JP5595644B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳細には、微細配線を有する半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having fine wiring and a manufacturing method thereof.

近年、半導体装置の微細化・高集積化に伴い多層配線構造が求められている。配線には、低抵抗化が図れ、高いエレクトロマイグレーション耐性を有するCu(銅)配線が用いられている。しかし、Cuはエッチングによる加工が困難であるという性質を有する。このため、Cu配線の形成方法として、ダマシン法が用いられている。   In recent years, with the miniaturization and high integration of semiconductor devices, a multilayer wiring structure is required. For the wiring, a Cu (copper) wiring having a low resistance and high electromigration resistance is used. However, Cu has a property that it is difficult to process by etching. For this reason, the damascene method is used as a formation method of Cu wiring.

また、Cuは酸化がされ易いという性質を有する。このため、Cu配線の表面には、酸化膜が形成され易い。この酸化膜により、Cu配線の抵抗が増加する等、配線の信頼性の低下を生じさせる場合がある。このような、Cu配線の表面の酸化を抑制する技術が、特許文献1から特許文献3に開示されている。例えば、特許文献1及び特許文献2には、Cu配線の表面を窒化膜で覆うことや、Cu配線の表面にCuシリサイド層を形成することで、Cu配線の表面が酸化されることを抑制する技術が開示されている。例えば、特許文献3には、ダマシン法における研磨工程の前に、Cu膜にSi(シリコン)を導入し、アニール処理によるCuのグレイン成長と共にSiをCu膜内に拡散させ、Cu配線全体をCuSi合金とすることで、Cu配線の表面が酸化されることを抑制する技術が開示されている。
特開2000−150517号公報 特開平11−204523号公報 特開2004−342977号公報
Further, Cu has a property that it is easily oxidized. For this reason, an oxide film is easily formed on the surface of the Cu wiring. This oxide film may cause a decrease in wiring reliability, such as an increase in resistance of the Cu wiring. Such a technique for suppressing the oxidation of the surface of the Cu wiring is disclosed in Patent Documents 1 to 3. For example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is possible to prevent the surface of the Cu wiring from being oxidized by covering the surface of the Cu wiring with a nitride film or forming a Cu silicide layer on the surface of the Cu wiring. Technology is disclosed. For example, in Patent Document 3, Si (silicon) is introduced into a Cu film before the polishing step in the damascene method, Si is diffused into the Cu film together with Cu grain growth by annealing treatment, and the entire Cu wiring is CuSi. The technique which suppresses that the surface of Cu wiring is oxidized by using an alloy is disclosed.
JP 2000-150517 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-204523 JP 2004-342977 A

しかしながら、Cu配線の表面を窒化膜で覆う方法は、窒化膜との境界近傍のCu配線にボイドが発生する場合がある。ここで、図1(a)から図2(c)を用い、Cu配線の表面を窒化膜で覆う場合の製造方法の一例と、Cu配線に発生するボイドとについて説明する。まず、図1(a)のように、半導体素子(不図示)等が形成された半導体基板50上に、第1酸化膜52aを形成し、フォトリソ技術及びエッチング技術を用いて、第1酸化膜52aに第1溝部54aを形成する。   However, in the method of covering the surface of the Cu wiring with the nitride film, a void may be generated in the Cu wiring near the boundary with the nitride film. Here, an example of a manufacturing method in the case where the surface of the Cu wiring is covered with a nitride film and voids generated in the Cu wiring will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1A, a first oxide film 52a is formed on a semiconductor substrate 50 on which a semiconductor element (not shown) or the like is formed, and the first oxide film is etched using a photolithography technique and an etching technique. A first groove 54a is formed in 52a.

図1(b)において、Cuの拡散を防止するためのバリア層56と、メッキ成長を容易にするためのCuシード層58とを順次形成する。その後、電解メッキ法により、Cu膜60を形成する。   In FIG. 1B, a barrier layer 56 for preventing diffusion of Cu and a Cu seed layer 58 for facilitating plating growth are sequentially formed. Thereafter, a Cu film 60 is formed by electrolytic plating.

図1(c)において、CMP(化学機械研磨)法を用いて、第1酸化膜52a上のCu膜60等を除去、平坦化し、第1溝部54a内にCuからなる第1配線層62aを形成する。その後、第1配線層62aの表面にプラズマ処理を行い、第1配線層62aの表面に形成された酸化膜(不図示)等を除去する。次いで、第1配線層62a上と第1酸化膜52a上とに第1窒化膜64aを形成する。   In FIG. 1C, the CMP film (chemical mechanical polishing) method is used to remove and planarize the Cu film 60 and the like on the first oxide film 52a, and the first wiring layer 62a made of Cu is formed in the first groove portion 54a. Form. Thereafter, plasma processing is performed on the surface of the first wiring layer 62a to remove an oxide film (not shown) and the like formed on the surface of the first wiring layer 62a. Next, a first nitride film 64a is formed on the first wiring layer 62a and the first oxide film 52a.

次に、図2(a)において、第1窒化膜64a上に、第2酸化膜52bを形成し、フォトリソ技術及びエッチング技術を用いて、第2酸化膜52bと第1窒化膜64aとにビア孔68を形成する。   Next, in FIG. 2A, a second oxide film 52b is formed on the first nitride film 64a, and vias are formed in the second oxide film 52b and the first nitride film 64a using a photolithographic technique and an etching technique. Hole 68 is formed.

図2(b)において、バリア層56とCuシード層58とを順次形成した後、Cu膜(不図示)を形成する。そして、第2酸化膜52b上のCu膜等を除去、平坦化し、ビア孔68内にCuからなるビア66を形成する。ビア66の表面にプラズマ処理を行い、ビア66の表面に形成された酸化膜(不図示)等を除去する。次いで、ビア66上と第2酸化膜52b上とに第2窒化膜64bを形成する。   In FIG. 2B, a barrier layer 56 and a Cu seed layer 58 are sequentially formed, and then a Cu film (not shown) is formed. Then, the Cu film and the like on the second oxide film 52 b are removed and planarized, and a via 66 made of Cu is formed in the via hole 68. Plasma treatment is performed on the surface of the via 66 to remove an oxide film (not shown) and the like formed on the surface of the via 66. Next, a second nitride film 64b is formed on the via 66 and the second oxide film 52b.

図2(c)において、第2窒化膜64b上に、第3酸化膜52cを形成し、ビア66に達するように、第3酸化膜52cと第2窒化膜64bとに第2溝部54bを形成する。その後、バリア層56とCuシード層58とを順次形成した後、Cu膜(不図示)を形成する。そして、第3酸化膜52c上のCu膜等を除去、平坦化し、第2溝部54b内にCuからなる第2配線層62bを形成する。第2配線層62bの表面にプラズマ処理を行い、第2配線層62bの表面に形成された酸化膜(不図示)を除去する。次いで、第2配線層62b上と第3酸化膜52c上とに第3窒化膜64cを形成する。これにより、Cu配線を用いた多層配線構造が形成される。   In FIG. 2C, a third oxide film 52c is formed on the second nitride film 64b, and a second groove portion 54b is formed in the third oxide film 52c and the second nitride film 64b so as to reach the via 66. To do. Thereafter, after sequentially forming the barrier layer 56 and the Cu seed layer 58, a Cu film (not shown) is formed. Then, the Cu film and the like on the third oxide film 52c are removed and planarized, and a second wiring layer 62b made of Cu is formed in the second groove portion 54b. Plasma treatment is performed on the surface of the second wiring layer 62b, and an oxide film (not shown) formed on the surface of the second wiring layer 62b is removed. Next, a third nitride film 64c is formed on the second wiring layer 62b and the third oxide film 52c. Thereby, a multilayer wiring structure using Cu wiring is formed.

このような製造方法を用いると、図2(c)で示すように、第1窒化膜64aとの境界近傍の第1配線層62aに、ボイド70が発生する場合がある。ボイド70は、第1配線層62a中のCu原子の第1窒化膜64aへのエレクトロマイグレーションにより発生すると考えられる。第1配線層62a中にボイド70が形成されると、第1配線層62aの抵抗が増加してしまうという課題が生じる。   When such a manufacturing method is used, as shown in FIG. 2C, a void 70 may occur in the first wiring layer 62a in the vicinity of the boundary with the first nitride film 64a. The void 70 is considered to be generated by electromigration of Cu atoms in the first wiring layer 62a to the first nitride film 64a. When the void 70 is formed in the first wiring layer 62a, there arises a problem that the resistance of the first wiring layer 62a increases.

また、特許文献1のCu配線の表面にCuシリサイド層を形成する方法によれば、Cu配線の表面に、5〜50nm程度の厚さのCuシリサイド層が形成される。Cu配線が微細になると、5〜50nm程度の厚さのCuシリサイド層による、Cu配線の抵抗の増加が課題となる場合がある。また、特許文献3のCu配線全体をCuSi合金とする方法によれば、Cu配線の抵抗が増加してしまうという課題がある。   Further, according to the method of forming a Cu silicide layer on the surface of the Cu wiring in Patent Document 1, a Cu silicide layer having a thickness of about 5 to 50 nm is formed on the surface of the Cu wiring. When the Cu wiring becomes fine, an increase in resistance of the Cu wiring due to a Cu silicide layer having a thickness of about 5 to 50 nm may be a problem. Moreover, according to the method of using CuSi alloy for the entire Cu wiring of Patent Document 3, there is a problem that the resistance of the Cu wiring increases.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、配線層からの配線材料のエレクトロマイグレーションを抑制することができ、且つ配線抵抗の増加を抑制することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor device capable of suppressing electromigration of a wiring material from a wiring layer and suppressing an increase in wiring resistance, and a method for manufacturing the same. The purpose is to do.

本発明は、半導体基板上に形成された絶縁膜に溝部を形成する工程と、前記溝部に埋め込まれるように、前記絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に形成された前記金属膜を平坦化し、前記溝部に前記金属膜からなる配線層を形成する工程と、前記配線層の表面に形成された酸化膜を除去するため、前記配線層の表面にプラズマ処理を行う工程と、前記プラズマ処理を行う工程の後、前記半導体基板を大気に曝すことなく、前記半導体基板にシラン系ガスを含むガス雰囲気中で熱処理を行う工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、配線層の表面にシリサイド層が形成されるため、配線層中の配線材料のエレクトロマイグレーションを抑制することができる。これにより、配線層にボイドが発生することを抑え、配線層の抵抗増加を抑制することができる。また、シリサイド層は、酸化膜を介在することなく、配線層の表面に形成されるため、これによっても、配線層の抵抗増加を抑制することができる。   The present invention includes a step of forming a groove in an insulating film formed on a semiconductor substrate, a step of forming a metal film on the insulating film so as to be embedded in the groove, and a step formed on the insulating film. Flattening the metal film, forming a wiring layer made of the metal film in the groove, and performing plasma treatment on the surface of the wiring layer in order to remove the oxide film formed on the surface of the wiring layer And a step of performing a heat treatment in a gas atmosphere containing a silane-based gas without exposing the semiconductor substrate to the atmosphere after the step of performing the plasma treatment. It is a manufacturing method. According to the present invention, since the silicide layer is formed on the surface of the wiring layer, electromigration of the wiring material in the wiring layer can be suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of a void in a wiring layer can be suppressed and the increase in resistance of a wiring layer can be suppressed. Further, since the silicide layer is formed on the surface of the wiring layer without interposing an oxide film, the increase in resistance of the wiring layer can also be suppressed by this.

上記構成において、前記プラズマ処理を行う工程は、前記半導体基板をアンモニアガス雰囲気中、水素ガス雰囲気中、及びヒドラジンガス雰囲気中のいずれかの雰囲気中に曝して、前記配線層の表面にプラズマ処理を行う工程である構成とすることができる。この構成によれば、配線層の表面上の酸化膜を除去することができる。   In the above-described configuration, the step of performing the plasma treatment includes exposing the semiconductor substrate to any one of an ammonia gas atmosphere, a hydrogen gas atmosphere, and a hydrazine gas atmosphere to perform the plasma treatment on the surface of the wiring layer. It can be set as the structure which is a process to perform. According to this configuration, the oxide film on the surface of the wiring layer can be removed.

上記構成において、前記熱処理を行う工程は、モノシランガスまたはジシランガスを含むガス雰囲気中で、前記半導体基板に熱処理を行う工程である構成とすることができる。   In the above structure, the step of performing the heat treatment may be a step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate in a gas atmosphere containing monosilane gas or disilane gas.

上記構成において、前記プラズマ処理を行う工程は、前記半導体基板をアンモニアガス雰囲気中に曝して、前記配線層の表面にプラズマ処理を行う工程であり、前記熱処理を行う工程は、前記アンモニアガス雰囲気中にモノシランガスを導入して、前記アンモニアガスと前記モノシランガスとの混合ガス雰囲気中で、前記半導体基板に熱処理を行う工程である構成とすることができる。この構成によれば、製造効率の向上を図ることができる。   In the above configuration, the step of performing the plasma treatment is a step of exposing the semiconductor substrate to an ammonia gas atmosphere and performing a plasma treatment on the surface of the wiring layer, and the step of performing the heat treatment is performed in the ammonia gas atmosphere. The monosilane gas is introduced into the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is heat-treated in a mixed gas atmosphere of the ammonia gas and the monosilane gas. According to this configuration, it is possible to improve manufacturing efficiency.

上記構成において、前記熱処理を行う工程は、前記半導体基板に0.5秒から2秒の前記熱処理を行う工程である構成とすることができる。この構成によれば、配線層の抵抗増加を最小限に抑えることができる。   In the above structure, the step of performing the heat treatment may be a step of performing the heat treatment for 0.5 second to 2 seconds on the semiconductor substrate. According to this configuration, an increase in resistance of the wiring layer can be minimized.

上記構成において、前記金属膜の結晶性を向上させるため、前記金属膜にアニールを行う工程を有し、前記金属膜にアニールを行う工程は、前記熱処理を行う工程の前に実施する構成とすることができる。この構成によれば、配線層の抵抗増加を抑制することができる。   In the above structure, in order to improve the crystallinity of the metal film, there is a step of annealing the metal film, and the step of annealing the metal film is performed before the step of performing the heat treatment. be able to. According to this configuration, an increase in resistance of the wiring layer can be suppressed.

上記構成において、前記熱処理を行う工程は、前記配線層の表面が活性化された状態で、前記熱処理を行う工程である構成とすることができる。また、上記構成において、前記配線層は銅配線である構成とすることができる。   In the above configuration, the step of performing the heat treatment may be a step of performing the heat treatment in a state where the surface of the wiring layer is activated. Moreover, the said structure WHEREIN: The said wiring layer can be set as the structure which is a copper wiring.

本発明は、半導体基板上に設けられた溝部を有する絶縁膜と、前記溝部に埋め込まれるように設けられた配線層と、前記配線層の表面に形成されたシリサイド層と、を具備し、前記配線層と前記シリサイド層との間には、酸化膜が介在していないことを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、配線層の表面にシリサイド層が形成されているため、配線層中の配線材料のエレクトロマイグレーションを抑制することができる。これにより、配線層にボイドが発生することを抑え、配線層の抵抗増加を抑制することができる。また、シリサイド層は、酸化膜を介在することなく、配線層の表面に形成されているため、これによっても、配線層の抵抗増加を抑制することができる。   The present invention comprises an insulating film having a groove provided on a semiconductor substrate, a wiring layer provided so as to be embedded in the groove, and a silicide layer formed on a surface of the wiring layer, The semiconductor device is characterized in that no oxide film is interposed between the wiring layer and the silicide layer. According to the present invention, since the silicide layer is formed on the surface of the wiring layer, the electromigration of the wiring material in the wiring layer can be suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of a void in a wiring layer can be suppressed and the increase in resistance of a wiring layer can be suppressed. Further, since the silicide layer is formed on the surface of the wiring layer without interposing an oxide film, this can also suppress an increase in resistance of the wiring layer.

上記構成において、前記配線層は銅配線である構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The said wiring layer can be set as the structure which is a copper wiring.

本発明によれば、配線層の表面にシリサイド層が形成されるため、配線層中の配線材料のエレクトロマイグレーションを抑制することができる。これにより、配線層にボイドが発生することを抑え、配線層の抵抗増加を抑制することができる。また、シリサイド層は、酸化膜を介在することなく、配線層の表面に形成されるため、これによっても、配線層の抵抗増加を抑制することができる。   According to the present invention, since the silicide layer is formed on the surface of the wiring layer, electromigration of the wiring material in the wiring layer can be suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of a void in a wiring layer can be suppressed and the increase in resistance of a wiring layer can be suppressed. Further, since the silicide layer is formed on the surface of the wiring layer without interposing an oxide film, the increase in resistance of the wiring layer can also be suppressed by this.

以下、図面を用い本発明に係る実施例について説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図3(a)から図6(b)を用い、実施例1に係る半導体装置の製造方法を説明する。なお、実施例1は、SONOS型構造をした不揮発性半導体装置の場合を例に説明する。図3(a)において、例えばP型Si(シリコン)基板である半導体基板10上に、酸化膜、窒化膜、酸化膜からなるONO膜14を形成する。ONO膜14上に形成されたマスク層(不図示)をマスクに、半導体基板10に、例えばAs(砒素)をイオン注入する。これにより、半導体基板10内を延伸するように、N型拡散領域であるビットライン12が形成される。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The first embodiment will be described by taking a nonvolatile semiconductor device having a SONOS type structure as an example. In FIG. 3A, an ONO film 14 made of an oxide film, a nitride film, and an oxide film is formed on a semiconductor substrate 10 which is a P-type Si (silicon) substrate, for example. For example, As (arsenic) is ion-implanted into the semiconductor substrate 10 using a mask layer (not shown) formed on the ONO film 14 as a mask. Thereby, the bit line 12 which is an N-type diffusion region is formed so as to extend in the semiconductor substrate 10.

図3(b)において、ONO膜14上に、ビットライン12の延伸方向に交差する方向に延伸するワードライン(不図示)を形成する。ワードラインを覆うようにONO膜14上に、例えばBPSG(Boron-doped Phospho Silicate Glass)膜16を形成する。BPSG膜16上に、例えば窒化膜からなるキャップ層18を形成する。   In FIG. 3B, a word line (not shown) extending in the direction intersecting the extending direction of the bit line 12 is formed on the ONO film 14. For example, a BPSG (Boron-doped Phospho Silicate Glass) film 16 is formed on the ONO film 14 so as to cover the word lines. A cap layer 18 made of, for example, a nitride film is formed on the BPSG film 16.

図3(c)において、キャップ層18上に、例えばレジストからなるマスク層20を形成し、パターン化する。   In FIG. 3C, a mask layer 20 made of, for example, a resist is formed on the cap layer 18 and patterned.

図4(a)において、マスク層20をマスクに、例えばRIE(反応性イオンエッチング)法を用いて、キャップ層18とBPSG膜16とONO膜14とをエッチングする。これにより、キャップ層18とBPSG膜16とONO膜14とを貫通し、ビットライン12の表面が露出するコンタクトホール22が形成される。   4A, using the mask layer 20 as a mask, the cap layer 18, the BPSG film 16 and the ONO film 14 are etched using, for example, RIE (reactive ion etching). As a result, a contact hole 22 that penetrates the cap layer 18, the BPSG film 16, and the ONO film 14 and exposes the surface of the bit line 12 is formed.

図4(b)において、コンタクトホール22の内面に沿うように、例えばCVD法を用いてTa(タンタル)膜を堆積する。次に、コンタクトホール22に埋め込まれるように、例えばCVD法を用いてW(タングステン)膜を堆積する。その後、例えばCMP(化学機械研磨)法を用いて、キャップ層18上に形成された、Ta膜とW膜とを除去し、平坦化する。これにより、コンタクトホール22の内面に沿うように、Ta膜からなるバリア層24が形成され、バリア層24の表面上に、コンタクトホール22に埋め込まれるように、W膜からなるコンタクトプラグ26が形成される。ここで、バリア層24は、W原子がBPSG膜16に拡散することを抑制するために形成されている。また、コンタクトプラグ26は、ビットライン12と後述するCu配線とを電気的に接続するために用いられる。   In FIG. 4B, a Ta (tantalum) film is deposited along the inner surface of the contact hole 22 by using, for example, a CVD method. Next, a W (tungsten) film is deposited using, for example, a CVD method so as to be embedded in the contact hole 22. Thereafter, the Ta film and the W film formed on the cap layer 18 are removed and planarized by using, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Thus, a barrier layer 24 made of a Ta film is formed along the inner surface of the contact hole 22, and a contact plug 26 made of a W film is formed on the surface of the barrier layer 24 so as to be embedded in the contact hole 22. Is done. Here, the barrier layer 24 is formed to prevent W atoms from diffusing into the BPSG film 16. The contact plug 26 is used to electrically connect the bit line 12 and a Cu wiring described later.

図4(c)において、コンタクトプラグ26上とキャップ層18上とに、例えばCVD法を用いて、窒化膜28を形成する。窒化膜28上に、例えばCVD法を用いて酸化膜からなる第1絶縁膜30を形成する。第1絶縁膜30上に形成されたマスク層(不図示)をマスクに、例えばRIE法を用いて、第1絶縁膜30と窒化膜28とをエッチングする。これにより、第1絶縁膜30と窒化膜28とに、溝部32が形成される。また、溝部32の底面には、コンタクトプラグ26の表面が露出している。   In FIG. 4C, a nitride film 28 is formed on the contact plug 26 and the cap layer 18 by using, for example, a CVD method. A first insulating film 30 made of an oxide film is formed on the nitride film 28 by using, for example, a CVD method. Using the mask layer (not shown) formed on the first insulating film 30 as a mask, the first insulating film 30 and the nitride film 28 are etched using, for example, the RIE method. As a result, a groove 32 is formed in the first insulating film 30 and the nitride film 28. Further, the surface of the contact plug 26 is exposed on the bottom surface of the groove portion 32.

図5(a)において、溝部32の内面に沿うように、例えばCVD法を用いてTa膜を堆積する。これにより、溝部32の内面に沿うように、Ta膜からなるバリア層34が形成される。次に、バリア層34の表面に沿うように、例えばCVD法を用いてCu膜を堆積する。これにより、バリア層34の表面を沿うように、Cuシード層36が形成される。その後、例えば電解メッキ法を用いて、溝部32に埋め込まれるように、第1絶縁膜30上にCu膜38を形成する。ここで、バリア層34は、Cu原子が第1絶縁膜30に拡散することを抑制するために形成されている。また、Cuシード層36は、Cuのメッキ成長を容易にするために形成されている。   In FIG. 5A, a Ta film is deposited along the inner surface of the groove 32 by using, for example, a CVD method. Thereby, a barrier layer 34 made of a Ta film is formed along the inner surface of the groove 32. Next, a Cu film is deposited along the surface of the barrier layer 34 using, for example, a CVD method. Thereby, the Cu seed layer 36 is formed along the surface of the barrier layer 34. Thereafter, a Cu film 38 is formed on the first insulating film 30 so as to be embedded in the groove 32 using, for example, an electrolytic plating method. Here, the barrier layer 34 is formed in order to prevent Cu atoms from diffusing into the first insulating film 30. The Cu seed layer 36 is formed to facilitate Cu plating growth.

図5(b)において、Cu膜38の結晶性を向上させるため、例えばN(窒素)ガス雰囲気中で、Cu膜38にアニールを行った後、例えばCMP法を用いて、第1絶縁膜30上のCu膜38等を除去、平坦化し、溝部32内にCuからなるCu配線40を形成する。ここで、CMP法を用いてCu配線40を形成した後、Cu配線40の表面は大気に曝されることになる。このため、Cu配線40の表面には酸化膜42が形成されてしまう。 In FIG. 5B, in order to improve the crystallinity of the Cu film 38, for example, after annealing the Cu film 38 in an N 2 (nitrogen) gas atmosphere, the first insulating film is formed using, for example, a CMP method. The Cu film 38 and the like on 30 are removed and flattened, and a Cu wiring 40 made of Cu is formed in the groove 32. Here, after forming the Cu wiring 40 using the CMP method, the surface of the Cu wiring 40 is exposed to the atmosphere. For this reason, an oxide film 42 is formed on the surface of the Cu wiring 40.

次に、表1で示すSTEP1からSTEP4の製造工程を順次実行する。ここで、表1に示す、STEP1からSTEP4は、半導体基板10を大気に曝すことなく、同一チャンバー内で連続して実行する。

Figure 0005595644
Next, the manufacturing steps from STEP 1 to STEP 4 shown in Table 1 are sequentially performed. Here, STEP 1 to STEP 4 shown in Table 1 are executed continuously in the same chamber without exposing the semiconductor substrate 10 to the atmosphere.
Figure 0005595644

表1及び図5(c)において、まず、半導体基板10をチャンバー内にセットする。その後、チャンバー内に、例えばNH(アンモニア)ガスとN(窒素)ガスとを導入し、半導体基板10の温度が400℃になるまで加熱する(表1のSTEP1)。その後、RFパワーをONにする(表1のSTEP2)。これにより、Cu配線40の表面にプラズマ処理が実施される。このプラズマ処理により、Cu配線40の表面に形成された酸化膜42やその他の不純物が除去される。 In Table 1 and FIG. 5C, first, the semiconductor substrate 10 is set in a chamber. Thereafter, for example, NH 3 (ammonia) gas and N 2 (nitrogen) gas are introduced into the chamber and heated until the temperature of the semiconductor substrate 10 reaches 400 ° C. (STEP 1 in Table 1). Thereafter, the RF power is turned on (STEP 2 in Table 1). Thereby, plasma processing is performed on the surface of the Cu wiring 40. By this plasma treatment, the oxide film 42 and other impurities formed on the surface of the Cu wiring 40 are removed.

表1及び図6(a)において、RFパワーをOFFにした後、チャンバー内に、例えばSiH(モノシラン)ガスを導入する(表1のSTEP3)。STEP3における、SiHガスを導入する時間は、例えば1秒間である。ここで、Cu配線40の表面は、STEP2におけるプラズマ処理により、活性化された状態になっている。このため、STEP3のように、RFパワーがOFFの状態で、SiHガスを1秒間という非常に短い時間導入することで、即ち、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で、半導体基板10を400℃で1秒間熱処理することで、Cu配線40の表面に数nmと非常に薄いCuシリサイド層44を形成することができる。 In Table 1 and FIG. 6A, after turning off the RF power, for example, SiH 4 (monosilane) gas is introduced into the chamber (STEP 3 in Table 1). The time for introducing SiH 4 gas in STEP 3 is, for example, 1 second. Here, the surface of the Cu wiring 40 is activated by the plasma treatment in STEP2. For this reason, as in STEP 3, by introducing SiH 4 gas for a very short time of 1 second with the RF power OFF, that is, in a mixed gas atmosphere of NH 3 gas and SiH 4 gas, the semiconductor By subjecting the substrate 10 to heat treatment at 400 ° C. for 1 second, a very thin Cu silicide layer 44 of several nm can be formed on the surface of the Cu wiring 40.

表1及び図6(b)において、チャンバー内にNHガス、SiHガス及びNガスを導入した状態で、RFパワーをONにする(表1のSTEP4)。これにより、Cu配線40上及び第1絶縁膜30上に、例えば窒化膜からなる第2絶縁膜46が形成される。 In Table 1 and FIG. 6B, the RF power is turned on with the NH 3 gas, SiH 4 gas and N 2 gas introduced into the chamber (STEP 4 in Table 1). As a result, a second insulating film 46 made of, for example, a nitride film is formed on the Cu wiring 40 and the first insulating film 30.

実施例1の製造方法によれば、図4(c)のように、半導体基板10上に形成された第1絶縁膜30と窒化膜28とに、溝部32を形成した後、図5(a)のように、溝部32に埋め込まれるように、第1絶縁膜30上にCu膜38を形成する。その後、図5(b)のように、第1絶縁膜30上のCu膜38を、CMP法等により除去、平坦化し、溝部32内にCu配線40を形成する。そして、図5(c)のように、NHガス雰囲気中で、Cu配線40にプラズマ処理を実施し、Cu配線40の表面に形成された酸化膜42や不純物を除去する。図6(a)のように、NHガス雰囲気中にSiHガスを導入し、半導体基板10を大気に曝すことなく、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で、半導体基板10に1秒間の熱処理を行い、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44を形成する。 According to the manufacturing method of the first embodiment, as shown in FIG. 4C, after the groove portion 32 is formed in the first insulating film 30 and the nitride film 28 formed on the semiconductor substrate 10, FIG. ), A Cu film 38 is formed on the first insulating film 30 so as to be embedded in the groove 32. Thereafter, as shown in FIG. 5B, the Cu film 38 on the first insulating film 30 is removed and planarized by a CMP method or the like, and the Cu wiring 40 is formed in the groove 32. Then, as shown in FIG. 5C, plasma treatment is performed on the Cu wiring 40 in an NH 3 gas atmosphere, and the oxide film 42 and impurities formed on the surface of the Cu wiring 40 are removed. As shown in FIG. 6A, the SiH 4 gas is introduced into the NH 3 gas atmosphere, and the semiconductor substrate 10 is exposed in the mixed gas atmosphere of NH 3 gas and SiH 4 gas without exposing the semiconductor substrate 10 to the atmosphere. Then, heat treatment is performed for 1 second to form a Cu silicide layer 44 on the surface of the Cu wiring 40.

このような製造方法により、図6(b)のように、Cu配線40上に、酸化膜を介在させることなく、Cuシリサイド層44を形成することができる。Cu配線40の表面にCuシリサイド層44が形成され、Cuシリサイド層44上に第2絶縁膜46が形成されることで、Cu配線40の表面上に第2絶縁膜46が直接形成されている場合に比べ、Cu配線40中のCu原子の第2絶縁膜46へのエレクトロマイグレーションを抑制することができる。   By such a manufacturing method, as shown in FIG. 6B, the Cu silicide layer 44 can be formed on the Cu wiring 40 without interposing an oxide film. The Cu silicide layer 44 is formed on the surface of the Cu wiring 40, and the second insulating film 46 is formed on the Cu silicide layer 44, so that the second insulating film 46 is directly formed on the surface of the Cu wiring 40. Compared to the case, electromigration of Cu atoms in the Cu wiring 40 to the second insulating film 46 can be suppressed.

このため、図2(c)で示したような、第1窒化膜64a(実施例1において、第2絶縁膜46に相当)との境界近傍の第1配線層62a(実施例1において、Cu配線40に相当)にボイド70が形成されることを抑制できる。つまり、ボイド70の発生によるCu配線40の抵抗増加を抑制することができる。   For this reason, as shown in FIG. 2C, the first wiring layer 62a (in the first embodiment, Cu in the first embodiment) near the boundary with the first nitride film 64a (in the first embodiment, corresponding to the second insulating film 46). It is possible to suppress the formation of the void 70 in the wiring 40). That is, an increase in resistance of the Cu wiring 40 due to the generation of the void 70 can be suppressed.

また、実施例1を、図2(c)で示したような多層配線構造とした場合に、Cu配線40とCuシリサイド層44との間に、酸化膜が介在していないことで、上層のCu配線40と下層のCu配線40との接触抵抗の増加を抑制することができる。また、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44が形成されていることで、図2(a)のようなビア孔68を形成した場合でも、Cu配線40の表面を大気に露出させずに済む。このため、Cu配線40の表面に酸化膜が形成され難くなり、上層のCu配線40と下層のCu配線40との接触抵抗の増加を抑制することができる。   Further, when Example 1 has a multilayer wiring structure as shown in FIG. 2C, the oxide film is not interposed between the Cu wiring 40 and the Cu silicide layer 44. An increase in contact resistance between the Cu wiring 40 and the underlying Cu wiring 40 can be suppressed. Further, since the Cu silicide layer 44 is formed on the surface of the Cu wiring 40, even when the via hole 68 as shown in FIG. 2A is formed, it is not necessary to expose the surface of the Cu wiring 40 to the atmosphere. . For this reason, it becomes difficult to form an oxide film on the surface of the Cu wiring 40, and an increase in contact resistance between the upper Cu wiring 40 and the lower Cu wiring 40 can be suppressed.

さらに、図5(b)のように、Cu膜38の結晶性を向上させるためのアニールを行った後、図6(a)のように、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で半導体基板10に熱処理を行い、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44を形成している。特許文献3のように、Cu膜中にSiを導入した後、Cu膜にアニールを行うと、SiがCu膜全体に拡散し、Cu膜(Cu配線)の抵抗が増加してしまう。しかしながら、実施例1によれば、Cu膜38へのアニールを行った後、Cuシリサイド層44を形成しているため、Cuシリサイド層44は、Cu配線40の表面にのみ形成することができる。したがって、特許文献3に比べて、Cu配線40の抵抗増加を抑制することができる。 Further, after annealing for improving the crystallinity of the Cu film 38 as shown in FIG. 5B, in a mixed gas atmosphere of NH 3 gas and SiH 4 gas as shown in FIG. 6A. Then, the semiconductor substrate 10 is heat-treated, and a Cu silicide layer 44 is formed on the surface of the Cu wiring 40. If the Cu film is annealed after introducing Si into the Cu film as in Patent Document 3, Si diffuses throughout the Cu film and the resistance of the Cu film (Cu wiring) increases. However, according to the first embodiment, since the Cu silicide layer 44 is formed after annealing the Cu film 38, the Cu silicide layer 44 can be formed only on the surface of the Cu wiring 40. Therefore, an increase in resistance of the Cu wiring 40 can be suppressed as compared with Patent Document 3.

さらに、表3のSTEP3のように、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で行う熱処理の温度が400℃と低く、熱処理の時間が1秒間と短いため、Cu配線40上に形成されるCuシリサイド層44の厚さを、数nmと非常に薄くすることができる。このように、実施例1によれば、Cuシリサイド層44の厚さを非常に薄くすることできるため、Cu配線40の抵抗増加を最小限に抑制することができる。 Furthermore, as shown in STEP 3 in Table 3, the temperature of the heat treatment performed in a mixed gas atmosphere of NH 3 gas and SiH 4 gas is as low as 400 ° C., and the heat treatment time is as short as 1 second. The thickness of the Cu silicide layer 44 to be formed can be made very thin as several nm. As described above, according to the first embodiment, the thickness of the Cu silicide layer 44 can be made very thin, so that an increase in resistance of the Cu wiring 40 can be suppressed to a minimum.

実施例1において、表1のSTEP3のように、RFパワーをOFFにした状態で、SiHガスを導入する時間は、1秒間である場合を例に示したが、これに限られない。言い換えると、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で、半導体基板10に熱処理を行う時間は、1秒間である場合を例に示したが、これに限られない。Cu配線40の表面に形成されるCuシリサイド層44の厚さが十分に小さく、Cu配線40の抵抗増加が十分に抑制できる範囲であれば、熱処理の時間は1秒間以外の場合でもよい。 In the first embodiment, as shown in STEP 3 of Table 1, the case where the SiH 4 gas is introduced for 1 second in the state where the RF power is turned off is shown as an example, but the present invention is not limited to this. In other words, in the mixed gas atmosphere of NH 3 gas and SiH 4 gas, the time for performing the heat treatment on the semiconductor substrate 10 is shown as an example, but the present invention is not limited thereto. As long as the thickness of the Cu silicide layer 44 formed on the surface of the Cu wiring 40 is sufficiently small and the resistance increase of the Cu wiring 40 can be sufficiently suppressed, the heat treatment time may be other than 1 second.

ここで、図7に、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で半導体基板10に行う熱処理の時間(表1のSTEP3)を、0秒、1秒、及び2秒のそれぞれの条件で製造した半導体装置における、Cu配線40の抵抗値の一例を示す。なお、熱処理の時間を0秒で製造した半導体装置を実験例1とし、熱処理の時間を1秒で製造した半導体装置を実験例2とし、熱処理の時間を2秒で製造した半導体装置を実験例3とする。また、参考として、Cu配線40表面へのプラズマ処理(表1のSTEP2)と、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中での半導体基板10への熱処理(表1のSTEP3)と、を行わずに製造した半導体装置(比較例1)についても図示する。即ち、比較例1に係る半導体装置は、図6(c)において、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44が形成されてなく、代わりに、酸化膜42が形成されている。また、図7中の測定結果は、ウエハ内の複数の測定点についての結果を示している。 Here, FIG. 7 shows the time of heat treatment (STEP 3 in Table 1) performed on the semiconductor substrate 10 in a mixed gas atmosphere of NH 3 gas and SiH 4 gas under conditions of 0 second, 1 second, and 2 seconds, respectively. An example of the resistance value of the Cu wiring 40 in the semiconductor device manufactured in (1) is shown. Note that a semiconductor device manufactured with a heat treatment time of 0 seconds is taken as experimental example 1, a semiconductor device manufactured with a heat treatment time of 1 second is taken as experimental example 2, and a semiconductor device manufactured with a heat treatment time of 2 seconds is taken as experimental example. 3. For reference, plasma treatment on the surface of the Cu wiring 40 (STEP 2 in Table 1), heat treatment to the semiconductor substrate 10 in a mixed gas atmosphere of NH 3 gas and SiH 4 gas (STEP 3 in Table 1), A semiconductor device (Comparative Example 1) manufactured without performing the process is also illustrated. That is, in the semiconductor device according to Comparative Example 1, the Cu silicide layer 44 is not formed on the surface of the Cu wiring 40 in FIG. 6C, and an oxide film 42 is formed instead. Moreover, the measurement results in FIG. 7 show the results for a plurality of measurement points in the wafer.

図7によれば、プラズマ処理と熱処理とを行っていない比較例1に比べて、プラズマ処理を行い、熱処理の時間が0秒である実験例1は、Cu配線40の抵抗値が下がっていることが分かる。これは、Cu配線40にプラズマ処理を行うことで、Cu配線40表面に形成された酸化膜42や不純物が除去された為であると考えられる。また、実験例1、実験例2、実験例3のように、熱処理の時間が長くなるに従い、Cu配線40の抵抗値も大きくなっていることが分かる。これは、Cu配線40の表面に形成されるCuシリサイド層44の厚さが大きくなる為であると考えられる。   According to FIG. 7, the resistance value of the Cu wiring 40 is lower in the experimental example 1 in which the plasma treatment is performed and the heat treatment time is 0 second as compared with the comparative example 1 in which the plasma treatment and the heat treatment are not performed. I understand that. This is considered to be because the oxide film 42 and impurities formed on the surface of the Cu wiring 40 were removed by performing the plasma treatment on the Cu wiring 40. Further, as in Experimental Example 1, Experimental Example 2, and Experimental Example 3, it can be seen that the resistance value of the Cu wiring 40 increases as the heat treatment time increases. This is considered to be because the thickness of the Cu silicide layer 44 formed on the surface of the Cu wiring 40 is increased.

ここで、図8に、実験例1から実験例3それぞれについて、ウエハ内の複数の測定点で測定した抵抗値の平均値を表す。図8の横軸は、熱処理時間(秒)を示していて、縦軸は、実験例1の抵抗値で規格化した抵抗値を示している。また、図8中の実線は、近似曲線を示している。図8によれば、実験例1のCu配線40の抵抗値に比べて、実験例2の抵抗値は1.1倍程度となり、実験例3の抵抗値は1.5倍程度となっている。そして、熱処理時間が2秒を超えると、実験例1の抵抗値に対して、1.5倍程度以上の抵抗値となり、熱処理時間が3秒になると、実験例1の抵抗値の2倍以上となる。   Here, FIG. 8 shows an average value of resistance values measured at a plurality of measurement points in the wafer for each of Experimental Examples 1 to 3. The horizontal axis in FIG. 8 indicates the heat treatment time (seconds), and the vertical axis indicates the resistance value normalized by the resistance value of Experimental Example 1. Further, the solid line in FIG. 8 indicates an approximate curve. According to FIG. 8, compared with the resistance value of the Cu wiring 40 of Experimental Example 1, the resistance value of Experimental Example 2 is about 1.1 times, and the resistance value of Experimental Example 3 is about 1.5 times. . When the heat treatment time exceeds 2 seconds, the resistance value is about 1.5 times or more the resistance value of Experimental Example 1, and when the heat treatment time is 3 seconds, the resistance value of Experimental Example 1 is twice or more. It becomes.

このように、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で、半導体基板10に行う熱処理の時間が長くなるほど、Cu配線40の抵抗値は増加する。特に、熱処理の時間が2秒を超えると、Cu配線40の抵抗値は急激に増加することが分かる。したがって、Cu配線40の抵抗値の増加を考慮し、Cu配線40の抵抗値を実用的な範囲内に収めるため、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で行う熱処理の時間は、2秒以下である場合が好ましく、更には、1秒以下である場合がより好ましい。言い換えると、熱処理の時間が0秒である場合のCu配線40の抵抗値に対して、Cu配線40の抵抗値が1.5倍以下となるような熱処理の時間が好ましく、更には、Cu配線40の抵抗値が1.1倍以下となるような熱処理の時間がより好ましい。また、これらを比抵抗で言い表すと、熱処理の時間が0秒である場合のCu配線40の比抵抗は、ほぼバルクのCuの比抵抗と等しく、熱処理の時間が2秒である場合のCu配線40の比抵抗は、バルクのCuの比抵抗の1.5倍程度になる。更には、熱処理の時間が1秒である場合のCu配線40の比抵抗は、バルクのCuの比抵抗の1.1倍程度になる。つまり、Cu配線40の比抵抗をバルクのCuの比抵抗の1.5倍以下になるような熱処理の時間が好ましく、更には、バルクのCuの比抵抗の1.1倍以下になるような熱処理の時間がより好ましい。半導体基板10に行う熱処理の時間を、このような時間にすることで、Cu配線40の抵抗値の増加を最小限に抑えることができる。 Thus, the resistance value of the Cu wiring 40 increases as the time of the heat treatment performed on the semiconductor substrate 10 in the mixed gas atmosphere of NH 3 gas and SiH 4 gas increases. In particular, it can be seen that when the heat treatment time exceeds 2 seconds, the resistance value of the Cu wiring 40 rapidly increases. Therefore, in consideration of an increase in the resistance value of the Cu wiring 40, the heat treatment time performed in a mixed gas atmosphere of NH 3 gas and SiH 4 gas in order to keep the resistance value of the Cu wiring 40 within a practical range is: The case is preferably 2 seconds or less, and more preferably 1 second or less. In other words, the heat treatment time is preferably such that the resistance value of the Cu wiring 40 is not more than 1.5 times the resistance value of the Cu wiring 40 when the heat treatment time is 0 second. The heat treatment time is preferably such that the resistance value of 40 is 1.1 times or less. In other words, the specific resistance of the Cu wiring 40 when the heat treatment time is 0 second is substantially equal to the specific resistance of bulk Cu, and the Cu wiring when the heat treatment time is 2 seconds. The specific resistance of 40 is about 1.5 times the specific resistance of bulk Cu. Further, when the heat treatment time is 1 second, the specific resistance of the Cu wiring 40 is about 1.1 times the specific resistance of bulk Cu. That is, the heat treatment time is preferably such that the specific resistance of the Cu wiring 40 is 1.5 times or less of the specific resistance of bulk Cu, and further, 1.1 times or less of the specific resistance of bulk Cu. The heat treatment time is more preferable. By setting the time for the heat treatment performed on the semiconductor substrate 10 to such a time, an increase in the resistance value of the Cu wiring 40 can be minimized.

また、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44が形成されていないと、図2(c)で示したように、エレクトロマイグレーションによるボイドが発生し、Cu配線40の抵抗値が増加してしまう。したがって、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44が確実に形成されることを考慮して、熱処理の時間は0.5秒以上である場合が好ましい。   If the Cu silicide layer 44 is not formed on the surface of the Cu wiring 40, voids due to electromigration occur as shown in FIG. 2C, and the resistance value of the Cu wiring 40 increases. Therefore, considering that the Cu silicide layer 44 is reliably formed on the surface of the Cu wiring 40, the heat treatment time is preferably 0.5 seconds or more.

また、実施例1において、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で行う、半導体基板10への熱処理の温度は、400℃である場合を例に示したが、これに限られない。Cuシリサイド層44の厚さが十分に小さく、Cu配線40の抵抗増加が十分に小さくなるような温度で、熱処理を行う場合でもよい。例えば、100℃から500℃のような、低温で熱処理する場合が好ましい。また、熱処理の温度に応じて、熱処理の時間を変化させることが好ましい。 Further, in Example 1, carried out in a mixed gas atmosphere of NH 3 gas and the SiH 4 gas, the temperature of the heat treatment to the semiconductor substrate 10, a case is 400 ° C. Examples, but not limited to . The heat treatment may be performed at a temperature at which the thickness of the Cu silicide layer 44 is sufficiently small and the increase in resistance of the Cu wiring 40 is sufficiently small. For example, it is preferable to perform heat treatment at a low temperature such as 100 ° C. to 500 ° C. Moreover, it is preferable to change the time of heat processing according to the temperature of heat processing.

実施例1において、図5(c)のように、NHガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことで、Cu配線40の表面に形成された酸化膜42を除去する場合を例に示したが、これに限られない。例えば、H(水素)ガス雰囲気中、N(ヒドラジン)ガス雰囲気中でプラズマ処理を行った場合でも、Cu配線40の表面に形成された酸化膜42を除去することができる。 In Example 1, the case where the oxide film 42 formed on the surface of the Cu wiring 40 is removed by performing plasma treatment in an NH 3 gas atmosphere as shown in FIG. It is not limited to this. For example, even when the plasma treatment is performed in an H 2 (hydrogen) gas atmosphere or an N 2 H 4 (hydrazine) gas atmosphere, the oxide film 42 formed on the surface of the Cu wiring 40 can be removed.

また、図6(a)のように、SiHガスとNHガスとの混合ガス雰囲気中で、半導体基板10に熱処理を行い、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44を形成する場合を例に示したが、これに限られない。SiHガスやSi(ジシラン)ガス等、Si(ケイ素)とH(水素)との化合物を含むガス(シラン系ガス)雰囲気中で熱処理を行うことで、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44を形成することができる。 Further, as shown in FIG. 6A, an example in which a heat treatment is performed on the semiconductor substrate 10 in a mixed gas atmosphere of SiH 4 gas and NH 3 gas to form a Cu silicide layer 44 on the surface of the Cu wiring 40. However, the present invention is not limited to this. By performing heat treatment in a gas (silane-based gas) atmosphere containing a compound of Si (silicon) and H (hydrogen), such as SiH 4 gas or Si 2 H 6 (disilane) gas, Cu is formed on the surface of the Cu wiring 40. A silicide layer 44 can be formed.

しかしながら、実施例1の製造方法のように、Cu配線40の表面にNHガス雰囲気中でプラズマ処理を行うことで、Cu配線40表面に形成された酸化膜42等を除去し、NHガスとSiHガスとの混合ガス雰囲気中で、半導体基板10に熱処理を行うことで、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44を形成する場合が好ましい。この製造方法によれば、表1のように、NHガスが充満したチャンバー内で、半導体基板10にプラズマ処理を実施(表1のSTEP2)して、Cu配線40の表面の酸化膜42等を除去した後、チャンバー内にSiHガスを導入(表1のSTEP3)して、半導体基板10を熱処理することで、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44を形成することができる。即ち、Cu配線40表面に形成された酸化膜42等の除去と、Cu配線40表面のCuシリサイド層44の形成とを、同一チャンバー内で連続して行うことができる。したがって、酸化膜を介在させず、Cu配線40の表面にCuシリサイド層44を形成することを、製造効率よく行うことができる。さらに、表1のSTEP4及び図6(b)のように、Cuシリサイド層44上及び第1絶縁膜30上に形成する第2絶縁膜46も、同一チャンバー内で連続して形成することができる。したがって、この点においても、製造効率の向上を図ることができる。 However, as in the manufacturing method of the first embodiment, plasma treatment is performed on the surface of the Cu wiring 40 in an NH 3 gas atmosphere, thereby removing the oxide film 42 and the like formed on the surface of the Cu wiring 40, and the NH 3 gas. It is preferable to form the Cu silicide layer 44 on the surface of the Cu wiring 40 by performing a heat treatment on the semiconductor substrate 10 in a mixed gas atmosphere of SiH 4 gas and SiH 4 gas. According to this manufacturing method, as shown in Table 1, plasma processing is performed on the semiconductor substrate 10 (STEP 2 in Table 1) in a chamber filled with NH 3 gas, and the oxide film 42 on the surface of the Cu wiring 40, etc. Then, the Si silicide layer 44 can be formed on the surface of the Cu wiring 40 by introducing SiH 4 gas into the chamber (STEP 3 in Table 1) and heat-treating the semiconductor substrate 10. That is, the removal of the oxide film 42 and the like formed on the surface of the Cu wiring 40 and the formation of the Cu silicide layer 44 on the surface of the Cu wiring 40 can be performed continuously in the same chamber. Therefore, it is possible to efficiently form the Cu silicide layer 44 on the surface of the Cu wiring 40 without interposing an oxide film. Furthermore, as shown in STEP 4 of Table 1 and FIG. 6B, the second insulating film 46 formed on the Cu silicide layer 44 and the first insulating film 30 can also be formed continuously in the same chamber. . Therefore, the manufacturing efficiency can be improved also in this respect.

実施例1において、SONOS型構造をした不揮発性半導体装置の場合を例に示して説明したが、これに限られるわけではない。これ以外の半導体装置の場合であっても、図4(c)から図6(b)で示したCu配線40の製造方法を用いることで、エレクトロマイグレーションを抑制でき、且つCu配線の抵抗増加を最小限に抑えることが可能となる。しかしながら、実施例1で示したような、SONOS型構造の不揮発性半導体装置の場合、コンタクトプラグ26上に形成されるCu配線40は、非常にピッチが狭く、微細である。このため、Cu配線40の抵抗増加を最小限に抑えるという本発明の効果がより大きくなる。なお、溝部32に埋め込まれるように形成される配線層は、Cu配線40である場合を例に示したが、これに限られず、その他の材料からなる場合でもよい。   In the first embodiment, the case of a nonvolatile semiconductor device having a SONOS structure has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Even in the case of other semiconductor devices, electromigration can be suppressed and the resistance of the Cu wiring can be increased by using the method for manufacturing the Cu wiring 40 shown in FIGS. 4C to 6B. It can be minimized. However, in the case of the non-volatile semiconductor device having the SONOS type structure as shown in the first embodiment, the Cu wiring 40 formed on the contact plug 26 has a very narrow pitch and is fine. For this reason, the effect of the present invention of minimizing the increase in resistance of the Cu wiring 40 becomes greater. In addition, although the case where the wiring layer formed so as to be embedded in the groove portion 32 is the Cu wiring 40 has been described as an example, the wiring layer is not limited thereto, and may be formed of other materials.

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.・ Change is possible.

図1(a)から図1(c)は、配線層の表面を窒化膜で覆う場合の製造方法を示す断面図(その1)である。FIG. 1A to FIG. 1C are cross-sectional views (part 1) showing the manufacturing method in the case where the surface of the wiring layer is covered with a nitride film. 図2(a)から図2(c)は、配線層の表面を窒化膜で覆う場合の製造方法を示す断面図(その2)である。FIG. 2A to FIG. 2C are cross-sectional views (part 2) showing the manufacturing method when the surface of the wiring layer is covered with a nitride film. 図3(a)から図3(c)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その1)である。FIG. 3A to FIG. 3C are cross-sectional views (part 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図4(a)から図4(c)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その2)である。4A to 4C are cross-sectional views (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図5(a)から図5(c)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その3)である。5A to 5C are cross-sectional views (part 3) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図6(a)及び図6(b)は、実施例1に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その4)である。6A and 6B are cross-sectional views (part 4) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 図7は、半導体基板に行う熱処理の時間と配線層の抵抗との相関を示す図(その1)である。FIG. 7 is a diagram (part 1) showing a correlation between the time of heat treatment performed on the semiconductor substrate and the resistance of the wiring layer. 図8は、半導体基板に行う熱処理の時間と配線層の抵抗との相関を示す図(その2)である。FIG. 8 is a diagram (part 2) illustrating the correlation between the time of heat treatment performed on the semiconductor substrate and the resistance of the wiring layer.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体基板
12 ビットライン
14 ONO膜
16 BPSG膜
18 キャップ層
20 マスク層
22 コンタクトホール
24 バリア層
26 コンタクトプラグ
28 窒化膜
30 第1絶縁膜
32 溝部
34 バリア層
36 Cuシード層
38 Cu膜
40 Cu配線
42 酸化膜
44 Cuシリサイド層
46 第2絶縁膜
50 半導体基板
52a 第1酸化膜
52b 第2酸化膜
52c 第3酸化膜
54a 第1溝部
54b 第2溝部
56 バリア層
58 Cuシード層
60 Cu膜
62a 第1配線層
62b 第2配線層
64a 第1窒化膜
64b 第2窒化膜
64c 第3窒化膜
66 ビア
68 ビア孔
70 ボイド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate 12 Bit line 14 ONO film 16 BPSG film 18 Cap layer 20 Mask layer 22 Contact hole 24 Barrier layer 26 Contact plug 28 Nitride film 30 1st insulating film 32 Groove part 34 Barrier layer 36 Cu seed layer 38 Cu film 40 Cu wiring 42 oxide film 44 Cu silicide layer 46 second insulating film 50 semiconductor substrate 52a first oxide film 52b second oxide film 52c third oxide film 54a first groove part 54b second groove part 56 barrier layer 58 Cu seed layer 60 Cu film 62a first 1 wiring layer 62b 2nd wiring layer 64a 1st nitride film 64b 2nd nitride film 64c 3rd nitride film 66 Via 68 Via hole 70 Void

Claims (8)

半導体基板上に形成された絶縁膜に溝部を形成する工程と、
前記溝部に埋め込まれるように、前記絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に形成された前記金属膜を平坦化し、前記溝部に前記金属膜からなる配線層を形成する工程と、
前記配線層の表面に形成された酸化膜を除去するため、前記配線層の表面にプラズマ処理を行う工程と、
前記配線層の表面にシリサイド層を形成するため、前記プラズマ処理を行う工程の後、前記半導体基板を大気に曝すことなく、シラン系ガスを含むガス雰囲気中で、前記半導体基板に熱処理を行う工程と、
前記熱処理を行う工程の後、前記シリサイド層の表面に窒化膜を形成する工程と、を含み、
前記配線層は銅配線であ
前記熱処理は、前記プラズマ処理のガス雰囲気中に前記シラン系ガスを導入した混合ガス雰囲気中で行われる、半導体装置の製造方法。
Forming a groove in an insulating film formed on the semiconductor substrate;
Forming a metal film on the insulating film so as to be embedded in the groove,
Flattening the metal film formed on the insulating film and forming a wiring layer made of the metal film in the groove;
Performing plasma treatment on the surface of the wiring layer in order to remove the oxide film formed on the surface of the wiring layer;
A step of heat-treating the semiconductor substrate in a gas atmosphere containing a silane-based gas without exposing the semiconductor substrate to the air after the step of performing the plasma treatment in order to form a silicide layer on the surface of the wiring layer; When,
After the step of performing the heat treatment, forming a nitride film on the surface of the silicide layer,
The wiring layer is Ri copper wiring der,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the heat treatment is performed in a mixed gas atmosphere in which the silane-based gas is introduced into a gas atmosphere of the plasma treatment .
前記プラズマ処理を行う工程は、前記半導体基板をアンモニアガス雰囲気中、水素ガス雰囲気中、及びヒドラジンガス雰囲気中のいずれかの雰囲気中に曝して、前記配線層の表面にプラズマ処理を行う工程である、請求項1記載の半導体装置の製造方法。   The step of performing the plasma treatment is a step of performing plasma treatment on the surface of the wiring layer by exposing the semiconductor substrate to any one of an ammonia gas atmosphere, a hydrogen gas atmosphere, and a hydrazine gas atmosphere. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 前記熱処理を行う工程は、モノシランガスまたはジシランガスを含むガス雰囲気中で、前記半導体基板に熱処理を行う工程である、請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of performing the heat treatment is a step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate in a gas atmosphere containing a monosilane gas or a disilane gas. 前記プラズマ処理を行う工程は、前記半導体基板をアンモニアガス雰囲気中に曝して、前記配線層の表面にプラズマ処理を行う工程であり、
前記熱処理を行う工程は、前記アンモニアガス雰囲気中にモノシランガスを導入し、前記アンモニアガスと前記モノシランガスとの混合ガス雰囲気中で、前記半導体基板に熱処理を行う工程である、請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The step of performing the plasma treatment is a step of exposing the semiconductor substrate to an ammonia gas atmosphere and performing a plasma treatment on the surface of the wiring layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the step of performing the heat treatment is a step of introducing a monosilane gas into the ammonia gas atmosphere and performing a heat treatment on the semiconductor substrate in a mixed gas atmosphere of the ammonia gas and the monosilane gas. Manufacturing method.
前記熱処理を行う工程は、前記半導体基板に0.5秒から2秒の前記熱処理を行う工程である、請求項1から4のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of performing the heat treatment is a step of performing the heat treatment on the semiconductor substrate for 0.5 second to 2 seconds. 前記金属膜の結晶性を向上させるため、前記金属膜にアニールを行う工程を有し、
前記金属膜にアニールを行う工程は、前記熱処理を行う工程の前に実施する、請求項1から5のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
In order to improve the crystallinity of the metal film, the method includes annealing the metal film,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of annealing the metal film is performed before the step of performing the heat treatment.
前記熱処理を行う工程は、前記配線層の表面が活性化された状態で、前記熱処理を行う工程である、請求項1から6のいずれか一項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 step of performing the heat treatment is a step of performing the heat treatment in a state in which a surface of the wiring layer is activated. 前記半導体基板上にコンタクトプラダを形成する工程をさらに含み、  Forming a contact prada on the semiconductor substrate;
前記絶縁膜が前記コンタクトプラダ上に形成される、請求項1から7のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。  The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is formed on the contact ladder.
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