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JP2002353305A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number
JP2002353305A
JP2002353305A JP2001160640A JP2001160640A JP2002353305A JP 2002353305 A JP2002353305 A JP 2002353305A JP 2001160640 A JP2001160640 A JP 2001160640A JP 2001160640 A JP2001160640 A JP 2001160640A JP 2002353305 A JP2002353305 A JP 2002353305A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
insulating film
film
barrier layer
plug
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
JP2001160640A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Taguchi
充 田口
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 JP2001160640A priority Critical patent/JP2002353305A/en
Publication of JP2002353305A publication Critical patent/JP2002353305A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent voids from occurring in a wiring and a plug when a multilayer interconnection structure is formed by forming the wiring and the plug using a groove interconnection method in a manufacturing process of a semiconductor device. SOLUTION: In a method for manufacturing the semiconductor device, where the wiring grooves 11, 14 or a contact hole 9 are formed in insulating films 2, 5, 7, and a metal material layer (Cu film 17) is formed so as to be buried in the wiring grooves 11, 14 or the contact hole 9, and the groove wirings 3, 12 or the plug 10 are formed by eliminating the metal material layer on the insulating films 2, 7, and barrier layers 4, 8 are formed thereupon, and the wiring layer is further formed on the barrier layers 4, 8, after having formed the groove wirings 3, 12 or the plug 10, before forming the barrier layers 4, 8, an annealing is performed by introducing an oxidizing gas and a reducing gas at the same time or alternately.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、溝配線法により配
線やプラグを形成する半導体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which wiring and plugs are formed by a trench wiring method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の微細化、高集積化に伴い、
その内部配線においては、微細配線による抵抗の上昇、
配線容量の増加に伴う配線遅延、信頼性の低下等が問題
となっている。そこで、配線材料としては、従来のAl
合金材料に代えて、抵抗が低く、配線信頼性に優れるC
u配線の開発と導入が急速に進められている。
2. Description of the Related Art With the miniaturization and high integration of semiconductor devices,
In the internal wiring, resistance rise due to fine wiring,
There are problems such as a wiring delay and a decrease in reliability due to an increase in wiring capacitance. Therefore, as the wiring material, the conventional Al
Instead of alloy material, C with low resistance and excellent wiring reliability
The development and introduction of u-wiring is rapidly progressing.

【0003】一般にCu配線は、ドライエッチングによ
る高精度の加工が困難であるため、絶縁膜に配線溝又は
接続孔を形成し、配線溝又は接続孔に金属材料を埋め込
むことにより配線やプラグを形成する溝配線法により形
成されている。溝配線法としては、配線溝と接続孔を別
々に作り分ける、所謂、シングルダマシン法と、配線溝
と接続孔を開口し、これらに同時に金属材料を埋め込
む、所謂、デュアルダマシン法などが開発されており、
後者の方法には、プロセスステップが少ないという利点
がある。
[0003] In general, it is difficult to form a wiring or a plug by forming a wiring groove or a connection hole in an insulating film and embedding a metal material in the wiring groove or the connection hole because it is difficult to process a Cu wiring with high precision by dry etching. It is formed by a groove wiring method. As the groove wiring method, a so-called single damascene method, in which a wiring groove and a connection hole are separately formed, and a so-called dual damascene method, in which a wiring groove and a connection hole are opened and a metal material is buried at the same time, have been developed. And
The latter method has the advantage of fewer process steps.

【0004】図4は、デュアルダマシン法により形成し
たCu配線の典型例の断面図である。この配線構造にお
いては、トランジスタ等が形成された基板1、その基板
1上に形成されたSiOからなる第1の絶縁膜2、第
1の絶縁膜2中に埋め込まれた下層のCu配線3、この
Cu配線3及び第1の絶縁膜2上に順次形成されたSi
Nからなる第1のバリア層4、SiOからなる第2の
絶縁膜5、SiNからなる第2のバリア層6、SiO
からなる第3の絶縁膜7、SiNからなる第3のバリア
層8、第2の絶縁膜5に形成された接続孔9、第3の絶
縁膜7に形成された配線溝11、接続孔9と配線溝11
にTaN層13を介して埋め込まれたプラグ10とCu
配線12からなっている。なお、ここでバリア層4、8
は、Cuの拡散防止と酸化防止のために設けられてい
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a typical example of a Cu wiring formed by a dual damascene method. In this wiring structure, a substrate 1 on which a transistor or the like is formed, a first insulating film 2 made of SiO 2 formed on the substrate 1, and a lower Cu wiring 3 embedded in the first insulating film 2 Si formed sequentially on the Cu wiring 3 and the first insulating film 2
The second barrier layer 6 made of the second insulating film 5, SiN formed of the first barrier layer 4, SiO 2 consisting of N, SiO 2
Insulating film 7 made of SiN, third barrier layer 8 made of SiN, connecting hole 9 formed in second insulating film 5, wiring groove 11 formed in third insulating film 7, connecting hole 9 And wiring groove 11
Plug 10 and Cu embedded through a TaN layer 13
It consists of wiring 12. Here, the barrier layers 4 and 8
Is provided to prevent diffusion and oxidation of Cu.

【0005】一方、配線遅延の問題を解決すべく、従来
のSiOを主体とする層間絶縁膜に代えて有機ポリマ
ー等の低誘電率膜を形成する技術の導入が進められてお
り、この低誘電率膜技術とCu配線技術とを組み合わせ
ることにより、配線遅延を更に改善することが試みられ
ている。
On the other hand, in order to solve the problem of wiring delay, a technique for forming a low dielectric constant film such as an organic polymer in place of the conventional interlayer insulating film mainly composed of SiO 2 has been introduced. Attempts have been made to further improve the wiring delay by combining the dielectric film technology and the Cu wiring technology.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の溝配線法によるCu配線技術は、以下のような
問題点を有する。即ち、バリア層8で覆われたCu配線
12上には、さらに絶縁膜が堆積され、上層の配線層が
形成されていくが、絶縁膜の堆積には基板の加熱が伴
う。例えば、絶縁膜としてプラズマCVDによりSiO
を成膜する場合、基板は通常350〜400℃に加熱
される。また、絶縁膜として有機ポリマーからなる低誘
電率膜を形成する場合には、有機ポリマーの塗布後、キ
ュア(cure)として、400℃前後の加熱処理が行われ
る。このような熱処理が行われると、Cu配線3、12
内でCu結晶粒の成長とCu表面エネルギーの放出に伴
う表面拡散の影響により、図5に示すように、Cu配線
3の上部とバリア層4との界面やCu配線12の上部と
バリア層8との界面にボイドAが形成される。ボイドA
が形成されると、Cu配線12の使用時にボイドAを起
因としてCuのエレクトロマイグレーションやストレス
マイグレーションが促進され、配線の信頼性が低下す
る。
However, the above-mentioned conventional Cu wiring technique by the groove wiring method has the following problems. That is, an insulating film is further deposited on the Cu wiring 12 covered with the barrier layer 8, and an upper wiring layer is formed. Deposition of the insulating film involves heating of the substrate. For example, SiO 2 is used as an insulating film by plasma CVD.
When forming the film 2 , the substrate is usually heated to 350 to 400 ° C. When a low dielectric constant film made of an organic polymer is formed as an insulating film, a heat treatment at about 400 ° C. is performed as a cure after the application of the organic polymer. When such a heat treatment is performed, the Cu wirings 3 and 12
As shown in FIG. 5, the interface between the upper part of the Cu wiring 3 and the barrier layer 4 and the upper part of the Cu wiring 12 and the barrier layer 8 due to the growth of Cu crystal grains and the effect of surface diffusion accompanying the release of Cu surface energy. Void A is formed at the interface with. Void A
Is formed, electromigration and stress migration of Cu are promoted due to the void A when the Cu wiring 12 is used, and the reliability of the wiring is reduced.

【0007】このような問題点に対し、本発明は、半導
体装置の製造工程において、溝配線法により配線やプラ
グを形成し、多層配線構造を形成する場合に、配線やプ
ラグにボイドが生じないようにすることを目的とする。
In order to solve such a problem, the present invention does not cause voids in wirings and plugs when forming wirings and plugs by a trench wiring method and forming a multilayer wiring structure in a semiconductor device manufacturing process. The purpose is to be.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、(i)溝配線
法で形成したCu配線やプラグをバリア層で覆う直前に
Cuの結晶粒の成長や表面拡散を行うと、その後にバリ
ア層上に絶縁膜を堆積するために加熱処理を行っても、
Cu配線やプラグにボイドが生じないこと、(ii)Cuの
結晶粒の成長は通常300℃程度の加熱により進行し、
Cuの表面拡散は500℃以上の高温で起こるので、C
u配線やプラグでCuの結晶粒の成長や表面拡散を行う
にはこのような高温の加熱処理を行うことが必要となる
が、このような高温の加熱処理を行うと配線の信頼性が
低下し、また、有機ポリマー等の比較的耐熱性の低い低
誘電率膜の使用ができなくなるところ、Cu配線やプラ
グの表面に酸化性ガスと還元性ガスを導入し、アニール
を行うと、300〜400℃程度の基板の加熱でCuの
結晶粒の成長だけでなく表面拡散を十分に進行さられる
こと、 (iii)したがって、このようなアニールを、C
u配線やプラグをバリア層で覆う直前に行うことによ
り、上述の目的を達成できることを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventor has proposed that (i) growth of Cu crystal grains and surface diffusion immediately before the Cu wiring or plug formed by the trench wiring method is covered with the barrier layer, and then the barrier Even if heat treatment is performed to deposit an insulating film on the layer,
(Ii) growth of Cu crystal grains usually proceeds by heating at about 300 ° C.
Since surface diffusion of Cu occurs at a high temperature of 500 ° C. or higher, C
Such high-temperature heat treatment is required to grow Cu crystal grains and diffuse the surface of the u-wiring or plug, but such high-temperature heat treatment reduces the reliability of the wiring. In addition, where it is impossible to use a low-dielectric-constant film having relatively low heat resistance such as an organic polymer, an oxidizing gas and a reducing gas are introduced into the surface of the Cu wiring or plug and annealing is performed. By heating the substrate at about 400 ° C., not only the growth of Cu crystal grains but also the surface diffusion can be sufficiently advanced. (Iii) Therefore, such annealing
It has been found that the above object can be achieved by performing the process immediately before the u wiring and the plug are covered with the barrier layer.

【0009】即ち、本発明は、絶縁膜に配線溝又は接続
孔を形成し、その配線溝又は接続孔に埋め込むように金
属材料層を形成し、絶縁膜上の金属材料層を除去するこ
とにより溝配線又はプラグを形成し、その上にバリア層
を形成し、バリア層上にさらに配線層を形成する半導体
装置の製造方法において、溝配線又はプラグを形成した
後、バリア層を形成する前に、酸化性ガス及び還元性ガ
スを同時に又は交互に導入し、アニールすることを特徴
とする半導体装置の製造方法を提供する。
That is, the present invention provides a method of forming a wiring groove or a connection hole in an insulating film, forming a metal material layer so as to fill the wiring groove or the connection hole, and removing the metal material layer on the insulating film. In a method for manufacturing a semiconductor device in which a grooved wiring or a plug is formed, a barrier layer is formed thereon, and a wiring layer is further formed on the barrier layer, after forming the grooved wiring or the plug and before forming the barrier layer And an oxidizing gas and a reducing gas are simultaneously or alternately introduced and annealed to provide a method of manufacturing a semiconductor device.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は
同等の構成要素を表している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each of the drawings, the same reference numerals represent the same or equivalent components.

【0011】図1、図2は、本発明の一実施例の工程説
明図である。
FIG. 1 and FIG. 2 are process explanatory views of one embodiment of the present invention.

【0012】本実施例においては、まず、素子分離、素
子形成等が行われた基板1に、絶縁膜2として、SiO
膜をCVD法により300〜600nm堆積し、通常
のドライエッチングにより配線溝14を形成する(図1
(1))。
In this embodiment, an insulating film 2 is formed on a substrate 1 on which element isolation, element formation and the like have been performed.
Two films are deposited in a thickness of 300 to 600 nm by a CVD method, and a wiring groove 14 is formed by ordinary dry etching.
(1)).

【0013】次に、DCマグネトロンスパッタ法によ
り、Ta膜15及びCu膜16をそれぞれ30nm、1
50nm程度堆積する(図1(2))。
Next, the Ta film 15 and the Cu film 16 are each 30 nm thick by DC magnetron sputtering.
Deposit about 50 nm (FIG. 1 (2)).

【0014】次に、電気メッキ法によりCu膜17を
1.5μm程度堆積し、配線溝14内にCuを充填する
(図1(3))。
Next, a Cu film 17 is deposited to a thickness of about 1.5 μm by electroplating, and Cu is filled in the wiring groove 14 (FIG. 1C).

【0015】次に、CMP(化学的機械的研磨)法によ
り、配線溝14の形成域以外の絶縁膜2上に堆積してい
るTa膜15及びCu膜16、17を研磨除去し、配線
溝14に充填されているCu膜16、17をCu配線3
とする(図1(4))。
Next, the Ta film 15 and the Cu films 16 and 17 deposited on the insulating film 2 other than the area where the wiring groove 14 is formed are polished and removed by CMP (chemical mechanical polishing). 14 are filled with Cu films 16 and 17 by Cu wiring 3
(FIG. 1 (4)).

【0016】こうしてCu配線3を形成した後、アニー
ルを行う(図1(5))。
After forming the Cu wiring 3 in this manner, annealing is performed (FIG. 1 (5)).

【0017】このアニールは、通常のアニール炉を用
い、酸化性ガスとしてOを使用し、還元性ガスとして
を使用し、これらの混合ガスを、例えば以下の条件
で基板に導入することにより行う。 H分圧:10Torr(1.3×103 Pa) O分圧: 1Torr(1.3×102 Pa) 温度:350℃ 時間:30分
In this annealing, an ordinary annealing furnace is used, O 2 is used as an oxidizing gas, H 2 is used as a reducing gas, and a mixed gas thereof is introduced into the substrate under the following conditions, for example. Performed by H 2 partial pressure: 10 Torr (1.3 × 10 3 Pa) O 2 partial pressure: 1 Torr (1.3 × 10 2 Pa) Temperature: 350 ° C. Time: 30 minutes

【0018】このアニールにより、配線溝14内に充填
されているCu配線3の表面では、次の酸化反応と還元
反応が連続的に行われる。
By this annealing, the next oxidation reaction and reduction reaction are continuously performed on the surface of the Cu wiring 3 filled in the wiring groove 14.

【0019】[0019]

【数1】Cu+1/2O=CuO−37.9kcal/mol CuO+H=Cu+HO−20.8kcal/mol## EQU1 ## Cu + 1/2 O 2 = CuO-37.9 kcal / mol CuO + H 2 = Cu + H 2 O-20.8 kcal / mol

【0020】これらの反応は発熱反応であり、これらの
反応がCu配線3の表面で連続的に行われるため、Cu
配線3の表面近傍は局所的に加熱され、Cu配線3の表
面近傍でのみCuの結晶粒の成長だけでなく表面拡散も
進行する。この場合、この発熱反応による基板全体の温
度上昇は数℃であるため、配線の信頼性が低下すること
はない。
These reactions are exothermic reactions, and since these reactions are continuously performed on the surface of the Cu wiring 3, Cu
The vicinity of the surface of the wiring 3 is locally heated, so that not only the growth of Cu crystal grains but also the surface diffusion proceeds near the surface of the Cu wiring 3. In this case, since the temperature rise of the entire substrate due to the exothermic reaction is several degrees Celsius, the reliability of the wiring does not decrease.

【0021】なお、本発明において、OガスとH
スを用いたアニール時の条件は上述の例に限られず、H
とOの分圧比をH/O>5、ガスの全圧を1〜
50Torr(1.3×102 〜65×102 Pa)、温度を250〜
450℃、反応時間を10〜120分とすることが好ま
しい。
In the present invention, the conditions at the time of annealing using O 2 gas and H 2 gas are not limited to the above-described example.
The partial pressure ratio of 2 and O 2 H 2 / O 2> 5, 1~ the total pressure of the gas
50 Torr (1.3 × 10 2 to 65 × 10 2 Pa), temperature 250 to
It is preferable that the reaction time is 450 ° C. and the reaction time is 10 to 120 minutes.

【0022】OガスとHガスの混合ガスを使用する
ことに代えて、Oガス、Hガスの単独を交互に導入
してもよい。この場合、OガスとHガスの導入間隔
は、数秒程度とすることができる。
Instead of using a mixed gas of O 2 gas and H 2 gas, O 2 gas and H 2 gas alone may be alternately introduced. In this case, the interval between the introduction of the O 2 gas and the H 2 gas can be about several seconds.

【0023】また、本発明において、酸化性ガス、還元
性ガスとしては、酸化反応と還元反応がトータルで発熱
反応となり、酸化反応と還元反応が連続的に行われるも
のを使用でき、例えば、酸化性ガスとしては、Oの他
にCO、ノックス系ガス(NO、NO)、HO等を
使用することができ、還元性ガスとしては、Hの他に
NH等を使用することができる。
In the present invention, as the oxidizing gas and the reducing gas, those in which the oxidation reaction and the reduction reaction are exothermic in total and the oxidation reaction and the reduction reaction are continuously performed can be used. As the reducing gas, CO, a Knox-based gas (NO, NO 2 ), H 2 O, or the like can be used in addition to O 2. As the reducing gas, NH 3 or the like is used in addition to H 2. be able to.

【0024】また、アニールを行う加熱装置としては、
アニール炉の他、ランプ加熱装置等を使用してもよい。
さらに、単独の加熱装置を使用する他、SiN成膜装置
の前処理室で行い、次工程でバリア層として形成するS
iN膜を、真空一環で成膜してもよい。
Further, as a heating device for performing the annealing,
In addition to the annealing furnace, a lamp heating device or the like may be used.
Further, in addition to using a single heating device, the heating is performed in a pretreatment chamber of the SiN film forming device, and the S
The iN film may be formed in a vacuum.

【0025】アニール後に、プラスマCVD法によりバ
リア層4として、SiN膜を約50nm程度堆積する
(図1(6))。なお、バリア層4としては、SiN膜
に代えて、SiC等の絶縁膜を形成してもよい。
After the annealing, a SiN film is deposited to a thickness of about 50 nm as the barrier layer 4 by plasma CVD (FIG. 1 (6)). Note that an insulating film such as SiC may be formed as the barrier layer 4 instead of the SiN film.

【0026】次に、公知のデュアルダマシン形成プロセ
スにより、第2の絶縁膜5としてSiO膜400〜8
00nm、第2のバリア層6としてSiN膜30〜10
0nm、第3の絶縁膜7としてSiO膜300〜60
0nmを順次堆積し(図1(7))、第2のバリア層
(SiN膜)6をエッチングストッパーとして第3の絶
縁膜7をエッチングすることにより配線溝11を形成し
(図1(8))、さらにエッチングを施して第2のバリ
ア層(SiN膜)6及び第2の絶縁膜(SiO)5に
接続孔9を開孔し(図1(9))、接続孔9及び配線溝
11に、下層のCu配線3の形成時と同様に、Ta膜1
5及びCu膜をスパッタ成膜し、電気メッキ法によりC
uを充填し、プラグ10及び上層のCu配線12を形成
する(図2(10))。
Next, by a known dual damascene forming process, SiO 2 films 400 to 8 are used as the second insulating film 5.
00 nm, SiN films 30 to 10 as second barrier layers 6
0 nm, SiO 2 films 300 to 60 as third insulating film 7
0 nm is sequentially deposited (FIG. 1 (7)), and the third insulating film 7 is etched using the second barrier layer (SiN film) 6 as an etching stopper to form a wiring groove 11 (FIG. 1 (8)). ), And further etching is performed to open a connection hole 9 in the second barrier layer (SiN film) 6 and the second insulating film (SiO 2 ) 5 (FIG. 1 (9)), and the connection hole 9 and the wiring groove are formed. 11, the Ta film 1 is formed in the same manner as when the lower Cu wiring 3 is formed.
5 and a Cu film are formed by sputtering, and C is formed by electroplating.
Then, the plug 10 and the upper Cu wiring 12 are formed (FIG. 2 (10)).

【0027】こうして形成した上層のCu配線12にも
下層のCu配線3と同様に、アニールを行い、Cu配線
12の表面でCuの結晶粒の成長と表面拡散を進行させ
(図2(11))、アニール後にその表面を第3のバリ
ア層8で覆う(図2(12))。
The upper Cu wiring 12 thus formed is annealed in the same manner as the lower Cu wiring 3, so that the growth of Cu crystal grains and the surface diffusion on the surface of the Cu wiring 12 proceed (FIG. 2 (11)). 2) After annealing, the surface is covered with a third barrier layer 8 (FIG. 2 (12)).

【0028】以下、同様のプロセスを順次繰り返すこと
により、多層配線を形成することができる。
Hereinafter, a multilayer wiring can be formed by sequentially repeating the same process.

【0029】図3は、さらに異なる本発明の実施例の工
程説明図である。
FIG. 3 is a process explanatory view of still another embodiment of the present invention.

【0030】本実施例では、図1、図2に示した前述の
実施例と同様に、基板1上の絶縁膜2に配線溝14を形
成し、そこにスパッタ成膜したTa膜15及びCu膜1
6を介して電気メッキ法によりCu膜17を埋め込む
(図3(1))。
In this embodiment, a wiring groove 14 is formed in the insulating film 2 on the substrate 1 and a Ta film 15 and a Cu film formed by sputtering are formed in the insulating film 2 on the substrate 1 as in the above-described embodiments shown in FIGS. Membrane 1
The Cu film 17 is buried by an electroplating method through the film 6 (FIG. 3A).

【0031】次に、CMP法により、配線溝14の形成
域以外の絶縁膜2上に堆積しているTa膜15及びCu
膜16、17を研磨除去し、配線溝14内にCu配線3
を形成するが、このとき余剰のCMP研磨を行い、配線
溝14内のCu配線3にディッシング18を生じさせる
(図3(2))。ディッシング18の深さは、最大部で
20nm程度とする。
Next, the Ta film 15 and the Cu film deposited on the insulating film 2 in a region other than the region where the wiring groove 14 is formed by the CMP method.
The films 16 and 17 are polished and removed.
At this time, excess CMP polishing is performed to cause dishing 18 in the Cu wiring 3 in the wiring groove 14 (FIG. 3 (2)). The maximum depth of the dishing 18 is about 20 nm.

【0032】次に、前述の実施例と同様に、Cu配線3
にアニールを行う。このアニールにより、ディッシング
18が形成されていたCu配線3の表面は平坦化される
(図3(3))。
Next, the Cu wiring 3
Is annealed. By this annealing, the surface of the Cu wiring 3 on which the dishing 18 has been formed is planarized (FIG. 3C).

【0033】次に、DCマグネトロンスパッタ法によ
り、バリア層4としてTa膜を50nm程度堆積する
(図3(4))。なお、バリア層4は、Taに代えて、
TaN、TiN、WN、WSiN等のバリアメタルによ
り形成してもよい。
Next, a Ta film is deposited to a thickness of about 50 nm as the barrier layer 4 by DC magnetron sputtering (FIG. 3D). In addition, the barrier layer 4 is replaced with Ta,
It may be formed of a barrier metal such as TaN, TiN, WN and WSiN.

【0034】次に、CMPにより、配線溝14の形成域
以外のバリア層4を除去する(図3(5))。
Next, the barrier layer 4 other than the area where the wiring groove 14 is formed is removed by CMP (FIG. 3 (5)).

【0035】その後、前述の図1に示した実施例と同様
に、デュアルダマシン形成プロセスを行い、プラグ10
と上層のCu配線12を有する配線構造を得る(図3
(6))。この配線構造においては、第1の絶縁膜2と
第2の絶縁膜5との間にSiN等の比誘電率の高いバリ
ア層4が形成されていないので、配線容量を低下させる
ことができ、回路遅延の防止を図ることができる。ま
た、配線の抵抗を低減させることができる。なお、図3
(6)には、接続孔9がバリア層4を貫通して下層のC
u配線3に達している態様を示したが、本実施例のよう
にバリア層4をバリアメタルから形成する場合には、接
続孔9はバリア層4に達すればよく、必ずしもバリア層
4を貫通させる必要はない。
Thereafter, a dual damascene forming process is performed as in the embodiment shown in FIG.
And a wiring structure having the upper Cu wiring 12 (FIG. 3).
(6)). In this wiring structure, since the barrier layer 4 having a high relative dielectric constant such as SiN is not formed between the first insulating film 2 and the second insulating film 5, the wiring capacity can be reduced. Circuit delay can be prevented. Further, the resistance of the wiring can be reduced. Note that FIG.
In (6), the connection hole 9 penetrates the barrier layer 4 and the lower layer C
Although the aspect reaching the u wiring 3 is shown, when the barrier layer 4 is formed from a barrier metal as in the present embodiment, the connection hole 9 only needs to reach the barrier layer 4 and does not necessarily penetrate the barrier layer 4. You don't have to.

【0036】本発明は、この他、種々の態様をとること
ができる。例えば、上述の例では、いずれも溝配線とし
て電気メッキによりCu配線を形成する例を示したが、
CVD法等の他の成膜法によりCu配線を形成してもよ
く、また配線溝に埋め込む金属材料としては、Cuに代
えて、Au、Ag等を使用してもよい。
The present invention can take various other modes. For example, in the above-described example, an example is shown in which a Cu wiring is formed by electroplating as a groove wiring.
The Cu wiring may be formed by another film forming method such as the CVD method, and Au, Ag, or the like may be used instead of Cu as the metal material to be embedded in the wiring groove.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の製造工程
において、ダマシン法、デュアルダマシン法等の溝配線
法により配線やプラグを形成し、多層配線構造を形成す
る場合に、配線やプラグにボイドが生じることを防止で
きる。
According to the present invention, in the process of manufacturing a semiconductor device, wirings and plugs are formed by a trench wiring method such as a damascene method or a dual damascene method, and when forming a multilayer wiring structure, the wirings and plugs are formed. The occurrence of voids can be prevented.

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

【図1】 本発明の実施例の工程説明図である。FIG. 1 is a process explanatory view of an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施例の工程説明図である。FIG. 2 is a process explanatory view of an example of the present invention.

【図3】 本発明の他の実施例の工程説明図である。FIG. 3 is a process explanatory view of another embodiment of the present invention.

【図4】 従来のデュアルダマシン法により形成したC
u配線の断面図である。
FIG. 4 shows a C formed by a conventional dual damascene method.
It is sectional drawing of u wiring.

【図5】 従来のデュアルダマシン法により形成したC
u配線の問題点を示す断面図である。
FIG. 5 shows a C formed by a conventional dual damascene method.
It is sectional drawing which shows the problem of u wiring.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、 2…第1の絶縁膜、 3…下層のCu配
線、 4…第1のバリア層、 5…第2の絶縁膜、 6
…第2のバリア層、 7…第3の絶縁膜、 8…第3の
バリア層、 9…接続孔、 10…プラグ、 11…配
線溝、 12…上層のCu配線、 13…TaN層、
14…配線溝、 15…Ta膜、 16…Cu膜、 1
7…電気メッキによるCu膜、 18…ディッシング、
A…ボイド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... board | substrate, 2 ... 1st insulating film, 3 ... Cu wiring of a lower layer, 4 ... 1st barrier layer, 5 ... 2nd insulating film, 6
... second barrier layer, 7 ... third insulating film, 8 ... third barrier layer, 9 ... connection hole, 10 ... plug, 11 ... wiring groove, 12 ... upper Cu wiring, 13 ... TaN layer,
14: wiring groove, 15: Ta film, 16: Cu film, 1
7 ... Cu film by electroplating 18 ... Dishing
A ... void

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH11 HH13 HH14 HH21 JJ01 JJ11 JJ13 JJ14 JJ21 JJ28 JJ32 JJ33 JJ34 KK11 KK13 KK14 KK21 MM01 MM02 MM05 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 PP27 PP33 QQ09 QQ11 QQ25 QQ48 QQ71 QQ73 QQ76 QQ82 RR01 RR04 RR06 SS11 SS15 TT02 XX00  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference) RR06 SS11 SS15 TT02 XX00

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁膜に配線溝又は接続孔を形成し、そ
の配線溝又は接続孔に埋め込むように金属材料層を形成
し、絶縁膜上の金属材料層を除去することにより溝配線
又はプラグを形成し、その上にバリア層を形成し、バリ
ア層上にさらに配線層を形成する半導体装置の製造方法
において、溝配線又はプラグを形成した後、バリア層を
形成する前に、酸化性ガス及び還元性ガスを同時に又は
交互に導入し、アニールすることを特徴とする半導体装
置の製造方法。
A trench wiring or plug is formed by forming a wiring groove or a connection hole in an insulating film, forming a metal material layer so as to be embedded in the wiring groove or the connection hole, and removing the metal material layer on the insulating film. Forming a barrier layer thereon, and further forming a wiring layer on the barrier layer. In the method of manufacturing a semiconductor device, after forming a trench wiring or a plug, before forming a barrier layer, an oxidizing gas is formed. And simultaneously and alternately introducing a reducing gas and annealing.
【請求項2】 バリア層として、バリアメタル層を形成
する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein a barrier metal layer is formed as the barrier layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008021739A (en) * 2006-07-11 2008-01-31 Shinko Electric Ind Co Ltd Method for manufacturing substrate
CN111542917A (en) * 2018-01-05 2020-08-14 索尼半导体解决方案公司 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips

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