JPH09321045A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method for manufacturing the same

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JPH09321045A
JPH09321045A JP13714496A JP13714496A JPH09321045A JP H09321045 A JPH09321045 A JP H09321045A JP 13714496 A JP13714496 A JP 13714496A JP 13714496 A JP13714496 A JP 13714496A JP H09321045 A JPH09321045 A JP H09321045A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent increase of resistance of Cu wiring and deterioration of reliability. SOLUTION: A first insulating layer 2A is formed on a Si substrate 1. A laminated wiring consisting of barrier films 3A and 3B and a Cu film 4 between them is formed on the first insulating layer 2A. Then, the wiring is exposed to a diluted silane gas 6 while being heated in a low pressure chamber to selectively form a Cu silicide layer 7 only on a part of the wiring on which Cu is exposed. A second insulating layer 2B is formed on the Cu siliside layer 7.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関し、特に銅配線を有する半導体装置とそ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having copper wiring and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの微細化・高集積化に伴い、低抵
抗でエレクトロマイグレーション耐性の高い銅(Cu)
の配線が用いられるようになってきている。銅配線を用
いた第1の従来例としては、ノブヨシ アワヤ、ヨシノ
ブ アリタ(Nobuyoshi Awaya and
Yoshinobu Arita)によりジャーナル
オブ エレクトロニック マテリアルズ(Journa
l of Electronic Material
s)Vol.21,No.10,1992,pp959
−954)に報告されたものがある。以下図3に示した
断面図を用いて説明する。
2. Description of the Related Art With the miniaturization and high integration of LSI, copper (Cu) having low resistance and high electromigration resistance has been developed.
Are being used. A first conventional example using copper wiring is Nobuyoshi Awaya and Nobuyoshi Awaya and Nobuyoshi Awaya.
Journal of Electronic Materials (Journa) by Yoshinobu Arita
l of Electronic Material
s) Vol. 21, No. 10, 1992, pp959
-954). This will be described below with reference to the cross-sectional view shown in FIG.

【0003】まず図3(a)に示すように、シリコン
(Si)基板11上に形成され、銅(以下Cu)に対す
るバリア性とCuの酸化防止能力の高いSi窒化膜12
Aの上層に、Cuの拡散防止と下地との密着性改善を目
的としたクロム(Cr)より構成されるバリア膜3Aと
Cu膜4及びCrより構成されるバリア膜3Bを形成
し、パターニングして3つの導電層よりなる配線を形成
する。
First, as shown in FIG. 3A, a Si nitride film 12 is formed on a silicon (Si) substrate 11 and has a high barrier property against copper (hereinafter referred to as Cu) and a high Cu oxidation preventing ability.
A barrier film 3A composed of chromium (Cr) and a barrier film 3B composed of Cu film 4 and Cr for the purpose of preventing Cu diffusion and improving the adhesion to the base are formed on the upper layer of A and patterned. To form a wiring composed of three conductive layers.

【0004】次に図3(b)に示すように、配線の上層
にSi窒化膜12Bを形成し、Cu配線の耐酸化性、耐
食性、密着性を改善するものである。
Next, as shown in FIG. 3B, a Si nitride film 12B is formed on the wiring to improve the oxidation resistance, corrosion resistance and adhesion of the Cu wiring.

【0005】一方、竹脇らはCu配線周囲の耐酸化性を
高める構造とその製法を示している(1995年電子情
報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文
集2、講演番号C−418、pp115−116)。以
下この製造方法を第2の従来例とし、図4の断面図を用
いて説明する。
On the other hand, Takewaki et al. Show a structure for improving oxidation resistance around a Cu wiring and a manufacturing method thereof (1995 IEICE Electronics Society Conference Proceedings 2, Lecture No. C-418, pp. 115-116). . Hereinafter, this manufacturing method will be described as a second conventional example with reference to the sectional view of FIG.

【0006】まず図4(a)に示すように、Si基板1
1上にSi酸化膜より構成される第1絶縁膜14を形成
したのち、その上にCu膜4より構成される配線を形成
する。続いてSi基板11を加熱しながらモノシラン
(SiH4 )ガス6に曝して、CuとSiH4 ガス中の
Siを反応させ、図4(b)に示すように、配線の周囲
にCuシリサイド層(Cux Siy )7を形成し、この
Cuシリサイド層7によりCuの酸化を防止している。
[0006] First, as shown in FIG.
After a first insulating film 14 composed of a Si oxide film is formed on the substrate 1, a wiring composed of a Cu film 4 is formed thereon. Subsequently, the Si substrate 11 is exposed to the monosilane (SiH 4 ) gas 6 while heating, so that Cu and Si in the SiH 4 gas react with each other. As shown in FIG. 4B, a Cu silicide layer ( Cu x Si y ) 7 is formed, and the Cu silicide layer 7 prevents oxidation of Cu.

【0007】また、宮崎らはCu配線上への層間絶縁膜
形成時のCuの酸化を防止する手法を提唱している(1
995年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエテ
ィ大会講演論文集2、講演番号C−419、pp117
−118)。以下この方法を第3の従来例として図5の
断面図を用いて説明する。
Also, Miyazaki et al. Have proposed a method of preventing oxidation of Cu when forming an interlayer insulating film on Cu wiring (1).
Proc. Of the IEICE Electronics Society Conference, 995, Lecture No. C-419, pp117
-118). This method will be described below as a third conventional example with reference to the sectional view of FIG.

【0008】まず図5(a)に示すように、Si基板1
1上に形成されたPSG膜より構成される第1絶縁膜1
4上に、タングステン(W)より構成されるバリア膜1
3AとCu膜4及びWより構成されるバリア膜13Bを
順次形成し、絶縁膜をエッチングマスク(図示せず)と
し、四塩化シリコン(SiCl4 )+窒素(N2 )+酸
素(O2 )の混合ガスをエッチングガスとした、250
℃の高温での反応性イオンエッチング法により、上述の
3つの導電層を順次エッチングしてW膜、Cu膜、W膜
の積層膜より構成されるCu配線を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, the Si substrate 1
First insulating film 1 composed of PSG film formed on 1
4, a barrier film 1 made of tungsten (W)
A barrier film 13B composed of 3A, a Cu film 4 and W is sequentially formed, an insulating film is used as an etching mask (not shown), and silicon tetrachloride (SiCl 4 ) + nitrogen (N 2 ) + oxygen (O 2 ) 250 was used as the etching gas.
The above-mentioned three conductive layers are sequentially etched by a reactive ion etching method at a high temperature of ° C. to form a Cu wiring composed of a W film, a Cu film, and a laminated film of the W film.

【0009】次に図5(b)のごとく、テトラ・エトキ
シ・シラン(Tetra−Ethoxy−Silan
e、以下TEOSと記す)+O2 混合ガスを用いたプラ
ズマCVD法により、Cu配線上にSi酸化膜であるプ
ラズマTEOS酸化膜15を形成するものである。
Next, as shown in FIG. 5B, tetra-ethoxy-silan is used.
e, hereinafter referred to as TEOS). A plasma TEOS oxide film 15, which is a Si oxide film, is formed on a Cu wiring by a plasma CVD method using + O 2 mixed gas.

【0010】この高温の反応性イオンエッチング工程で
はCu配線側壁部にシリコン酸化膜系の側壁保護膜が形
成され、さらにTEOS存在下ではCuの酸化が非常に
遅いため、絶縁膜形成時のCuの酸化は実用上問題とは
ならないとしている。
In this high-temperature reactive ion etching step, a silicon oxide film-based side wall protective film is formed on the side wall of the Cu wiring. Further, in the presence of TEOS, oxidation of Cu is very slow. Oxidation does not pose a practical problem.

【0011】一方岡部らは、Cuを酸化させずにCu膜
の表面に自己整合的にSi酸化膜を形成する方法を明ら
かにしている(1993年秋季応用物理学会学術講演会
29p−ZE−5)。以下この方法を第4の従来例とし
図6を用いて説明する。
On the other hand, Okabe et al. Have clarified a method of forming a Si oxide film on the surface of a Cu film in a self-aligned manner without oxidizing Cu (Academic Lecture Meeting of Autumn Applied Physics Society, 1993, 29p-ZE-5). ). Hereinafter, this method will be described as a fourth conventional example with reference to FIG.

【0012】まず図6(a)のように、Si基板11上
に形成した第1絶縁膜14の上に合金ターゲットを用い
たスパッタ法により、CuにSiが1.0〜5.0重量
%含まれたCu−Si合金膜4Aを500nmの厚みで
形成する。
First, as shown in FIG. 6A, 1.0 to 5.0% by weight of Si is added to Cu by sputtering using an alloy target on a first insulating film 14 formed on a Si substrate 11. The contained Cu-Si alloy film 4A is formed with a thickness of 500 nm.

【0013】次に図6(b)のごとく、Si基板11を
2 −7ppmO2 雰囲気中で500℃1時間の熱処理
を行ってCu−Si合金膜4A中のSiを外方拡散さ
せ、Cu−Si合金膜表面でO2 と反応させることによ
ってCuを酸化させる事なくCu−Si合金膜表面にS
i酸化膜16を形成するものである。
Next, as shown in FIG. 6 (b), the Si substrate 11 is subjected to a heat treatment at 500 ° C. for 1 hour in an N 2 -7 ppm O 2 atmosphere to diffuse Si in the Cu—Si alloy film 4A outwardly, Reacting with O 2 on the surface of the Cu—Si alloy film to oxidize Cu,
The i-oxide film 16 is formed.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上述した第1の従来例
の半導体装置は、Si窒化膜をCu配線の上下に形成し
ている為、Cuの酸化、Cuの拡散、Cuの腐食のすべ
てを防止する事ができる。
In the first prior art semiconductor device described above, since the Si nitride film is formed above and below the Cu wiring, all of oxidation of Cu, diffusion of Cu, and corrosion of Cu are suppressed. Can be prevented.

【0015】しかしSi窒化膜の比誘電率はSi酸化膜
よりも2倍近く大きいため、層間絶縁膜の容量が大幅に
増加して、この容量増加による信号遅延が大きくなり半
導体装置の性能低下をもたらす。特に微細な半導体装置
では、回路全体の遅延におよぼす層間膜容量に起因する
遅延の占める割合が高くなるため、この遅延の影響は深
刻になり、Cuを使用するメリットをなくしてしまうと
言う欠点がある。
However, since the relative permittivity of the Si nitride film is nearly twice as large as that of the Si oxide film, the capacitance of the interlayer insulating film is significantly increased, and the signal delay due to the increase in capacitance is increased, resulting in deterioration of the performance of the semiconductor device. Bring In particular, in a fine semiconductor device, the ratio of the delay due to the interlayer film capacitance to the delay of the entire circuit increases, so that the influence of the delay becomes serious and the merit of using Cu is lost. is there.

【0016】第2の従来例のように、配線の周囲にCu
シリサイド層を形成した場合、Cu配線の耐酸化性、耐
食性及び耐エレクトロマイグレーション性の改善効果が
あり、しかも層間絶縁膜にSi窒化膜を使用する必要が
なくなるため層間容量も増加しない。しかし配線全体の
表面積に対する高抵抗なCuシリサイド層の比表面積が
大きくなるため、配線抵抗が増加する。
As in the second conventional example, Cu
When the silicide layer is formed, there is an effect of improving the oxidation resistance, corrosion resistance and electromigration resistance of the Cu wiring, and the interlayer capacitance does not increase because it is not necessary to use a Si nitride film for the interlayer insulating film. However, the specific surface area of the high-resistance Cu silicide layer with respect to the surface area of the entire wiring is increased, so that the wiring resistance is increased.

【0017】さらに配線の微細化にともない、配線の体
積に対する表面積の割合はより高くなるために配線抵抗
の増加率はさらに高くなり、半導体装置の特性低下が生
じる。従って抵抗の低いCuを配線の主導電層に採用す
るメリットがなくなる。また、CuとSiH4 との反応
は比較的速いために制御は簡単ではない。そのためシリ
サイド層の膜厚制御も難しく、ウェーハ面内やロット内
で均一な配線抵抗を得る事が難しく、安定した電気特性
の半導体装置を得にくいと言う欠点がある。
Further, as the wiring becomes finer, the ratio of the surface area to the volume of the wiring becomes higher, so that the rate of increase in the wiring resistance further increases, and the characteristics of the semiconductor device deteriorate. Therefore, there is no merit of adopting Cu having low resistance for the main conductive layer of the wiring. Further, since the reaction between Cu and SiH 4 is relatively fast, control is not easy. Therefore, it is difficult to control the thickness of the silicide layer, it is difficult to obtain a uniform wiring resistance in a wafer surface or in a lot, and it is difficult to obtain a semiconductor device having stable electric characteristics.

【0018】第3の従来例のように、エッチング時にC
u配線の側壁部にSi酸化膜系の保護膜を形成し、次で
TEOSソースを用いてSi酸化膜をCu配線上に形成
する手法では、絶縁膜形成時のCuの酸化を防止でき、
配線抵抗も増加しない。また層間容量の増加による遅延
も起こらない。
As in the third conventional example, when etching, C
The method of forming a Si oxide film-based protective film on the side wall of the u wiring and then forming the Si oxide film on the Cu wiring by using the TEOS source can prevent Cu oxidation during the formation of the insulating film.
The wiring resistance does not increase. Also, there is no delay due to an increase in interlayer capacitance.

【0019】しかしCu配線側壁部の保護膜は導電膜の
プラズマエッチング中の非平衡状態下で形成される熱的
安定性の低いものであり、Cuの拡散防止能力の高いも
のではない、さらにTEOSソースのプラズマCVD法
により形成したSi酸化膜もCuに対するバリア性があ
まり高いものではないため、配線を多層化する際に施さ
れる複数回の熱処理によりCuの拡散や酸化が進行して
配線間の電流リーク不良や配線抵抗上昇が発生する可能
性があり、高い製造歩留や長期信頼性が得にくいと言う
欠点がある。
However, the protective film on the side wall of the Cu wiring has a low thermal stability formed under a non-equilibrium state during plasma etching of the conductive film and does not have a high ability to prevent the diffusion of Cu. Since the Si oxide film formed by the source plasma CVD method also does not have a very high barrier property against Cu, diffusion and oxidation of Cu progress due to a plurality of heat treatments performed when multi-layering the wiring, so that the inter-wiring However, there is a possibility that a current leakage failure and an increase in wiring resistance may occur, and it is difficult to obtain a high production yield and long-term reliability.

【0020】第4の従来例のように、Cu−Si合金膜
表面に自己整合的にSi酸化膜を形成する方法では、C
uにSiを添加する事によってCuの電気抵抗が3μΩ
cm以上にまで増加するため、Cu配線の利点が失われ
る。さらにSi酸化膜を形成するのに500℃と言う高
い温度と、1時間と言う長い時間がかかるため、製造コ
ストが増加するという欠点がある。
As in the fourth conventional example, in a method of forming a Si oxide film on the surface of a Cu—Si alloy film in a self-aligned manner, C
By adding Si to u, the electric resistance of Cu becomes 3μΩ
cm, the advantage of Cu wiring is lost. Further, since a high temperature of 500 ° C. and a long time of one hour are required to form a Si oxide film, there is a disadvantage that manufacturing costs increase.

【0021】本発明の目的は、Cu配線の電気抵抗増大
を最小限に抑制しながら、Cu配線の耐酸化性、耐食
性、耐エレクトロマイグレーション性、耐ストレスマイ
グレーション性などの長期信頼性や製造歩留を向上させ
ることのできる半導体装置およびその製造方法を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to minimize the increase in the electrical resistance of a Cu wiring while minimizing the long-term reliability of Cu wiring such as oxidation resistance, corrosion resistance, electromigration resistance, and stress migration resistance, and manufacturing yield. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can improve the performance.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】第1の発明の半導体装置
は、半導体基板上に設けられた第1絶縁膜と、前記第1
絶縁膜上に順次設けられた第1導電膜と第2導電膜およ
び前記銅膜の側面に設けられた銅珪素化合物層より構成
される配線と、前記第1絶縁膜および前記配線の上に設
けられた第2絶縁膜とを含む事を特徴とするものであ
る。
A semiconductor device according to a first invention comprises a first insulating film provided on a semiconductor substrate and the first insulating film.
A wiring formed of a first conductive film and a second conductive film sequentially provided on the insulating film and a copper silicon compound layer provided on a side surface of the copper film, and a wiring provided on the first insulating film and the wiring. It is characterized in that it includes a formed second insulating film.

【0023】第2の発明の半導体装置は、半導体基板上
に設けられた第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜に形成され
た配線溝と、前記配線溝中に設けられた銅膜と前記銅膜
の底部および側壁部に設けられた第1導電膜および前記
銅膜の表面に設けられた銅珪素化合物層より構成される
配線と、前記第1絶縁膜および前記配線上に設けられた
第2絶縁膜とを含む事を特徴とするものである。
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention is a semiconductor device comprising: a first insulating film provided on a semiconductor substrate; a wiring groove formed in the first insulating film; a copper film provided in the wiring groove; A wiring formed of a first conductive film provided on the bottom and side walls of the copper film and a copper silicon compound layer provided on the surface of the copper film, and a first insulating film and a wiring provided on the wiring. It is characterized by including two insulating films.

【0024】第3の発明の半導体装置の製造方法は、半
導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶
縁膜上に第1導電膜と銅膜と第2導電膜を順次形成する
工程と、前記第2導電膜と前記銅膜及び前記第1導電膜
をパターニングし配線を形成する工程と、前記配線の側
壁部の露出した銅膜表面を銅珪素化合物にする工程と、
前記第1絶縁膜および前記配線上に第2絶縁膜を形成す
る工程とを有する事を特徴とするものである。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the third invention, a step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, and a first conductive film, a copper film and a second conductive film are sequentially formed on the first insulating film. A step of forming, a step of patterning the second conductive film, the copper film and the first conductive film to form a wiring, and a step of forming an exposed copper film surface of a sidewall portion of the wiring into a copper silicon compound,
And a step of forming a second insulating film on the first insulating film and the wiring.

【0025】第4の発明の半導体装置の製造方法は、半
導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶
縁膜に配線溝を形成する工程と、前記配線溝上を含む全
面に第1導電膜および銅膜を順次形成し、前記配線溝を
埋める工程と、前記配線溝外部の前記第1導電膜および
前記銅膜を除去し前記第1導電膜および前記銅膜より構
成される配線を形成する工程と、前記配線上部の露出し
た銅膜表面を銅珪素化合物層にする工程と、前記銅珪素
化合物層表面を含む全面に第2絶縁膜を形成する工程と
を有する事を特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, which includes a step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a wiring groove in the first insulating film, and an entire surface including the wiring groove. A step of sequentially forming a first conductive film and a copper film to fill the wiring groove, and a step of removing the first conductive film and the copper film outside the wiring groove to form the first conductive film and the copper film The method comprises: forming a wiring; forming a copper silicon compound layer on the exposed copper film surface above the wiring; and forming a second insulating film on the entire surface including the copper silicon compound layer surface. It is what

【0026】[0026]

【作用】本発明によれば、配線の周囲がCuの酸化防
止、Cuの拡散防止、Cuの耐エレクトロマイグレーシ
ョン性や耐ストレスマイグレーション性の改善に効果的
なバリア膜とCuシリサイド層により被覆されたCu配
線を、高い制御性、高い均一性および高い再現性のもと
で形成できる。
According to the present invention, the periphery of the wiring is covered with a barrier film and a Cu silicide layer which are effective for preventing Cu oxidation, preventing Cu diffusion, and improving the electromigration resistance and stress migration resistance of Cu. Cu wiring can be formed with high controllability, high uniformity, and high reproducibility.

【0027】そのためCu配線上にSi窒化膜よりも非
誘電率は低いが成膜時にCuを酸化させてしまう可能性
のあるSi酸化膜などの絶縁膜を形成した場合でもCu
は酸化はされず、Cu配線の長期信頼性が改善される。
さらにCu配線多層化のために複数回の熱処理が加わっ
た場合でも配線や絶縁膜の特性劣化が生じないため、高
い性能と高い長期信頼性を有する半導体装置を高い歩留
で製造できる。
Therefore, even if an insulating film such as a Si oxide film having a lower non-dielectric constant than the Si nitride film but having the possibility of oxidizing Cu is formed on the Cu wiring, Cu
Is not oxidized, and the long-term reliability of the Cu wiring is improved.
Further, even when heat treatment is performed a plurality of times for multilayering the Cu wiring, the characteristics of the wiring and the insulating film are not deteriorated, so that a semiconductor device having high performance and high long-term reliability can be manufactured with high yield.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図1(a)〜(d)は本発明の第1の実施
の形態を説明する為の製造工程順に示した半導体チップ
の断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of manufacturing steps for explaining a first embodiment of the present invention.

【0029】まず図1(a)に示す通り、Si基板1上
にSi酸化膜より構成される第1絶縁膜2Aを熱酸化法
又はSiH4 と亜酸化窒素(N2 O)、あるいはTEO
SとO2 を用いたプラズマCVD法により約500nm
の厚さに形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a first insulating film 2A made of a Si oxide film is formed on a Si substrate 1 by a thermal oxidation method or by using SiH 4 and nitrous oxide (N 2 O) or TEO.
About 500 nm by the plasma CVD method using S and O 2
Formed to a thickness of

【0030】この第1絶縁膜はSi酸化膜に限定される
ものではなく、これ以外にSi酸化膜にリン(P)やボ
ロン(B)が含まれたPSG膜やBPSG膜、あるいは
ポリイミドなどの有機膜でも構わない。またその形成方
法についてもプラズマCVD法に限られるものではな
い。続いて窒化チタン膜(以下TiN膜)より構成され
るバリア膜3Aを、チタンターゲットを用いた反応性ス
パッタ法により、パワー2.5〜5.0kW、圧力2〜
10mTorrの条件で25〜100nmの厚みで形成
する。
The first insulating film is not limited to the Si oxide film, but other than this, a PSG film or a BPSG film containing phosphorus (P) or boron (B) in the Si oxide film, a polyimide film, or the like. It may be an organic film. Also, the forming method is not limited to the plasma CVD method. Subsequently, a barrier film 3A composed of a titanium nitride film (hereinafter referred to as a TiN film) is formed by a reactive sputtering method using a titanium target at a power of 2.5 to 5.0 kW and a pressure of 2 to 2.
It is formed with a thickness of 25 to 100 nm under the condition of 10 mTorr.

【0031】次にこのバリア膜3A上にCu膜4をスパ
ッタ法により、成膜パワー2.0〜5.0kW、成膜圧
力2〜10mTorrの条件の下、250〜500nm
の厚みで形成する。次でこのCu膜4上にTiN膜より
構成されるバリア膜3Bをバリア膜3Aと同様の条件に
より25〜100nmの厚みで形成する。
Next, a Cu film 4 is formed on the barrier film 3A by a sputtering method under the conditions of a film forming power of 2.0 to 5.0 kW and a film forming pressure of 2 to 10 mTorr in a thickness of 250 to 500 nm.
Formed with a thickness of Next, a barrier film 3B made of a TiN film is formed on the Cu film 4 with a thickness of 25 to 100 nm under the same conditions as the barrier film 3A.

【0032】バリア膜3A,3BはTiN膜に限らず、
その他にチタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム
(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モ
リブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(T
a)、タングステン(W)やこれらのケイ化物、ホウ化
物、窒化物、炭化物、およびこれらを含有する合金を用
いる事ができる。
The barrier films 3A and 3B are not limited to TiN films.
In addition, titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), hafnium (Hf), tantalum (T
a), tungsten (W), silicides, borides, nitrides, carbides thereof, and alloys containing these can be used.

【0033】このバリア膜は、配線の主導電層であるC
uの酸化やCuの絶縁膜中への拡散の防止、および下層
に存在する第1絶縁膜との間の密着性を確保する事を目
的として形成される。
This barrier film is made of C, which is the main conductive layer of the wiring.
It is formed for the purpose of preventing oxidation of u, diffusion of Cu into the insulating film, and ensuring adhesion with the underlying first insulating film.

【0034】次に、TEOS+O2 をソースとして用い
たプラズマCVD法により、バリア膜3B上に厚さ30
0〜500nmの酸化膜を形成して、フォトレジストを
マスクとした反応性イオンエッチング法によりパターニ
ングし、配線加工時のエッチング用のマスク5とする。
Next, a thickness of 30 nm is formed on the barrier film 3B by a plasma CVD method using TEOS + O 2 as a source.
An oxide film having a thickness of 0 to 500 nm is formed, and is patterned by a reactive ion etching method using a photoresist as a mask to form an etching mask 5 at the time of wiring processing.

【0035】次に図1(b)に示すように、SiC
4 、塩素(Cl2 )、アンモニア(HN3 )及びN2
を用いた反応性イオンエッチング法により、温度280
℃、圧力=2Pa、SiCl4 =20sccm、Cl2
=20sccm、HN3 =10〜30sccm、N2
80sccm、N2 =80sccm、RFパワー=20
0Wの条件でバリア膜3B,Cu膜4およびバリア膜3
Aを順次エッチグして配線を形成する。続いてバリア膜
3Bの上部に残ったマスク5を、炭素−フッ素系ガスを
用いた反応性イオンエッチング法により除去する。
Next, as shown in FIG.
l 4 , chlorine (Cl 2 ), ammonia (HN 3 ) and N 2
Temperature of 280 by a reactive ion etching method using
° C, pressure = 2 Pa, SiCl 4 = 20 sccm, Cl 2
= 20sccm, HN 3 = 10~30sccm, N 2 =
80 sccm, N 2 = 80 sccm, RF power = 20
Under the condition of 0 W, the barrier film 3B, the Cu film 4 and the barrier film 3
A is sequentially etched to form a wiring. Subsequently, the mask 5 remaining on the barrier film 3B is removed by a reactive ion etching method using a carbon-fluorine-based gas.

【0036】次に図1(c)に示すように、Si基板1
を300℃〜400℃に恒温保持された真空室に導入
し、圧力50〜500PaでSiH4 ガス、あるいはア
ルゴン(Ar)などの不活性ガスやN2 で希釈したSi
4 ガス6を真空室に導入し、Si基板1をSiH4
ス6雰囲気に曝す。そして配線の側壁部の露出したCu
膜とSiH4 ガスを反応させ、厚さ10〜20nmのC
uシリサイド層7(Cux Siy 化合物、x,yは整
数)を配線側壁部に形成する。
Next, as shown in FIG.
Is introduced into a vacuum chamber maintained at a constant temperature of 300 ° C. to 400 ° C., and SiH 4 gas or Si diluted with an inert gas such as argon (Ar) or N 2 at a pressure of 50 to 500 Pa.
The H 4 gas 6 is introduced into the vacuum chamber, and the Si substrate 1 is exposed to the atmosphere of the SiH 4 gas 6. Then, the exposed Cu on the side wall of the wiring
The film reacts with the SiH 4 gas to form a C film having a thickness of 10 to 20 nm.
u silicide layer 7 (Cu x Si y compound, x, y are integers) to form a wiring side wall.

【0037】配線側壁部に形成されるCuシリサイド層
7の組成や膜厚は、圧力、温度、曝露時間、SiH4
スの濃度および分圧などにより決定されるが、およそ1
分の処理で厚さ5〜20nmのCuシリサイド層が形成
できる。モノシラン以外にも、同じくSi−H結合を有
するジシラン(Si2 6 )や、Fの結合も有するジフ
ロルシラン(SiH2 2 )などを用いることができ
る。減圧雰囲気下で希釈したSiH4 ガスを用いてCu
をシリサイド化させる場合、シリサイド化の反応速度を
遅くできる。そのため、薄いCuシリサイド膜を高い均
一性と制御性のもとで形成でき、Cu配線の電気特性も
安定したものとなる。
The composition and thickness of the Cu silicide layer 7 formed on the side wall of the wiring are determined by the pressure, temperature, exposure time, concentration of SiH 4 gas, partial pressure and the like.
A Cu silicide layer having a thickness of 5 to 20 nm can be formed by a minute treatment. In addition to monosilane, disilane (Si 2 H 6 ) having a Si—H bond, difluorsilane (SiH 2 F 2 ) also having an F bond, or the like can be used. Cu using diluted SiH 4 gas under reduced pressure atmosphere
When silicidation is used, the reaction rate of silicidation can be reduced. Therefore, a thin Cu silicide film can be formed with high uniformity and controllability, and the electrical characteristics of the Cu wiring become stable.

【0038】この工程において配線側壁部のCuが酸化
されていたり、配線側壁部にSi酸化膜系の堆積物が存
在するとCuとSiH4 ガスが反応しにくくなる。その
ためCuが酸化されている場合、前処理としてSiH4
導入前に水素(H2 )ガスを導入して400℃程度に加
熱してやれば、Cuの酸化物をCuに還元でき、後のシ
リサイド化反応を促進できる。この前処理はSiH4
スを導入する真空室で行ってもよいし、別の真空室で行
ってから真空を破らずにSiH4 ガスを導入する真空室
に搬送しても良い。
In this step, if Cu on the wiring side wall is oxidized or Si oxide film-based deposits are present on the wiring side wall, it is difficult for Cu to react with the SiH 4 gas. Therefore, when Cu is oxidized, SiH 4
If a hydrogen (H 2 ) gas is introduced before the introduction and heated to about 400 ° C., the Cu oxide can be reduced to Cu, and the subsequent silicidation reaction can be promoted. This pretreatment may be performed in a vacuum chamber for introducing SiH 4 gas, or may be performed in another vacuum chamber and then transferred to a vacuum chamber for introducing SiH 4 gas without breaking vacuum.

【0039】配線側壁にSi酸化膜系の堆積物が存在す
る場合には、前処理としてSiH4導入前に別の真空室
でフッ酸(HF)ガスを導入・曝露してやれば、Si酸
化膜系の堆積物の除去が可能であり、後のシリサイド化
反応を促進できる。この際Cuはエッチングされない
が、バリア膜はエッチングされる可能性があるため、バ
リア膜と堆積物のエッチングレートを考慮して前処理条
件を決定する必要がある。
If Si oxide film-based deposits are present on the wiring side walls, hydrofluoric acid (HF) gas is introduced and exposed in a separate vacuum chamber before introducing SiH 4 as pretreatment. Can be removed, and the subsequent silicidation reaction can be promoted. At this time, Cu is not etched, but the barrier film may be etched. Therefore, it is necessary to determine pretreatment conditions in consideration of the etching rate of the barrier film and the deposit.

【0040】この前処理は腐食性の強いHFガスを用い
るため、SiH4 ガスを導入する真空室とは別の真空室
で行い、その後真空を破らずにSiH4 ガスを導入する
真空室に搬送する。配線側壁部に薄いCuシリサイド層
が形成されると、配線の耐酸化性は大幅に改善され、さ
らにCuシリサイド層の膜厚は充分に薄いため、配線抵
抗はほとんど増加しない。
The conveying Therefore pretreatment using highly corrosive HF gas, performed in another vacuum chamber and vacuum chamber to introduce SiH 4 gas, a vacuum chamber for introducing the SiH 4 gas without subsequent breaking the vacuum I do. When a thin Cu silicide layer is formed on the side wall of the wiring, the oxidation resistance of the wiring is greatly improved, and the thickness of the Cu silicide layer is sufficiently thin, so that the wiring resistance hardly increases.

【0041】続いて図1(d)に示すように、真空を破
ることなくTEOS+O2 をソースとして用いたプラズ
マCVD法により、配線上にSi酸化膜より構成される
第2絶縁膜2Bを500〜1000nmの厚みで堆積す
る。この絶縁膜の堆積はCuシリサイド層を形成した真
空室と同じ真空室で行っても、別の真空室に搬送してか
ら行ってもよい。従来例で示したように、TEOSをソ
ースとしたプラズマCVDではCuの酸化が遅く、さら
にCu表面はシリサイド化されているため、第2絶縁膜
の堆積時に配線の側壁部はほとんど酸化されない。
Subsequently, as shown in FIG. 1D, the second insulating film 2B made of a silicon oxide film is formed on the wiring by a plasma CVD method using TEOS + O 2 as a source without breaking the vacuum to 500 to 500 μm. Deposit with a thickness of 1000 nm. The deposition of the insulating film may be performed in the same vacuum chamber as the vacuum chamber in which the Cu silicide layer is formed, or after being transferred to another vacuum chamber. As shown in the conventional example, in the plasma CVD using TEOS as a source, Cu is slowly oxidized and the Cu surface is silicified, so that the side wall of the wiring is hardly oxidized when the second insulating film is deposited.

【0042】配線側壁部のシリサイド化による表面保護
と絶縁膜の堆積を連続プロセスで行うと、工程数を増加
させる事なく上述のメリットが得られる。しかし装置の
構成上の問題などで、Cuのシリサイド化と絶縁膜堆積
の連続真空処理ができない場合や、Cuを酸化しやすい
SiH4 +N2 Oを用いたプラズマCVD法により連続
真空処理を行う場合には、Si基板を大気に曝露した時
の配線表面の吸着O2やN2 O成分により、絶縁膜堆積
時にCuシリサイド層の酸化が起こりやすくなる。その
場合は絶縁膜の堆積温度を下げるなどの条件の最適化な
どが必要となるが、絶対に連続真空処理でなければ不可
能と言うわけではない。
When the surface protection by silicidation of the wiring side wall and the deposition of the insulating film are performed in a continuous process, the above advantages can be obtained without increasing the number of steps. However, continuous vacuum processing of silicidation of Cu and deposition of an insulating film cannot be performed due to a problem in the configuration of the apparatus, or continuous vacuum processing is performed by a plasma CVD method using SiH 4 + N 2 O, which easily oxidizes Cu. In this case, the O 2 or N 2 O component adsorbed on the wiring surface when the Si substrate is exposed to the air tends to cause oxidation of the Cu silicide layer during the deposition of the insulating film. In that case, it is necessary to optimize conditions such as lowering the deposition temperature of the insulating film, but this is not necessarily impossible unless continuous vacuum processing is used.

【0043】この第2絶縁膜2Bは必ずしもTEOS+
2 のプラズマCVD法により形成されたSi酸化膜で
ある必要はなく、SiH4 +N2 Oを用いたプラズマC
VD法により形成したSi酸化膜、TEOS+O2 にフ
ォスフィン(PH3 )やジボラン(B2 6 )を加えた
ソースを用いたプラズマCVD法により形成されたPS
G膜やBPSG膜であってもよい。また、塗布法により
比誘電率の小さなポリイミドなどの有機系材料を形成し
てもよく、この手法は層間容量の低減に有効である。
The second insulating film 2B is not necessarily made of TEOS +
It is not necessary to use a Si oxide film formed by the O 2 plasma CVD method, and the plasma C using SiH 4 + N 2 O is used.
Si oxide film formed by VD method, PS formed by plasma CVD method using a source in which phosphine (PH 3 ) or diborane (B 2 H 6 ) is added to TEOS + O 2.
It may be a G film or a BPSG film. Further, an organic material such as polyimide having a small relative dielectric constant may be formed by a coating method, and this method is effective for reducing the interlayer capacitance.

【0044】上述した第1の実施の形態で製造した半導
体装置は、Cu配線の上下と側壁がCuの酸化防止、C
uの拡散防止、Cuの耐エレクトロマイグレーション性
や耐ストレスマイグレーション性の改善に効果的なバリ
ア膜3A,3BとCuシリサイド層7により被覆されて
いる。そのため、Cu配線上にSi窒化膜よりも比誘電
率は低いが、成膜時にCuを酸化させてしまう可能性の
あるSi酸化膜などの絶縁膜を形成した場合でもCuは
酸化されず、Cu配線の長期信頼性が改善される。
In the semiconductor device manufactured in the first embodiment described above, the upper and lower sides and side walls of the Cu wiring prevent Cu oxidation,
The barrier films 3A and 3B and the Cu silicide layer 7 are effective for preventing the diffusion of u and improving the electromigration resistance and the stress migration resistance of Cu. Therefore, even when an insulating film such as a Si oxide film, which has a lower relative dielectric constant than the Si nitride film on the Cu wiring but may oxidize Cu during film formation, is not oxidized, Cu is not oxidized. The long-term reliability of wiring is improved.

【0045】またその製造工程において、Cu配線の多
層化のために複数回の熱処理が加わった場合でも配線や
絶縁膜の特性劣化が生じないため、高い性能と高い長期
信頼性を有する半導体装置を高い制御性、均一性及び再
現性そして高い歩留で製造できる。
In the manufacturing process, even if heat treatment is performed a plurality of times for multilayering the Cu wiring, the characteristics of the wiring and the insulating film are not deteriorated, so that a semiconductor device having high performance and high long-term reliability is provided. Can be manufactured with high controllability, uniformity and reproducibility and high yield.

【0046】上述した半導体装置とその製造方法は、M
OS、バイポーラ等の半導体装置の種類を選ばず適用す
る事ができる。
The semiconductor device described above and the method of manufacturing the same
The present invention can be applied irrespective of the type of the semiconductor device such as the OS and the bipolar.

【0047】図2(a)〜(d)は本発明の第2の実施
の形態を説明する為の製造工程順に示した半導体チップ
の断面図である。
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of manufacturing steps for explaining a second embodiment of the present invention.

【0048】まず図2(a)に示すように、Si基板1
上に厚さ500〜1500nmのSi酸化膜より構成さ
れる第1絶縁膜2Aを既知の手法であるプラズマCVD
法により形成し、続いてフォトレジスト膜をマスクとし
た反応性イオンエッチング法により第1絶縁膜2Aをエ
ッチングして深さ300〜800nmの配線溝8を形成
する。次でこの配線溝8を含む全面にTiN膜より構成
されるバリア膜3をチタンターゲットを用いた反応性ス
パッタ法により、パワー2.5〜5.0kW、圧力2〜
10mTorrの条件で25〜100nmの厚みで形成
する。
First, as shown in FIG.
A first insulating film 2A composed of an Si oxide film having a thickness of 500 to 1500 nm is formed thereon by plasma CVD which is a known method.
Then, the first insulating film 2A is etched by a reactive ion etching method using a photoresist film as a mask to form a wiring groove 8 having a depth of 300 to 800 nm. Next, a barrier film 3 composed of a TiN film is formed on the entire surface including the wiring groove 8 by a reactive sputtering method using a titanium target at a power of 2.5 to 5.0 kW and a pressure of 2 to 2.5 kW.
It is formed with a thickness of 25 to 100 nm under the condition of 10 mTorr.

【0049】次に図2(b)に示すように、バリア膜3
上にCu(HFA)(TMVS)(Copper He
xa Fluoro Athethylacetona
teTri−Methyl Vinyl Silan
e、Cu(C5 HF6 2 )(C5 12Si))を原料
とした有機ソースを用いるCu−CVD法により厚さ5
00〜1000nmのCu膜4を形成し、配線溝8がバ
リア膜3とCu膜4で充填されるようにする。Cu−C
VD法は原料ソース20〜50sccm、キャリアH2
ガス50〜200sccm、温度150〜250℃、圧
力5.0〜20.0Paの条件で行うと、平滑で高いス
テップカバレッジのCu膜を形成する事ができる。
Next, as shown in FIG.
Cu (HFA) (TMVS) (Copper He
xa Fluor Athethylacetona
teTri-Methyl Vinyl Silan
e, Cu (C 5 HF 6 O 2) (C 5 H 12 Si)) thick by Cu-CVD method using an organic source as a raw material 5
A Cu film 4 having a thickness of 100 to 1000 nm is formed so that the wiring groove 8 is filled with the barrier film 3 and the Cu film 4. Cu-C
The VD method uses a raw material source of 20 to 50 sccm and a carrier H 2.
When the gas is 50 to 200 sccm, the temperature is 150 to 250 ° C., and the pressure is 5.0 to 20.0 Pa, a Cu film having a smooth and high step coverage can be formed.

【0050】次でアルミナ(Al2 3 )微粉末と過酸
化水素(H2 2 )を主成分としたスラリーを用いた化
学的機械研磨法(Chemical Mechanic
alPolishing、以下CMP法)により、配線
溝以外の部分に露出したCu膜4とバリア膜3を研磨・
除去し、バリア膜3とCu膜4より構成される溝埋め込
みのCu配線を形成する。
Next, a chemical mechanical polishing method (Chemical Mechanical) using a slurry containing alumina (Al 2 O 3 ) fine powder and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) as main components.
The Cu film 4 and the barrier film 3 exposed in portions other than the wiring trenches are polished by an alPolishing (hereinafter, CMP method).
After removal, a trench-filled Cu wiring composed of the barrier film 3 and the Cu film 4 is formed.

【0051】次に図2(c)のごとく、Si基板1を3
00〜400℃に恒温保持された真空室に導入し、圧力
50〜500PaでSiH4 ガス、あるいはArなどの
不活性ガスやN2 で希釈したSiH4 ガス6を真空室に
導入し、Si基板1をSiH4 ガス6雰囲気に曝す。そ
して配線上部の露出したCu膜4とSiH4 ガスを反応
させ、厚さ10〜20nmのCuシリサイド層7をCu
配線の上部のみに形成する。配線の上部に形成されるC
uシリサイド層7の組成や膜厚は、圧力、温度、曝露時
間、SiH4 ガスの温度および分圧などにより決定され
るが、およそ1分の処理で形成できる。
Next, as shown in FIG.
SiH 4 gas is introduced into a vacuum chamber kept at a constant temperature of 00 to 400 ° C., SiH 4 gas at a pressure of 50 to 500 Pa, or SiH 4 gas 6 diluted with N 2 or an inert gas such as Ar is introduced into the vacuum chamber, and a Si substrate 1 is exposed to a SiH 4 gas 6 atmosphere. Then, the exposed Cu film 4 above the wiring is reacted with the SiH 4 gas to form a Cu silicide layer 7 having a thickness of 10 to 20 nm.
It is formed only above the wiring. C formed on top of wiring
The composition and thickness of the u-silicide layer 7 are determined by the pressure, temperature, exposure time, temperature and partial pressure of the SiH 4 gas, and can be formed by processing for about 1 minute.

【0052】シリサイド層7の形成にはSiH4 以外
に、同じくSi−H結合を有するジシラン(Si
6 6 )や、Fの結合も有するジフロルシラン(SiH
2 2 )などを用いてもよい。減圧雰囲気下で希釈した
SiH4 ガスを用いてCuをシリサイド化させる場合、
シリサイド化の反応速度を遅くできる。そのため、薄い
Cuシリサイド層を高い均一性と制御性のもとで形成で
きる。この工程において溝埋め込みのCu配線上部のC
uが酸化されているとSiH4 ガスと反応しにくくな
る。特にCMP工程ではスラリー中に酸化力の強いH2
2 が含まれているため、配線上部のCu表面が酸化さ
れている可能性が高い。その場合、前処理としてSiH
4 導入前に水素ガスを導入して400℃程度に加熱して
やれば、Cuの酸化物をCuに還元でき、後のシリサイ
ド化反応を促進できる。この前処理はSiH4 ガスを導
入する真空室で行ってもよいし、別の真空室で行ってか
ら真空を破らずにSiH4 ガスを導入する真空室に搬送
しても良い。Cu配線の上部に薄いCuシリサイド層が
形成されると、配線のCu露出部の耐酸化性が大幅に改
善される。しかしCuシリサイド層の膜厚は充分に薄い
ため、配線抵抗はほとんど増加しない。
For forming the silicide layer 7, in addition to SiH 4 , disilane (Si) having a Si—H bond is also used.
6 H 6 ) and difluorsilane (SiH
2 F 2) or the like may be used. When Cu is silicided using a SiH 4 gas diluted under a reduced pressure atmosphere,
The reaction rate of silicidation can be reduced. Therefore, a thin Cu silicide layer can be formed with high uniformity and controllability. In this step, C on the upper portion of the Cu wiring
If u is oxidized, it becomes difficult to react with SiH 4 gas. Particularly in the CMP process, H 2 having strong oxidizing power is contained in the slurry.
Since O 2 is contained, it is highly possible that the Cu surface on the wiring is oxidized. In that case, SiH
(4) If hydrogen gas is introduced before the introduction and heated to about 400 ° C., Cu oxide can be reduced to Cu and the subsequent silicidation reaction can be promoted. This pretreatment may be performed in a vacuum chamber for introducing SiH 4 gas, or may be performed in another vacuum chamber and then transferred to a vacuum chamber for introducing SiH 4 gas without breaking vacuum. When a thin Cu silicide layer is formed on the upper part of the Cu wiring, the oxidation resistance of the exposed Cu portion of the wiring is greatly improved. However, since the Cu silicide layer is sufficiently thin, the wiring resistance hardly increases.

【0053】次に図2(d)のように、Cu配線上に、
TEOS+O2 をソースとしたプラズマCVD法により
Si酸化膜より構成される第2絶縁膜2Bを500〜1
000nmの厚みで形成する。第2の実施の形態におい
て適用できる第2絶縁膜の種類や堆積条件は、第1の実
施の形態の場合と同様で、Si酸化膜以外にもPSG
膜、BPSG膜、ポリイミドなども適用可能である。
Next, as shown in FIG. 2D, on the Cu wiring,
The TEOS + O 2 composed of Si oxide film by a plasma CVD method using a source second insulating film 2B 500 to 1
It is formed with a thickness of 000 nm. The type and deposition conditions of the second insulating film applicable in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, and the PSG is not limited to the Si oxide film.
A film, a BPSG film, a polyimide, or the like is also applicable.

【0054】上述の方法で製造した半導体装置は、溝埋
め込みCu配線の底部と側壁がバリア膜、配線上部がC
uシリサイドにより被覆されている。そのため、成膜時
にCuを酸化させてしまう可能性のあるSi酸化膜など
の絶縁膜を形成した場合でもCuは酸化されず、Cu配
線の長期信頼性が改善される。
In the semiconductor device manufactured by the above method, the bottom and side walls of the trench-embedded Cu wiring are barrier films, and the wiring upper portion is C.
coated with u-silicide. Therefore, even when an insulating film such as a Si oxide film that may oxidize Cu is formed during film formation, Cu is not oxidized, and the long-term reliability of the Cu wiring is improved.

【0055】またその製造工程において、Cu配線を多
層化するために複数回の熱処理が加わった場合でも配線
や絶縁膜には特性劣化が生じないため、高性能と高長期
信頼性の半導体装置を高い制御性,均一性及び再現性そ
して高い歩留で製造できる。
In the manufacturing process, even if heat treatment is performed a plurality of times in order to multilayer the Cu wiring, the characteristics of the wiring and the insulating film are not deteriorated. It can be manufactured with high controllability, uniformity and reproducibility and high yield.

【0056】上述した半導体装置とその製造方法は、第
1の実施の形態の場合と同様にMOS、バイポーラ等の
半導体装置の種類を選ばず適用する事ができる。
The above-described semiconductor device and its manufacturing method can be applied irrespective of the type of semiconductor device, such as a MOS or bipolar device, as in the case of the first embodiment.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
および製造方法は、配線の周囲がCuの酸化防止、Cu
の拡散防止、Cuの耐エレクトロマイグレーション性や
耐ストレスマイグレーション性の改善に効果的なバリア
膜とCuシリサイド層により被覆された構造のCu配線
を高い制御性、高い均一性および高い再現性のもとで形
成できる。
As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method of the present invention, in the periphery of the wiring, the oxidation of Cu is prevented,
Of Cu wiring having a structure covered with a barrier film and a Cu silicide layer, which is effective in preventing diffusion of Cu and improving electromigration resistance and stress migration resistance of Cu, is highly controlled, highly uniform, and highly reproducible. Can be formed with.

【0058】そのためCu配線上にSi窒化膜よりも比
誘電率は低いが成膜時にCuを酸化させてしまう可能性
のあるSi酸化膜などの絶縁膜を形成した場合でもCu
は酸化はされず、Cu配線の長期信頼性が改善される。
さらにCu配線多層化のために複数回の熱処理が加わっ
た場合でも配線や絶縁膜の特性劣化が生じないため、高
い性能と高い長期信頼性を有する半導体装置を高い歩留
で製造できる効果を有する。
For this reason, even when an insulating film such as a Si oxide film having a lower dielectric constant than the Si nitride film but having a possibility of oxidizing Cu is formed on the Cu wiring, the Cu film may be formed.
Is not oxidized, and the long-term reliability of the Cu wiring is improved.
Furthermore, even when heat treatment is performed a plurality of times for multilayering the Cu wiring, the characteristics of the wiring and the insulating film are not deteriorated, so that a semiconductor device having high performance and high long-term reliability can be manufactured at a high yield. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を説明する為の半導
体チップの断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態を説明する為の半導
体チップの断面図。
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a second embodiment of the present invention.

【図3】第1の従来例を説明する為の半導体チップの断
面図。
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a first conventional example.

【図4】第2の従来例を説明する為の半導体チップの断
面図。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a second conventional example.

【図5】第3の従来例を説明する為の半導体チップの断
面図。
FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a third conventional example.

【図6】第4の従来例を説明する為の半導体チップの断
面図。
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a fourth conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 Si基板 2A 第1絶縁膜 2B 第2絶縁膜 3A,3B バリア膜 4 Cu膜 4A Cu−Si合金膜 5 マスク 6 シランガス 7 Cuシリサイド層 8 溝 12A,12B Si窒化膜 13A,13B バリア膜 14 第1絶縁膜 15 プラズマTEOS酸化膜 16 Si酸化膜 1,11 Si substrate 2A First insulating film 2B Second insulating film 3A, 3B Barrier film 4 Cu film 4A Cu-Si alloy film 5 Mask 6 Silane gas 7 Cu silicide layer 8 Groove 12A, 12B Si nitride film 13A, 13B Barrier film 14 First insulating film 15 Plasma TEOS oxide film 16 Si oxide film

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に設けられた第1絶縁膜
と、前記第1絶縁膜上に順次設けられた第1導電膜と第
2導電膜および前記銅膜の側面に設けられた銅珪素化合
物層より構成される配線と、前記第1絶縁膜および前記
配線の上に設けられた第2絶縁膜とを含む事を特徴とす
る半導体装置。
1. A first insulating film provided on a semiconductor substrate, a first conductive film and a second conductive film sequentially provided on the first insulating film, and copper silicon provided on side surfaces of the copper film. A semiconductor device comprising: a wiring composed of a compound layer; and a second insulating film provided on the first insulating film and the wiring.
【請求項2】 半導体基板上に設けられた第1絶縁膜
と、前記第1絶縁膜に形成された配線溝と、前記配線溝
中に設けられた銅膜と前記銅膜の底部および側壁部に設
けられた第1導電膜および前記銅膜の表面に設けられた
銅珪素化合物層より構成される配線と、前記第1絶縁膜
および前記配線上に設けられた第2絶縁膜とを含む事を
特徴とする半導体装置。
2. A first insulating film provided on a semiconductor substrate, a wiring groove formed in the first insulating film, a copper film provided in the wiring groove, and a bottom portion and a sidewall portion of the copper film. A wiring composed of a first conductive film provided on the surface and a copper silicon compound layer provided on the surface of the copper film, and a second insulating film provided on the first insulating film and the wiring. A semiconductor device characterized by:
【請求項3】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
程と、前記第1絶縁膜上に第1導電膜と銅膜と第2導電
膜を順次形成する工程と、前記第2導電膜と前記銅膜及
び前記第1導電膜をパターニングし配線を形成する工程
と、前記配線の側壁部の露出した銅膜表面を銅珪素化合
物にする工程と、前記第1絶縁膜および前記配線上に第
2絶縁膜を形成する工程とを有する事を特徴とする半導
体装置の製造方法。
3. A step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, a step of sequentially forming a first conductive film, a copper film and a second conductive film on the first insulating film, and the second conductive film. And a step of patterning the copper film and the first conductive film to form a wiring, a step of forming a copper silicon compound on the exposed copper film surface of the side wall portion of the wiring, and a step of forming a wiring on the first insulating film and the wiring. And a step of forming a second insulating film.
【請求項4】 半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工
程と、前記第1絶縁膜に配線溝を形成する工程と、前記
配線溝上を含む全面に第1導電膜および銅膜を順次形成
し、前記配線溝を埋める工程と、前記配線溝外部の前記
第1導電膜および前記銅膜を除去し前記第1導電膜およ
び前記銅膜より構成される配線を形成する工程と、前記
配線上部の露出した銅膜表面を銅珪素化合物層にする工
程と、前記銅珪素化合物層表面を含む全面に第2絶縁膜
を形成する工程とを有する事を特徴とする半導体装置の
製造方法。
4. A step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a wiring groove in the first insulating film, and a step of sequentially forming a first conductive film and a copper film over the entire surface including the wiring groove. The step of filling the wiring groove, the step of removing the first conductive film and the copper film outside the wiring groove to form a wiring composed of the first conductive film and the copper film, and the wiring upper portion. And a step of forming a second insulating film over the entire surface including the surface of the copper silicon compound layer, and a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項5】 第1導電膜が、チタン(Ti)、バナジ
ウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、
ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo) 、ハフニウム
(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)や、
これらの珪化物、ホウ化物、窒化物、炭化物およびこれ
らを含有する合金より構成される単層膜である請求項1
又は請求項2記載の半導体装置。
5. The first conductive film comprises titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr),
Niobium (Nb), molybdenum (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W),
A single layer film composed of these silicides, borides, nitrides, carbides and alloys containing them.
Alternatively, the semiconductor device according to claim 2.
【請求項6】 第1導電膜が、TiとTiの窒素化合物
あるいはTiとTiのホウ素化合物からなる2層の膜で
ある請求項1又は請求項2記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductive film is a two-layer film composed of Ti and a nitrogen compound of Ti or a boron compound of Ti and Ti.
【請求項7】 第2導電膜が、チタン(Ti)、バナジ
ウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、
ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(H
f)、タンタル(Ta)、タングステン(W)や、これ
らの珪化物、ホウ化物、窒化物、炭化物およびこれらを
含有する合金より構成される単層膜である請求項1記載
の半導体装置。
7. The second conductive film comprises titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), zirconium (Zr),
Niobium (Nb), molybdenum (Mo), hafnium (H
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a single-layer film composed of f), tantalum (Ta), tungsten (W), and their silicides, borides, nitrides, carbides and alloys containing them.
【請求項8】 第2導電膜が、TiとTiの窒素化合物
あるいはTiとTiのホウ素化合物からなる2層の膜で
ある請求項1記載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductive film is a two-layer film composed of Ti and a nitrogen compound of Ti or a boron compound of Ti and Ti.
【請求項9】 銅珪素化合物は、銅と珪素を含有するガ
スとの反応により形成される請求項3又は請求項4記載
の半導体装置の製造方法。
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the copper silicon compound is formed by a reaction of copper and a gas containing silicon.
【請求項10】 珪素を含有するガスがモノシランある
いはジシランである請求項9記載の半導体装置の製造方
法。
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the gas containing silicon is monosilane or disilane.
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