JPH10256372A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
Manufacture of semiconductor deviceInfo
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- JPH10256372A JPH10256372A JP6290197A JP6290197A JPH10256372A JP H10256372 A JPH10256372 A JP H10256372A JP 6290197 A JP6290197 A JP 6290197A JP 6290197 A JP6290197 A JP 6290197A JP H10256372 A JPH10256372 A JP H10256372A
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、例えば、層間絶縁膜に設けたコンタクトホー
ルやビアホールのような接続孔又は溝配線形成のための
溝に、リフロー法、高温スパッタ法、高圧リフロー法等
の技術を用いて配線材料を埋め込み形成する場合に適用
して特に好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, for example, a reflow method or a high-temperature sputtering method for forming a connection hole such as a contact hole or a via hole formed in an interlayer insulating film or a groove for forming a groove wiring. It is particularly suitable when applied to the case where a wiring material is embedded by using a technique such as a high-pressure reflow method.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、超大規模集積回路(VLSI)等
の半導体装置の高集積化に伴って内部配線の多層化及び
微細化が進み、コンタクトホールやビアホールのような
接続孔のアスペクト比が増大している。このため、微細
且つ高アスペクト比の接続孔を配線材料で埋め込む技術
が非常に重要になっている。2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices such as very large scale integrated circuits (VLSI) have become highly integrated, multilayer wiring and miniaturization of internal wirings have advanced, and the aspect ratio of connection holes such as contact holes and via holes has increased. doing. For this reason, a technique of embedding a fine and high aspect ratio connection hole with a wiring material is very important.
【0003】一方、最近、配線の微細化及び層間絶縁膜
の平坦化を簡便なプロセスで実現できる方法として、い
わゆる溝配線技術が注目されている。この溝配線技術で
は、層間絶縁膜に形成した溝内部を埋め込むようにアル
ミニウム(Al)や銅(Cu)等の配線材料を成膜し、
その後、化学機械研磨(CMP)法等により、溝以外の
部分の配線材料を除去して、溝内に残した配線材料を配
線として用いる。この溝配線技術でも、とりわけ微細な
溝に配線材料を埋め込む技術が重要である。On the other hand, recently, a so-called grooved wiring technique has attracted attention as a method capable of realizing finer wiring and flattening an interlayer insulating film by a simple process. In this trench wiring technique, a wiring material such as aluminum (Al) or copper (Cu) is formed so as to fill the inside of the trench formed in the interlayer insulating film,
Thereafter, the wiring material other than the groove is removed by a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like, and the wiring material left in the groove is used as the wiring. In this groove wiring technique, a technique of embedding a wiring material in a fine groove is particularly important.
【0004】上述のような微細な接続孔や溝を埋め込む
技術としては、従来、ブランケットタングステン(W)
化学気相成長(CVD)法、Al又はCuの高温スパッ
タ法、リフロー法、高圧リフロー法等が検討され、一部
実用化されている。中でも、高温スパッタ法、リフロー
法及び高圧リフロー法は、ブランケットWCVD法に比
べてプロセスが簡便であり、半導体装置の製造コストの
低減が図れるという利点を有する。[0004] As a technique for embedding the above minute connection holes and grooves, conventionally, blanket tungsten (W) is used.
A chemical vapor deposition (CVD) method, a high-temperature sputtering method of Al or Cu, a reflow method, a high-pressure reflow method, and the like have been studied, and some of them have been put to practical use. Above all, the high-temperature sputtering method, the reflow method, and the high-pressure reflow method are advantageous in that the process is simpler than the blanket WCVD method, and that the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.
【0005】高温スパッタ法では、例えば、シリコン基
板を400〜450℃程度に加熱した状態で、Al合金
等の配線材料層をスパッタ法にて成膜する。すると、層
間絶縁膜上に堆積した配線材料層は、基板が加熱されて
いるが故に流動状態となり、接続孔や溝に流れ込んで、
それらを埋め込む。In the high-temperature sputtering method, for example, a wiring material layer such as an Al alloy is formed by a sputtering method while a silicon substrate is heated to about 400 to 450 ° C. Then, the wiring material layer deposited on the interlayer insulating film is in a fluid state because the substrate is heated, and flows into the connection holes and grooves,
Embed them.
【0006】リフロー法では、例えば、シリコン基板を
200℃前後に加熱した状態で、Al合金等の配線材料
層をスパッタ法にて成膜する。この時点では、基板が充
分に加熱されていないため、層間絶縁膜上に堆積した配
線材料層は流動状態にならない。そこで、配線材料層を
成膜後、例えば、400〜450℃程度に基板を加熱
し、これにより、配線材料層を流動状態として接続孔や
溝に流し込む。In the reflow method, for example, a wiring material layer such as an Al alloy is formed by a sputtering method while a silicon substrate is heated to about 200 ° C. At this point, the wiring material layer deposited on the interlayer insulating film does not flow because the substrate is not sufficiently heated. Therefore, after forming the wiring material layer, the substrate is heated to, for example, about 400 to 450 ° C., thereby flowing the wiring material layer into the connection hole or the groove in a flowing state.
【0007】高圧リフロー法では、上述のリフロー法と
同様にして配線材料層を成膜後、例えば、高圧のアルゴ
ン(Ar)雰囲気中で400〜450℃程度に基板を加
熱する。すると、層間絶縁膜上に堆積した配線材料層は
流動状態になり、しかも雰囲気が高圧であるが故に、接
続孔や溝に容易に押し込まれ、それらを埋め込む。In the high-pressure reflow method, after forming a wiring material layer in the same manner as the above-described reflow method, the substrate is heated to, for example, about 400 to 450 ° C. in a high-pressure argon (Ar) atmosphere. Then, the wiring material layer deposited on the interlayer insulating film is in a fluidized state, and since the atmosphere is at a high pressure, the wiring material layer is easily pushed into the connection holes and grooves and buried therein.
【0008】図8〜図10を参照して、高圧リフロー法
を用いた従来の半導体装置の製造方法を説明する。With reference to FIGS. 8 to 10, a description will be given of a conventional method of manufacturing a semiconductor device using a high-pressure reflow method.
【0009】まず、図8(a)に示すように、所定の素
子構造等が形成されたシリコン基板101上に、主とし
て酸化シリコン(SiO2 )からなる第1層間絶縁膜1
02を形成し、更に、その上に、Al−Cu合金等から
なる下層配線103を所定パターンに形成する。First, as shown in FIG. 8A, a first interlayer insulating film 1 mainly made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on a silicon substrate 101 on which a predetermined element structure and the like are formed.
02, and a lower wiring 103 made of an Al-Cu alloy or the like is formed thereon in a predetermined pattern.
【0010】しかる後、全面に、平坦性及び段差被覆性
(ステップカバレージ)に優れた絶縁膜としてO3 −T
EOS膜104を形成する。このO3 −TEOS膜は、
オゾン(O3 )及びテトラエトキシシラン(TEOS)
を反応ガスに用いた常圧CVD法により形成されるSi
O2 膜である。なお、平坦性及び段差被覆性に優れた絶
縁膜としては、このO3 −TEOS膜以外に、SOG
(Spin On Glass)膜が用いられる場合も有る。[0010] Thereafter, an O 3 -T is formed on the entire surface as an insulating film having excellent flatness and step coverage.
An EOS film 104 is formed. This O 3 -TEOS film is
Ozone (O 3 ) and tetraethoxysilane (TEOS)
Formed by atmospheric pressure CVD using Al as a reaction gas
O 2 film. As an insulating film having excellent flatness and step coverage, other than the O 3 -TEOS film, SOG
(Spin On Glass) film may be used in some cases.
【0011】次に、図8(b)に示すように、RIE
(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)等
により、O3 −TEOS膜104を、下層配線103の
表面が露出するまでエッチバックする。これにより、下
層配線103間にのみO3 −TEOS膜104が残され
る。Next, as shown in FIG.
(Reactive Ion Etching) is performed to etch back the O 3 -TEOS film 104 until the surface of the lower wiring 103 is exposed. As a result, the O 3 -TEOS film 104 is left only between the lower wirings 103.
【0012】次に、図9(a)に示すように、全面にプ
ラズマCVD法によるSiO2 膜(以下、「PE−Si
O2 膜」と称する。)105を形成する。Next, as shown in FIG. 9A, an SiO 2 film (hereinafter referred to as “PE-Si
It referred to as the O 2 film ". ) 105 is formed.
【0013】次に、図9(b)に示すように、PE−S
iO2 膜105の所定位置に、下層配線103に達する
接続孔(ビアホール)110を形成する。Next, as shown in FIG. 9B, the PE-S
A connection hole (via hole) 110 reaching the lower wiring 103 is formed at a predetermined position of the iO 2 film 105.
【0014】次に、図10(a)に示すように、接続孔
10の内面を含むPE−SiO2 膜105上の全面に、
スパッタ法により、例えば、チタン(Ti)及び窒化チ
タン(TiN)の積層膜であるTiN/Ti膜106を
形成する。Next, as shown in FIG. 10A, the entire surface of the PE-SiO 2 film 105 including the inner surface of the connection hole 10 is
By a sputtering method, for example, a TiN / Ti film 106 which is a stacked film of titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) is formed.
【0015】この後、全面にAl−Cu合金等からなる
上層配線材料107をスパッタ法により形成する。この
時、接続孔110のアスペクト比が大きいと、図示の如
く、上層配線材料107は、接続孔110上にブリッジ
状に形成され、接続孔110内にボイド(空隙)111
が残る。Thereafter, an upper wiring material 107 made of an Al-Cu alloy or the like is formed on the entire surface by a sputtering method. At this time, if the aspect ratio of the connection hole 110 is large, the upper layer wiring material 107 is formed in a bridge shape on the connection hole 110 as shown in the figure, and a void (gap) 111 is formed in the connection hole 110.
Remains.
【0016】そこで、図10(b)に示すように、高真
空中にてシリコン基板101を400〜450℃程度に
加熱し、上層配線材料107を軟化させる。そして、そ
れとほぼ同時に、装置内にArガス等の不活性ガスを導
入して装置内を高圧にし、上層配線材料107を接続孔
110内に押し込んで、それを埋め込む。この時、予め
接続孔110の内面に形成したTiN/Ti膜106に
より上層配線材料107の濡れ性が向上し、上層配線材
料107が好適に接続孔110内に押し込まれる。Then, as shown in FIG. 10B, the silicon substrate 101 is heated to about 400 to 450 ° C. in a high vacuum to soften the upper layer wiring material 107. At about the same time, an inert gas such as Ar gas is introduced into the apparatus to increase the pressure inside the apparatus, and the upper wiring material 107 is pushed into the connection holes 110 to be buried. At this time, the wettability of the upper wiring material 107 is improved by the TiN / Ti film 106 formed on the inner surface of the connection hole 110 in advance, and the upper wiring material 107 is preferably pushed into the connection hole 110.
【0017】この高圧リフロー法によれば、理想的な条
件の下では、アスペクト比が4〜5程度の接続孔110
を埋め込むことが可能である。According to the high-pressure reflow method, under ideal conditions, the connection holes 110 having an aspect ratio of about 4 to 5 are formed.
Can be embedded.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】平坦性及び段差被覆性
に優れたO3 −TEOS膜やSOG膜は、また、吸湿性
の高い膜としても知られている。一方、吸湿性が低いP
E−SiO2 膜等の膜では、O3 −TEOS膜やSOG
膜ほどの平坦性及び段差被覆性が得られない。そこで、
通常、平坦性及び段差被覆性に優れた吸湿性の高い膜と
平坦性及び段差被覆性は良くないが吸湿性の低い膜を組
み合わせて層間絶縁膜を構成する。The O 3 -TEOS film and the SOG film which are excellent in flatness and step coverage are also known as films having high hygroscopicity. On the other hand, P having low hygroscopicity
In a film such as an E-SiO 2 film, an O 3 -TEOS film or an SOG
The flatness and step coverage of the film cannot be obtained. Therefore,
In general, an interlayer insulating film is formed by combining a film having high hygroscopicity with excellent flatness and step coverage and a film having poor flatness and step coverage but low hygroscopicity.
【0019】この時、従来は、上述した如く、例えば、
吸湿性の高いO3 −TEOS膜104が接続孔110内
に露出しないように、O3 −TEOS膜104をエッチ
バックして、下層配線103間にのみO3 −TEOS膜
104が形成されるようにし、その上を、PE−SiO
2 膜105等の吸湿性の低い膜でほぼ完全に覆うように
していた。そして、これにより、O3 −TEOS膜10
4からの水分の放出を防止していた。At this time, conventionally, as described above, for example,
The O 3 -TEOS film 104 is etched back so that the highly hygroscopic O 3 -TEOS film 104 is not exposed in the connection hole 110 so that the O 3 -TEOS film 104 is formed only between the lower wirings 103. And then put PE-SiO on it
The second film 105 was almost completely covered with a film having low hygroscopicity. And thereby, the O 3 -TEOS film 10
4 was prevented from being released.
【0020】ところが、このような構成では、上述した
高温スパッタ法、リフロー法、高圧リフロー法等のよう
に、基板101を400〜450℃程度の比較的高温に
加熱して行うプロセスの場合、図11に概念的に示すよ
うに、O3 −TEOS膜104からの水分がPE−Si
O2 膜105を透過して、接続孔110内に放出される
ことが明らかになった。However, in such a configuration, in the case of a process in which the substrate 101 is heated to a relatively high temperature of about 400 to 450 ° C., such as the above-described high-temperature sputtering method, reflow method, high-pressure reflow method, etc. As conceptually shown in FIG. 11, the moisture from the O 3 -TEOS film 104 is PE-Si
It was found that the light was transmitted through the O 2 film 105 and released into the connection hole 110.
【0021】例えば、図14に、本発明者が行った実験
の結果を示す。For example, FIG. 14 shows the results of an experiment conducted by the present inventors.
【0022】この図14において、サンプルAは、従来
の構造を模して基板上にO3 −TEOS膜とその上にP
E−SiO2 膜を積層して形成したもの、サンプルB
は、基板上にPE−SiO2 膜のみを形成したもの、サ
ンプルCは、基板上にO3 −TEOS膜のみを形成した
ものである。なお、O3 −TEOS膜及びPE−SiO
2 膜の膜厚は、いずれも約650nmとした。また、各
グラフの横軸は熱処理温度〔℃〕を、縦軸は、膜から放
出された水分を質量分析器で分析した結果の水分子の数
(相対値)を夫々示している。In FIG. 14, a sample A is made of an O 3 -TEOS film on a substrate and a P
Sample B formed by laminating E-SiO 2 films
Is obtained by forming only PE-SiO 2 film on the substrate, the sample C is obtained by forming the O 3 -TEOS film only on a substrate. Note that the O 3 -TEOS film and the PE-SiO
The thickness of each of the two films was about 650 nm. The horizontal axis of each graph indicates the heat treatment temperature [° C.], and the vertical axis indicates the number (relative value) of water molecules as a result of analyzing the water released from the film by a mass spectrometer.
【0023】この図14から分かるように、基板上にO
3 −TEOS膜のみを形成したサンプルCでは、100
℃程度の熱処理で多量の水分子が放出されるが、基板上
にO3 −TEOS膜とPE−SiO2 膜を積層したサン
プルAでは、350℃程度から水分子の放出が顕著にな
り、400〜500℃の温度範囲では、かなり多量の水
分子が放出される。基板上にPE−SiO2 膜のみを形
成したサンプルBでは、殆ど水分子の放出が見られない
ことから、このサンプルAで放出される水分子は、O3
−TEOS膜からその上のPE−SiO2 膜を透過して
放出される水分子であることが明らかである。As can be seen from FIG. 14, O
In sample C in which only the 3- TEOS film was formed, 100
Although a large amount of water molecules are released by the heat treatment at about ° C, in Sample A in which the O 3 -TEOS film and the PE-SiO 2 film are laminated on the substrate, the release of water molecules becomes remarkable from about 350 ° C, In the temperature range of 500500 ° C., a considerable amount of water molecules is released. Sample B was formed only PE-SiO 2 film on the substrate, since hardly observed release of water molecules, water molecules are released in this sample A, O 3
It is clear that from -TEOS film is a water molecule that is released through the PE-SiO 2 film thereon.
【0024】即ち、従来のように、O3 −TEOS膜等
の吸湿性の高い膜をPE−SiO2膜等の吸湿性の低い
膜で完全に覆った構造の場合、350℃よりも低温域で
は水分の放出を防止できるが、上述した高温スパッタ
法、リフロー法、高圧リフロー法等のように、基板を4
00〜450℃程度の比較的高温に加熱して行うプロセ
スでは、PE−SiO2 膜を透過して水分が放出されて
しまう。That is, in the case of a conventional structure in which a highly hygroscopic film such as an O 3 -TEOS film is completely covered with a film having a low hygroscopicity such as a PE-SiO 2 film, the temperature is lower than 350 ° C. Can prevent the release of moisture. However, as in the high-temperature sputtering method, reflow method, high-pressure reflow method, etc.
In a process performed by heating to a relatively high temperature of about 00 to 450 ° C., moisture is released through the PE-SiO 2 film.
【0025】図11に示すように、接続孔110内に放
出された水分は、TiN/Ti膜106の表面を酸化さ
せて表面酸化膜112を形成し、更に、その表面酸化膜
112と接触した部分のAl−Cu合金等からなる上層
配線材料107を酸化させて、上層配線材料107とT
iN/Ti膜106との界面に流動し難い、例えば、酸
化アルミニウム層を形成する。この結果、上層配線材料
107の埋め込み性が低下し、上層配線材料107と下
層配線103との接続が不充分となって、配線抵抗の増
大を招く等、配線の信頼性が損なわれていた。As shown in FIG. 11, the water released into the connection hole 110 oxidizes the surface of the TiN / Ti film 106 to form a surface oxide film 112, and further, contacts the surface oxide film 112. A portion of the upper wiring material 107 made of an Al—Cu alloy or the like is oxidized, and the upper wiring material 107 and T
For example, an aluminum oxide layer that hardly flows to the interface with the iN / Ti film 106 is formed. As a result, the embedding property of the upper layer wiring material 107 is reduced, the connection between the upper layer wiring material 107 and the lower layer wiring 103 becomes insufficient, and the wiring resistance is increased.
【0026】そこで、本発明者は、上述した図14の知
見に基づき、O3 −TEOS膜等の吸湿性の高い膜を敢
えて接続孔等の内面に露出させ、この構造において、熱
処理により、その吸湿性の高い膜から充分に水分を放出
させた後、接続孔等の上に配線材料を成膜する構成を提
案した(特願平8−305179号)。Therefore, based on the findings in FIG. 14 described above, the present inventor intentionally exposes a highly hygroscopic film such as an O 3 -TEOS film to the inner surface of a connection hole or the like. After sufficiently releasing moisture from a film having a high hygroscopicity, a structure in which a wiring material is formed on connection holes and the like was proposed (Japanese Patent Application No. 8-305179).
【0027】即ち、図14の結果から分かるように、従
来の構造では、予め熱処理を行ってO3 −TEOS膜等
の吸湿性の高い膜から充分な量の水分を放出させるのは
比較的困難である(例えば、500℃程度の温度でもか
なり長時間熱処理する必要が有り、下層配線等に損傷を
与える虞が有る)が、O3 −TEOS膜等の吸湿性の高
い膜から直接水分を放出させる場合には、充分な量の水
分を容易に放出させることができる。That is, as can be seen from the results shown in FIG. 14, it is relatively difficult to release a sufficient amount of moisture from a highly hygroscopic film such as an O 3 -TEOS film by performing a heat treatment in advance in the conventional structure. (For example, it is necessary to perform heat treatment for a considerably long time even at a temperature of about 500 ° C., and there is a risk of damaging lower wirings and the like), but water is directly released from a highly hygroscopic film such as an O 3 -TEOS film. In this case, a sufficient amount of water can be easily released.
【0028】そこで、例えば、図12に示すように、接
続孔110の内面にO3 −TEOS膜104が露出する
ように、O3 −TEOS膜104を厚く形成したまま、
その上にPE−SiO2 膜105を形成し、これらのP
E−SiO2 膜105及びO3 −TEOS膜104を貫
通させて接続孔110を形成する。しかる後、例えば、
減圧したAr雰囲気中において基板温度450℃程度で
約2分間の熱処理を行い、O3 −TEOS膜104から
水分を放出させる。更に、引き続き、大気に接触させる
ことなく、上層配線材料の成膜を行えば、この後の工程
において、充分に脱ガスされたO3 −TEOS膜104
から水分が放出されることは殆ど無い。[0028] Therefore, for example, as shown in FIG. 12 remain on the inner surface of the connection hole 110 as O 3 -TEOS film 104 is exposed, to form a thick O 3 -TEOS film 104,
A PE-SiO 2 film 105 is formed thereon, and
A connection hole 110 is formed through the E-SiO 2 film 105 and the O 3 -TEOS film 104. Then, for example,
A heat treatment is performed at a substrate temperature of about 450 ° C. for about 2 minutes in a reduced Ar atmosphere to release moisture from the O 3 -TEOS film 104. Furthermore, if a film of the upper wiring material is formed continuously without being brought into contact with the atmosphere, the O 3 -TEOS film 104 which has been sufficiently degassed will be formed in a subsequent step.
Almost no moisture is released.
【0029】この構成によれば、接続孔の埋め込み不良
を大幅に改善できるとともに、従来必ず行っていたO3
−TEOS膜104のエッチバック工程を必ずしも行う
必要が無くなるので、製造工程も簡略化される。According to this configuration, it is possible to greatly improve the poor filling of the connection holes, and it is also necessary to perform O 3
Since the etch-back step of the TEOS film 104 is not necessarily performed, the manufacturing process is also simplified.
【0030】しかし、本発明者のその後の研究により、
この図12の構成でも、まだ埋め込み不良の発生する場
合の有ることが分かった。その理由は、この図12の構
成では、O3 −TEOS膜104からは充分に水分を除
去できるが、PE−SiO2膜105中には若干の水分
が残り、このPE−SiO2 膜105中に残った水分が
上層配線材料の成膜時に放出されて、その埋め込み性を
悪くするのである。However, according to the subsequent research of the present inventors,
It has been found that even in the configuration shown in FIG. The reason is that in the configuration of FIG. 12, O 3 is sufficiently water can be removed from -TEOS film 104, during PE-SiO 2 film 105 remains some moisture in the PE-SiO 2 film 105 Is released when the upper wiring material is formed, thereby deteriorating the embedding property.
【0031】即ち、水分除去のための熱処理時、O3 −
TEOS膜104中の水分は、O3−TEOS膜104
から直接外部に放出される以外に、一部PE−SiO2
膜105中に拡散する。このPE−SiO2 膜105中
に拡散した水分は、PE−SiO2 膜105中で一種の
結合水として存在すると考えられ、容易には外部に放出
されない。そこで、図13に示すように、このPE−S
iO2 膜105中に拡散してそこに捉えられた水分が、
上記熱処理時には放出されず、後の上層配線材料の成膜
時に放出されて、その埋め込み性を悪くする。That is, at the time of heat treatment for removing moisture, O 3 −
The moisture in the TEOS film 104 is O 3 -TEOS film 104
In addition to being directly emitted from the outside, some PE-SiO 2
It diffuses into the film 105. The PE-SiO 2 film 105 diffuse moisture in is thought to exist as a type of bound water in PE-SiO 2 film 105 is not easily released to the outside. Therefore, as shown in FIG.
Moisture diffused into the iO 2 film 105 and captured there,
It is not released at the time of the heat treatment, but is released at the time of forming the upper wiring material later, thereby deteriorating the embedding property.
【0032】このO3 −TEOS膜104からPE−S
iO2 膜105中に拡散した水分を充分に除去するため
には、かなり長時間の熱処理が必要となり、製造工程の
スループットや下層配線及び内部素子構造に与える影響
を考慮すると、その水分をPE−SiO2 膜105から
充分に除去することは実際上不可能である。From the O 3 -TEOS film 104, PE-S
In order to sufficiently remove the water diffused into the iO 2 film 105, a considerably long heat treatment is required. In consideration of the throughput of the manufacturing process and the effect on the lower wiring and the internal element structure, the water is subjected to PE- It is practically impossible to sufficiently remove the SiO 2 film 105.
【0033】また、この問題を解消するために、層間膜
をO3 −TEOS膜だけで構成することも考えられる
が、O3 −TEOS膜等の吸湿性の高い膜は、あまり厚
く形成すると膜剥がれ等の生じる虞が有り、厚い層間膜
をO3 −TEOS膜等だけで形成するのは実際上困難で
ある。Further, in order to solve this problem, it is conceivable to configure the interlayer film only by O 3 -TEOS film, highly hygroscopic film such as O 3 -TEOS film, when formed too thick film There is a risk of peeling or the like, and it is practically difficult to form a thick interlayer film only with an O 3 -TEOS film or the like.
【0034】そこで、本発明の目的は、外部に露出させ
たO3 −TEOS膜等の吸湿性の高い膜から水分を除去
する際、その吸湿性の高い膜から吸湿性の低い膜へ水分
が拡散することを阻止して、吸湿性の高い膜に水分が残
ることを防止した半導体装置の製造方法を提供すること
である。Accordingly, an object of the present invention is to remove moisture from a highly hygroscopic film such as an O 3 -TEOS film exposed to the outside, and then to remove moisture from the highly hygroscopic film to a low hygroscopic film. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which diffusion is prevented and moisture is prevented from remaining in a highly hygroscopic film.
【0035】[0035]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
本発明の半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜に設けた
接続孔又は溝に配線材料の少なくとも一部を埋め込み形
成する半導体装置の製造方法において、前記層間絶縁膜
として、吸湿性の比較的高い第1の絶縁膜とこの第1の
絶縁膜よりも吸湿性の低い第2の絶縁膜とを水分透過阻
止膜を介して互いに積層して形成する工程と、前記層間
絶縁膜に前記接続孔又は溝を、その内面の少なくとも一
部に前記第1の絶縁膜が露出するように形成する工程
と、前記接続孔又は溝の内面に前記第1の絶縁膜が露出
している状態で熱処理を行い、少なくとも前記第1の絶
縁膜から水分を放出させる工程と、前記熱処理後、前記
接続孔又は溝に前記配線材料を埋め込む工程と、を有す
る。According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, which solves the above-described problems, at least a part of a wiring material is buried and formed in a connection hole or a groove provided in an interlayer insulating film. In the method, as the interlayer insulating film, a first insulating film having relatively high hygroscopicity and a second insulating film having lower hygroscopicity than the first insulating film are laminated on each other via a moisture permeation preventing film. Forming the connection hole or groove in the interlayer insulating film so that the first insulating film is exposed on at least a part of the inner surface thereof; and forming the connection hole or groove in the inner surface of the connection hole or groove. Performing a heat treatment in a state in which the first insulating film is exposed to release moisture from at least the first insulating film; and, after the heat treatment, burying the wiring material in the connection hole or the groove. Have.
【0036】吸湿性の比較的高い第1の絶縁膜は、例え
ば、反応ガスにオゾン及びテトラエトキシシランを用い
た常圧化学気相成長法により形成するいわゆるO3 −T
EOS膜、又は、スピンオングラス膜である。The first insulating film having a relatively high hygroscopicity is formed, for example, by a so-called O 3 -T formed by a normal pressure chemical vapor deposition method using ozone and tetraethoxysilane as a reaction gas.
EOS film or spin-on-glass film.
【0037】また、水分透過阻止膜としては、例えば、
窒化シリコン膜やSi−H結合数が1×1021/cm3
以上の酸化シリコン膜を用いることができる。As the moisture permeation preventing film, for example,
The number of silicon nitride films or Si—H bonds is 1 × 10 21 / cm 3
The above silicon oxide film can be used.
【0038】[0038]
【発明の実施の形態】以下、本発明を好ましい実施の形
態に従い説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described according to preferred embodiments.
【0039】〔第1の実施の形態〕まず、図1〜図4を
参照して、配線間の接続孔(ビアホール)内に高圧リフ
ロー法により上層配線材料を埋め込む場合に本発明を適
用した第1の実施の形態を説明する。[First Embodiment] First, referring to FIGS. 1 to 4, the present invention is applied to a case where an upper layer wiring material is buried in a connection hole (via hole) between wirings by a high-pressure reflow method. One embodiment will be described.
【0040】まず、図1(a)に示すように、単結晶シ
リコン半導体基板1に所定の素子構造(不図示)等を形
成した後、その上の全面に、例えば、主として酸化シリ
コン(SiO2 )からなる第1層間絶縁膜2をCVD法
により形成する。次に、この第1層間絶縁膜2上に、例
えば、Al−0.5%Cu等のAl合金膜をスパッタ法
により成膜した後、このAl合金膜を、フォトリソグラ
フィー及びエッチングによりパターニングして、Al合
金膜からなる下層配線3を形成する。First, as shown in FIG. 1A, after a predetermined element structure (not shown) or the like is formed on a single crystal silicon semiconductor substrate 1, over the entire surface thereof, for example, mainly silicon oxide (SiO 2) ) Is formed by a CVD method. Next, for example, an Al alloy film such as Al-0.5% Cu is formed on the first interlayer insulating film 2 by a sputtering method, and this Al alloy film is patterned by photolithography and etching. Then, the lower wiring 3 made of an Al alloy film is formed.
【0041】次に、図1(b)に示すように、反応ガス
にO3 及びTEOSを用いた常圧CVD法により、全面
に、例えば、膜厚600nm程度のO3 −TEOS膜4
を形成する。Next, as shown in FIG. 1B, an O 3 -TEOS film 4 having a thickness of, for example, about 600 nm is formed on the entire surface by a normal pressure CVD method using O 3 and TEOS as a reaction gas.
To form
【0042】この後、本実施の形態では、特にO3 −T
EOS膜4のエッチバック工程は行わないが、O3 −T
EOS膜4の平坦性をより高めるためにエッチバック工
程を行っても良い。但し、その場合でも、図示の如く、
下層配線3の上に充分な膜厚のO3 −TEOS膜4が残
るようにエッチバック工程を行う。Thereafter, in this embodiment, in particular, O 3 -T
Etch-back process of the EOS film 4 is not carried out, but, O 3 -T
An etch-back step may be performed to further improve the flatness of the EOS film 4. However, even in that case, as shown in the figure,
An etch-back process is performed so that the O 3 -TEOS film 4 having a sufficient thickness remains on the lower wiring 3.
【0043】次に、図1(c)に示すように、本実施の
形態では、プラズマ窒化処理によりO3 −TEOS膜4
表面を窒化し、その表面に、例えば、20〜50nm程
度の膜厚の窒化シリコン膜5を形成する。Next, as shown in FIG. 1C, in this embodiment, the O 3 -TEOS film 4 is formed by plasma nitridation.
The surface is nitrided, and a silicon nitride film 5 having a thickness of, for example, about 20 to 50 nm is formed on the surface.
【0044】このプラズマ窒化処理は、例えば、ECR
(Electron cyclotron Resonance)方式で、例えば、下
記の条件で行う。 プラズマ窒化処理条件 プロセスガス : H2 /NH3 /Ar=30/8/
170〔sccm〕 圧力 : 0.23Pa マイクロ波パワー : 2800W 加熱温度 : 400℃ この時、NH3 の代わりにN2 を用いても良い。This plasma nitriding treatment is performed, for example, by ECR
(Electron cyclotron Resonance) method, for example, under the following conditions. Plasma nitriding conditions Process gas: H 2 / NH 3 / Ar = 30/8 /
170 [sccm] Pressure: 0.23 Pa Microwave power: 2800 W Heating temperature: 400 ° C. At this time, N 2 may be used instead of NH 3 .
【0045】また、プラズマ窒化処理は、並行平板方
式、マグネトロン方式等の他の方式を用いて行っても良
い。更に、プラズマを用いない熱窒化処理により窒化シ
リコン膜5を形成しても良い。Further, the plasma nitriding treatment may be performed by using another method such as a parallel plate method, a magnetron method and the like. Further, the silicon nitride film 5 may be formed by a thermal nitridation process without using plasma.
【0046】更に、O3 −TEOS膜4表面を窒化する
代わりに、O3 −TEOS膜4上にプラズマCVD法等
のCVD法により窒化シリコン膜5を堆積して形成して
も良い。[0046] Additionally, O 3 and -TEOS film 4 surface instead of nitride, O 3 by -TEOS film 4 CVD method such as plasma CVD on may be formed by depositing a silicon nitride film 5.
【0047】次に、図2(a)に示すように、窒化シリ
コン膜5上に、プラズマCVD法によりPE−SiO2
膜6を、例えば、400nm程度の膜厚に形成する。Next, as shown in FIG. 2A, PE-SiO 2 is formed on the silicon nitride film 5 by a plasma CVD method.
The film 6 is formed to a thickness of, for example, about 400 nm.
【0048】次に、図2(b)に示すように、フォトリ
ソグラフィー及びRIEにより、O3 −TEOS膜4、
窒化シリコン膜5及びPE−SiO2 膜6からなる第2
層間絶縁膜の所定位置に、下層配線3に達する、例え
ば、約0.3μm径の接続孔7を開孔する。Next, as shown in FIG. 2B, the O 3 -TEOS film 4 is formed by photolithography and RIE.
A second silicon nitride film 5 and a PE-SiO 2 film 6
A connection hole 7 having a diameter of, for example, about 0.3 μm reaching the lower wiring 3 is formed at a predetermined position of the interlayer insulating film.
【0049】このRIEは、例えば、PE−SiO2 膜
6、窒化シリコン膜5及びO3 −TEOS膜4のエッチ
ングを、下記のエッチング条件(1)→(2)→(1)
の順で行う。 エッチング条件(1) エッチングガス : CHF3 /O2 =75/8〔sc
cm〕 RFパワー : 1200W 圧力 : 7Pa エッチング条件(2) エッチングガス : CHF3 /O2 =75/35〔s
ccm〕 RFパワー : 600W 圧力 : 5PaIn this RIE, for example, the PE-SiO 2 film 6, the silicon nitride film 5, and the O 3 -TEOS film 4 are etched by the following etching conditions (1) → (2) → (1)
The order is as follows. Etching conditions (1) Etching gas: CHF 3 / O 2 = 75/8 [sc]
cm] RF power: 1200 W Pressure: 7 Pa Etching conditions (2) Etching gas: CHF 3 / O 2 = 75/35 [s]
ccm] RF power: 600 W Pressure: 5 Pa
【0050】次に、例えば、下記の条件で熱処理を行
い、O3 −TEOS膜4から水分を放出させる。 熱処理条件 温度 : 450℃ 雰囲気ガス : Ar 圧力 : 133Pa 加熱時間 : 2分Next, for example, heat treatment is performed under the following conditions to release moisture from the O 3 -TEOS film 4. Heat treatment conditions Temperature: 450 ° C. Atmospheric gas: Ar pressure: 133 Pa Heating time: 2 minutes
【0051】この時、本実施の形態では、O3 −TEO
S膜4とPE−SiO2 膜6との間に窒化シリコン膜5
を設けているので、この窒化シリコン膜5が水分透過阻
止膜として機能し、O3 −TEOS膜4からPE−Si
O2 膜6への水分の拡散が阻止される。この結果、O3
−TEOS膜4中の実質的に全ての水分が、O3 −TE
OS膜4から外部に放出される。At this time, in this embodiment, O 3 -TEO
Silicon nitride film 5 between S film 4 and PE-SiO 2 film 6
Is provided, the silicon nitride film 5 functions as a moisture permeation preventing film, and the O 3 -TEOS film 4
Diffusion of water into the O 2 film 6 is prevented. As a result, O 3
Substantially all of the moisture in the TEOS film 4 is O 3 -TE
It is released from the OS film 4 to the outside.
【0052】この本発明で用いる水分透過阻止膜は、そ
の水分透過率が10%以下であるのが好ましく、窒化シ
リコン膜の場合、その膜厚は1〜100nmの範囲であ
るのが好ましい。窒化シリコン膜の膜厚が1nm未満で
は、充分な水分透過阻止能が得られない虞が有り、一
方、100nmを越える膜厚では、窒化シリコン膜の膜
剥がれ等が生じる虞が有る。この窒化シリコン膜の膜厚
は、20〜50nmの範囲であるのがより好ましい。な
お、窒化シリコン膜の代わりに、いわゆる酸窒化シリコ
ン(SiON)膜を用いても良い。The moisture permeation preventing film used in the present invention preferably has a water permeability of 10% or less, and in the case of a silicon nitride film, preferably has a thickness of 1 to 100 nm. If the thickness of the silicon nitride film is less than 1 nm, a sufficient moisture permeation inhibiting ability may not be obtained, while if the thickness exceeds 100 nm, the silicon nitride film may be peeled off. The thickness of the silicon nitride film is more preferably in the range of 20 to 50 nm. Note that a so-called silicon oxynitride (SiON) film may be used instead of the silicon nitride film.
【0053】この熱処理後、例えば、プロセスガスとし
てArを用いたスパッタエッチングにより、接続孔7底
部の下層配線3表面に形成された自然酸化膜を除去す
る。After this heat treatment, the natural oxide film formed on the surface of the lower wiring 3 at the bottom of the connection hole 7 is removed by, for example, sputter etching using Ar as a process gas.
【0054】次に、図3(a)に示すように、接続孔7
の内面を含む第2層間絶縁膜上の全面に、例えば、DC
マグネトロンスパッタ法により、例えば、膜厚約20n
mのTiと膜厚約50nmのTiNの積層膜である下地
導電膜8を形成する。各膜の成膜条件を下記に例示す
る。 Ti成膜条件 DCパワー : 6kW プロセスガス : Ar 100sccm 圧力 : 0.4Pa 成膜温度 : 400℃ TiN成膜条件 DCパワー : 12kW プロセスガス : Ar 20sccm、 N2 70
sccm 圧力 : 0.4Pa 成膜温度 : 400℃Next, as shown in FIG.
Over the entire surface of the second interlayer insulating film including the inner surface of, for example, DC
By magnetron sputtering, for example, a film thickness of about 20 n
An underlying conductive film 8 which is a stacked film of mTi and TiN having a thickness of about 50 nm is formed. The film forming conditions of each film are exemplified below. Ti film formation conditions DC power: 6 kW Process gas: Ar 100 sccm Pressure: 0.4 Pa Film formation temperature: 400 ° C. TiN film formation conditions DC power: 12 kW Process gas: Ar 20 sccm, N 2 70
sccm Pressure: 0.4 Pa Film forming temperature: 400 ° C.
【0055】なお、この下地導電膜8は、後に形成する
上層配線材料の濡れ性を向上させるために設けるもので
あるが、この下地導電膜8としては、上述したTiN/
Tiの積層構造膜以外に、TiやTiNの単層膜、或い
は、Ti/TiN/Ti等の3層以上の積層構造膜を用
いても良い。更に、TiやTiN以外に、例えば、チタ
ンタングステン(TiW)やタングステン(W)等の材
料を用いることもでき、それらを単独、又は、適宜組み
合わせて用いても良い。The underlying conductive film 8 is provided in order to improve the wettability of the upper wiring material to be formed later.
In addition to the laminated structure film of Ti, a single layer film of Ti or TiN, or a laminated structure film of three or more layers of Ti / TiN / Ti may be used. Further, in addition to Ti and TiN, for example, a material such as titanium tungsten (TiW) or tungsten (W) may be used, and these may be used alone or in an appropriate combination.
【0056】次に、図示の如く、例えば、DCマグネト
ロンスパッタ法により、例えば、膜厚約500nmのA
l−0.5%Cu等のAl−Cu膜からなる上層配線材
料9を全面に形成する。成膜条件は、例えば、下記の通
りである。 Al−Cu成膜条件 DCパワー : 15kW プロセスガス : Ar 100sccm 圧力 : 0.4Pa 成膜温度 : 400℃Next, as shown in the figure, for example, a DC magnetron sputtering method is used to
An upper wiring material 9 made of an Al-Cu film such as 1-0.5% Cu is formed on the entire surface. The film forming conditions are, for example, as follows. Al-Cu film forming conditions DC power: 15 kW Process gas: Ar 100 sccm Pressure: 0.4 Pa Film forming temperature: 400 ° C.
【0057】このように上層配線材料を9を形成する
と、図示の如く、上層配線材料9は、接続孔7上にブリ
ッジ状に形成され、接続孔7内にボイド(空隙)が残
る。When the upper wiring material 9 is thus formed, the upper wiring material 9 is formed in a bridge shape on the connection hole 7 as shown in the figure, and a void (void) remains in the connection hole 7.
【0058】なお、上層配線材料9としては、上述した
Al−Cu膜以外に、Al−Si(シリコン)、Al−
Si−Cu、Al−Ge(ゲルマニウム)等のAl合金
膜やAl単独の膜を用いても良い。また、Al系以外の
材料では、Cu、Ag(銀)、Au(金)等を主成分と
する膜を用いることもできる。As the upper wiring material 9, in addition to the above-described Al-Cu film, Al-Si (silicon), Al-
An Al alloy film such as Si-Cu or Al-Ge (germanium) or a film of Al alone may be used. In addition, with a material other than the Al-based material, a film containing Cu, Ag (silver), Au (gold), or the like as a main component can be used.
【0059】次に、図3(b)に示すように、高圧リフ
ロー法により、上層配線材料9を接続孔7内に押し込
む。この高圧リフローの条件は、例えば、下記の通りで
ある。 高圧リフロー条件 プロセスガス : Ar 圧力 : 70MPa リフロー時間 : 1分 基板温度 : 450℃Next, as shown in FIG. 3B, the upper wiring material 9 is pushed into the connection holes 7 by a high-pressure reflow method. The conditions for this high-pressure reflow are, for example, as follows. High pressure reflow conditions Process gas: Ar pressure: 70 MPa Reflow time: 1 minute Substrate temperature: 450 ° C.
【0060】この時、本実施の形態では、既述した熱処
理によりO3 −TEOS膜4から充分に水分が除去され
ているので、この高圧リフロー時にO3 −TEOS膜4
から水分が放出されることは実質上殆ど無い。また、O
3 −TEOS膜4とPE−SiO2 膜6との間に設けた
窒化シリコン膜5により、既述した熱処理時にO3 −T
EOS膜4からPE−SiO2 膜6へ水分が拡散するこ
とが阻止されているので、この高圧リフロー時にPE−
SiO2 膜6から水分が放出されることも実質上殆ど無
い。従って、この高圧リフロー時、上層配線材料9が接
続孔7内に確実に押し込まれ、水分放出に起因する埋め
込み不良の発生を格段に低減することができる。At this time, in this embodiment, since the moisture has been sufficiently removed from the O 3 -TEOS film 4 by the heat treatment described above, the O 3 -TEOS film 4
Almost no water is released from the water. Also, O
Due to the silicon nitride film 5 provided between the 3- TEOS film 4 and the PE-SiO 2 film 6, O 3 -T
Since the diffusion of water from the EOS film 4 to the PE-SiO 2 film 6 is prevented, the PE-
Almost no moisture is released from the SiO 2 film 6. Therefore, at the time of this high-pressure reflow, the upper-layer wiring material 9 is reliably pushed into the connection holes 7, and the occurrence of embedding defects due to the release of moisture can be reduced significantly.
【0061】例えば、図11に示した従来の構成では、
接続孔のアスペクト比が2程度でも埋め込み不良が発生
し、一方、図12に示した構成では、接続孔のアスペク
ト比が3程度までは埋め込み不良が実質上殆ど発生しな
いが、アスペクト比が3以上で僅かに埋め込み不良が発
生する。これに対し、本実施の形態による構成では、接
続孔のアスペクト比が3以上でも埋め込み不良は実質上
殆ど発生しない。For example, in the conventional configuration shown in FIG.
Embedding failure occurs even when the aspect ratio of the connection hole is about 2, while in the configuration shown in FIG. 12, substantially no embedding failure occurs until the aspect ratio of the connection hole is about 3, but the aspect ratio is 3 or more. , A slight embedding failure occurs. On the other hand, in the configuration according to the present embodiment, even if the aspect ratio of the connection hole is 3 or more, substantially no filling failure occurs.
【0062】なお、既述した水分除去のための熱処理工
程から上述の高圧リフロー工程までは、例えば、搬送を
ロックチャンバー内で行うことにより、真空解除無しに
連続的に行う。The steps from the above-described heat treatment step for removing moisture to the above-mentioned high-pressure reflow step are continuously performed without releasing the vacuum, for example, by performing the transfer in a lock chamber.
【0063】上述の如く、高圧リフロー法により接続孔
7内を上層配線材料9で埋め込んだ後、図4に示すよう
に、フォトリソグラフィー及びエッチングにより上層配
線材料9及び下地導電膜8を所望の上層配線パターンに
加工する。After the connection holes 7 are filled with the upper wiring material 9 by the high-pressure reflow method as described above, as shown in FIG. 4, the upper wiring material 9 and the underlying conductive film 8 are formed by photolithography and etching. Process into a wiring pattern.
【0064】以上に説明した本発明の第1の実施の形態
では、吸湿性の高いO3 −TEOS膜4と吸湿性の低い
PE−SiO2 膜6との間に窒化シリコン膜5からなる
水分透過阻止膜を設けて、O3 −TEOS膜4から水分
を放出させるための熱処理時に、そのO3 −TEOS膜
4からPE−SiO2 膜6へ水分の一部が拡散するのを
阻止している。これにより、上記熱処理時に実質上全て
の水分がO3 −TEOS膜4から外部へ放出され、PE
−SiO2 膜6中へは水分が拡散しない。従って、後の
高圧リフロー処理時に、PE−SiO2 膜6から水分が
放出されることが無く、この結果、上層配線材料9によ
る接続孔7の埋め込みを良好に行うことができて、配線
の信頼性を向上させることができる。In the first embodiment of the present invention described above, the moisture formed of the silicon nitride film 5 is interposed between the O 3 -TEOS film 4 having high hygroscopicity and the PE-SiO 2 film 6 having low hygroscopicity. the permeation prevention film is provided, O 3 from -TEOS film 4 during the heat treatment for the release of water, some of the water from the O 3 -TEOS film 4 to PE-SiO 2 film 6 is prevented from diffusing I have. Thereby, substantially all of the moisture is released from the O 3 -TEOS film 4 to the outside during the heat treatment,
-Water does not diffuse into the SiO 2 film 6. Therefore, no moisture is released from the PE-SiO 2 film 6 during the subsequent high-pressure reflow treatment. As a result, the connection holes 7 can be satisfactorily filled with the upper-layer wiring material 9 and the reliability of the wiring can be improved. Performance can be improved.
【0065】また、O3 −TEOS膜4の上にPE−S
iO2 膜6を形成しているので、接続孔7内を上層配線
材料9で埋め込んだ後は、基板を大気に接触させても、
O3−TEOS膜4の吸湿は実質的に殆ど起こらず、従
って、その下の下層配線3や素子部が水分により悪影響
を受けることが無い。Further, PE-S is formed on the O 3 -TEOS film 4.
Since the iO 2 film 6 is formed, after the connection holes 7 are filled with the upper layer wiring material 9, even if the substrate is brought into contact with the atmosphere,
Substantially no moisture absorption of the O 3 -TEOS film 4 occurs, so that the lower wiring 3 and the element portion thereunder are not adversely affected by moisture.
【0066】これらの効果は、O3 −TEOS膜4の代
わりに、やはり平坦性及び段差被覆性は優れているが吸
湿性の高い膜として知られているSOG膜を用いた場合
でも、殆ど同様にして得られる。These effects are almost the same even when an SOG film, which is also known as a film having excellent flatness and step coverage but high hygroscopicity, is used instead of the O 3 -TEOS film 4. Is obtained.
【0067】なお、この第1の実施の形態では、高圧リ
フロー法により接続孔7を埋め込む場合を説明したが、
通常のリフロー法や高温スパッタ法のような他のリフロ
ー系技術を用いる場合でも、上述と殆ど同様の効果が得
られる。In the first embodiment, the case where the connection hole 7 is buried by the high-pressure reflow method has been described.
Even when another reflow technique such as a normal reflow method or a high-temperature sputtering method is used, almost the same effects as described above can be obtained.
【0068】また、水分透過阻止膜としては、上述した
窒化シリコン膜以外に、例えば、Si−H結合数が1×
1021/cm3 以上の酸化シリコン(SiO2 )膜を用
いることもできる。As the moisture permeation preventing film, in addition to the silicon nitride film described above, for example, the number of Si—H bonds is 1 ×.
A silicon oxide (SiO 2 ) film of 10 21 / cm 3 or more can also be used.
【0069】このSi−H結合数が非常に多いSiO2
膜が水分の透過を阻止する機構は、以下のようにして説
明することができる。SiO 2 having a very large number of Si—H bonds
The mechanism by which the membrane blocks the permeation of moisture can be explained as follows.
【0070】まず最初に、次の反応が生じる。 Si−H + H2 O → Si−OH + H2 ↑ …(1) ここで、Si−H結合数が比較的少ない場合には、次の
反応が生じて水分が放出される。 Si−OH + Si−OH → Si−O−Si + H2 O …(2) しかし、Si−H結合数が非常に多い場合には、(1)
式の後、 Si−H + Si−OH → Si−O−Si + H2 ↑ …(3) の反応が生じ、水分は放出されない。First, the following reaction occurs. Si—H + H 2 O → Si—OH + H 2 … (1) Here, when the number of Si—H bonds is relatively small, the following reaction occurs and water is released. Si—OH + Si—OH → Si—O—Si + H 2 O (2) However, when the number of Si—H bonds is very large, (1)
After expression, Si-H + Si-OH → Si-O-Si + H 2 ↑ ... responds in a (3), the water will not be released.
【0071】即ち、(1)、(3)式をまとめると、 2Si−H + H2 O → Si−O−Si + H2 ↑ …(4) となり、水が分解して水素が放出されることにより、水
分の放出、即ち、透過が阻止される。That is, the expressions (1) and (3) can be summarized as follows: 2Si—H + H 2 O → Si—O—Si + H 2 … (4), and water is decomposed to release hydrogen. As a result, the release of water, that is, the permeation is prevented.
【0072】従って、このSiO2 膜を水分透過阻止膜
として用いるためには、水分に対してSi−H結合数が
非常に多いことが必要であり、例えば、Si−H結合数
が1×1021/cm3 以上であることが必要である。Therefore, in order to use this SiO 2 film as a moisture permeation preventing film, it is necessary that the number of Si—H bonds is very large with respect to moisture. For example, the number of Si—H bonds is 1 × 10 It is necessary to be 21 / cm 3 or more.
【0073】また、この目的に用いるSiO2 膜は、プ
ラズマCVD法やECRプラズマCVD法により、構造
の緻密な膜として形成するのが好ましい。The SiO 2 film used for this purpose is preferably formed as a dense film by a plasma CVD method or an ECR plasma CVD method.
【0074】ECRプラズマCVD法により、Si−H
結合数が約2×1021/cm3 のSiO2 膜を形成する
条件の一例を以下に示す。 SiO2 成膜条件 マイクロ波 : 2.45GHz、2.8kW プロセスガス : SiH4 /O2 =40/55〔sc
cm〕 圧力 : 0.4Pa 基板温度 : 200℃ この時、SiH4 /O2 の流量比を増加させることによ
り、得られるSiO2 膜中のSi−H結合数を増加させ
ることができ、水分透過阻止能を高めることができる。The Si—H is formed by ECR plasma CVD.
An example of conditions for forming an SiO 2 film having a number of bonds of about 2 × 10 21 / cm 3 is shown below. SiO 2 deposition conditions Microwave: 2.45 GHz, 2.8 kW Process gas: SiH 4 / O 2 = 40/55 [sc
cm] Pressure: 0.4 Pa Substrate temperature: 200 ° C. At this time, by increasing the flow rate ratio of SiH 4 / O 2 , the number of Si—H bonds in the obtained SiO 2 film can be increased, and moisture permeation can be achieved. Stopping power can be increased.
【0075】〔第2の実施の形態〕次に、図5を参照し
て、本発明の第2の実施の形態を説明する。なお、この
第2の実施の形態において、上述した第1の実施の形態
と対応する部位には、上述した第1の実施の形態と同一
の符号を付す。[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, portions corresponding to those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above-described first embodiment.
【0076】この第2の実施の形態は、層間絶縁膜に設
けた溝内に上層配線材料を埋め込んで溝配線を形成する
場合に本発明を適用した例である。The second embodiment is an example in which the present invention is applied to a case where an upper layer wiring material is buried in a groove provided in an interlayer insulating film to form a groove wiring.
【0077】即ち、O3 −TEOS膜4、窒化シリコン
膜5及びPE−SiO2 膜6からなる第2層間絶縁膜
に、フォトリソグラフィー及びエッチングにより、所望
の上層配線パターンの溝10を形成する。なお、この溝
10の形成に先立ち、第2層間絶縁膜の所定位置に下層
配線3に達する接続孔7を開孔しておく。また、溝10
は、図示の如く、窒化シリコン膜5を貫通するように形
成し、これにより、溝10の内面にO3 −TEOS膜4
が露出するようにする。That is, a groove 10 having a desired upper wiring pattern is formed in the second interlayer insulating film composed of the O 3 -TEOS film 4, the silicon nitride film 5, and the PE-SiO 2 film 6 by photolithography and etching. Prior to the formation of the groove 10, a connection hole 7 reaching the lower wiring 3 is formed at a predetermined position in the second interlayer insulating film. Also, the groove 10
Is formed so as to penetrate the silicon nitride film 5 as shown in the figure, so that the O 3 -TEOS film 4
Is exposed.
【0078】次に、この状態で熱処理を行い、O3 −T
EOS膜4から水分を除去する。Next, a heat treatment is performed in this state, and O 3 -T
The moisture is removed from the EOS film 4.
【0079】次に、溝10の内面(及び接続孔7の内
面)を含む全面に、例えば、TiN/Tiからなる下地
導電膜8を形成し、更に、その上に、上層配線材料9を
形成する。Next, a base conductive film 8 made of, for example, TiN / Ti is formed on the entire surface including the inner surface of the groove 10 (and the inner surface of the connection hole 7), and an upper wiring material 9 is further formed thereon. I do.
【0080】次に、例えば、リフロー法や高圧リフロー
法により、上層配線材料9を溝10の内部(及び接続孔
7の内部)に押し込む。なお、上層配線材料9を高温ス
パッタ法により形成した場合には、上層配線材料9の成
膜時に、上層配線材料9が溝10の内部(及び接続孔7
の内部)に流れ込む。Next, the upper wiring material 9 is pushed into the groove 10 (and the connection hole 7) by, for example, a reflow method or a high-pressure reflow method. When the upper wiring material 9 is formed by the high-temperature sputtering method, the upper wiring material 9 is formed inside the groove 10 (and in the connection hole 7) when the upper wiring material 9 is formed.
To the inside).
【0081】しかる後、例えば、CMP法により、PE
−SiO2 膜6上の上層配線材料9及び下地導電膜8を
研磨して除去する。Thereafter, for example, the PE
-The upper wiring material 9 and the underlying conductive film 8 on the SiO 2 film 6 are removed by polishing.
【0082】以上の工程により、第2層間絶縁膜の溝1
0内に埋め込まれた溝配線が形成される。Through the above steps, the groove 1 of the second interlayer insulating film is formed.
Groove wiring embedded in the groove 0 is formed.
【0083】この第2の実施の形態においても、吸湿性
の高いO3 −TEOS膜4と吸湿性の低いPE−SiO
2 膜6との間に設けた窒化シリコン膜5が、O3 −TE
OS膜4から水分を放出させるための熱処理時に、その
O3 −TEOS膜4からPE−SiO2 膜6へ水分の一
部が拡散するのを阻止する。従って、上記熱処理時に実
質上全ての水分がO3 −TEOS膜4から外部へ放出さ
れ、PE−SiO2 膜6中へは水分が拡散しない。この
結果、後の高温スパッタ、リフロー又は高圧リフロー時
に、PE−SiO2 膜6から水分が放出されることが無
く、上層配線材料9による溝10(及び接続孔7)の埋
め込みを良好に行うことができて、配線の信頼性を向上
させることができる。Also in the second embodiment, the O 3 -TEOS film 4 having high hygroscopicity and the PE-SiO
Silicon nitride film 5 which is provided between the two films 6, O 3 -TE
At the time of heat treatment for releasing moisture from the OS film 4, the diffusion of a part of moisture from the O 3 -TEOS film 4 to the PE-SiO 2 film 6 is prevented. Therefore, at the time of the heat treatment, substantially all of the water is released from the O 3 -TEOS film 4 to the outside, and the water does not diffuse into the PE-SiO 2 film 6. As a result, during the subsequent high-temperature sputtering, reflow or high-pressure reflow, moisture is not released from the PE-SiO 2 film 6, and the trench 10 (and the connection hole 7) is satisfactorily filled with the upper layer wiring material 9. Thus, the reliability of the wiring can be improved.
【0084】また、O3 −TEOS膜4の上にPE−S
iO2 膜6を形成しているので、溝10内を上層配線材
料9で埋め込んだ後は、基板を大気に接触させても、O
3 −TEOS膜4の吸湿は実質的に殆ど起こらず、従っ
て、その下の下層配線3や素子部が水分により悪影響を
受けることが無い。Further, PE-S is formed on the O 3 -TEOS film 4.
Since the iO 2 film 6 is formed, after the inside of the trench 10 is filled with the upper layer wiring material 9, even if the substrate is brought into contact with the atmosphere, the O
Substantially no moisture absorption of the 3- TEOS film 4 occurs, so that the lower wiring 3 and the element portion thereunder are not adversely affected by moisture.
【0085】なお、O3 −TEOS膜4の代わりにSO
G膜を用い得ること、窒化シリコン膜5の代わりに、例
えば、Si−H結合数が1×1021/cm3 以上のSi
O2膜を用い得ること等は、上述した第1の実施の形態
と同様である。Note that instead of the O 3 -TEOS film 4, SO
A G film can be used. Instead of the silicon nitride film 5, for example, a Si film having a Si—H bond number of 1 × 10 21 / cm 3 or more can be used.
The fact that an O 2 film can be used is the same as in the above-described first embodiment.
【0086】〔第3の実施の形態〕次に、図6を参照し
て、本発明の第3の実施の形態を説明する。この第3の
実施の形態において、上述した第1の実施の形態と対応
する部位には、上述した第1の実施の形態と同一の符号
を付す。[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, portions corresponding to those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above-described first embodiment.
【0087】図6に示すように、この第3の実施の形態
では、O3 −TEOS膜4の下に窒化シリコン膜5を介
してPE−SiO2 膜11が設けられている。As shown in FIG. 6, in the third embodiment, a PE-SiO 2 film 11 is provided under an O 3 -TEOS film 4 with a silicon nitride film 5 interposed therebetween.
【0088】即ち、既述した第1の実施の形態と同様に
して下層配線3までを形成した後、その上の全面にプラ
ズマCVD法によりPE−SiO2 膜11を形成する。
このPE−SiO2 膜11は比較的平坦性が良くないた
め、図示の如く、その表面に、下層配線3による段差を
反映した凹凸が形成される。That is, after forming up to the lower wiring 3 in the same manner as in the first embodiment described above, the PE-SiO 2 film 11 is formed on the entire surface by plasma CVD.
Since the PE-SiO 2 film 11 has relatively poor flatness, irregularities are formed on the surface of the PE-SiO 2 film 11 as shown in FIG.
【0089】そこで、このPE−SiO2 膜11の上に
窒化シリコン膜5を形成した後、更に、その上に、平坦
性に優れたO3 −TEOS膜4を形成して、層間絶縁膜
の表面を平坦化する。Therefore, after the silicon nitride film 5 is formed on the PE-SiO 2 film 11, the O 3 -TEOS film 4 having excellent flatness is further formed thereon to form an interlayer insulating film. Flatten the surface.
【0090】しかる後、このO3 −TEOS膜4、窒化
シリコン膜5及びPE−SiO2 膜11からなる第2層
間絶縁膜の所定位置に接続孔7を開孔し、既述した第1
の実施の形態と同様、高圧リフロー法等により、その接
続孔7を上層配線材料(不図示)で埋め込む。Thereafter, a connection hole 7 is formed at a predetermined position in the second interlayer insulating film composed of the O 3 -TEOS film 4, the silicon nitride film 5, and the PE-SiO 2 film 11, and the first hole described above is formed.
As in the first embodiment, the connection hole 7 is filled with an upper wiring material (not shown) by a high-pressure reflow method or the like.
【0091】この第3の実施の形態においても、吸湿性
の高いO3 −TEOS膜4と吸湿性の低いPE−SiO
2 膜11との間に設けた窒化シリコン膜5が、O3 −T
EOS膜4から水分を放出させるための熱処理時に、そ
のO3 −TEOS膜4からPE−SiO2 膜11へ水分
の一部が拡散することを阻止する。従って、上記熱処理
時に、O3 −TEOS膜4からPE−SiO2 膜11中
へ水分が拡散して、PE−SiO2 膜11中に比較的結
合力の強い水分が保持されることが防止され、後の高圧
リフロー、リフロー又は高温スパッタ時に、それらの水
分がPE−SiO2 膜11から放出されることが防止さ
れる。この結果、上層配線材料による接続孔7の埋め込
みを良好に行うことができ、配線の信頼性を向上させる
ことができる。Also in the third embodiment, the O 3 -TEOS film 4 having high hygroscopicity and the PE-SiO
Silicon nitride film 5 which is provided between the two membranes 11, O 3 -T
At the time of heat treatment for releasing moisture from the EOS film 4, diffusion of a part of moisture from the O 3 -TEOS film 4 to the PE-SiO 2 film 11 is prevented. Therefore, at the time of the heat treatment, the diffusion of moisture from the O 3 -TEOS film 4 into the PE-SiO 2 film 11 and the retention of relatively strong moisture in the PE-SiO 2 film 11 are prevented. During the subsequent high-pressure reflow, reflow, or high-temperature sputtering, the water is prevented from being released from the PE-SiO 2 film 11. As a result, the connection hole 7 can be satisfactorily filled with the upper layer wiring material, and the reliability of the wiring can be improved.
【0092】また、この第3の実施の形態では、O3 −
TEOS膜4の下にPE−SiO2膜11を設けている
ので、上層配線材料による接続孔7の埋め込み後にO3
−TEOS膜4が多少吸湿するようなことが有っても、
それにより下層配線3や素子部に悪影響の及ぶことが防
止される。In the third embodiment, O 3 −
Since the PE-SiO 2 film 11 is provided under the TEOS film 4, O 3 is filled after the connection holes 7 are filled with the upper wiring material.
-Even if the TEOS film 4 absorbs a little moisture,
This prevents the lower wiring 3 and the element portion from being adversely affected.
【0093】なお、この第3の実施の形態でも、O3 −
TEOS膜4の代わりにSOG膜を用い得ること、窒化
シリコン膜5の代わりに、例えば、Si−H結合数が1
×1021/cm3 以上のSiO2 膜を用い得ること等
は、上述した第1の実施の形態と同様である。Note that also in the third embodiment, O 3 −
The SOG film can be used instead of the TEOS film 4, and the number of Si—H bonds is 1 instead of the silicon nitride film 5.
The fact that an SiO 2 film of × 10 21 / cm 3 or more can be used is the same as in the first embodiment described above.
【0094】〔第4の実施の形態〕次に、図7を参照し
て、本発明の第4の実施の形態を説明する。この第4の
実施の形態において、上述した第1及び第3の実施の形
態と対応する部位には、上述した第1及び第3の実施の
形態と同一の符号を付す。[Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, parts corresponding to those in the first and third embodiments are denoted by the same reference numerals as those in the first and third embodiments.
【0095】図7に示すように、この第4の実施の形態
では、上述した第3の実施の形態のO3 −TEOS膜4
の上に窒化シリコン膜12を介してPE−SiO2 膜1
3が設けられている。As shown in FIG. 7, in the fourth embodiment, the O 3 -TEOS film 4 of the third embodiment described above is used.
PE-SiO 2 film 1 on the silicon nitride film 12
3 are provided.
【0096】即ち、上述した第3の実施の形態のO3 −
TEOS膜4を形成した後、その上に窒化シリコン膜1
2を形成し、更に、その上に、プラズマCVD法により
PE−SiO2 膜13を形成する。That is, the O 3 − of the third embodiment described above.
After the TEOS film 4 is formed, the silicon nitride film 1 is formed thereon.
2 and a PE-SiO 2 film 13 is further formed thereon by a plasma CVD method.
【0097】しかる後、このPE−SiO2 膜13、窒
化シリコン膜12、O3 −TEOS膜4、窒化シリコン
膜5及びPE−SiO2 膜11からなる第2層間絶縁膜
の所定位置に接続孔7を開孔し、既述した第1の実施の
形態と同様、高圧リフロー法等により、その接続孔7を
上層配線材料(不図示)で埋め込む。Thereafter, a connection hole is formed at a predetermined position in the second interlayer insulating film composed of the PE-SiO 2 film 13, the silicon nitride film 12, the O 3 -TEOS film 4, the silicon nitride film 5, and the PE-SiO 2 film 11. 7, and the connection holes 7 are filled with an upper layer wiring material (not shown) by a high-pressure reflow method or the like, as in the first embodiment described above.
【0098】この第4の実施の形態においては、図示の
如く、吸湿性の高いO3 −TEOS膜4を、吸湿性の低
いPE−SiO2 膜13及び11により上下からサンド
イッチしている。従って、接続孔7内を上層配線材料で
埋め込んだ後に、基板を大気に接触させても、上層のP
E−SiO2 膜13によりO3 −TEOS膜4の吸湿が
防止されるとともに、下層のPE−SiO2 膜11によ
りその下の下層配線3や素子部が保護されているので、
仮にO3 −TEOS膜4が多少吸湿したとしても、それ
による下層配線3や素子部への悪影響がより確実に防止
される。In the fourth embodiment, as shown, the highly hygroscopic O 3 -TEOS film 4 is sandwiched from above and below by the lowly hygroscopic PE-SiO 2 films 13 and 11. Therefore, even if the substrate is brought into contact with the atmosphere after the connection hole 7 is filled with the upper layer wiring material, the upper layer P
Since the E-SiO 2 film 13 prevents the O 3 -TEOS film 4 from absorbing moisture, and the lower PE-SiO 2 film 11 protects the lower wiring 3 and the element portion thereunder.
Even if the O 3 -TEOS film 4 absorbs some moisture, adverse effects on the lower wiring 3 and the element portion due to the moisture absorption can be more reliably prevented.
【0099】また、O3 −TEOS膜4と上下のPE−
SiO2 膜13及び11との間に、夫々、窒化シリコン
膜12及び5からなる水分透過阻止膜を設けているの
で、O3 −TEOS膜4から水分を放出させるための熱
処理時に、そのO3 −TEOS膜4から、いずれのPE
−SiO2 膜11、13への水分の拡散も阻止され、後
の高圧リフロー、リフロー又は高温スパッタ時に、いず
れのPE−SiO2 膜11、13からの水分の放出も防
止される。この結果、上層配線材料による接続孔7の埋
め込みを良好に行うことができ、配線の信頼性を向上さ
せることができる。The O 3 -TEOS film 4 and the upper and lower PE-
Between the SiO 2 film 13 and 11, respectively, since there is provided a moisture permeation preventing film made of a silicon nitride film 12 and 5, during the heat treatment for releasing water from the O 3 -TEOS film 4, the O 3 -From the TEOS film 4, any PE
The diffusion of moisture into -SiO 2 films 11 and 13 is prevented, the high pressure reflow after, during reflow or high temperature sputtering, the release of moisture from either PE-SiO 2 films 11 and 13 is also prevented. As a result, the connection hole 7 can be satisfactorily filled with the upper layer wiring material, and the reliability of the wiring can be improved.
【0100】なお、この第4の実施の形態でも、O3 −
TEOS膜4の代わりにSOG膜を用い得ること、窒化
シリコン膜5の代わりに、例えば、Si−H結合数が1
×1021/cm3 以上のSiO2 膜を用い得ること等
は、上述した第1及び第3の実施の形態と同様である。Note that also in the fourth embodiment, O 3 −
The SOG film can be used instead of the TEOS film 4, and the number of Si—H bonds is 1 instead of the silicon nitride film 5.
The fact that an SiO 2 film of × 10 21 / cm 3 or more can be used is the same as in the above-described first and third embodiments.
【0101】以上、本発明を好ましい実施の形態に従い
説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定される
ものではない。例えば、上述の実施の形態では、上下配
線層間の層間絶縁膜に設けた接続孔(いわゆるビアホー
ル)又は溝に上層配線材料を埋め込む場合を説明した
が、本発明は、拡散層と配線層との間の層間絶縁膜に設
けた接続孔(いわゆるコンタクトホール)又は溝を配線
層で埋め込む場合にも適用が可能である。Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the above-described embodiment, the case where the upper layer wiring material is buried in the connection hole (so-called via hole) or groove provided in the interlayer insulating film between the upper and lower wiring layers has been described. The present invention is also applicable to a case where a connection hole (so-called contact hole) or a groove provided in an interlayer insulating film between them is filled with a wiring layer.
【0102】[0102]
【発明の効果】本発明においては、層間絶縁膜に設けた
接続孔又は溝に配線材料の少なくとも一部を埋め込み形
成する際、その層間絶縁膜を構成する吸湿性の比較的高
い第1の絶縁膜とこの第1の絶縁膜よりも吸湿性の低い
第2の絶縁膜との間に水分透過阻止膜を設け、且つ、層
間絶縁膜に設けた接続孔又は溝の内面に第1の絶縁膜を
露出させた状態で熱処理を行って、少なくとも第1の絶
縁膜から水分を放出させ、しかる後、接続孔又は溝を配
線材料で埋め込む。According to the present invention, when at least a part of a wiring material is buried in a connection hole or a groove provided in an interlayer insulating film, the first insulating film having a relatively high hygroscopic property constituting the interlayer insulating film is formed. A moisture permeation preventing film is provided between the film and the second insulating film having a lower hygroscopicity than the first insulating film, and the first insulating film is provided on the inner surface of the connection hole or groove provided in the interlayer insulating film. Is heat-treated in a state in which is exposed to release moisture from at least the first insulating film, and thereafter, the connection holes or the grooves are filled with a wiring material.
【0103】従って、熱処理時に第1の絶縁膜から効果
的に水分を除去できるとともに、水分透過阻止膜により
第1の絶縁膜から第2の絶縁膜に水分の拡散することが
阻止されるので、その第1の絶縁膜から第2の絶縁膜に
拡散して第2の絶縁膜に保持された比較的放出され難い
水分が、例えば、接続孔又は溝を配線材料で埋め込む際
の比較的高温処理時に、第2の絶縁膜から放出されるこ
とが防止される。この結果、接続孔又は溝をより確実に
配線材料で埋め込むことができるようになって、配線の
信頼性が向上し、ひいては製造歩留りが向上するので、
製造コストを下げることができる。Therefore, moisture can be effectively removed from the first insulating film during the heat treatment, and the diffusion of moisture from the first insulating film to the second insulating film is prevented by the moisture permeation preventing film. Relatively high-temperature treatment for filling the connection holes or grooves with a wiring material, for example, in which the moisture which is diffused from the first insulating film to the second insulating film and held by the second insulating film and which is relatively hard to release is filled with the wiring material. Sometimes, emission from the second insulating film is prevented. As a result, the connection hole or the groove can be more reliably filled with the wiring material, the reliability of the wiring is improved, and the production yield is improved.
Manufacturing costs can be reduced.
【0104】また、アスペクト比が比較的高い接続孔又
は溝でも確実に配線材料で埋め込むことができるように
なるので、半導体装置の微細化及び高集積化に大きく寄
与する。Further, even a connection hole or a trench having a relatively high aspect ratio can be reliably filled with a wiring material, which greatly contributes to miniaturization and high integration of a semiconductor device.
【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.
【図2】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view illustrating a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
【図3】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps.
【図4】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
【図5】本発明の第2の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第4の実施の形態による半導体装置の
製造方法を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention;
【図8】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device in the order of steps.
【図9】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す断
面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device in the order of steps.
【図10】従来の半導体装置の製造方法を工程順に示す
断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device in the order of steps.
【図11】従来の半導体装置の製造方法の問題点を示す
概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram showing a problem of a conventional semiconductor device manufacturing method.
【図12】従来の半導体装置の製造方法を改良した製造
方法を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method obtained by improving a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
【図13】従来の半導体装置の製造方法を改良した製造
方法の問題点を示す概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram showing a problem of a manufacturing method obtained by improving a conventional semiconductor device manufacturing method.
【図14】従来の半導体装置の製造方法の問題点を示す
グラフである。FIG. 14 is a graph showing a problem of a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
1…シリコン基板、2…第1層間絶縁膜、3…下層配
線、4…O3 −TEOS膜、5、12…窒化シリコン
膜、6、11、13…PE−SiO2 膜、7…接続孔、
8…下地導電膜、9…上層配線材料、10…溝1 ... silicon substrate, 2 ... first interlayer insulating film, 3 ... lower wiring, 4 ... O 3 -TEOS film, 5,12 ... silicon nitride film, 6,11,13 ... PE-SiO 2 film, 7 ... connection hole ,
8 ... underlying conductive film, 9 ... upper wiring material, 10 ... groove
Claims (14)
材料の少なくとも一部を埋め込み形成する半導体装置の
製造方法において、 前記層間絶縁膜として、吸湿性の比較的高い第1の絶縁
膜とこの第1の絶縁膜よりも吸湿性の低い第2の絶縁膜
とを水分透過阻止膜を介して互いに積層して形成する工
程と、 前記層間絶縁膜に前記接続孔又は溝を、その内面の少な
くとも一部に前記第1の絶縁膜が露出するように形成す
る工程と、 前記接続孔又は溝の内面に前記第1の絶縁膜が露出して
いる状態で熱処理を行い、少なくとも前記第1の絶縁膜
から水分を放出させる工程と、 前記熱処理後、前記接続孔又は溝に前記配線材料を埋め
込む工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製
造方法。1. A method of manufacturing a semiconductor device in which at least a part of a wiring material is buried in a connection hole or a groove provided in an interlayer insulating film, wherein the first insulating film having relatively high hygroscopicity is used as the interlayer insulating film. And a second insulating film having a lower hygroscopicity than the first insulating film are laminated on each other via a moisture permeation preventing film, and the connection hole or the groove is formed in the interlayer insulating film. Forming the first insulating film so as to expose at least a part of the first insulating film; and performing heat treatment in a state where the first insulating film is exposed on the inner surface of the connection hole or the groove, and performing at least the first A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: releasing moisture from an insulating film of the above;
及びテトラエトキシシランを用いた常圧化学気相成長法
により形成することを特徴とする、請求項1に記載の半
導体装置の製造方法。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is formed by a normal pressure chemical vapor deposition method using ozone and tetraethoxysilane as a reaction gas. Method.
膜により形成することを特徴とする、請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the first insulating film is formed of a spin-on-glass film.
気相成長法により酸化シリコン膜を形成することを特徴
とする、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a silicon oxide film is formed as said second insulating film by a plasma enhanced chemical vapor deposition method.
ン膜を用いることを特徴とする、請求項1に記載の半導
体装置の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein a silicon nitride film is used as the moisture permeation preventing film.
2の絶縁膜表面を窒化することにより形成することを特
徴とする、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。6. The method according to claim 5, wherein the silicon nitride film is formed by nitriding a surface of the first or second insulating film.
により形成することを特徴とする、請求項5に記載の半
導体装置の製造方法。7. The method according to claim 5, wherein the silicon nitride film is formed by a chemical vapor deposition method.
合数が1×1021/cm3 以上の酸化シリコン膜を用い
ることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の製
造方法。8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a silicon oxide film having a Si—H bond number of 1 × 10 21 / cm 3 or more is used as the moisture permeation preventing film.
相成長法により形成することを特徴とする、請求項8に
記載の半導体装置の製造方法。9. The method according to claim 8, wherein the silicon oxide film is formed by a plasma enhanced chemical vapor deposition method.
リフロー法により、前記接続孔又は溝に前記配線材料を
埋め込むことを特徴とする、請求項1に記載の半導体装
置の製造方法。10. The method according to claim 1, wherein the wiring material is embedded in the connection hole or the groove by a reflow method, a high-temperature sputtering method, or a high-pressure reflow method.
銅、銀及び金からなる群より選ばれた少なくとも1種を
含む材料を用いることを特徴とする、請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。11. The wiring material includes aluminum,
The method according to claim 1, wherein a material containing at least one selected from the group consisting of copper, silver, and gold is used.
も前記接続孔又は溝の内面に、前記配線材料の濡れ性の
良い下地膜を形成しておくことを特徴とする、請求項1
に記載の半導体装置の製造方法。12. The method according to claim 1, wherein when burying the wiring material, a base film having good wettability of the wiring material is formed at least on an inner surface of the connection hole or the groove.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
タン膜、チタン−タングステン膜及びタングステン膜か
らなる群より選ばれた少なくとも1種を用いることを特
徴とする、請求項12に記載の半導体装置の製造方法。13. The semiconductor device according to claim 12, wherein at least one selected from the group consisting of a titanium film, a titanium nitride film, a titanium-tungsten film, and a tungsten film is used as the underlayer. Manufacturing method.
又は溝に前記配線材料を埋め込むまでの間、前記層間絶
縁膜を大気に接触させないことを特徴とする、請求項1
に記載の半導体装置の製造方法。14. The method according to claim 1, wherein, after the heat treatment, at least until the wiring material is buried in the connection hole or the groove, the interlayer insulating film is not brought into contact with the atmosphere.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
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