[go: up one dir, main page]

JP2008071850A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2008071850A
JP2008071850A JP2006247551A JP2006247551A JP2008071850A JP 2008071850 A JP2008071850 A JP 2008071850A JP 2006247551 A JP2006247551 A JP 2006247551A JP 2006247551 A JP2006247551 A JP 2006247551A JP 2008071850 A JP2008071850 A JP 2008071850A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alloy layer
wiring
layer
interlayer insulating
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006247551A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Oba
義行 大庭
Toshihiko Hayashi
利彦 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2006247551A priority Critical patent/JP2008071850A/en
Publication of JP2008071850A publication Critical patent/JP2008071850A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

【課題】400℃以上の高温でのリフロー処理を行わなくても、リフロー処理による埋め込み特性が改善された状態で、凹部内にCuを主成分とする導電層を形成する半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】まず、基板11上に設けられた層間絶縁膜15に配線溝16を形成する工程を行う。次に、配線溝16の内壁を覆う状態で、CuMn合金からなる合金層21を形成する工程を行う。次いで、リフロー処理により合金層21を流動させて配線溝16を合金層21で埋め込むとともに、合金層21中のMnを層間絶縁膜12、15の構成成分と反応させて、合金層21と層間絶縁膜12、15との界面に、Cuの拡散バリア性を有するMn化合物からなる自己形成バリア膜22を形成する工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【選択図】図1
A method of manufacturing a semiconductor device in which a conductive layer mainly composed of Cu is formed in a recess in a state where embedding characteristics by the reflow process are improved without performing a reflow process at a high temperature of 400 ° C. or higher. provide.
First, a step of forming a wiring trench 16 in an interlayer insulating film 15 provided on a substrate 11 is performed. Next, the process of forming the alloy layer 21 which consists of a CuMn alloy in the state which covers the inner wall of the wiring groove | channel 16 is performed. Next, the alloy layer 21 is made to flow by reflow treatment so that the wiring groove 16 is filled with the alloy layer 21, and Mn in the alloy layer 21 is reacted with the constituent components of the interlayer insulating films 12 and 15, thereby A method of manufacturing a semiconductor device comprising performing a step of forming a self-formed barrier film 22 made of a Mn compound having a diffusion barrier property of Cu at an interface with the films 12 and 15.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳しくは、配線またはヴィアと層間絶縁膜との間に自己形成バリア膜が設けられたダマシン構造を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a damascene structure in which a self-formed barrier film is provided between a wiring or a via and an interlayer insulating film.

半導体装置の銅(Cu)配線形成プロセスにおいては、一般的に、層間絶縁膜に設けられた配線溝を埋め込むことで、配線パターンを形成するダマシン法が行われている。ダマシン法によるCu配線の形成の際には、層間絶縁膜へのCuの拡散を防止するため、通常Cuを埋め込む前に、配線溝の内壁を覆う状態で、タンタル(Ta)、もしくはタンタル窒化膜(TaN)等のバリア膜を10nm程度の膜厚で成膜する。その後、電解めっき法により、バリア膜が設けられた配線溝内にCu層を埋め込む。   In a copper (Cu) wiring formation process of a semiconductor device, a damascene method for forming a wiring pattern by embedding wiring grooves provided in an interlayer insulating film is generally performed. When forming a Cu wiring by the damascene method, in order to prevent Cu from diffusing into the interlayer insulating film, the tantalum (Ta) or tantalum nitride film is usually covered with the inner wall of the wiring trench before embedding Cu. A barrier film such as (TaN) is formed to a thickness of about 10 nm. Thereafter, a Cu layer is embedded in the wiring trench provided with the barrier film by electrolytic plating.

なお、上述したような電解めっき法によりCu層を埋め込む方法以外にも、スパッタリフロー法によるCu層の埋め込みも提案されている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。この方法について、図9を用いて説明する。まず、図9(a)に示すように、シリコンウェハからなる基板11上に、酸化シリコン(SiO2)からなる層間絶縁膜12を形成した後、この層間絶縁膜12に基板11に達する状態の接続孔13を形成し、接続孔13内に例えばタングステン(W)からなるヴィア14を埋め込み形成する。 In addition to the method of embedding the Cu layer by the electrolytic plating method described above, embedding of the Cu layer by a sputter reflow method has also been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). This method will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 9A, an interlayer insulating film 12 made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed on a substrate 11 made of a silicon wafer, and then the interlayer insulating film 12 reaches the substrate 11. A connection hole 13 is formed, and a via 14 made of, for example, tungsten (W) is embedded in the connection hole 13.

次に、ヴィア14上を含む層間絶縁膜12上に、SiO2からなる層間絶縁膜15を形成する。次いで、層間絶縁膜15に、層間絶縁膜12およびヴィア14に達する状態の配線溝16を形成した後、配線溝16の内壁を覆う状態で、Ta等の金属またはTaN等の金属化合物からなるバリア膜17を形成する。 Next, an interlayer insulating film 15 made of SiO 2 is formed on the interlayer insulating film 12 including the vias 14. Next, after forming the wiring groove 16 reaching the interlayer insulating film 12 and the via 14 in the interlayer insulating film 15, a barrier made of a metal compound such as Ta or a metal compound such as TaN in a state of covering the inner wall of the wiring groove 16. A film 17 is formed.

次いで、図9(b)に示すように、スパッタリング法により、バリア膜17で覆われた配線溝16の内壁を覆う状態で、純Cuからなる導電層18を形成する。この導電層18は、後工程で行うリフロー処理により、配線溝16を埋め込める程度の膜厚で形成される。   Next, as shown in FIG. 9B, a conductive layer 18 made of pure Cu is formed by a sputtering method so as to cover the inner wall of the wiring groove 16 covered with the barrier film 17. The conductive layer 18 is formed with a film thickness sufficient to fill the wiring trench 16 by a reflow process performed in a later step.

次に、図9(c)に示すように、リフロー処理により導電層18を流動させて配線溝16を導電層18で埋め込む。その後、ここでの図示は省略したが、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing(CMP))法により、配線パターンとして不要な部分の導電層18およびバリア膜17を除去し、露出された層間絶縁膜15の表面側を削り込むことで、上記配線溝16に配線を形成する。   Next, as shown in FIG. 9C, the conductive layer 18 is made to flow by reflow processing, and the wiring groove 16 is filled with the conductive layer 18. Thereafter, although not shown here, the conductive layer 18 and the barrier film 17 which are not necessary as a wiring pattern are removed by a chemical mechanical polishing (CMP) method to expose the exposed interlayer insulation. Wiring is formed in the wiring groove 16 by cutting the surface side of the film 15.

特開2000−353705号公報JP 2000-353705 A 日本機械学会論文集(B編)1998年,第64巻,第627号,p.297−303Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (B) 1998, Vol. 64, No. 627, p. 297-303

しかし、上述したような製造方法では、金属または金属化合物からなるバリア膜17とCuからなる導電層18との濡れ性がよく、密着性が高いため、リフロー処理により特にバリア膜17側の導電層18が流動し難い。このため、導電層18のバリア膜17側は流動性が低く、表面側はバリア膜17側よりも流動性が高くなり、箇所により流動性が異なることから、配線溝16への埋め込み特性が悪くなる。これにより、配線溝16内の導電層18中にボイドVが発生してしまい、配線信頼性が悪くなる、という問題がある。   However, in the manufacturing method as described above, the barrier film 17 made of metal or metal compound and the conductive layer 18 made of Cu have good wettability and high adhesion. 18 is difficult to flow. For this reason, the fluidity of the conductive layer 18 on the barrier film 17 side is low, the surface side is higher in fluidity than the barrier film 17 side, and the fluidity varies depending on the location, so the embedding characteristics in the wiring trench 16 are poor. Become. As a result, a void V is generated in the conductive layer 18 in the wiring groove 16, and there is a problem that the wiring reliability is deteriorated.

また、上記導電層18を流動させるには、400℃以上でのリフロー処理が必要となるが、400℃以上の高温をかけると、基板11に設けられた半導体素子に熱ダメージを与えてしまう。また、配線層を積層する毎にリフロー処理により熱応力が加わるため、配線内に応力集中部ができ、断線やボイドの発生による導電不良を引き起こす。これによっても配線信頼性が低下する。さらに、400℃以上の高温処理雰囲気下における層間絶縁膜12、15からの脱ガスにより、バリア膜17が変質し、配線との密着性が悪くなることで、配線のエレクトロマイグレーション(EM)耐性を劣化させる、という問題もある。   Further, in order to cause the conductive layer 18 to flow, a reflow process at 400 ° C. or higher is required. However, when a high temperature of 400 ° C. or higher is applied, the semiconductor element provided on the substrate 11 is thermally damaged. In addition, since thermal stress is applied by reflow processing every time the wiring layer is laminated, a stress concentration portion is formed in the wiring, causing a conduction failure due to disconnection or void generation. This also reduces the wiring reliability. Furthermore, degassing from the interlayer insulating films 12 and 15 in a high-temperature processing atmosphere of 400 ° C. or higher causes the barrier film 17 to change in quality, resulting in poor adhesion to the wiring, thereby reducing the electromigration (EM) resistance of the wiring. There is also a problem of deterioration.

以上のことから、本発明は、400℃以上の高温でのリフロー処理を行わなくても、リフロー処理による埋め込み特性が改善された状態で、凹部内にCuを主成分とする導電層を形成する半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。   From the above, the present invention forms a conductive layer containing Cu as a main component in the recess in a state in which the embedding property by the reflow process is improved without performing the reflow process at a high temperature of 400 ° C. or higher. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device.

上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、次のような工程を順次行うことを特徴としている。まず、第1工程では、基板上に設けられた絶縁膜に凹部を形成する工程を行う。次に、第2工程では、凹部の内壁を覆う状態で、銅と銅以外の金属とからなる合金層を形成する工程を行う。次いで、第3工程では、リフロー処理により合金層を流動させて凹部を合金層で埋め込むとともに、合金層中の金属を絶縁膜の構成成分と反応させて、合金層と絶縁膜との界面に、銅の拡散バリア性を有する金属化合物からなるバリア膜を形成する工程を行う。   In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized by sequentially performing the following steps. First, in a 1st process, the process of forming a recessed part in the insulating film provided on the board | substrate is performed. Next, in a 2nd process, the process of forming the alloy layer which consists of copper and metals other than copper is performed in the state which covers the inner wall of a recessed part. Next, in the third step, the alloy layer is made to flow by reflow treatment to fill the recesses with the alloy layer, and the metal in the alloy layer is reacted with the constituent components of the insulating film, so that at the interface between the alloy layer and the insulating film, A step of forming a barrier film made of a metal compound having a copper diffusion barrier property is performed.

このような半導体装置の製造方法によれば、絶縁膜に設けられた凹部の内壁を覆う状態で、上記合金層を形成した後、リフロー処理によりこの合金層を流動させて凹部を合金層で埋め込むことから、一般に金属層との密着性が低い絶縁膜上を合金層が流動する状態となる。これにより、400℃以上の高温でリフロー処理を行わなくても、合金層の凹部への埋め込みが改善される。このため、高温処理による半導体素子へのダメージや熱履歴に起因する断線やボイドの発生による導電不良が防止される。また、リフロー処理とともに、合金層中の金属を絶縁膜の構成成分と反応させてバリア膜が形成されるため、高温処理によるバリア膜の劣化が防止される。さらに、合金層中の金属を絶縁膜との界面側に偏析させることで、凹部内にCuを主成分とする導電層を形成することが可能となる。   According to such a method for manufacturing a semiconductor device, after forming the alloy layer in a state of covering the inner wall of the recess provided in the insulating film, the alloy layer is flowed by reflow treatment to fill the recess with the alloy layer. For this reason, the alloy layer generally flows on an insulating film having low adhesion to the metal layer. Thereby, even if it does not perform a reflow process at the high temperature of 400 degreeC or more, the embedding to the recessed part of an alloy layer is improved. For this reason, the electrical conductivity failure by the generation | occurrence | production of the disconnection and void resulting from the damage to a semiconductor element by a high temperature process or a thermal history is prevented. In addition, since the barrier film is formed by reacting the metal in the alloy layer with the constituent components of the insulating film together with the reflow process, the barrier film is prevented from being deteriorated due to the high temperature process. Furthermore, by segregating the metal in the alloy layer toward the interface with the insulating film, it is possible to form a conductive layer mainly composed of Cu in the recess.

以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、400℃以上の高温でリフロー処理を行わなくても、リフロー処理により凹部内にCuを主成分とする導電層を埋め込み特性よく形成することが可能となる。したがって、凹部が配線溝、導電層が配線である場合には、配線信頼性を向上させることができ、半導体装置の高品質化、高性能化が図れる。   As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a conductive layer containing Cu as a main component is embedded in the recess by reflow processing without performing reflow processing at a high temperature of 400 ° C. or higher. It becomes possible to form. Therefore, when the recess is a wiring groove and the conductive layer is a wiring, wiring reliability can be improved, and the quality and performance of the semiconductor device can be improved.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
本実施形態例は、本発明にかかる半導体装置の製造方法の実施形態の一例であり、シングルダマシン配線構造の形成に係わる。以下、図1〜図2の製造工程断面図を用いて本発明の第1実施形態を説明する。なお、背景技術と同様の構成には、同一の番号を付して説明することとする。
(First embodiment)
The present embodiment is an example of an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, and relates to the formation of a single damascene wiring structure. Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to the cross-sectional views of the manufacturing steps shown in FIGS. In addition, the same number is attached | subjected and demonstrated to the structure similar to a background art.

まず、図1(a)に示すように、トランジスタ等の素子が形成されたシリコンウェハからなる基板11上に、例えばSiO2からなる層間絶縁膜12を形成した後、基板11に達する状態の接続孔13を形成し、接続孔13内に例えばWからなるヴィア14を埋め込み形成する。 First, as shown in FIG. 1A, after an interlayer insulating film 12 made of, for example, SiO 2 is formed on a substrate 11 made of a silicon wafer on which elements such as transistors are formed, connection in a state of reaching the substrate 11 A hole 13 is formed, and a via 14 made of, for example, W is embedded in the connection hole 13.

次に、例えばプラズマ励起化学的気相成長(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD))法により、成膜ガスにシラン(SiH4)を用いて、ヴィア14上を含む層間絶縁膜12上に、例えばSiO2からなる層間絶縁膜15を形成する。 Next, by using, for example, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), silane (SiH 4 ) is used as a film forming gas, on the interlayer insulating film 12 including the via 14, for example, An interlayer insulating film 15 made of SiO 2 is formed.

次いで、層間絶縁膜15上に、配線溝パターンを有するレジストパターン(図示省略)を形成し、このレジストパターンをマスクに用いたエッチングにより層間絶縁膜15に、配線溝16(凹部)を形成する。この配線溝16の開口幅は、75nmであることとする。   Next, a resist pattern (not shown) having a wiring groove pattern is formed on the interlayer insulating film 15, and a wiring groove 16 (concave portion) is formed in the interlayer insulating film 15 by etching using this resist pattern as a mask. The opening width of the wiring groove 16 is 75 nm.

続いて、図1(b)に示すように、例えばCuMnからなる合金ターゲットを用いて、例えばスパッタリング法等の物理的気相成長(Physical Vapor Deposition(PVD))法により、配線溝16の内壁を覆う状態で、層間絶縁膜15上に、CuMnからなる合金層21を形成する。ここで、合金層21中のMnは、後工程で熱処理を行うことにより、層間絶縁膜12、15の構成成分と反応して自己形成バリア膜を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 1B, the inner wall of the wiring groove 16 is formed by, for example, a physical vapor deposition (PVD) method such as a sputtering method using an alloy target made of CuMn. In the covered state, an alloy layer 21 made of CuMn is formed on the interlayer insulating film 15. Here, Mn in the alloy layer 21 reacts with the constituent components of the interlayer insulating films 12 and 15 to form a self-forming barrier film by performing a heat treatment in a subsequent process.

このため、合金層21中のMn濃度は、後工程で行う熱処理により、合金層21と層間絶縁膜12、15の界面に連続的な自己形成バリア膜を形成可能なMn濃度以上で、かつ配線溝16内に形成する配線中にMnが残存した場合の配線抵抗が、許容範囲内となるMn濃度の範囲で規定される。具体的には、合金層21中のMn濃度は1atomic%以上10atomic%以下であり、好ましくは2atomic%以上6atomic%以下であることとする。さらに、Cu中にMnが含まれることで、純Cu層よりも融点が低くなるため、後工程で行うリフロー処理での流動性が高くなる。   For this reason, the Mn concentration in the alloy layer 21 is equal to or higher than the Mn concentration capable of forming a continuous self-forming barrier film at the interface between the alloy layer 21 and the interlayer insulating films 12 and 15 by heat treatment performed in a later step, and the wiring. The wiring resistance when Mn remains in the wiring formed in the groove 16 is defined in the range of the Mn concentration within the allowable range. Specifically, the Mn concentration in the alloy layer 21 is 1 atomic% or more and 10 atomic% or less, and preferably 2 atomic% or more and 6 atomic% or less. Furthermore, since Mn is contained in Cu, the melting point is lower than that of the pure Cu layer, so that the fluidity in the reflow process performed in the subsequent process is increased.

また、合金層21の膜厚は、後述するリフロー処理により配線溝16を埋め込める程度の膜厚であり、上述したように配線溝16の開口幅が75nmである場合には、配線溝パターンのない平滑部で100nm以上であることが好ましい。ここでは、合金層21を例えば200nmの膜厚で形成する。   The alloy layer 21 is thick enough to fill the wiring groove 16 by a reflow process described later. When the opening width of the wiring groove 16 is 75 nm as described above, the wiring groove pattern It is preferable that it is 100 nm or more with no smooth part. Here, the alloy layer 21 is formed with a film thickness of 200 nm, for example.

次に、図1(c)に示すように、水素等の還元ガスまたは還元ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気下で、リフロー処理により合金層21(前記図1(b)参照)を流動させて、上記配線溝16を上記合金層21で埋め込む。このリフロー処理は250℃以上400℃未満、好ましくは、250℃以上300℃以下の温度範囲で、30秒間〜30分間の処理時間で行う。ここでは、例えば300℃で5分間のリフロー処理を行うこととする。この際、合金層21は合金層21との密着性が低い層間絶縁膜15上を流動することから、背景技術で図9(b)を用いて説明した、導電層18が金属または金属化合物からなるバリア膜17上を流動する場合と比較して、合金層21の配線溝16内への埋め込み特性が改善される。また、合金層21がCu以外にMnを含むことによっても、純Cuよりも流動性が高くなるため、埋め込み特性が改善される。   Next, as shown in FIG. 1C, the alloy layer 21 (see FIG. 1B) is caused to flow by reflow treatment in a reducing gas such as hydrogen or a mixed gas atmosphere of a reducing gas and an inert gas. Then, the wiring groove 16 is filled with the alloy layer 21. This reflow treatment is performed in a temperature range of 250 ° C. or higher and lower than 400 ° C., preferably 250 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, with a treatment time of 30 seconds to 30 minutes. Here, for example, a reflow process is performed at 300 ° C. for 5 minutes. At this time, since the alloy layer 21 flows on the interlayer insulating film 15 having low adhesion to the alloy layer 21, the conductive layer 18 described with reference to FIG. 9B in the background art is made of a metal or a metal compound. Compared with the case of flowing on the barrier film 17, the embedding characteristic of the alloy layer 21 in the wiring groove 16 is improved. Also, when the alloy layer 21 contains Mn in addition to Cu, the fluidity is higher than that of pure Cu, so that the embedding property is improved.

また、このリフロー処理により、合金層21中のMnが層間絶縁膜12、15の構成成分と反応し、合金層21と層間絶縁膜12、15との界面に、Cuの拡散防止性を有する自己形成バリア膜22が形成される。ここでは、層間絶縁膜12、15がSiO2で構成されているため、自己形成バリア膜22は、シリコン含有Mn酸化物(MnSixy)またはMn酸化物(Mnxy)等のMn化合物で構成され、2nm〜3nmの膜厚で形成される。なお、層間絶縁膜12、15の構成成分には、層間絶縁膜12、15の表面に吸着する大気中からの酸素または水分等も含まれることとする。さらに、この熱処理により、合金層21の表面側にもMnが偏析することで、MnO層Mが形成される。また、上記反応により、合金層21中のMnは層間絶縁膜12、15との界面側と表面側に偏析されるため、熱処理後の合金層21はCu層21’となる。ただし、このCu層21’には、微量のMnが含まれていてもよい。 Further, by this reflow treatment, Mn in the alloy layer 21 reacts with the constituent components of the interlayer insulating films 12 and 15, and the self-preventing property of preventing Cu diffusion at the interface between the alloy layer 21 and the interlayer insulating films 12 and 15. A formation barrier film 22 is formed. Here, since the interlayer insulating films 12 and 15 are made of SiO 2 , the self-forming barrier film 22 is made of Mn such as silicon-containing Mn oxide (MnSi x O y ) or Mn oxide (Mn x O y ). It is composed of a compound and formed with a film thickness of 2 nm to 3 nm. Note that the constituent components of the interlayer insulating films 12 and 15 include oxygen or moisture from the atmosphere adsorbed on the surfaces of the interlayer insulating films 12 and 15. Furthermore, by this heat treatment, Mn is segregated also on the surface side of the alloy layer 21, whereby the MnO layer M is formed. In addition, due to the above reaction, Mn in the alloy layer 21 is segregated on the interface side and the surface side with the interlayer insulating films 12 and 15, so that the alloy layer 21 after the heat treatment becomes a Cu layer 21 ′. However, this Cu layer 21 ′ may contain a trace amount of Mn.

なお、ここでは、リフロー処理と同一工程で自己形成バリア膜22が形成されることとしたが、リフロー処理により、連続的な自己形成バリア膜22が確実に形成されない場合には、リフロー処理により配線溝16を合金層21で埋め込んだ後に、再度熱処理を行うことで、確実に自己形成バリア膜22を形成することが好ましい。   Here, the self-formed barrier film 22 is formed in the same process as the reflow process. However, when the continuous self-formed barrier film 22 is not reliably formed by the reflow process, the reflow process is used for wiring. It is preferable to form the self-forming barrier film 22 surely by filling the groove 16 with the alloy layer 21 and then performing heat treatment again.

続いて、図2(d)に示すように、例えばCMP法により、2段階の研磨を行い、1段階目では、MnO層M(前記図1(c)参照)とともに配線パターンとして不要な部分のCu層21’(前記図1(c)参照)を除去する。続いて、2段階目の研磨では、自己形成バリア膜22を除去し、露出された層間絶縁膜15を100nm削り込む。これにより、配線溝16にCuからなる配線21''が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 2D, two-step polishing is performed by, for example, a CMP method. In the first step, unnecessary portions of the wiring pattern are formed together with the MnO layer M (see FIG. 1C). The Cu layer 21 ′ (see FIG. 1C) is removed. Subsequently, in the second stage polishing, the self-formed barrier film 22 is removed, and the exposed interlayer insulating film 15 is etched by 100 nm. As a result, a wiring 21 ″ made of Cu is formed in the wiring groove 16.

次いで、クエン酸水溶液やシュウ酸水溶液等を用いた有機酸洗浄を行うことで、配線21''上の酸化膜と上記CMP工程で配線21''表面に残存するベンゾトリアゾール誘導体等のCuの防食剤を除去する。その後、トリメチルシラン(3MS)等のシリコン含有材料とアンモニア(NH3)等を成膜ガスとして用いたCVD法により、配線21''上および層間絶縁膜15上に、例えば炭窒化シリコン(SiCN)からなるキャップ膜23を50nmの膜厚で成膜する。 Next, by performing organic acid cleaning using a citric acid aqueous solution, an oxalic acid aqueous solution, or the like, corrosion prevention of Cu such as an oxide film on the wiring 21 ″ and a benzotriazole derivative remaining on the surface of the wiring 21 ″ in the CMP step is performed. Remove the agent. Thereafter, for example, silicon carbonitride (SiCN) is formed on the wiring 21 ″ and the interlayer insulating film 15 by a CVD method using a silicon-containing material such as trimethylsilane (3MS) and ammonia (NH 3 ) as a film forming gas. A cap film 23 made of is formed with a film thickness of 50 nm.

このような半導体装置の製造方法によれば、図1(b)〜(c)を用いて説明したように、配線溝16の内壁を覆う状態で合金層21を形成した後、リフロー処理により合金層21を流動させて配線溝16を合金層21で埋め込むことから、層間絶縁膜15上を合金層21が流動する状態となる。これにより、400℃以上の高温でリフロー処理を行わなくても、合金層21の配線溝16の埋め込みが改善される。このため、高温処理による半導体素子へのダメージや熱履歴に起因する断線やボイドの発生により導電不良が防止される。また、リフロー処理による埋め込みとともに、合金層21中のMnを層間絶縁膜12、15の構成成分と反応させて自己形成バリア膜22を形成するため、高温処理によるバリア膜の劣化が防止される。さらに、このリフロー処理により、合金層21中のMnは層間絶縁膜12、15の界面側と、合金層21の表面側に偏析されるため、熱処理後の合金層21はCu層21’となる。したがって、配線溝16内に埋め込み特性よくCu層21’を形成することができるため、配線信頼性を向上させることができ、半導体装置の高品質化、高性能化が図れる。   According to such a method for manufacturing a semiconductor device, as described with reference to FIGS. 1B to 1C, the alloy layer 21 is formed so as to cover the inner wall of the wiring groove 16, and then the alloy is reflowed. Since the layer 21 is caused to flow and the wiring groove 16 is filled with the alloy layer 21, the alloy layer 21 flows on the interlayer insulating film 15. Thereby, even if it does not perform a reflow process at the high temperature of 400 degreeC or more, embedding of the wiring groove | channel 16 of the alloy layer 21 is improved. For this reason, poor electrical conduction is prevented by the occurrence of disconnection and voids due to damage to the semiconductor element due to high-temperature treatment and thermal history. Further, since the self-forming barrier film 22 is formed by reacting Mn in the alloy layer 21 with the constituent components of the interlayer insulating films 12 and 15 together with the embedding by the reflow process, the deterioration of the barrier film due to the high temperature process is prevented. Further, Mn in the alloy layer 21 is segregated to the interface side of the interlayer insulating films 12 and 15 and the surface side of the alloy layer 21 by this reflow treatment, so the alloy layer 21 after the heat treatment becomes a Cu layer 21 ′. . Therefore, since the Cu layer 21 ′ can be formed in the wiring trench 16 with good filling characteristics, the wiring reliability can be improved, and the quality and performance of the semiconductor device can be improved.

また、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜12,15からの脱ガス成分(主に酸化ガス成分)は、自己形成バリア膜22の形成のために消費されるため、脱ガスによる悪影響を抑制することができる。   Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, the degassing component (mainly oxidizing gas component) from the interlayer insulating films 12 and 15 is consumed for forming the self-forming barrier film 22. An adverse effect due to degassing can be suppressed.

なお、ここでは、合金層21を成膜した後に1回のリフロー処理を行うことで、配線溝16を埋め込むこととしたが、1回の成膜とリフロー処理で配線溝16が埋め込まれなかった場合には、成膜とリフロー処理を繰り返して行っても良い。ただし、2回目以降に成膜される分は、自己形成バリア膜22の形成には寄与しないため、純Cu層等のCuを主成分とする導電層を成膜することが好ましい。   Here, the wiring groove 16 is embedded by performing the reflow process once after the alloy layer 21 is formed, but the wiring groove 16 is not embedded by the single film formation and the reflow process. In some cases, the film formation and the reflow process may be repeated. However, since the second and subsequent depositions do not contribute to the formation of the self-forming barrier film 22, it is preferable to deposit a conductive layer mainly composed of Cu, such as a pure Cu layer.

また、ここでは、層間絶縁膜12、15がSiO2で形成される例について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、SiO2よりも比誘電率の低い低誘電率膜で形成されていてもよく、有機系絶縁膜と無機系絶縁膜とを備えたハイブリッド構造であってもよい。特に、熱処理による脱ガス成分が多くなる多孔質性の絶縁膜を用いた場合に、本発明は好適に用いられる。 Although the example in which the interlayer insulating films 12 and 15 are formed of SiO 2 has been described here, the present invention is not limited to this, and for example, the interlayer insulating films 12 and 15 are formed of a low dielectric constant film having a lower relative dielectric constant than SiO 2. Alternatively, a hybrid structure including an organic insulating film and an inorganic insulating film may be used. In particular, the present invention is preferably used when a porous insulating film that increases the amount of degassed components by heat treatment is used.

(変形例1)
次に、上記第1実施形態の変形例1について、図3の製造工程断面図を用いて説明する。なお、層間絶縁膜15に配線溝16を形成する工程までは、第1実施形態と同様に行うこととする。
(Modification 1)
Next, Modification 1 of the first embodiment will be described with reference to the manufacturing process sectional view of FIG. Note that the process up to the step of forming the wiring trench 16 in the interlayer insulating film 15 is performed in the same manner as in the first embodiment.

まず、図3(a)に示すように、配線溝16の内壁を覆う状態で、層間絶縁膜15上に、合金層21aを形成する。この場合の合金層21aは、後工程でリフロー処理を行っても配線溝16を埋め込まない程度の膜厚で形成され、配線溝パターンのない平滑部で10nm以上50nm以下で形成されることとする。ここでは、上記合金層21aを30nmの膜厚で形成する。また、合金層21a中のMn濃度は、第1実施形態で図1(b)を用いて説明した合金層21と同様に、1atomic%以上10atomic%以下であり、好ましくは2atomic%以上6atomic%以下であることとする。   First, as shown in FIG. 3A, an alloy layer 21 a is formed on the interlayer insulating film 15 so as to cover the inner wall of the wiring groove 16. In this case, the alloy layer 21a is formed with a film thickness that does not bury the wiring groove 16 even if a reflow process is performed in a later process, and is formed with a smooth portion having no wiring groove pattern at a thickness of 10 nm to 50 nm. . Here, the alloy layer 21a is formed with a thickness of 30 nm. Further, the Mn concentration in the alloy layer 21a is 1 atomic% or more and 10 atomic% or less, preferably 2 atomic% or more and 6 atomic% or less, similarly to the alloy layer 21 described with reference to FIG. 1B in the first embodiment. Suppose that

次に、図3(b)に示すように、合金層21aで覆われた配線溝16の内壁を覆う状態で、例えば純Cuからなる導電層21bを成膜する。この導電層21bの膜厚は、後工程で行うリフロー処理により、合金層21aと導電層21bとで配線溝16が埋め込まれる程度の膜厚であることとする。例えば配線溝16が75nmの開口幅で形成される場合には、この導電層21bは、配線溝パターンのない平滑部で70nm以上の膜厚で形成されることが好ましく、ここでは、200nmで形成されることとする。   Next, as shown in FIG. 3B, a conductive layer 21b made of pure Cu, for example, is formed in a state of covering the inner wall of the wiring groove 16 covered with the alloy layer 21a. The thickness of the conductive layer 21b is such that the wiring groove 16 is filled with the alloy layer 21a and the conductive layer 21b by a reflow process performed in a later step. For example, when the wiring groove 16 is formed with an opening width of 75 nm, the conductive layer 21b is preferably formed with a film thickness of 70 nm or more in a smooth portion having no wiring groove pattern, and here, formed with a thickness of 200 nm. It will be done.

なお、ここでは、導電層21bが純Cuで構成される例について説明するが、上記導電層21bとしては、Cuを主成分として含んでいればよく、例えば比抵抗の上昇が少ないCuAg合金を用いてもよい。   Here, an example in which the conductive layer 21b is made of pure Cu will be described. However, the conductive layer 21b only needs to contain Cu as a main component. For example, a CuAg alloy with a small increase in specific resistance is used. May be.

次いで、図3(c)に示すように、水素等の還元ガスまたは還元ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気下で、例えば300℃で5分間のリフロー処理を行うことにより、合金層21aおよび導電層21bを流動させて、上記配線溝16を上記合金層21aと導電層21bで埋め込む。また、このリフロー処理により、合金層21a(前記図1(b)参照)中のMnが層間絶縁膜12、15の構成成分と反応し、合金層21aと層間絶縁膜12、15との界面に、Mn化合物からなる自己形成バリア膜22が形成される。さらに、この熱処理により、導電層21bの表面側にもMnが偏析することで、MnO層Mが形成される。また、上記反応により、合金層21a中のMnは層間絶縁膜12、15との界面側と導電層21bの表面側に偏析されるため、熱処理後の配線溝16内はCu層21’で埋め込まれた状態となる。ここで、本実施形態においては、合金層21a上に純Cuからなる導電層21bを成膜した状態でリフロー処理を行うことから、配線溝16内のCu層21’へのMnの残存量を少なくすることが可能となる。   Next, as shown in FIG. 3C, reflow treatment is performed at 300 ° C. for 5 minutes, for example, in a reducing gas atmosphere such as hydrogen or a mixed gas atmosphere of a reducing gas and an inert gas. By flowing the layer 21b, the wiring groove 16 is filled with the alloy layer 21a and the conductive layer 21b. In addition, by this reflow treatment, Mn in the alloy layer 21a (see FIG. 1B) reacts with the constituent components of the interlayer insulating films 12 and 15, and at the interface between the alloy layer 21a and the interlayer insulating films 12 and 15 A self-forming barrier film 22 made of a Mn compound is formed. Furthermore, by this heat treatment, Mn is segregated also on the surface side of the conductive layer 21b, whereby the MnO layer M is formed. Further, due to the above reaction, Mn in the alloy layer 21a is segregated on the interface side with the interlayer insulating films 12 and 15 and on the surface side of the conductive layer 21b, so that the wiring groove 16 after the heat treatment is filled with the Cu layer 21 ′. It will be in the state. Here, in this embodiment, since the reflow process is performed in the state where the conductive layer 21b made of pure Cu is formed on the alloy layer 21a, the remaining amount of Mn in the Cu layer 21 ′ in the wiring groove 16 is reduced. It can be reduced.

この後の工程は、第1実施形態において、図2(d)〜(e)を用いて説明した工程と同様に行うこととする。すなわち、CMP法により、2段階の研磨を行い、MnO層Mとともに配線パターンとして不要な部分のCu層21’と、自己形成バリア膜22および露出された層間絶縁膜15を削り込むことで、配線溝16にCuからなる配線21''を形成する。続いて、有機酸洗浄を行うことで、配線21''上の酸化膜とCuの防食剤を除去した後、配線21''上および層間絶縁膜15上に、例えばSiCNからなるキャップ膜23を形成する。   The subsequent steps are performed in the same manner as the steps described using FIGS. 2D to 2E in the first embodiment. That is, by performing two-step polishing by the CMP method, the unnecessary portion of the Cu layer 21 ′ as a wiring pattern together with the MnO layer M, the self-formed barrier film 22 and the exposed interlayer insulating film 15 are etched. A wiring 21 ″ made of Cu is formed in the groove 16. Subsequently, an organic acid cleaning is performed to remove the oxide film on the wiring 21 ″ and the Cu anticorrosive, and then a cap film 23 made of, for example, SiCN is formed on the wiring 21 ″ and the interlayer insulating film 15. Form.

このような半導体装置の製造方法であっても、層間絶縁膜15に設けられた配線溝16の内壁を覆う状態で、CuMnからなる合金層21aと純Cuからなる導電層21bとを順次積層した後に、リフロー処理を行うことから、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Even in such a method of manufacturing a semiconductor device, the alloy layer 21a made of CuMn and the conductive layer 21b made of pure Cu are sequentially laminated in a state of covering the inner wall of the wiring groove 16 provided in the interlayer insulating film 15. Since the reflow process is performed later, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

また、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、合金層21a上にCuを主成分とする導電層21bを形成することで、配線溝16内のCu層21’へのMnの残存量を確実に抑制することができる。これにより、配線抵抗の増大を抑制することができる。   In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, the remaining amount of Mn in the Cu layer 21 ′ in the wiring groove 16 is formed by forming the conductive layer 21 b mainly composed of Cu on the alloy layer 21 a. Can be reliably suppressed. Thereby, increase of wiring resistance can be suppressed.

(第3実施形態)
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る第3の実施の形態を、図4〜図6の製造工程断面図を用いて説明する。ここでは、第1実施形態で説明したキャップ膜の上層に、デュアルダマシン配線構造を形成する例について、説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the manufacturing process sectional views of FIGS. Here, an example in which a dual damascene wiring structure is formed on the cap film described in the first embodiment will be described.

まず、図4(a)に示すように、キャップ膜23上に、例えばPE−CVD法により、例えばSiO2からなる層間絶縁膜24を350nmの膜厚で形成する。続いて、層間絶縁膜24上に、接続孔パターンを有するレジストパターン(図示省略)を形成し、このレジストパターンをマスクに用いたエッチングにより、キャップ膜23に達する状態の接続孔25aを形成する。 First, as shown in FIG. 4A, an interlayer insulating film 24 made of, for example, SiO 2 is formed to a thickness of 350 nm on the cap film 23 by, eg, PE-CVD. Subsequently, a resist pattern (not shown) having a connection hole pattern is formed on the interlayer insulating film 24, and a connection hole 25a reaching the cap film 23 is formed by etching using this resist pattern as a mask.

次に、図4(b)に示すように、接続孔25aを埋め込む状態で、層間絶縁膜24上にレジストRを塗布する。続いて、レジストR上にSOG(Spin On Glass)膜を形成し、SOG膜上に配線溝パターンを有するレジストパターン(図示省略)を形成した後、このレジストパターンをマスクに用いたエッチングにより、SOG膜を加工して、ハードマスク26を形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, a resist R is applied on the interlayer insulating film 24 in a state where the connection holes 25a are embedded. Subsequently, an SOG (Spin On Glass) film is formed on the resist R, a resist pattern (not shown) having a wiring groove pattern is formed on the SOG film, and then SOG is performed by etching using the resist pattern as a mask. The hard mask 26 is formed by processing the film.

次いで、図4(c)に示すように、ハードマスク26をマスクに用いたエッチングにより、上記レジストR(前記図4(b)参照)を加工し、配線溝パターンを有するレジストパターンR’を形成する。また、接続孔25aの底部側を覆うレジストRは残存させる。   Next, as shown in FIG. 4C, the resist R (see FIG. 4B) is processed by etching using the hard mask 26 as a mask to form a resist pattern R ′ having a wiring groove pattern. To do. Further, the resist R covering the bottom side of the connection hole 25a is left.

続いて、図5(d)に示すように、上記ハードマスク26(前記図4(c)参照)とレジストパターンR’とをマスクに用いたエッチングにより、層間絶縁膜24の上層側に接続孔25aと連通する状態の配線溝25bを形成する。これにより、配線溝25bとその底部に連通する接続孔25aとからなるデュアルダマシン開口部25(凹部)が形成される。この際、エッチング時間を制御することで、上記配線溝25bの深さを制御する。ここで、接続孔25aの開口幅は75nm、深さは110nm、配線溝25bの開口幅は75〜100nm、深さは150nmであることとする。また、接続孔25aの内部にレジストRを残存させることで、接続孔25aの側壁がエッチングされることを防止し、側壁が垂直に維持される。   Subsequently, as shown in FIG. 5D, a connection hole is formed on the upper side of the interlayer insulating film 24 by etching using the hard mask 26 (see FIG. 4C) and the resist pattern R ′ as a mask. A wiring groove 25b that communicates with 25a is formed. As a result, a dual damascene opening 25 (concave portion) is formed which includes the wiring groove 25b and the connection hole 25a communicating with the bottom thereof. At this time, the depth of the wiring trench 25b is controlled by controlling the etching time. Here, the opening width of the connection hole 25a is 75 nm, the depth is 110 nm, the opening width of the wiring groove 25b is 75 to 100 nm, and the depth is 150 nm. Further, by leaving the resist R inside the connection hole 25a, the side wall of the connection hole 25a is prevented from being etched, and the side wall is kept vertical.

その後、図5(e)に示すように、アッシングおよび薬液洗浄により、上記レジストパターンR’(前記図5(d)参照)およびレジストR(前記図5(d)参照)を除去した後、接続孔25aの底部のキャップ膜23を露出する。   Thereafter, as shown in FIG. 5E, the resist pattern R ′ (see FIG. 5D) and the resist R (see FIG. 5D) are removed by ashing and chemical cleaning, and then connected. The cap film 23 at the bottom of the hole 25a is exposed.

次に、図5(f)に示すように、接続孔25a底部のキャップ膜23を除去し、配線21''の表面を露出する。   Next, as shown in FIG. 5F, the cap film 23 at the bottom of the connection hole 25a is removed, and the surface of the wiring 21 ″ is exposed.

次いで、図6(g)に示すように、例えばスパッタリング法により、デュアルダマシン開口部25の内壁を覆う状態で、層間絶縁膜24上に、CuMn合金からなる合金層27を形成する。ここで、第1実施形態と同様に、この合金層27のMn濃度は、1atomic%以上10atomic%以下であり、好ましくは2atomic%以上6atomic%以下である。また、合金層27の膜厚は、配線溝パターンのない平滑部で100nm以上である。   Next, as shown in FIG. 6G, an alloy layer 27 made of a CuMn alloy is formed on the interlayer insulating film 24 so as to cover the inner wall of the dual damascene opening 25 by, for example, sputtering. Here, as in the first embodiment, the Mn concentration of the alloy layer 27 is not less than 1 atomic% and not more than 10 atomic%, and preferably not less than 2 atomic% and not more than 6 atomic%. Moreover, the film thickness of the alloy layer 27 is 100 nm or more in a smooth portion having no wiring groove pattern.

続いて、図6(h)に示すように、例えば300℃で5分間のリフロー処理により、合金層27(前記図6(g)参照)を流動させてデュアルダマシン開口部25を埋め込むとともに、合金層27中のMnを層間絶縁膜24の構成成分と反応させて、合金層27と層間絶縁膜24の間にCuの拡散防止性を有するMn化合物からなる自己形成バリア膜28を形成する。ここで、第1実施形態と同様に、層間絶縁膜24はSiO2で構成されているため、自己形成バリア膜28は、シリコン含有Mn酸化物(MnSixy)またはMn酸化物(Mnxy)で構成され、2nm〜3nmの膜厚で形成される。また、このリフロー処理により、合金層27の表面にもMn酸化物(MnO)層Mが形成される。なお、Mnが偏析されることで、合金層27はCu層27’となる。 Subsequently, as shown in FIG. 6 (h), the alloy layer 27 (see FIG. 6 (g)) is flowed by, for example, a reflow process at 300 ° C. for 5 minutes to fill the dual damascene opening 25, and the alloy Mn in the layer 27 is reacted with the constituents of the interlayer insulating film 24 to form a self-formed barrier film 28 made of a Mn compound having a Cu diffusion preventing property between the alloy layer 27 and the interlayer insulating film 24. Here, as in the first embodiment, since the interlayer insulating film 24 is made of SiO 2 , the self-forming barrier film 28 is made of silicon-containing Mn oxide (MnSi x O y ) or Mn oxide (Mn x consists of O y), is formed in a thickness of 2 nm to 3 nm. Further, a Mn oxide (MnO) layer M is also formed on the surface of the alloy layer 27 by this reflow treatment. Note that the alloy layer 27 becomes a Cu layer 27 ′ by segregating Mn.

その後、図6(i)に示すように、例えばCMP法により、2段階の研磨を行い、1段階目では、MnO層M(前記図6(h)参照)とともに配線パターンとして不要な部分のCu層27’(前記図6(h)参照)を除去する。続いて、2段階目の研磨では、自己形成バリア膜28を除去し、露出された層間絶縁膜24を100nm削り込む。これにより、接続孔25aに配線21''と連通する状態のヴィア27a''が形成されるとともに、配線溝25bに配線27b''が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 6 (i), two-step polishing is performed by, for example, a CMP method, and in the first step, an unnecessary portion of Cu as a wiring pattern is formed together with the MnO layer M (see FIG. 6 (h)). The layer 27 ′ (see FIG. 6H) is removed. Subsequently, in the second stage polishing, the self-formed barrier film 28 is removed, and the exposed interlayer insulating film 24 is etched by 100 nm. As a result, a via 27a ″ in communication with the wiring 21 ″ is formed in the connection hole 25a, and a wiring 27b ″ is formed in the wiring groove 25b.

次いで、有機酸洗浄を行うことで、配線27b''上の酸化膜と上記CMP工程で配線27b''表面に残存するCuの防食剤を除去する。その後、配線27b''上および層間絶縁膜24上に、例えばSiCNからなるキャップ膜29を50nmの膜厚で成膜する。   Next, organic oxide cleaning is performed to remove the oxide film on the wiring 27b ″ and the Cu anticorrosive remaining on the surface of the wiring 27b ″ in the CMP process. Thereafter, a cap film 29 made of, for example, SiCN is formed to a thickness of 50 nm on the wiring 27b ″ and the interlayer insulating film 24.

このような半導体装置の製造方法であっても、図6(g)〜(h)を用いて説明したように、層間絶縁膜24に設けられたデュアルダマシン開口部25の内壁を覆う状態で、CuMnからなる合金層27を形成した後に、リフロー処理を行うことから、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。   Even in such a method of manufacturing a semiconductor device, as described with reference to FIGS. 6G to 6H, the inner wall of the dual damascene opening 25 provided in the interlayer insulating film 24 is covered. Since the reflow process is performed after forming the alloy layer 27 made of CuMn, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

(第3実施形態)
本実施形態においては、第2実施形態において図4(a)を用いて説明した層間絶縁膜24を有機絶縁層と無機絶縁層とからなるハイブリッド構造とする例について説明する。なお、第2実施形態と同様の構成には、同一の番号を付して説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, an example in which the interlayer insulating film 24 described with reference to FIG. 4A in the second embodiment has a hybrid structure including an organic insulating layer and an inorganic insulating layer will be described. In addition, the same number is attached | subjected and demonstrated to the structure similar to 2nd Embodiment.

まず、図7(a)に示すように、キャップ膜23上に、例えばSiOC膜からなる無機絶縁層24a’と、例えばPAE膜からなる有機絶縁層24b’とSiO2膜からなるハードマスク層24c’とを順次積層してなる層間絶縁膜24’を形成する。 First, as shown in FIG. 7A, on the cap film 23, an inorganic insulating layer 24a ′ made of, for example, a SiOC film, an organic insulating layer 24b ′ made of, for example, a PAE film, and a hard mask layer 24c made of SiO 2 film. Then, an interlayer insulating film 24 ′ is formed by sequentially stacking “and”.

次に、本構造の層間絶縁膜24’に、キャップ膜23に達する状態の接続孔25aと配線溝25bとからなるデュアルダマシン開口部25を形成する。ここで、無機絶縁層24a’には接続孔25aを形成し、ハードマスク層24c’および有機絶縁層24b’には配線溝25bを形成する。   Next, a dual damascene opening 25 composed of a connection hole 25a and a wiring groove 25b reaching the cap film 23 is formed in the interlayer insulating film 24 'of this structure. Here, connection holes 25a are formed in the inorganic insulating layer 24a ', and wiring grooves 25b are formed in the hard mask layer 24c' and the organic insulating layer 24b '.

上記デュアルダマシン開口部25の形成方法としては、最初に接続孔25aを開口し、その後に配線溝25bを開口する方法を用いることができる。また、上記層間絶縁膜24’上に形成した積層ハードマスク(図示省略)に配線溝パターンを形成した後、上記層間絶縁膜24’に接続孔25aを途中まで開口し、その後、上記積層ハードマスクを用いて配線溝25bと接続孔25aとを完全に開口する製造方法を用いてもよい。この詳細な形成方法は、例えば特開2004−63859号公報に開示されている。   As a method of forming the dual damascene opening 25, a method of opening the connection hole 25a first and then opening the wiring groove 25b can be used. Further, after forming a wiring groove pattern in a laminated hard mask (not shown) formed on the interlayer insulating film 24 ′, a connection hole 25a is opened partway in the interlayer insulating film 24 ′, and then the laminated hard mask is formed. A manufacturing method in which the wiring groove 25b and the connection hole 25a are completely opened using the above may be used. This detailed forming method is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-63859.

以上のようにして、層間絶縁膜24’に接続孔25aと配線溝25bとを形成した後、接続孔25aの底部のキャップ膜23を除去し、配線21''を露出させる。   As described above, after the connection hole 25a and the wiring groove 25b are formed in the interlayer insulating film 24 ', the cap film 23 at the bottom of the connection hole 25a is removed to expose the wiring 21' '.

この後の工程は、第2実施形態で図6(g)〜(i)を用いて説明した工程と同様に行う。すなわち、図7(b)に示すようにスパッタリング法により、デュアルダマシン開口部25の内壁を覆う状態で、ハードマスク層24c’上に、CuMnからなる合金層27を形成する。   Subsequent steps are performed in the same manner as the steps described in the second embodiment with reference to FIGS. That is, as shown in FIG. 7B, an alloy layer 27 made of CuMn is formed on the hard mask layer 24c ′ by sputtering to cover the inner wall of the dual damascene opening 25.

続いて、図7(c)に示すように、例えば300℃で5分間のリフロー処理により、合金層27(前記図7(b)参照)を流動させてデュアルダマシン開口部25を埋め込むとともに、合金層27中のMnを層間絶縁膜24’の構成成分と反応させて、合金層27と層間絶縁膜24’の間にCuの拡散防止性を有するMn化合物からなる自己形成バリア膜28を形成する。ここで、層間絶縁膜24’はSiOC膜、PAE膜、SiO2膜が順次積層して構成されており、キャップ膜23はSiCNで構成されるため、自己形成バリア膜28は、シリコン含有Mn酸化物(MnSixy)、Mn酸化物(Mnxy)、Mn炭化物(Mnxy)のいずれかを含む状態で構成され、2nm〜3nmの膜厚で形成される。また、このリフロー処理により、合金層27の表面側にもMnが偏析されてMnO層Mが形成される。なお、Mnが偏析されることで、合金層27はCu層27’となる。 Subsequently, as shown in FIG. 7C, the alloy layer 27 (see FIG. 7B) is flowed by, for example, a reflow process at 300 ° C. for 5 minutes to fill the dual damascene opening 25 and the alloy. Mn in the layer 27 is reacted with a constituent component of the interlayer insulating film 24 ′ to form a self-formed barrier film 28 made of a Mn compound having a Cu diffusion preventing property between the alloy layer 27 and the interlayer insulating film 24 ′. . Here, since the interlayer insulating film 24 ′ is configured by sequentially laminating a SiOC film, a PAE film, and a SiO 2 film, and the cap film 23 is composed of SiCN, the self-formed barrier film 28 is composed of silicon-containing Mn oxide. things (MnSi x O y), Mn oxide (Mn x O y), is composed in a state containing either Mn carbide (Mn x C y), it is formed in a thickness of 2 nm to 3 nm. Further, by this reflow treatment, Mn is segregated also on the surface side of the alloy layer 27 to form the MnO layer M. Note that the alloy layer 27 becomes a Cu layer 27 ′ by segregating Mn.

その後、図8に示すように、例えばCMP法により、2段階の研磨を行い、1段階目では、MnO層M(前記図7(c)参照)とともに配線パターンとして不要な部分のCu層27’(前記図7(c)参照)を除去する。続いて、2段階目の研磨では、自己形成バリア膜28を除去し、露出された層間絶縁膜24’を100nm削り込む。これにより、接続孔25aに配線21''と連通する状態のヴィア27a''が形成されるとともに、配線溝25bに配線27b''が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 8, two-step polishing is performed by, for example, a CMP method, and in the first step, an unnecessary portion of the Cu layer 27 ′ as a wiring pattern is formed together with the MnO layer M (see FIG. 7C). (See FIG. 7C). Subsequently, in the second stage polishing, the self-formed barrier film 28 is removed, and the exposed interlayer insulating film 24 ′ is etched by 100 nm. As a result, a via 27a ″ in communication with the wiring 21 ″ is formed in the connection hole 25a, and a wiring 27b ″ is formed in the wiring groove 25b.

次いで、有機酸洗浄を行うことで、配線27b''上の酸化膜とCuの防食剤を除去する。その後、配線27b''上および層間絶縁膜24’上に、例えばSiCNからなるキャップ膜29を50nmの膜厚で成膜する。   Next, an organic acid cleaning is performed to remove the oxide film on the wiring 27b ″ and the Cu anticorrosive. Thereafter, a cap film 29 made of, for example, SiCN is formed to a thickness of 50 nm on the wiring 27b ″ and the interlayer insulating film 24 ′.

このような半導体装置の製造方法であっても、図7(b)〜(c)を用いて説明したように、層間絶縁膜24’に設けられたデュアルダマシン開口部25の内壁を覆う状態で、CuMnからなる合金層27を形成した後に、リフロー処理を行うことから、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態の半導体装置の製造方法においては、耐熱性の低い有機絶縁層24b’を用いていることから、本発明を好適に用いることができる。   Even in such a method of manufacturing a semiconductor device, as described with reference to FIGS. 7B to 7C, the inner wall of the dual damascene opening 25 provided in the interlayer insulating film 24 ′ is covered. Since the reflow process is performed after forming the alloy layer 27 made of CuMn, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In addition, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, since the organic insulating layer 24b 'having low heat resistance is used, the present invention can be preferably used.

なお、上述した第2実施形態および第3実施形態に、第1実施形態の変形例1を適用することも可能である。   In addition, it is also possible to apply the modification 1 of 1st Embodiment to 2nd Embodiment and 3rd Embodiment which were mentioned above.

また、上述した第1実施形態〜第3実施形態においては、CuMnで合金層21、27を構成する例について説明したが、合金層21、27を構成するCu以外の金属としては、上述したMnの他に、例えばアルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)を例示することができる。例えば、合金層21、27をCuAlとする場合には、第1、第2実施形態では、自己形成バリア膜22、28として、例えばシリコン含有Al酸化物(AlSixy)またはAl酸化物(Alxy)が形成され、第3実施形態においては、上記化合物にAl炭化物(Alxy)を含めた少なくとも1種が形成される。また、合金層21、27をCuZnとする場合には、第1、第2実施形態では、自己形成バリア膜22、28として、例えばシリコン含有Al酸化物(AlSixy)またはAl酸化物(Alxy)が形成され、第3実施形態においては、上記化合物にAl炭化物(Alxy)を含めた少なくとも1種が形成される。 In the first to third embodiments described above, the example in which the alloy layers 21 and 27 are made of CuMn has been described. However, as the metal other than Cu constituting the alloy layers 21 and 27, the above-described Mn In addition, for example, aluminum (Al), zinc (Zn), chromium (Cr), vanadium (V), titanium (Ti), and tantalum (Ta) can be exemplified. For example, when the alloy layers 21 and 27 are made of CuAl, in the first and second embodiments, as the self-forming barrier films 22 and 28, for example, a silicon-containing Al oxide (AlSi x O y ) or Al oxide ( Al x O y ) is formed, and in the third embodiment, at least one of the above compounds including Al carbide (Al x C y ) is formed. Further, when the alloy layers 21 and 27 are made of CuZn, in the first and second embodiments, as the self-forming barrier films 22 and 28, for example, silicon-containing Al oxide (AlSi x O y ) or Al oxide ( Al x O y ) is formed, and in the third embodiment, at least one of the above compounds including Al carbide (Al x C y ) is formed.

本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施形態を説明するための製造工程断面図(その1)である。FIG. 6 is a manufacturing process cross-sectional view (No. 1) for describing the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method of the present invention; 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施形態を説明するための製造工程断面図(その2)である。FIG. 6 is a manufacturing process sectional view (No. 2) for describing the first embodiment of the manufacturing method of the semiconductor device of the invention; 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施形態の変形例1を説明するための製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing for demonstrating the modification 1 of 1st Embodiment which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第2実施形態を説明するための製造工程断面図(その1)である。It is manufacturing process sectional drawing (the 1) for describing 2nd Embodiment which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第2実施形態を説明するための製造工程断面図(その2)である。It is manufacturing process sectional drawing (the 2) for describing 2nd Embodiment which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第2実施形態を説明するための製造工程断面図(その3)である。It is manufacturing process sectional drawing (the 3) for describing 2nd Embodiment which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第3実施形態を説明するための製造工程断面図(その1)である。It is manufacturing process sectional drawing for demonstrating 3rd Embodiment which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention (the 1). 本発明の半導体装置の製造方法に係る第3実施形態を説明するための製造工程断面図(その2)である。It is manufacturing process sectional drawing (the 2) for demonstrating 3rd Embodiment which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 従来の半導体装置の製造方法および課題を説明するための製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method and subject of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

11…基板、12,15,24,24’…層間絶縁膜、16,25b…配線溝、21,21a,27…合金層、21b…導電層、22,28…自己形成バリア膜、25…デュアルダマシン開口部、25a…接続孔、21'',27b''…配線、27a’…ヴィア   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Board | substrate, 12, 15, 24, 24 '... Interlayer insulating film, 16, 25b ... Wiring groove, 21, 21a, 27 ... Alloy layer, 21b ... Conductive layer, 22, 28 ... Self-forming barrier film, 25 ... Dual Damascene opening, 25a ... connection hole, 21 ", 27b" ... wiring, 27a '... via

Claims (3)

基板上に設けられた絶縁膜に凹部を形成する第1工程と、
前記凹部の内壁を覆う状態で、銅と銅以外の金属とからなる合金層を形成する第2工程と、
リフロー処理により前記合金層を流動させて前記凹部を前記合金層で埋め込むとともに、前記合金層中の前記金属を前記絶縁膜の構成成分と反応させて、当該合金層と前記絶縁膜との界面に、銅の拡散バリア性を有する金属化合物からなるバリア膜を形成する第3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。
A first step of forming a recess in an insulating film provided on the substrate;
A second step of forming an alloy layer made of copper and a metal other than copper in a state of covering the inner wall of the recess;
The alloy layer is caused to flow by reflow treatment so that the concave portion is filled with the alloy layer, and the metal in the alloy layer is reacted with the constituent components of the insulating film to form an interface between the alloy layer and the insulating film. And a third step of forming a barrier film made of a metal compound having a copper diffusion barrier property. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2工程と前記第3工程との間に、
前記合金層で覆われた前記凹部の内壁を覆う状態で、銅を主成分とする導電層を形成する工程を行い、
前記第3工程では、リフロー処理により前記凹部を前記合金層と前記導電層とで埋め込むとともに、前記バリア膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
Between the second step and the third step,
In a state of covering the inner wall of the recess covered with the alloy layer, performing a step of forming a conductive layer mainly composed of copper,
In the third step, the recess is filled with the alloy layer and the conductive layer by a reflow process, and the barrier film is formed.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3工程では、リフロー処理により前記凹部を前記合金層で埋め込んだ後に、熱処理を行い、前記バリア膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the third step, the barrier film is formed by filling the concave portion with the alloy layer by reflow treatment, and then forming the barrier film.
JP2006247551A 2006-09-13 2006-09-13 Manufacturing method of semiconductor device Pending JP2008071850A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006247551A JP2008071850A (en) 2006-09-13 2006-09-13 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006247551A JP2008071850A (en) 2006-09-13 2006-09-13 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008071850A true JP2008071850A (en) 2008-03-27

Family

ID=39293206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006247551A Pending JP2008071850A (en) 2006-09-13 2006-09-13 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008071850A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101728357A (en) * 2008-10-17 2010-06-09 日立电线株式会社 Wiring structure and method for fabricating the same
WO2013047323A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 株式会社アルバック Method for producing semiconductor device and semiconductor device
JP2013534370A (en) * 2010-08-20 2013-09-02 マイクロン テクノロジー, インク. Semiconductor structure and method for providing a conductive material in an opening
US8531033B2 (en) 2009-09-07 2013-09-10 Advanced Interconnect Materials, Llc Contact plug structure, semiconductor device, and method for forming contact plug
WO2019226628A1 (en) * 2018-05-22 2019-11-28 Lam Research Corporation Via prefill in a fully aligned via

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101728357A (en) * 2008-10-17 2010-06-09 日立电线株式会社 Wiring structure and method for fabricating the same
US8531033B2 (en) 2009-09-07 2013-09-10 Advanced Interconnect Materials, Llc Contact plug structure, semiconductor device, and method for forming contact plug
JP2013534370A (en) * 2010-08-20 2013-09-02 マイクロン テクノロジー, インク. Semiconductor structure and method for providing a conductive material in an opening
US9177917B2 (en) 2010-08-20 2015-11-03 Micron Technology, Inc. Semiconductor constructions
US10121697B2 (en) 2010-08-20 2018-11-06 Micron Technology, Inc. Semiconductor constructions; and methods for providing electrically conductive material within openings
US10879113B2 (en) 2010-08-20 2020-12-29 Micron Technology, Inc. Semiconductor constructions; and methods for providing electrically conductive material within openings
WO2013047323A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 株式会社アルバック Method for producing semiconductor device and semiconductor device
JPWO2013047323A1 (en) * 2011-09-30 2015-03-26 株式会社アルバック Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device
US9337092B2 (en) 2011-09-30 2016-05-10 Ulvac, Inc. Method of manufacturing semiconductor device
WO2019226628A1 (en) * 2018-05-22 2019-11-28 Lam Research Corporation Via prefill in a fully aligned via

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4321570B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
CN100481377C (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP4478038B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5560696B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20080173547A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP5089244B2 (en) Semiconductor device
KR20070053636A (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
KR100426904B1 (en) Structure for connecting interconnect lines and method of manufacturing same
US8102051B2 (en) Semiconductor device having an electrode and method for manufacturing the same
US7553757B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2007059660A (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
US20060163739A1 (en) Semiconductor device and method for production thereof
US20100090342A1 (en) Metal Line Formation Through Silicon/Germanium Soaking
JP5481989B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2009164471A (en) High reliability copper wiring and manufacturing method thereof
JP2005005383A (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP2008071850A (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2007287816A (en) Manufacturing method of semiconductor device
WO2010140279A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2006324584A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009164354A (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
US9859219B1 (en) Copper wiring structures with copper titanium encapsulation
JP2008060431A (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR100909176B1 (en) Metal wiring formation method of semiconductor device
US20090001579A1 (en) Multi-layered metal line having an improved diffusion barrier of a semiconductor device and method for forming the same