is prevented from being damaged, and the wiring structure can be manufactured stably and with high yield by the dual damascene method. The thickness of the conductive film 122 is such that when the laminated conductive film 125 at the bottom of the hole 124 is removed and the etching of the conductive film 109 of the lower buried wiring is completed, the conductive film is formed on the bottom surface of the wiring groove 121. The film thickness may be set such that 122 itself remains.

(実施形態3)
図11〜図14は本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図であり、半導体基板にMOS型トランジスタが形成された半導体装置の一部分を示すものである。この実施形態ではまず、図1(a)〜(c)、図2(a)に示す第1実施形態と同一の工程を行う。したがってこれらの工程部分については詳細な説明を省略する。また図11〜図14についても第1実施形態の半導体装置と同一部分には同一符号を付与し、説明は省略する。図2(a)の工程を実施した後、図11(a)に示すように、導電性膜109からなる下層埋め込み配線および層間絶縁膜106上に例えばプラズマCVD法を用いてSiC膜またはSiCN膜からなるエッチングストッパ膜110を約50nmの厚さに堆積し、続いてエッチングストッパ膜110の表面上に例えばプラズマCVD法を用いてSiOCからなる層間絶縁膜120を約400nmの厚さに堆積する。さらに層間絶縁膜120上を被覆して例えばTaNなどからなる導電性膜130をIMP法を用いて約30nmの厚さに堆積する。
(Embodiment 3)
11 to 14 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, and show a part of the semiconductor device in which a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate. In this embodiment, first, the same steps as those in the first embodiment shown in FIGS. 1A to 1C and FIG. 2A are performed. Therefore, detailed description of these process parts is omitted. Also, in FIGS. 11 to 14, the same reference numerals are given to the same parts as those of the semiconductor device of the first embodiment, and description thereof is omitted. After performing the process of FIG. 2A, as shown in FIG. 11A, the SiC film or the SiCN film is formed on the lower buried wiring and the interlayer insulating film 106 made of the conductive film 109 by using, for example, a plasma CVD method. An etching stopper film 110 made of is deposited to a thickness of about 50 nm, and then an interlayer insulating film 120 made of SiOC is deposited to a thickness of about 400 nm on the surface of the etching stopper film 110 using, for example, a plasma CVD method. Further, a conductive film 130 made of TaN, for example, is deposited to a thickness of about 30 nm using the IMP method so as to cover the interlayer insulating film 120.

次に図11(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、まず導電性膜130のみを選択的にエッチングし、続いて導電性膜130をマスクとして層間絶縁膜120を選択的にドライエッチングし、深さ300nmの配線溝131を下層埋め込み配線上に形成する。なお、膜130は導電性膜としたが絶縁膜としても良い。この場合は層間絶縁膜120に対して膜130を選択的にエッチングできる材料とする必要があり、膜130の、層間絶縁膜120に対するエッチング速度比は2以上とすることが望ましい。図11(b)では下層配線の幅より大きい幅を有する配線溝131を表示しているが、図面が表示しない他の領域には下層配線と同様幅100nmの配線溝も形成される。次に例えばTaNからなる導電性膜132をIMP法を用いて第1の実施形態と同様の条件で配線溝131の内部および導電性膜130上を被覆するように約10nmの厚さに堆積する。   Next, as shown in FIG. 11B, using the photolithography technique and the dry etching technique, only the conductive film 130 is first selectively etched, and then the interlayer insulating film 120 is formed using the conductive film 130 as a mask. By selectively performing dry etching, a wiring trench 131 having a depth of 300 nm is formed on the lower buried wiring. Although the film 130 is a conductive film, it may be an insulating film. In this case, it is necessary to use a material that can selectively etch the film 130 with respect to the interlayer insulating film 120, and the etching rate ratio of the film 130 to the interlayer insulating film 120 is desirably 2 or more. In FIG. 11B, the wiring groove 131 having a width larger than the width of the lower layer wiring is shown. However, a wiring groove having a width of 100 nm is formed in other regions not shown in the drawing as in the case of the lower layer wiring. Next, a conductive film 132 made of TaN, for example, is deposited to a thickness of about 10 nm so as to cover the inside of the wiring trench 131 and the conductive film 130 under the same conditions as in the first embodiment by using the IMP method. .

次に図12(a)に示すように、配線溝131を覆うようにフォトレジスト膜133を形成する。このフォトレジスト膜133は下層埋め込み配線上に開孔パターンを有している。フォトレジスト膜133をパターンニングするにあたって、配線溝131の段差(深さ)が原因でフォトレジスト膜厚が不均一となりパターンニング不良が生じる場合、第2実施形態と同様に1回目のフォトレジスト膜塗布後、ドライエッチングまたはCMP法を用いて配線溝131内部以外に形成されている余剰なフォトレジスト膜133を除去し、配線溝131内のみにフォトレジストが残るようにして全表面を平坦化し、再度フォトレジスト膜を塗布して開孔のパターニングを実施する。   Next, as shown in FIG. 12A, a photoresist film 133 is formed so as to cover the wiring trench 131. This photoresist film 133 has an opening pattern on the lower buried wiring. When patterning the photoresist film 133, if the photoresist film thickness becomes non-uniform due to the step (depth) of the wiring groove 131 and patterning failure occurs, the first photoresist film is formed as in the second embodiment. After coating, the excess photoresist film 133 formed outside the wiring trench 131 is removed by dry etching or CMP, and the entire surface is planarized so that the photoresist remains only in the wiring trench 131. A photoresist film is applied again to pattern the openings.

次に図12(b)に示すように、フォトレジスト膜133をマスクとして導電性膜132および層間絶縁膜120を選択的にドライエッチングし、エッチングストッパ膜110の表面が露出するとエッチングがほとんど進行しなくなるのでエッチングを停止する。本実施形態では膜132は導電性膜としているが絶縁膜を使用しても良い。この場合、本工程のエッチングにおいて下地の層間絶縁膜120と選択的にエッチングできる方がよいので、層間絶縁膜120に対する膜132のエッチング速度比は2以上であることが望ましい。次にエッチング条件を変更して層間絶縁膜120をマスクとしてエッチングストッパ膜110を選択的にエッチングしホール134を形成して下層埋め込み配線のCuからなる導電性膜109の表面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 12B, the conductive film 132 and the interlayer insulating film 120 are selectively dry-etched using the photoresist film 133 as a mask, and when the surface of the etching stopper film 110 is exposed, the etching almost proceeds. Etching is stopped because it disappears. In this embodiment, the film 132 is a conductive film, but an insulating film may be used. In this case, it is preferable that the etching in this step can be selectively performed with the underlying interlayer insulating film 120, so that the etching rate ratio of the film 132 to the interlayer insulating film 120 is desirably 2 or more. Next, the etching conditions are changed and the etching stopper film 110 is selectively etched using the interlayer insulating film 120 as a mask to form holes 134 to expose the surface of the conductive film 109 made of Cu of the lower buried wiring.

次に図13(a)に示すように、配線溝131およびホール134の側壁および底面を含む層間絶縁膜120上に、例えばTaN膜およびTa膜を順次下層から積層した積層導電性膜135をIMP法を用いて第1の実施形態と同様の条件で約15nmの厚さに堆積する。次に図13(b)に示すように、スパッタエッチング法によりホール134の底部の積層導電性膜135を除去し、さらにホール134の下に露出する下層埋め込み配線を構成する導電性膜109の一部を約15nm程度掘り込む。このとき配線溝131とホール134の断面のアスペクト比の違いにより配線溝131底部の積層導電性膜135は、ホール134底部の積層導電性膜135よりエッチング速度が大きく速くエッチングされるため、この部分の積層導電性膜135が完全に除去された後さらにその下の導電性膜132の一部もスパッタエッチングされる。しかしすべてがエッチングされることがなく、掘り込みスパッタエッチング終了時点では配線溝131底部の導電性膜132は約7nmエッチングされるに留まる。このスパッタエッチング処理はイオン・メタル・プラズマスパッタリング装置のチャンバ内で、積層導電性膜135の堆積に連続して、第1実施形態と同様の条件で行うことができる。   Next, as shown in FIG. 13A, a laminated conductive film 135 in which, for example, a TaN film and a Ta film are sequentially laminated from the lower layer is formed on the interlayer insulating film 120 including the side wall and bottom surface of the wiring trench 131 and the hole 134. Using this method, the film is deposited to a thickness of about 15 nm under the same conditions as in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 13B, the laminated conductive film 135 at the bottom of the hole 134 is removed by a sputter etching method, and one of the conductive films 109 constituting the lower buried wiring exposed below the hole 134 is obtained. The part is dug about 15 nm. At this time, the laminated conductive film 135 at the bottom of the wiring groove 131 is etched at a higher etching rate than the laminated conductive film 135 at the bottom of the hole 134 due to the difference in the aspect ratio between the cross sections of the wiring groove 131 and the hole 134. After the laminated conductive film 135 is completely removed, a part of the conductive film 132 thereunder is also sputter etched. However, everything is not etched, and the conductive film 132 at the bottom of the wiring trench 131 is only etched by about 7 nm at the end of the digging sputter etching. This sputter etching process can be performed in the chamber of the ion metal plasma sputtering apparatus, under the same conditions as in the first embodiment, following the deposition of the laminated conductive film 135.

続いて図14に示すように配線溝131内の導電性膜132および積層導電性膜135上、ホール134内の積層導電性膜135上およびホール135底面の導電性膜109上を含む全面にCuまたはCu合金からなるシード膜をIMP法を用いて堆積し、続いてCuメッキ膜を電解メッキ法で堆積する。こうしてシード膜およびCuメッキ膜からなる導電性膜136を配線溝131、ホール134内に埋め込む。次に配線溝131、ホール134内部以外の部分に堆積している導電性膜132、136および積層導電性膜135をCMP法により研磨し除去することで導電性膜136で構成される上層埋め込み配線構造を形成する。導電性膜136の配線溝131内に埋め込まれた部分が上層埋め込み配線を構成し、ホール134内に埋め込まれた部分が接続用プラグを構成する。また図13(b)の工程で導電性膜109の掘り込みエッチングを行ったことによって下層配線とプラグとの接触面積が増大し、この部分でのエレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション等接続特性の信頼性を向上させることができる。   Subsequently, as shown in FIG. 14, Cu is formed on the entire surface including the conductive film 132 and the laminated conductive film 135 in the wiring trench 131, the laminated conductive film 135 in the hole 134, and the conductive film 109 on the bottom surface of the hole 135. Alternatively, a seed film made of a Cu alloy is deposited by using the IMP method, and then a Cu plating film is deposited by the electrolytic plating method. Thus, the conductive film 136 made of the seed film and the Cu plating film is embedded in the wiring groove 131 and the hole 134. Next, the conductive film 132, 136, and the laminated conductive film 135 deposited on portions other than the inside of the wiring trench 131, the hole 134 are polished and removed by CMP to remove the upper buried wiring composed of the conductive film 136. Form a structure. A portion embedded in the wiring groove 131 of the conductive film 136 forms an upper layer embedded wiring, and a portion embedded in the hole 134 forms a connection plug. In addition, the contact area between the lower layer wiring and the plug is increased by digging and etching the conductive film 109 in the step of FIG. 13B, and the reliability of connection characteristics such as electromigration and stress migration in this portion is increased. Can be improved.

なお、配線溝131の深さはホール134の深さより深く形成し、上層埋め込み配線の高さがプラグの高さより高くなるようにしたが、両者の高さを同一にしてもよい。このようにして、プラグの高さを配線の高さ以下にすることにより、電気抵抗をより小さくすることができると共に、本発明の効果がより発揮されることとなる。   The depth of the wiring groove 131 is formed deeper than the depth of the hole 134 so that the height of the upper buried wiring is higher than the height of the plug. However, the height of both may be the same. Thus, by making the height of the plug equal to or less than the height of the wiring, the electrical resistance can be further reduced and the effect of the present invention is further exhibited.

本発明の第3実施形態に係る製造方法は次のように変形しても良い。図15は当該変形された製造方法で形成した半導体装置の断面図である。この半導体装置の製造方法においては本実施形態による製造方法に従って図13(b)までの工程を終了した後、IMP法を用いて例えばTa膜からなる導電性膜137を約8nm堆積した点が異なる。導電性膜137の堆積後は図14の工程と同様に配線溝131およびホール134の内部にCuまたはCu合金からなるシード膜、Cuメッキ膜を堆積し、配線溝131およびホール134内部に導電性膜132、137、シード膜とCuメッキ膜からなる導電性膜136、積層導電性膜135を埋め込み、上層埋め込み配線を形成する。   The manufacturing method according to the third embodiment of the present invention may be modified as follows. FIG. 15 is a cross-sectional view of a semiconductor device formed by the modified manufacturing method. This semiconductor device manufacturing method is different in that, after the steps up to FIG. 13B are completed according to the manufacturing method according to the present embodiment, a conductive film 137 made of, for example, a Ta film is deposited by about 8 nm using the IMP method. . After the deposition of the conductive film 137, a seed film or a Cu plating film made of Cu or Cu alloy is deposited inside the wiring trench 131 and the hole 134 in the same manner as in the step of FIG. The films 132 and 137, the conductive film 136 made of a seed film and a Cu plating film, and the laminated conductive film 135 are embedded to form an upper-layer embedded wiring.

この方法で製造される構造により、特に上層の埋め込み配線のプラグ部と下層の埋め込み配線との接続部でのエレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーション等の銅配線に関する接続特性の信頼性をさらに向上させることが可能となる。また、最初に述べた第3実施形態による方法では、配線溝131底面の導電性膜132の膜厚はスパッタエッチング(図13(b))によって薄くなるが、変形された方法では導電性膜137を追加形成するので、薄くなった導電性膜132に対するバリア性をより確実に確保することができるという利点を有する。   The structure manufactured by this method can further improve the reliability of connection characteristics related to copper wiring, such as electromigration and stress migration, especially at the connection between the plug portion of the upper embedded wiring and the lower embedded wiring. It becomes. In the method according to the third embodiment described at the beginning, the thickness of the conductive film 132 on the bottom surface of the wiring groove 131 is thinned by sputter etching (FIG. 13B). However, in the modified method, the conductive film 137 is used. Therefore, the barrier property against the thinned conductive film 132 can be more reliably ensured.

本発明の第3実施形態に係る製造方法では、図11(b)の工程において導電性膜132を予め形成しておき、この後図13(b)の工程で下層埋め込み配線の導電性膜109を掘り込むエッチングを行う。このため第2実施形態と同様に導電性膜132によりその下の層間絶縁膜120がエッチングされること、および層間絶縁膜120がダメージを受けることが防止でき、デュアルダマシン法によって配線構造を安定且つ歩留まりよく製造することができる。導電性膜132の膜厚はホール134の底部の積層導電性膜135を除去し、さらに下層埋め込み配線の導電性膜109の掘り込みエッチングが終了した時点で、配線溝131の底面に導電性膜132自体が残るような膜厚に設定すればよい。   In the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention, the conductive film 132 is formed in advance in the step of FIG. 11B, and then the conductive film 109 of the lower buried wiring in the step of FIG. 13B. Etching to dig in. Therefore, similarly to the second embodiment, it is possible to prevent the underlying interlayer insulating film 120 from being etched by the conductive film 132 and to prevent the interlayer insulating film 120 from being damaged, and to stabilize the wiring structure by the dual damascene method. It can be manufactured with good yield. The thickness of the conductive film 132 is such that when the laminated conductive film 135 at the bottom of the hole 134 is removed and the etching of the conductive film 109 of the lower buried wiring is completed, the conductive film is formed on the bottom surface of the wiring groove 131. The film thickness may be set such that 132 itself remains.

また、本実施形態による製造方法では導電性膜130が、図11(b)の工程における層間絶縁膜120のエッチングに際してエッチングされ難い(エッチング速度選択比が大きい)材料からなるのでドライエッチングのハードマスクとして作用する。配線溝131を形成する場合(図11(b)の工程)、フォトレジスト膜のみをドライエッチングマスクとしたときはフォトレジスト膜もエッチングされて配線溝131の幅が広がり上層埋め込み配線相互の間隔が狭くなる問題がある。しかし本実施形態のように導電性膜130をハードマスクとして用いることで、上層埋め込み配線間の距離を正確に確保することができ、配線間の耐圧劣化や配線間ショート不良を防止することができる。   Further, in the manufacturing method according to the present embodiment, the conductive film 130 is made of a material that is difficult to be etched during etching of the interlayer insulating film 120 in the step of FIG. Acts as When the wiring trench 131 is formed (step of FIG. 11B), when only the photoresist film is used as a dry etching mask, the photoresist film is also etched and the width of the wiring trench 131 is widened so that the interval between the upper buried wirings is increased. There is a problem of narrowing. However, by using the conductive film 130 as a hard mask as in the present embodiment, the distance between the upper-layer embedded wirings can be ensured accurately, and the deterioration of the breakdown voltage between the wirings and the short circuit between the wirings can be prevented. .

以上の第1〜第3の実施形態では、導電性膜パターン112、導電性膜122、130、132の材料としてTaN膜を例示したが、これに限られたものではない。タンタル(Ta)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、ルテニウム(Ru)、窒化ルテニウム(RuN)、コバルト(Co)、コバルトタングステンリン(CoWP) などの高融点金属、高融点金属の化合物または合金、あるいはアルミニウム(Al)系金属を用いても良い。あるいはまた材料として層間絶縁膜111、120とスパッタエッチング速度の選択比がとれ、スパッタエッチングされにくい絶縁膜を使用してもよい。この絶縁膜としてはSiN、SiCN、SiC、比誘電率が3.9〜4.0のSiO2膜などを挙げることができる。 In the above first to third embodiments, the TaN film is exemplified as the material of the conductive film pattern 112 and the conductive films 122, 130, and 132. However, the present invention is not limited to this. Refractory metals such as tantalum (Ta), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), ruthenium (Ru), ruthenium nitride (RuN), cobalt (Co), cobalt tungsten phosphorus (CoWP), or a compound of a refractory metal or An alloy or an aluminum (Al) metal may be used. Alternatively, an insulating film that has a selectivity ratio between the interlayer insulating films 111 and 120 and the sputter etching rate and is difficult to be sputter etched may be used as a material. Examples of this insulating film include SiN, SiCN, SiC, and a SiO 2 film having a relative dielectric constant of 3.9 to 4.0.

また層間絶縁膜111、120の材料としては半導体集積回路の素子寸法が微小になり、また回路の動作速度が高くなるにしたがって低比誘電率材料が使用される。その主要材料は上記各実施形態で示したSiOCであるがこれ以外にSiOCHなどが可能である。このような層間絶縁膜はシリコンの有機化合物を原材料として低温プラズマCVD法やスピンコート法で作製することができる。比誘電率は用途に応じて3.5〜2.0が使用可能であり、望ましくは3.0〜2.0とできるが比誘電率が低くなるほど密度が低くエッチング速度が大きくなるという性質を有する。特に内部に微細な空隙を多数有するポーラスSiOCなどの絶縁材料は低い比誘電率を有する。   As the material of the interlayer insulating films 111 and 120, a material having a low relative dielectric constant is used as the element size of the semiconductor integrated circuit becomes minute and the operation speed of the circuit increases. The main material is SiOC shown in the above embodiments, but other than this, SiOCH or the like is possible. Such an interlayer insulating film can be manufactured by a low temperature plasma CVD method or a spin coating method using a silicon organic compound as a raw material. The relative dielectric constant of 3.5 to 2.0 can be used depending on the application, and preferably 3.0 to 2.0. However, the lower the relative dielectric constant, the lower the density and the higher the etching rate. Have. In particular, an insulating material such as porous SiOC having many fine voids inside has a low relative dielectric constant.

本発明はデュアルダマシン法を用いて特に配線層間接続部におけるエレクトロマイグレーション、ストレスマイグレーションなどに対する信頼性の高い多層配線を安定して歩留まりよく形成するために有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for stably forming a multilayer wiring having high reliability with respect to electromigration, stress migration, etc. at a wiring interlayer connection portion by using a dual damascene method.

101 半導体基板
102 ゲート
103 ソース・ドレイン領域
104、106、111、113、120 層間絶縁膜
105 プラグ
107、114、121、131 配線溝
108、109、117、118、122、126、127、130、132、136、137 導電性膜
110 エッチングストッパ膜
112 導電性膜パターン
115、124、134 ホール
116、125、135 積層導電性膜
123、133 フォトレジスト膜
101 Semiconductor substrate 102 Gate 103 Source / drain regions 104, 106, 111, 113, 120 Interlayer insulating film 105 Plugs 107, 114, 121, 131 Wiring grooves 108, 109, 117, 118, 122, 126, 127, 130, 132 136, 137 Conductive film 110 Etching stopper film 112 Conductive film pattern 115, 124, 134 Hole 116, 125, 135 Laminated conductive film 123, 133 Photoresist film

Claims (24)

半導体基板上に形成された下層配線上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の層間絶縁膜上の上層配線を形成すべき位置に、開口を有する膜からなるパターンを形成する工程と、
前記パターン上および前記第1の層間絶縁膜上に第2の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記パターン上に位置する前記第2の層間絶縁膜を選択的にエッチングして前記パターンを露出させ、溝を形成する工程と、
前記パターンをマスクとして前記第1の層間絶縁膜を選択的にエッチングし、前記下層配線に達するホールを形成する工程と、
前記溝および前記ホールの内面に第1の導電性膜を形成する工程と、
前記ホールの底面に形成された前記第1の導電性膜を除去し、前記下層配線の表面を露出させる工程と、
前記露出した前記下層配線の表面をエッチングして凹部を形成する工程と、
前記溝、前記ホールおよび前記凹部に第2の導電性膜を埋め込み、前記溝内に前記上層配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first interlayer insulating film on a lower layer wiring formed on a semiconductor substrate;
Forming a pattern comprising a film having an opening at a position where an upper wiring on the first interlayer insulating film is to be formed;
Forming a second interlayer insulating film on the pattern and on the first interlayer insulating film;
Selectively etching the second interlayer insulating film located on the pattern to expose the pattern and forming a groove;
Selectively etching the first interlayer insulating film using the pattern as a mask to form a hole reaching the lower layer wiring;
Forming a first conductive film on the inner surface of the groove and the hole;
Removing the first conductive film formed on the bottom surface of the hole to expose the surface of the lower layer wiring;
Etching the exposed surface of the lower layer wiring to form a recess;
Embedding a second conductive film in the groove, the hole and the recess, and forming the upper layer wiring in the groove.
前記凹部を形成する工程と、前記溝、前記ホールおよび前記凹部に前記第2の導電性膜を埋め込む工程との間に、前記溝および前記ホールの内部に第3の導電性膜を形成する工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   A step of forming a third conductive film in the groove and the hole between the step of forming the recess and the step of embedding the second conductive film in the groove, the hole and the recess. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein: 前記パターンを構成する膜は導電性膜または絶縁膜からなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film constituting the pattern is made of a conductive film or an insulating film. 前記第1の層間絶縁膜の比誘電率は3.5以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a relative dielectric constant of the first interlayer insulating film is 3.5 or less. 第1の層間絶縁膜に対する前記パターンを構成する前記絶縁膜のエッチング速度比は2以上であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein an etching rate ratio of the insulating film constituting the pattern with respect to the first interlayer insulating film is 2 or more. 半導体基板上に形成された下層配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を選択的にエッチングし、溝を形成する工程と、
前記溝の内面に被覆膜を形成する工程と、
前記被覆膜および前記層間絶縁膜の、前記溝の底面に位置する部分を順次選択的にエッチングし、前記下層配線に達するホールを形成する工程と、
前記溝および前記ホールの内面に第1の導電性膜を形成する工程と、
前記ホールの底面に形成された前記第1の導電性膜を除去し、前記下層配線の表面を露出させる工程と、
前記露出した前記下層配線の表面をエッチングして凹部を形成する工程と、
前記溝、前記ホールおよび前記凹部に第2の導電性膜を埋め込み、前記溝内に上層配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on a lower layer wiring formed on a semiconductor substrate;
Selectively etching the interlayer insulating film to form a groove;
Forming a coating film on the inner surface of the groove;
A step of sequentially and selectively etching a portion of the covering film and the interlayer insulating film located on the bottom surface of the groove to form a hole reaching the lower layer wiring;
Forming a first conductive film on the inner surface of the groove and the hole;
Removing the first conductive film formed on the bottom surface of the hole to expose the surface of the lower layer wiring;
Etching the exposed surface of the lower layer wiring to form a recess;
Embedding a second conductive film in the groove, the hole, and the recess, and forming an upper layer wiring in the groove.
前記凹部を形成する工程と、前記溝、前記ホールおよび前記凹部に前記第2の導電性膜を埋め込む工程との間に、前記溝および前記ホールの内部に第3の導電性膜を形成する工程を行うことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。   A step of forming a third conductive film in the groove and the hole between the step of forming the recess and the step of embedding the second conductive film in the groove, the hole and the recess. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein: 前記被覆膜は導電性膜または絶縁膜からなることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the coating film is made of a conductive film or an insulating film. 半導体基板上に形成された下層配線上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に第1の被覆膜を形成する工程と、
前記第1の被覆膜および前記層間絶縁膜を選択的にエッチングし、溝を形成する工程と、
前記溝の内面に第2の被覆膜を形成する工程と、
前記第2の被覆膜および前記層間絶縁膜の、前記溝の底面に位置する部分を順次選択的にエッチングし、前記下層配線に達するホールを形成する工程と、
前記溝および前記ホールの内面に第1の導電性膜を形成する工程と、
前記ホールの底面に形成された前記第1の導電性膜を除去し、前記下層配線の表面を露出させる工程と、
前記露出した前記下層配線の表面をエッチングして凹部を形成する工程と、
前記溝、前記ホールおよび前記凹部に第2の導電性膜を埋め込み、前記溝内に上層配線を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on a lower layer wiring formed on a semiconductor substrate;
Forming a first coating film on the interlayer insulating film;
Selectively etching the first coating film and the interlayer insulating film to form a groove;
Forming a second coating film on the inner surface of the groove;
A step of sequentially and selectively etching a portion of the second coating film and the interlayer insulating film located on the bottom surface of the groove to form a hole reaching the lower layer wiring;
Forming a first conductive film on the inner surface of the groove and the hole;
Removing the first conductive film formed on the bottom surface of the hole to expose the surface of the lower layer wiring;
Etching the exposed surface of the lower layer wiring to form a recess;
Embedding a second conductive film in the groove, the hole, and the recess, and forming an upper layer wiring in the groove.
前記凹部を形成する工程と、前記溝、前記ホールおよび前記凹部に前記第2の導電性膜を埋め込む工程との間に、前記溝および前記ホールの内部に第3の導電性膜を形成する工程を行うことを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。   A step of forming a third conductive film in the groove and the hole between the step of forming the recess and the step of embedding the second conductive film in the groove, the hole and the recess. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein: 前記第1の被覆膜は導電性膜または絶縁膜からなることを特徴とする請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the first covering film is made of a conductive film or an insulating film. 前記第2の被覆膜は導電性膜または絶縁膜からなることを特徴とする請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the second coating film is made of a conductive film or an insulating film. 前記層間絶縁膜の比誘電率は3.5以下であることを特徴とする請求項6〜12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein a relative dielectric constant of the interlayer insulating film is 3.5 or less. 半導体基板上に形成された下層配線と、
前記下層配線の上層に形成された上層配線と、
前記下層配線と前記上層配線を電気的に接続するプラグと、
前記上層配線の底面に接して前記上層配線の下に形成された膜からなるパターンと、
前記上層配線の側壁および前記プラグの側壁に形成された導電性膜と、を備え、
前記プラグの直下に位置する前記下層配線の上面には凹部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
Lower layer wiring formed on a semiconductor substrate;
An upper layer wiring formed in an upper layer of the lower layer wiring;
A plug for electrically connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring;
A pattern formed of a film formed under the upper layer wiring in contact with the bottom surface of the upper layer wiring;
A conductive film formed on a side wall of the upper layer wiring and a side wall of the plug;
A semiconductor device, wherein a recess is formed on an upper surface of the lower layer wiring located immediately below the plug.
前記プラグと前記下層配線とが直接接していることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 14, wherein the plug and the lower layer wiring are in direct contact with each other. 前記上層配線は前記パターンの内側の領域に形成されていることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 14, wherein the upper layer wiring is formed in a region inside the pattern. 前記上層配線および前記プラグは層間絶縁膜に埋め込まれて形成され、前記層間層間絶縁膜の比誘電率は3.5以下であることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 14, wherein the upper layer wiring and the plug are formed by being embedded in an interlayer insulating film, and the relative dielectric constant of the interlayer interlayer insulating film is 3.5 or less. 前記層間絶縁膜は第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜からなり、前記プラグは前記第1の層間絶縁膜に埋め込まれ、前記上層配線は前記第2の層間絶縁膜に埋め込まれ、前記第1の層間絶縁膜の比誘電率は3.5以下であることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。   The interlayer insulating film includes a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film, the plug is embedded in the first interlayer insulating film, and the upper layer wiring is embedded in the second interlayer insulating film, The semiconductor device according to claim 17, wherein a relative dielectric constant of the first interlayer insulating film is 3.5 or less. 前記パターンを構成する前記膜は導電性膜または絶縁膜であることを特徴とする請求項14〜18のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 14, wherein the film constituting the pattern is a conductive film or an insulating film. 半導体基板上に形成された下層配線と、
前記下層配線の上層に形成された上層配線と、
前記下層配線と前記上層配線を電気的に接続するプラグと、
前記上層配線の側壁および底面に形成された被覆膜と、
前記上層配線の側壁に形成された前記被覆膜上、および前記プラグの側壁に形成された第2の導電性膜と、を備え、
前記プラグの直下に位置する前記下層配線の上面には凹部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
Lower layer wiring formed on a semiconductor substrate;
An upper layer wiring formed in an upper layer of the lower layer wiring;
A plug for electrically connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring;
A coating film formed on the side wall and bottom surface of the upper layer wiring;
A second conductive film formed on the coating film formed on the side wall of the upper layer wiring and on the side wall of the plug;
A semiconductor device, wherein a recess is formed on an upper surface of the lower layer wiring located immediately below the plug.
前記プラグと前記下層配線とが直接接していることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 20, wherein the plug and the lower layer wiring are in direct contact with each other. 前記上層配線および前記プラグは層間絶縁膜に埋め込まれて形成され、前記層間絶縁膜の比誘電率は3.5以下であることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 20, wherein the upper layer wiring and the plug are formed by being embedded in an interlayer insulating film, and the relative dielectric constant of the interlayer insulating film is 3.5 or less. 前記被覆膜は導電性膜または絶縁膜であることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 20, wherein the coating film is a conductive film or an insulating film. 前記上層配線の高さは前記プラグの高さ以上であることを特徴とする請求項14〜23のいずれかに記載の半導体装置。   24. The semiconductor device according to claim 14, wherein a height of the upper layer wiring is equal to or higher than a height of the plug.
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