JP2006203019A - Semiconductor device and method for forming the same - Google Patents
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Abstract
【課題】Cuの拡散から生じるリーク電流の発生を低減し、オーバーハングを抑制することを目的とする。
【解決手段】半導体基板(図示せず)上に形成された下層配線101に絶縁性バリア膜102及び層間絶縁膜103を順次形成する。次に、層間絶縁膜103を除去して絶縁性バリア膜102に到達するビア104及びビア104に到達するトレンチ105を形成する。次に、層間絶縁膜103の露出している部分に改質層200を形成した後、改質層200を除去し、丸み105b、丸み105a及び丸み104aを形成する。次に、ビア104の底面の絶縁性バリア膜102を除去する。次に、ビア104及びトレンチ105にバリアメタル膜106を堆積し、リスパッタを行う。次に、バリアメタル膜106上にCu膜107を堆積し、Cu膜107及びバリアメタル膜106を研磨してビアプラグ108及び上層配線109を形成する。
【選択図】図2An object of the present invention is to reduce the occurrence of leakage current resulting from Cu diffusion and suppress overhang.
An insulating barrier film and an interlayer insulating film are sequentially formed on a lower layer wiring formed on a semiconductor substrate (not shown). Next, the interlayer insulating film 103 is removed, and a via 104 reaching the insulating barrier film 102 and a trench 105 reaching the via 104 are formed. Next, after the modified layer 200 is formed on the exposed portion of the interlayer insulating film 103, the modified layer 200 is removed to form rounds 105b, rounds 105a, and rounds 104a. Next, the insulating barrier film 102 on the bottom surface of the via 104 is removed. Next, a barrier metal film 106 is deposited on the via 104 and the trench 105, and resputtering is performed. Next, a Cu film 107 is deposited on the barrier metal film 106, and the Cu film 107 and the barrier metal film 106 are polished to form a via plug 108 and an upper wiring 109.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、ダマシン法により形成された配線を有する半導体装置及びその形成方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having a wiring formed by a damascene method and a method for forming the same.
近年、半導体集積回路の高集積化とチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層化が進められている。配線ピッチが狭小化することにより、配線の抵抗及び配線間容量の増加によるRC遅延が無視できない状況になってきている。このため、半導体集積回路の微細化を進める上で、配線に生じる電気寄生抵抗を低減することが必要とされている。配線の電気寄生抵抗を低減するためには、配線材料の比抵抗又は層間絶縁膜の比誘電率を低減させることが必要である。 In recent years, along with the high integration of semiconductor integrated circuits and the reduction in chip size, miniaturization and multilayering of wiring have been promoted. As the wiring pitch is narrowed, the RC delay due to the increase in the wiring resistance and inter-wiring capacitance has become impossible to ignore. For this reason, it is necessary to reduce the electric parasitic resistance generated in the wiring when the miniaturization of the semiconductor integrated circuit is advanced. In order to reduce the electrical parasitic resistance of the wiring, it is necessary to reduce the specific resistance of the wiring material or the relative dielectric constant of the interlayer insulating film.
ゲート長0.13μmデバイスの配線については、配線材の比抵抗を低減させるために、アルミニウム(Al)配線から銅(Cu)配線へ変更されてきた。Cu配線を採用することによって、配線の比抵抗は従来の2/3程度まで低減された。 The wiring of devices with a gate length of 0.13 μm has been changed from aluminum (Al) wiring to copper (Cu) wiring in order to reduce the specific resistance of the wiring material. By adopting Cu wiring, the specific resistance of the wiring was reduced to about 2/3 of the conventional one.
しかしながら、Cu配線においては、シリコン酸化膜(SiO2膜)をはじめとする絶縁膜中へのCu原子の拡散が速いため、Cu原子がトランジスタ中へ侵入してトランジスタの破壊を引き起こしていた。Cu原子が配線間へ拡散して配線間に予期せぬ架橋構造が形成された場合には、配線間における絶縁耐圧が劣化する等の現象が発生するため、配線用のCu膜の周囲にCu原子の拡散を防止するバリア膜を設ける必要があった。現在、配線用Cu膜の周辺を覆うために、Cu配線の底面及び側面には、一般に、窒化タングステン(WN)、窒化タンタル(TaN)又は窒化チタン(TiN)等からなる導電性バリア膜(以下、バリアメタル膜とする)が用いられている。 However, in Cu wiring, since Cu atoms diffuse quickly into an insulating film such as a silicon oxide film (SiO 2 film), Cu atoms enter the transistor and cause breakdown of the transistor. When Cu atoms diffuse between the wirings and an unexpected bridge structure is formed between the wirings, a phenomenon such as deterioration of the dielectric strength between the wirings occurs. It was necessary to provide a barrier film for preventing atomic diffusion. Currently, a conductive barrier film (hereinafter referred to as tungsten nitride (WN), tantalum nitride (TaN), titanium nitride (TiN) or the like is generally formed on the bottom and side surfaces of the Cu wiring to cover the periphery of the wiring Cu film. Used as a barrier metal film).
なお、Cu配線を採用する場合、Al配線と比べてエッチング加工により形成することは困難であるため、ダマシン法によるCu配線形成が行なわれている。すなわち、堆積した層間絶縁膜に配線パターンを持つ溝を形成した後、その溝の壁面をバリアメタル膜によって覆い、その後、電解メッキ法によって溝にCu膜を埋め込み、その後、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械研磨)法によってバリアメタル膜及びCu膜を研磨して平坦化し、Cu配線を完成する(例えば、特許文献1参照)。 Note that when Cu wiring is employed, it is difficult to form the wiring by etching as compared with the Al wiring, and therefore Cu wiring is formed by the damascene method. That is, after a groove having a wiring pattern is formed in the deposited interlayer insulating film, the wall surface of the groove is covered with a barrier metal film, and then a Cu film is embedded in the groove by electrolytic plating, and then CMP (Chemical Mechanical Polishing: The barrier metal film and the Cu film are polished and planarized by a chemical mechanical polishing method to complete the Cu wiring (see, for example, Patent Document 1).
以下、従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置について説明する。 Hereinafter, a semiconductor device having wiring formed by a conventional damascene method will be described.
図6は、従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置を示す断面図である。従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置は、図6に示すように、半導体基板(図示せず)上に形成された下層配線1と、下層配線1上に形成された絶縁膜2と、絶縁膜2に形成された下層配線1に接続するビア3と、絶縁膜2の上部に形成されたビア3に接続するトレンチ4と、ビア3及びトレンチ4を覆うように形成されたバリアメタル膜5と、バリアメタル膜5の上からビア3及びトレンチ4を埋め込むように形成されたCu膜6とを有している。ここで、ビア3内のバリアメタル膜5及びCu膜6はビアプラグ7を形成し、トレンチ4内のバリアメタル膜5及びCu膜6は上層配線8を形成している。
しかしながら、従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置では以下のような問題が発生する。従来のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置は、配線パターンの微細化に伴い、ビア側面上部及びトレンチ側面上部でバリアメタル膜やCuシード層がオーバーハングする。すなわち、ビア側面上部及びトレンチ側面上部では、バリアメタル膜が厚くなり、ビア側面下部及びトレンチ側面下部では、バリアメタル膜が薄くなる。このため、図7に示すように、電解めっきによるCu膜6の埋め込みが困難となり、ビア3の内部にボイド等の埋め込み不良が発生する。また、ビア側面下部においてバリアメタル膜のステップカバレッジ(被覆性)が低下する。そのため、バリアメタル膜を堆積した後に、ビアの底面に堆積されたバリアメタル膜表面から原子を叩き出しビアの側面に再蒸着するリスパッタが行われている。しかしながら、図8に示すように、リスパッタの際に、ビア3底面のバリアメタル膜5のみならず、トレンチ4底面のバリアメタル膜5も剥れてしまい、特にトレンチ4底面の角Aにおいては、バリアメタル膜5が完全に除去されてしまう。これにより、Cu膜6のCu原子が角Aから絶縁膜2中に拡散するために、リーク電流等が発生する問題が生じている。
However, the following problems occur in a semiconductor device having wiring formed by a conventional damascene method. In a semiconductor device having a wiring formed by a conventional damascene method, a barrier metal film or a Cu seed layer overhangs at an upper portion of a via side surface and an upper portion of a trench side surface as the wiring pattern is miniaturized. That is, the barrier metal film is thick at the upper part of the via side surface and the upper part of the trench side surface, and the barrier metal film is thin at the lower part of the via side surface and the lower part of the trench side surface. For this reason, as shown in FIG. 7, it becomes difficult to embed the
本発明は、トレンチ底面の特に角Aにおけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させてCuの拡散を抑制し、且つ、オーバーハングを抑えることでボイドの発生を抑制することを可能とする半導体装置及びその形成方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a semiconductor device capable of suppressing the diffusion of Cu by improving the step coverage of the barrier metal film, particularly at the corner A at the bottom of the trench, and suppressing the occurrence of voids by suppressing the overhang. An object is to provide a method for forming the same.
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された絶縁膜と、絶縁膜に形成されたトレンチに埋め込まれた配線とを有する半導体装置において、トレンチの底部の角に丸みを有する。 The semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having an insulating film formed on a semiconductor substrate and wiring embedded in a trench formed in the insulating film, and has a round corner at the bottom of the trench.
これにより、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させることができるので、Cuの拡散を抑制することができる。 Thereby, since the step coverage of the barrier metal film at the corner of the bottom surface of the trench can be improved, Cu diffusion can be suppressed.
また、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成された下層配線と、下層配線上に形成された絶縁膜と、絶縁膜に形成されたビアに埋め込まれたビアプラグと、絶縁膜に形成されたトレンチに埋め込まれた上層配線とを有する半導体装置において、トレンチの底部の角に丸みを有する。 Further, a semiconductor device according to the present invention is formed on a lower layer wiring formed on a semiconductor substrate, an insulating film formed on the lower layer wiring, a via plug embedded in a via formed in the insulating film, and an insulating film. In the semiconductor device having the upper layer wiring buried in the trench, the corner of the bottom of the trench is rounded.
これにより、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させることができるので、Cuの拡散を抑制することができる。 Thereby, since the step coverage of the barrier metal film at the corner of the bottom surface of the trench can be improved, Cu diffusion can be suppressed.
また、本発明に係る半導体装置は、ビアの肩部に丸みを有する。 In addition, the semiconductor device according to the present invention has a rounded shoulder portion of the via.
これにより、ビア側面上部のオーバーハングを抑えることができ、ボイドの発生を抑制することができる。 Thereby, the overhang of the upper part of the via side surface can be suppressed, and the generation of voids can be suppressed.
また、本発明に係る半導体装置は、絶縁膜は、絶縁性バリア膜と、絶縁性バリア膜の上に形成された層間絶縁膜とからなる。 In the semiconductor device according to the present invention, the insulating film includes an insulating barrier film and an interlayer insulating film formed on the insulating barrier film.
また、本発明に係る半導体装置は、層間絶縁膜は、SiOC膜である。 In the semiconductor device according to the present invention, the interlayer insulating film is a SiOC film.
また、トレンチの底部の角の丸みの曲率は、k=7.7×E7[1/m]以下である。 Moreover, the curvature of the roundness at the bottom of the trench is k = 7.7 × E7 [1 / m] or less.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程(a)と、絶縁膜にトレンチを形成する工程(b)と、工程(b)の後に、絶縁膜の表面に改質層を形成する工程(m)と、改質層を除去する工程(n)と、工程(n)の後に、トレンチを覆うようにバリアメタル膜を堆積する工程(c)と、工程(c)の後に、トレンチを埋めるようにCu膜を堆積する工程(d)とを有する。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming an insulating film on a semiconductor substrate, a step (b) of forming a trench in the insulating film, and a surface of the insulating film after the step (b). Forming a modified layer in step (m), removing the modified layer (n), after step (n), depositing a barrier metal film to cover the trench (c), and step (C) is followed by a step (d) of depositing a Cu film so as to fill the trench.
これにより、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させてCuの拡散を抑制することができる。また、トレンチ側面上部のオーバーハングを抑えることでボイドの発生を抑制することができる。 Thereby, the step coverage of the barrier metal film, particularly at the corners of the bottom surface of the trench, can be improved and Cu diffusion can be suppressed. Moreover, generation | occurrence | production of a void can be suppressed by suppressing the overhang of a trench side surface upper part.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に下層配線を形成する工程(a)と、下層配線上に絶縁膜を形成する工程(b)と、絶縁膜にビアを形成する工程(c)と、絶縁膜にビアに接続するトレンチを形成する工程(d)と、工程(d)の後に、絶縁膜の表面に改質層を形成する工程(m)と、改質層を除去する工程(n)と、工程(n)の後に、ビア及びトレンチを覆うようにバリアメタル膜を堆積する工程(e)と、工程(e)の後にビア及びトレンチを埋め込むようにCu膜を堆積する工程(f)とを有する。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming a lower layer wiring on a semiconductor substrate, a step (b) of forming an insulating film on the lower layer wiring, and forming a via in the insulating film. A step (c), a step (d) for forming a trench connected to a via in the insulating film, a step (m) for forming a modified layer on the surface of the insulating film after the step (d), and a modified layer A step (n) of removing the Cu, a step (e) of depositing a barrier metal film so as to cover the via and the trench after the step (n), and a Cu film so as to embed the via and the trench after the step (e) (F).
これにより、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させてCuの拡散を抑制することができる。また、ビア側面上部及びトレンチ側面上部のオーバーハングを抑えることでボイドの発生を抑制することができる。 Thereby, the step coverage of the barrier metal film, particularly at the corners of the bottom surface of the trench, can be improved and Cu diffusion can be suppressed. Moreover, generation | occurrence | production of a void can be suppressed by suppressing the overhang of a via side upper part and a trench side upper part.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程(m)は、イオン照射又はプラズマ照射を用いる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, ion irradiation or plasma irradiation is used in the step (m).
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、イオン照射は、Arガスを用いる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, Ar gas is used for ion irradiation.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、プラズマ照射はO、N又はHのいずれかを含む原子又は分子を発生させるガスを用いる。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the plasma irradiation uses a gas that generates atoms or molecules containing any of O, N, and H.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、O、N又はHのいずれかを含む原子又は分子は、O2又はNH3である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the atom or molecule containing any of O, N, or H is O 2 or NH 3 .
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程(b)は、下層配線上に絶縁性バリア膜を形成する工程(b1)と、絶縁性バリア膜上に層間絶縁膜を形成する工程(b2)を有する。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step (b) includes a step (b1) of forming an insulating barrier film on the lower wiring and a step of forming an interlayer insulating film on the insulating barrier film ( b2).
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜は、SiOC膜である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the interlayer insulating film is a SiOC film.
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、工程(n)は、希弗酸又は緩衝弗酸の薬液を用いたウエットエッチング処理を行う。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step (n) performs a wet etching process using a chemical solution of diluted hydrofluoric acid or buffered hydrofluoric acid.
本発明によれば、トレンチ底面の特に角におけるバリアメタル膜のステップカバレッジを向上させて、Cuの拡散を抑えてリーク電流の発生を低減することができ、また、オーバーハングを抑え、ボイドの発生を抑制することができるため、ダマシン法による埋め込み配線の信頼性を向上することができる。 According to the present invention, the step coverage of the barrier metal film, particularly at the corners of the bottom of the trench, can be improved, the diffusion of Cu can be suppressed and the occurrence of leakage current can be reduced, the overhang can be suppressed and the generation of voids can be suppressed. Therefore, the reliability of the embedded wiring by the damascene method can be improved.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置は、半導体基板(図示せず)上に形成された下層配線101と、下層配線101上に形成された絶縁性バリア膜102と、絶縁性バリア膜102上に形成された層間絶縁膜103と、肩部に丸み104aを有し下層配線101に接続するビア104と、底面の角Aに丸み105bを有しビア104に接続するトレンチ105と、ビア104及びトレンチ105を覆うように形成されたバリアメタル膜106と、ビア104及びトレンチ105を埋め込むように形成されたCu膜107とを有している。ここで、ビア104内のバリアメタル膜106及びCu膜107はビアプラグ108を形成し、トレンチ105内のバリアメタル膜106及びCu膜107は上層配線109を形成している。また、ビア104の肩部の丸み104a及びトレンチ105の底面の角Aの丸み105bの曲率は、k=7.7×E7[1/m]以下である。
(First embodiment)
A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes a
本発明によれば、トレンチ105が底面の角Aに丸み105bを有するため、トレンチ105底面の特に角Aにおけるバリアメタル膜106のステップカバレッジを向上させることができる。これにより、バリアメタル膜106の剥れのない信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、バリアメタル膜106のオーバーハングの抑制された良好な埋め込み配線を有する半導体装置を提供することができる。
According to the present invention, since the
なお、第1の実施形態に係る半導体装置においてはデュアルダマシン構造を示したが、シングルダマシン構造を用いることできる。 In the semiconductor device according to the first embodiment, the dual damascene structure is shown, but a single damascene structure can be used.
(第1の実施形態に係る第1の半導体装置の形成方法)
以下、本発明の第1の実施形態に係る第1の半導体装置の形成方法を説明する。図2(a)〜図3(e)は、本発明の第1の実施形態に係る第1の半導体装置の形成方法の各工程を示す断面図である。
(Method for Forming First Semiconductor Device According to First Embodiment)
A method for forming the first semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 2A to FIG. 3E are cross-sectional views showing respective steps of the first semiconductor device formation method according to the first embodiment of the present invention.
まず、図2(a)に示すように、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板(図示せず)上に下層配線101を形成する。次に、CVD法により、下層配線101の上に絶縁性バリア膜102を形成する。ここで、絶縁性バリア膜102としては、SiCを用いる。その後、CVD法により、絶縁性バリア膜102上に層間絶縁膜103を形成する。ここで、層間絶縁膜103としては、炭素含有シリコン酸化膜(SiOC膜)を用いる。
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜103上にビアパターンを有するフォトマスク(図示せず)を堆積する。続いて、ドライエッチング法により、このフォトマスクを用いてドライエッチングを行い、層間絶縁膜103を除去して、絶縁性バリア膜102に接続するビア104を形成する。その後、アッシングにより、このフォトマスクを除去する。
Next, as shown in FIG. 2B, a photomask (not shown) having a via pattern is deposited on the
次に、図2(c)に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜103上にトレンチパターンを有するフォトマスク(図示せず)を堆積する。続いて、ドライエッチング法により、このフォトマスクを用いてドライエッチングを行い、層間絶縁膜103を除去して、ビア104に接続するトレンチ105を形成する。その後、アッシングにより、このフォトマスクを除去する。
Next, as shown in FIG. 2C, a photomask (not shown) having a trench pattern is deposited on the
次に、図2(d)に示すように、イオン照射により、層間絶縁膜103の露出している部分、すなわち層間絶縁膜103の上面、トレンチ105の側面及び底面、及び、ビア104の側面に改質処理を行う。ここで、イオン照射はRFバイアスや圧力の設定により制御し、深さ5nm程度行う。また、イオン照射は、アルゴン(Ar)ガスを用いる。このとき、SiOC膜中においてSi−Oの結合力よりもSi−Cの結合力の方が弱いため、Arイオン照射により層間絶縁膜103から炭素(C)が脱離し、層間絶縁膜103の表面にSiOXの改質層200が形成される。
Next, as shown in FIG. 2D, the exposed portion of the
次に、図2(e)に示すように、ウエットエッチング法により、層間絶縁膜103の上面、トレンチ105の側面及び底面、及び、ビア104の側面の特に、トレンチ105の底面の角A、トレンチ105の肩部、及びビア104の肩部の部分の改質層200を除去し、トレンチ105の底面の角Aの丸み105b、トレンチ105の肩部の丸み105a及びビア104の肩部の丸み104aを形成する。ここで、丸み105b、丸み105a及び丸み104aの曲率は、k=7.7×E7[1/m]以下である。また、ウエットエッチングは、希弗酸又は緩衝弗酸の薬液を用いる。このとき、一般に、SiOX膜はSiOC膜に比べてエッチング速度が高いため、SiOX膜のみが選択的に除去される。
Next, as shown in FIG. 2E, the upper surface of the
次に、図3(a)に示すように、ドライエッチングにより、ビア104の底面の絶縁性バリア膜102を除去する。
Next, as shown in FIG. 3A, the insulating
次に、図3(b)に示すように、スパッタ法により、ビア104及びトレンチ105を覆うようにバリアメタル膜106を堆積する。ここで、バリアメタル膜106としては、タンタル(Ta)及び窒化タンタル(TaN)を用いる。このとき、バリアメタル膜106はビア104の開口部でオーバーハングしており、バリアメタル膜106の膜厚は、ビア104の側面の上部においては厚くなるが、ビア104の側面の下部においては薄くなっている。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図3(c)に示すように、リスパッタにより、ビア104の底面のバリアメタル膜106表面から原子を叩き出し、ビア104の側面の下部のバリアメタル膜104が薄くなっている部分に再蒸着する。
Next, as shown in FIG. 3C, atoms are knocked out from the surface of the
次に、図3(d)に示すように、金属めっき法により、バリアメタル膜106の上からビア104及びトレンチ105を埋めるようにCu膜107を堆積する。
Next, as shown in FIG. 3D, a
次に、図3(e)に示すように、CMP法により、トレンチ105からはみ出したCu膜107及びバリアメタル膜106を研磨し、トレンチ105以外の部分に層間絶縁膜103を露出させ、トレンチ105及びビア104内にCu膜107及びバリアメタル膜106を残して、ビアプラグ108及び上層配線109を形成する。
Next, as shown in FIG. 3E, the
第1の実施形態に係る第1の半導体装置の形成方法によれば、トレンチ105の底面の角Aに丸み105bを有するため、図3(b)に示すバリアメタル膜106の堆積工程において、トレンチ105底面の特に角Aにおけるバリアメタル膜106のステップカバレッジを向上させることができる。これにより、図3(c)に示すリスパッタ工程において、ビア104の底面のバリアメタル膜106を剥がす一方、トレンチ105の底面のバリアメタル膜106を残すことができる。したがって、Cu拡散を抑制することができ、リーク電流の発生を低減することができる。また、第1の実施形態に係る第1の半導体装置の形成方法によれば、ビア104の肩部に丸み104aを有し、トレンチ105の肩部に丸み105aを有するため、ビア104の肩部及びトレンチ105の肩部において層間絶縁膜103の出っ張りがなくなり、図3(b)に示すバリアメタル膜106の堆積工程において、オーバーハングを抑制することができる。これにより、図3(d)に示すCu膜107の埋め込み工程において、ボイドの発生を低減することができ、電界めっきによるCu膜107の良好な埋め込みを行うことができる。
According to the first method for forming a semiconductor device of the first embodiment, since the
なお、第1の実施形態に係る第1の半導体装置の形成方法においてはデュアルダマシン構造を示したが、シングルダマシン構造を用いることもできる。また、第1の実施形態に係る第1の半導体装置の形成方法では、改質処理としてイオン照射を用いたが、プラズマ照射を用いても良い。この場合、プラズマ照射は例えば酸素(O2)、アンモニア(NH3)のような酸素原子(O)、窒素原子(N)、水素原子(H)のいずれかを含む原子又は分子を発生させるガスを用いる。このプラズマ照射により、SiOC中のCが上記のO、N又はHのいずれかを含む原子又は分子と反応するため、一酸化炭素(CO)や二酸化炭素(CO2)又はシアン化水素(HCN)や窒化炭素(CN)などのガスとしてCを脱離することができる。 Although the dual damascene structure is shown in the first method for forming a semiconductor device according to the first embodiment, a single damascene structure can also be used. In the first method for forming a semiconductor device according to the first embodiment, ion irradiation is used as the modification treatment, but plasma irradiation may be used. In this case, the plasma irradiation is a gas that generates atoms or molecules containing any one of oxygen atoms (O), nitrogen atoms (N), and hydrogen atoms (H) such as oxygen (O 2 ) and ammonia (NH 3 ). Is used. By this plasma irradiation, C in SiOC reacts with the atoms or molecules containing any of the above O, N, or H, so that carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen cyanide (HCN), or nitriding C can be desorbed as a gas such as carbon (CN).
(第1の実施形態に係る第2の半導体装置の形成方法)
次に、本発明の第1の実施形態に係る第2の半導体装置の形成方法を説明する。図4(a)〜図5(e)は、本発明の第1の実施形態に係る第2の半導体装置の形成方法の各工程を示す断面図である。
(Method for Forming Second Semiconductor Device According to First Embodiment)
Next, a method for forming a second semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 4A to FIG. 5E are cross-sectional views showing the respective steps of the method for forming the second semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
まず、図4(a)に示すように、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板(図示せず)上に下層配線101を形成する。次に、CVD法により、下層配線101の上に絶縁性バリア膜102を形成する。ここで、絶縁性バリア膜102としては、SiCを用いる。その後、CVD法により、絶縁性バリア膜102上に層間絶縁膜103を形成する。ここで、層間絶縁膜103としては、SiOC膜を用いる。
First, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜103上にビアパターンを有するフォトマスク(図示せず)を堆積する。続いて、ドライエッチング法により、このフォトマスクを用いてドライエッチングを行い、層間絶縁膜103を除去して、絶縁性バリア膜102に接続するビア104を形成する。その後、アッシングにより、このフォトマスクを除去する。
Next, as shown in FIG. 4B, a photomask (not shown) having a via pattern is deposited on the
次に、図4(c)に示すように、フォトリソグラフィ法により、層間絶縁膜103上にトレンチパターンを有するフォトマスク300を堆積する。続いて、ドライエッチング法により、フォトマスク300を用いてドライエッチングを行い、層間絶縁膜103を除去して、ビア104に接続するトレンチ105を形成する。その後、フォトマスク300は残存させておく。
Next, as shown in FIG. 4C, a
次に、図4(d)に示すように、イオン照射により、フォトマスク300をマスクとして層間絶縁膜103の露出している部分、すなわち、トレンチ105の側面及び底面に改質処理を行う。ここで、イオン照射はRFバイアスや圧力の設定により制御し、深さ5nm程度行う。また、イオン照射は、Arガスを用いる。このとき、SiOC膜中においてSi−Oの結合力よりもSi−Cの結合力の方が弱いため、Arイオン照射により、層間絶縁膜103からCが脱離し、層間絶縁膜103の表面にSiOXの改質層400が形成される。
Next, as shown in FIG. 4D, a modification process is performed on the exposed portions of the
次に、図4(e)に示すように、ウエットエッチング法により、トレンチ105の側面及び底面の特に、トレンチ105の底面の角A、トレンチ105の肩部、及びビア104の肩部の部分の改質層400を除去し、トレンチ105の底面の角Aの丸み105b、トレンチ105の肩部の丸み105a及びビア104の肩部の丸み104aを形成する。ここで、丸み105b、丸み105a及び丸み104aの曲率は、k=7.7×E7[1/m]以下である。また、ウエットエッチングは、希弗酸又は緩衝弗酸の薬液を用いる。このとき、一般に、SiOX膜はSiOC膜に比べてエッチング速度が高いため、SiOX膜のみが選択的に除去される。また、ウエットエッチングによりフォトマスク300も除去される。
Next, as shown in FIG. 4E, by wet etching, the corners A of the bottom surface of the
次に、図5(a)に示すように、ドライエッチングにより、ビア104の底面の絶縁性バリア膜102を除去する。
Next, as shown in FIG. 5A, the insulating
次に、図5(b)に示すように、スパッタ法により、ビア104及びトレンチ105を覆うようにバリアメタル膜106を堆積する。ここで、バリアメタル膜106としてはTa及びTaNを用いる。このとき、バリアメタル膜106はビア104の開口部でオーバーハングしており、バリアメタル膜106の膜厚は、ビア104の側面の上部においては厚くなるが、ビア104の側面の下部においては薄くなっている。
Next, as shown in FIG. 5B, a
次に、図5(c)に示すように、リスパッタにより、ビア104の底面のバリアメタル膜106表面から原子を叩き出し、ビア104の側面の下部のバリアメタル膜104が薄くなっている部分に再蒸着する。次に、図5(d)に示すように、金属めっき法により、バリアメタル膜106の上からビア104及びトレンチ105を埋めるようにCu膜107を堆積する。
Next, as shown in FIG. 5C, atoms are knocked out from the surface of the
次に、図5(e)に示すように、CMP法により、トレンチ105からはみ出したCu膜107及びバリアメタル膜106を研磨し、トレンチ105以外の部分に層間絶縁膜103を露出させ、トレンチ105及びビア104内にCu膜107及びバリアメタル膜106を残して、ビアプラグ108及び上層配線109を形成する。
Next, as shown in FIG. 5E, the
第1の実施形態に係る第2の半導体装置の形成方法によれば、トレンチ105の底面の角Aに丸み105bを有するため、図5(b)に示すバリアメタル膜106の堆積工程において、トレンチ105底面の特に角Aにおけるバリアメタル膜106のステップカバレッジを向上させることができる。これにより、図5(c)に示すリスパッタ工程において、ビア104の底面のバリアメタル膜106を剥がす一方、トレンチ105の底面のバリアメタル膜106を残すことができる。したがって、Cuの拡散を抑制することができ、リーク電流の発生を低減することができる。また、第1の実施形態に係る第2の半導体装置の形成方法によれば、ビア104の肩部に丸み104aを有し、トレンチ105の肩部に丸み105aを有するため、ビア104の肩部及びトレンチ105の肩部において層間絶縁膜2の出っ張りがなくなり、図5(b)に示すバリアメタル膜106の堆積工程において、オーバーハングを抑制することができる。これにより、図5(d)に示すCu膜107の埋め込み工程において、ボイドの発生を低減することができ、電界めっきによるCu膜107の良好な埋め込みを行うことができる。さらに、第1の実施形態に係る第2の半導体装置の形成方法によれば、図4(d)に示す層間絶縁膜103のイオン照射工程において、フォトマスク300を残した状態でイオン照射又はプラズマ照射を行い、トレンチ105の底面及び側面のみに改質層400を形成しているので、図4(e)に示すウエットエッチング工程で層間絶縁膜103の上面が除去されることはなく、層間絶縁膜103の膜厚制御が容易となる。また、第1の実施形態に係る第2の半導体装置の形成方法によれば、図4(e)に示すウエットエッチング工程でフォトマスク300を改質層400と共に除去しているため、図4(c)に示すトレンチ形成工程の後にフォトマスク300をアッシングにより除去する必要がなく、工程数を削減することができる。
According to the second method for forming a semiconductor device of the first embodiment, since the
なお、第1の実施形態に係る第2の半導体装置の形成方法においてはデュアルダマシン構造を示したが、シングルダマシン構造を用いることもできる。また、第1の実施形態に係る第2の半導体装置の形成方法では、改質処理としてイオン照射を用いたが、プラズマ照射を用いても良い。この場合、プラズマ照射は例えばO2、NH3のようなO、N、Hのいずれかを含む原子又は分子を発生させることができるガスを用いる。このプラズマ照射により、SiOC中のCが反応するため、COやCO2などのガスを脱離することができる。 Although the dual damascene structure is shown in the second method for forming a semiconductor device according to the first embodiment, a single damascene structure can also be used. In the second method for forming a semiconductor device according to the first embodiment, ion irradiation is used as the modification treatment, but plasma irradiation may be used. In this case, plasma irradiation uses a gas capable of generating atoms or molecules containing any of O, N, and H, such as O 2 and NH 3 . By this plasma irradiation, C in SiOC reacts, so that gases such as CO and CO 2 can be desorbed.
本発明は、例えば、微細化・集積化したLSI等のダマシン法により形成された配線を有する半導体装置及びその形成方法に利用することができる。 The present invention can be used for, for example, a semiconductor device having a wiring formed by a damascene method such as a miniaturized and integrated LSI and a method for forming the same.
101 下層配線
102 絶縁性バリア膜
103 層間絶縁膜
104 ビア
104a ビアの肩部の丸み
105 トレンチ
105a トレンチの肩部の丸み
105b トレンチの底面の角Aの丸み
106 バリアメタル膜
107 Cu膜
108 ビアプラグ
109 上層配線
200 改質層
300 フォトマスク
400 改質層
A 角
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記トレンチの底部の角に丸みを有することを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having an insulating film formed on a semiconductor substrate and wiring embedded in a trench formed in the insulating film,
A semiconductor device characterized in that the bottom corner of the trench is rounded.
前記トレンチの底部の角に丸みを有することを特徴とする半導体装置。 A lower wiring formed on the semiconductor substrate; an insulating film formed on the lower wiring; a via plug embedded in a via formed in the insulating film; and a trench formed in the insulating film. In a semiconductor device having an upper layer wiring,
A semiconductor device characterized in that the bottom corner of the trench is rounded.
前記ビアの肩部に丸みを有することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
A semiconductor device, wherein a shoulder portion of the via is rounded.
前記絶縁膜は、絶縁性バリア膜と、前記絶縁性バリア膜の上に形成された層間絶縁膜とからなることを特徴とする半導体装置。 In the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3,
The semiconductor device is characterized in that the insulating film includes an insulating barrier film and an interlayer insulating film formed on the insulating barrier film.
前記層間絶縁膜は、SiOC膜であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the interlayer insulating film is a SiOC film.
前記トレンチの底部の角の丸みの曲率は7.7×E7[1/m]以下であることを特徴とする半導体装置。 In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein a curvature of a rounded corner at the bottom of the trench is 7.7 × E7 [1 / m] or less.
前記絶縁膜にトレンチを形成する工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記絶縁膜の表面に改質層を形成する工程(m)と、
前記改質層を除去する工程(n)と、
前記工程(n)の後に、前記トレンチを覆うようにバリアメタル膜を堆積する工程(c)と、
前記工程(c)の後に、前記トレンチを埋めるようにCu膜を堆積する工程(d)とを有することを特徴とする半導体装置の形成方法。 Forming an insulating film on the semiconductor substrate (a);
Forming a trench in the insulating film (b);
A step (m) of forming a modified layer on the surface of the insulating film after the step (b);
Removing the modified layer (n);
(C) depositing a barrier metal film so as to cover the trench after the step (n);
And (d) depositing a Cu film so as to fill the trench after the step (c).
前記下層配線上に絶縁膜を形成する工程(b)と、
前記絶縁膜にビアを形成する工程(c)と、
前記絶縁膜に前記ビアに接続するトレンチを形成する工程(d)と、
前記工程(d)の後に、前記絶縁膜の表面に改質層を形成する工程(m)と、
前記改質層を除去する工程(n)と、
前記工程(n)の後に、前記ビア及び前記トレンチを覆うようにバリアメタル膜を堆積する工程(e)と、
前記工程(e)の後に前記ビア及び前記トレンチを埋め込むようにCu膜を堆積する工程(f)とを有することを特徴とする半導体装置の形成方法。 Forming a lower layer wiring on the semiconductor substrate (a);
Forming an insulating film on the lower wiring (b);
Forming a via in the insulating film (c);
Forming a trench connected to the via in the insulating film (d);
A step (m) of forming a modified layer on the surface of the insulating film after the step (d);
Removing the modified layer (n);
A step (e) of depositing a barrier metal film so as to cover the via and the trench after the step (n);
And (f) depositing a Cu film so as to fill the via and the trench after the step (e).
前記工程(m)は、イオン照射又はプラズマ照射を用いることを特徴とする半導体装置の形成方法。 In the formation method of the semiconductor device according to claim 7 or 8,
The method for forming a semiconductor device, wherein the step (m) uses ion irradiation or plasma irradiation.
前記イオン照射は、Arガスを用いることを特徴とする半導体装置の形成方法。 In the formation method of the semiconductor device according to claim 9,
The method for forming a semiconductor device, wherein the ion irradiation uses Ar gas.
前記プラズマ照射はO、N又はHのいずれかを含む原子又は分子を発生させるガスを用いることを特徴とする半導体装置の形成方法。 In the formation method of the semiconductor device according to claim 9,
A method for forming a semiconductor device, wherein the plasma irradiation uses a gas that generates atoms or molecules containing any of O, N, and H.
前記O、N又はHのいずれかを含む原子又は分子は、O2又はNH3であることを特徴とする半導体装置の形成方法。 The method of forming a semiconductor device according to claim 11.
The method for forming a semiconductor device, wherein the atom or molecule containing any of O, N, and H is O 2 or NH 3 .
前記工程(b)は、前記下層配線上に絶縁性バリア膜を形成する工程(b1)と、
前記絶縁性バリア膜上に層間絶縁膜を形成する工程(b2)を有することを特徴とする半導体装置の形成方法。 In the formation method of the semiconductor device according to any one of claims 8 to 12,
The step (b) includes a step (b1) of forming an insulating barrier film on the lower layer wiring,
A method for forming a semiconductor device, comprising a step (b2) of forming an interlayer insulating film on the insulating barrier film.
前記工程(n)は、希弗酸又は緩衝弗酸の薬液を用いたウエットエッチング処理を行うことを特徴とする半導体装置の形成方法。 In the formation method of the semiconductor device according to any one of claims 7 to 14,
In the step (n), a wet etching process using a chemical solution of dilute hydrofluoric acid or buffered hydrofluoric acid is performed.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2005013655A JP2006203019A (en) | 2005-01-21 | 2005-01-21 | Semiconductor device and method for forming the same |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| US8786086B2 (en) | 2008-12-25 | 2014-07-22 | Fujitsu Limited | Semiconductor device including wiring having main portion and extended portion |
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2005
- 2005-01-21 JP JP2005013655A patent/JP2006203019A/en active Pending
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