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JP2003243389A - Semiconductor device and its fabricating method - Google Patents

Semiconductor device and its fabricating method

Info

Publication number
JP2003243389A
JP2003243389A JP2002039370A JP2002039370A JP2003243389A JP 2003243389 A JP2003243389 A JP 2003243389A JP 2002039370 A JP2002039370 A JP 2002039370A JP 2002039370 A JP2002039370 A JP 2002039370A JP 2003243389 A JP2003243389 A JP 2003243389A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
film
insulating film
wiring
oxygen
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
JP2002039370A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Ooka
豊 大岡
Takeshi Nogami
毅 野上
Yuji Segawa
雄司 瀬川
Hiroshi Horikoshi
浩 堀越
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 JP2002039370A priority Critical patent/JP2003243389A/en
Publication of JP2003243389A publication Critical patent/JP2003243389A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize high reliability without causing any increase in the dielectric constant. <P>SOLUTION: An insulation film 8 of an insulation material containing no oxygen is formed selectively on a metallization 2 containing Cu buried in a trench 4 of an interlayer insulation film 3. The insulation material containing no oxygen is at least one kind selected from SiN or SiC. The fabrication method comprises a step for forming a metallization containing Cu by filling the trench of the interlayer insulation film with a metal containing Cu, and a step for forming an insulation film of an insulation material containing no oxygen selectively on the metallization containing Cu. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、Cuを含む金属配
線を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a metal wiring containing Cu and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体ウエーハ上に形成する高密
度集積回路(以下、半導体装置と称する。)の微細な配
線の材料として、Al系合金が用いられている。しかし
ながら、配線の微細化が進むにつれて配線の寄生抵抗・
寄生容量による回路遅延が支配的になるため、配線用材
料として、Al系合金より低抵抗・低容量であり、高い
信頼性を実現するCuの採用が検討されている。Cu
は、比抵抗が1.8μΩcmと低く、半導体装置の高速
化に有利な上に、エレクトロマイグレーション耐性がA
l系合金に比べて一桁ほど高いため、次世代の材料とし
て期待されているものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, an Al-based alloy has been used as a material for fine wiring of a high-density integrated circuit (hereinafter referred to as a semiconductor device) formed on a semiconductor wafer. However, as the wiring becomes finer, the parasitic resistance of the wiring
Since the circuit delay due to the parasitic capacitance becomes dominant, the use of Cu as a wiring material, which has lower resistance and lower capacitance than the Al-based alloy and realizes high reliability, is under study. Cu
Has a low specific resistance of 1.8 μΩcm, which is advantageous for speeding up a semiconductor device and has an electromigration resistance of A.
It is expected to be used as a next-generation material because it is one digit higher than the l-based alloy.

【0003】Cuを用いた配線形成では、一般にCuの
ドライエッチングが容易でないために、いわゆるダマシ
ン法が用いられている。これは、例えば酸化シリコンか
らなる層間絶縁膜に予め所定の溝を形成し、その溝に配
線材料(Cu)を埋め込んだ後、余剰の配線材料を化学
機械研磨(Chemical MechanicalP
olishing:以下、CMPと称する。)により除
去し、配線を形成する方法である。さらに、接続孔(V
ia)と配線溝(Trench)とを形成した後、一括
して配線材料を埋め込み、余剰配線材料をCMPにより
除去するデュアルダマシン法も知られている。
In the wiring formation using Cu, the so-called damascene method is used because dry etching of Cu is generally not easy. This is because, for example, a predetermined groove is formed in advance in an interlayer insulating film made of silicon oxide, a wiring material (Cu) is embedded in the groove, and then surplus wiring material is subjected to chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical P
polishing: Hereinafter referred to as CMP. ), And a wiring is formed. Furthermore, the connection hole (V
There is also known a dual damascene method in which after the formation of (ia) and a wiring groove (Trench), the wiring material is embedded at once and the surplus wiring material is removed by CMP.

【0004】なお、Cuは層間絶縁膜に対して極めて拡
散しやすい材料であるため、予め溝の底部及び側壁を被
覆してCuの拡散防止膜として機能するバリア膜を成膜
し、その後でCuを埋め込み、CMPにより配線を形成
する方法が採用されている。
Since Cu is a material that is extremely easy to diffuse into the interlayer insulating film, a barrier film functioning as a Cu diffusion preventing film is formed in advance by coating the bottom and side walls of the groove, and then Cu is formed. And a wiring is formed by CMP.

【0005】ところで、Cu配線は一般的に多層化され
て用いられるが、CMP直後のCu配線表面にはバリア
膜が存在しないため、上層配線を形成する前にCuの拡
散防止層として機能するキャップ膜を形成する。このと
き、Cuは、150℃という低温であっても酸素を含有
する雰囲気中で容易に酸化されてしまうため、通常は、
酸素を含まない材料である窒化シリコン膜(SiN)や
炭化シリコン膜(SiC)等がCu配線及び層間絶縁膜
の表面に形成され、キャップ膜として用いられる。
By the way, Cu wiring is generally used in a multi-layered structure, but since there is no barrier film on the surface of the Cu wiring immediately after CMP, a cap functioning as a Cu diffusion preventing layer is formed before the upper layer wiring is formed. Form a film. At this time, since Cu is easily oxidized in an atmosphere containing oxygen even at a low temperature of 150 ° C.,
A silicon nitride film (SiN), a silicon carbide film (SiC), or the like, which is a material containing no oxygen, is formed on the surfaces of the Cu wiring and the interlayer insulating film and used as a cap film.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化シ
リコン(SiN)や炭化シリコン(SiC)は、酸化シ
リコン(SiO)よりも比誘電率が大きいため、Cu
配線を有する半導体装置の実行誘電率が高くなり、半導
体装置のRC遅延が大きくなってしまうという不都合が
ある。このため、CMP後のCu配線表面については、
選択的にコバルトタングステン燐(CoWP)等の合金
で被覆する方法が有利であると考えられる。
However, since silicon nitride (SiN) and silicon carbide (SiC) have a larger relative dielectric constant than silicon oxide (SiO 2 ), Cu
There is an inconvenience that the effective dielectric constant of the semiconductor device having the wiring becomes high and the RC delay of the semiconductor device becomes large. Therefore, for the Cu wiring surface after CMP,
A method of selectively coating with an alloy such as cobalt tungsten phosphorus (CoWP) is considered to be advantageous.

【0007】コバルトタングステン燐(CoWP)等の
合金からなるキャップ膜を形成する方法としては、例え
ば無電解めっき法があり、米国特許5695810号に
開示されているように、Cu表面を触媒としてコバルト
タングステン燐(CoWP)からなるキャップ膜を形成
する方法が提唱されている。また、特開平9−3072
34号公報に開示されているように、Cu表面をパラジ
ウム(Pd)の置換めっきによりパラジウム(Pd)に
置換し、置換されたパラジウム(Pd)を触媒核として
無電解めっきを行う方法が提唱されている。
As a method for forming a cap film made of an alloy such as cobalt tungsten phosphorus (CoWP), there is, for example, an electroless plating method. As disclosed in US Pat. No. 5,695,810, cobalt tungsten is used with a Cu surface as a catalyst. A method of forming a cap film made of phosphorus (CoWP) has been proposed. In addition, JP-A-9-3072
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 34-34, a method has been proposed in which the Cu surface is replaced with palladium (Pd) by displacement plating with palladium (Pd), and electroless plating is performed using the substituted palladium (Pd) as a catalyst nucleus. ing.

【0008】しかしながら、CoWPからなるキャップ
膜は、Cuの拡散防止膜としては充分機能するものの、
耐酸化性に乏しいという問題がある。特に、Cu配線上
にさらに上層配線を形成して多層化するために、例えば
次工程においてSiOやSiOC等の酸素を含む材料
からなる層間絶縁膜の成膜を行う場合には高温とされる
ので、CoWPからなるキャップ膜の表面が酸化されて
コバルト酸化物が生成する。酸化の結果生成したコバル
ト酸化物は、上層のCu配線との接続をとるビアの底部
と下層のCu配線との間に介在することで、ビア抵抗の
上昇を招いて配線間を絶縁したり、ビアとの密着性を低
下させてキャップ膜とビア底部との間で剥離を生じさせ
たりすること等の様々な問題を引き起こし、半導体装置
の信頼性を大きく損なう原因となる。
However, although the cap film made of CoWP functions sufficiently as a Cu diffusion preventing film,
There is a problem of poor oxidation resistance. In particular, when an interlayer insulating film made of a material containing oxygen such as SiO 2 or SiOC is formed in the next step, for example, in order to form an upper layer wiring on the Cu wiring to form a multi-layered wiring, the temperature is high. Therefore, the surface of the cap film made of CoWP is oxidized to generate cobalt oxide. The cobalt oxide generated as a result of the oxidation is present between the bottom of the via that connects to the Cu wiring in the upper layer and the Cu wiring in the lower layer, thereby increasing the via resistance and insulating the wiring from each other. This causes various problems such as a decrease in adhesion with the via and peeling between the cap film and the bottom of the via, which causes a great decrease in reliability of the semiconductor device.

【0009】そこで本発明はこのような従来の問題点を
解消するために提案されたものであり、比誘電率の上昇
を招くことなく、高い信頼性を実現可能とする半導体装
置及びその製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been proposed in order to solve such a conventional problem, and a semiconductor device and a manufacturing method thereof which can realize high reliability without causing an increase in relative permittivity. The purpose is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体装置は、層間絶縁膜の溝部に
埋め込まれたCuを含む金属配線上に、酸素を含有しな
い絶縁材料からなる絶縁膜が選択的に形成されているこ
とを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a semiconductor device according to the present invention is provided with an insulating material containing no oxygen on a metal wiring containing Cu embedded in a groove portion of an interlayer insulating film. The insulating film is formed selectively.

【0011】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、層間絶縁膜の溝部にCuを含む金属を埋め込んでC
uを含む金属配線を形成する配線形成工程と、上記Cu
を含む金属配線に酸素を含有しない絶縁材料からなる絶
縁膜を選択的に形成する絶縁膜形成工程とを有すること
を特徴とする。
Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a metal containing Cu is embedded in the groove portion of the interlayer insulating film to form C.
a wiring forming step of forming a metal wiring containing u, and Cu
And an insulating film forming step of selectively forming an insulating film made of an insulating material containing no oxygen on the metal wiring containing.

【0012】以上のような半導体装置は、酸素を含有し
ない絶縁材料からなる絶縁膜がCuを含む金属配線上に
選択的に形成されているので、Cuを含む金属配線から
のCuの拡散が防止されるとともに、絶縁膜の下地とな
るCuを含む金属配線等の酸化が防止されている。
In the semiconductor device as described above, since the insulating film made of the insulating material containing no oxygen is selectively formed on the metal wiring containing Cu, diffusion of Cu from the metal wiring containing Cu is prevented. In addition, oxidation of the metal wiring containing Cu, which is the base of the insulating film, is prevented.

【0013】また、この絶縁膜は、Cuを含む金属配線
上のみに選択的に形成されているので、酸素を含有しな
い絶縁材料として比誘電率の高い材料を用いた場合で
も、これらによる実効的な誘電率の上昇が従来技術に比
べて飛躍的に抑えられる。さらに、酸素を含有しない絶
縁材料を半導体装置の全面に成膜すると、膜ストレスが
下地の全面にかかり、膜剥がれの原因となるのである
が、本発明ではCuを含む配線上に選択的に形成されて
いるので、膜ストレスが軽減され、膜剥がれを回避でき
る。
Further, since this insulating film is selectively formed only on the metal wiring containing Cu, even if a material having a high relative dielectric constant is used as the insulating material containing no oxygen, it is effective by these. The increase in the dielectric constant is dramatically suppressed as compared with the conventional technology. Furthermore, when an insulating material containing no oxygen is formed on the entire surface of the semiconductor device, film stress is applied to the entire surface of the base, causing film peeling. However, in the present invention, it is selectively formed on the wiring containing Cu. Therefore, the film stress is reduced and the film peeling can be avoided.

【0014】また、酸素を含有しない絶縁材料からなる
絶縁膜は耐フッ酸性を備えているため、後の工程におい
て層間絶縁膜上の残留Cu原子の除去を目的としたフッ
酸溶液処理を施した場合においても、エッチングされて
消失することがない。したがって、フッ酸溶液処理を行
った場合においても確実に層間絶縁膜へのCu原子の拡
散防止層として機能する。
Since the insulating film made of an insulating material containing no oxygen has hydrofluoric acid resistance, a hydrofluoric acid solution treatment for removing residual Cu atoms on the interlayer insulating film was performed in a later step. Even in the case, it does not disappear due to etching. Therefore, even when the hydrofluoric acid solution treatment is performed, it reliably functions as a diffusion preventing layer of Cu atoms into the interlayer insulating film.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した半導体装
置及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細
に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、各部の
特徴をわかりやすく図示するために特徴となる部分を拡
大して示している場合があり、各部材の寸法の比率が実
際と同じであるとは限らない。また、以下では、半導体
装置を構成する各膜の構成や材料等について例示する
が、本発明は例示する半導体装置に限定されるものでは
なく、所望とする目的や性能に応じて各膜の構成や材料
等を選択すれば良い。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. It should be noted that the drawings used in the following description may show the characteristic parts in an enlarged manner in order to clearly show the characteristics of the respective parts, and the dimensional ratios of the respective members are not always the same as the actual ones. Absent. Further, in the following, the constitution and materials of each film constituting the semiconductor device will be exemplified, but the present invention is not limited to the exemplified semiconductor device, and the constitution of each film depending on a desired purpose or performance. You can select the material and material.

【0016】〈第1の実施の形態〉本発明が対象とする
半導体装置は、例えば図1に示すように、トランジスタ
等のデバイス(図示は省略する。)が予め作製された基
板1上に、Cuを含む金属配線(以下、Cu配線と称す
る。)2が層間絶縁膜3に設けられた溝部4に埋め込ま
れてなるものである。溝部4の側壁及び底部、すなわち
Cu配線2と層間絶縁膜3との間には、Cu拡散防止機
能を有するバリア膜6が形成されている。また、基板1
上には例えばSiN、SiC等からなるエッチストッパ
膜7が形成されており、Cu配線2から基板1へのCu
拡散を防止する。
<First Embodiment> As shown in FIG. 1, for example, a semiconductor device targeted by the present invention has a device such as a transistor (not shown) formed on a substrate 1 in advance. A metal wiring (hereinafter, referred to as Cu wiring) 2 containing Cu is embedded in a groove portion 4 provided in the interlayer insulating film 3. A barrier film 6 having a Cu diffusion preventing function is formed between the side wall and the bottom of the groove 4, that is, between the Cu wiring 2 and the interlayer insulating film 3. Also, the substrate 1
An etch stopper film 7 made of, for example, SiN or SiC is formed on the upper surface of the etch stopper film 7, and Cu from the Cu wiring 2 to the substrate 1 is formed.
Prevent spread.

【0017】また、本発明の半導体装置では、Cu配線
2上に酸素を含有しない絶縁材料からなる絶縁膜8が選
択的に形成されている。酸素を含有しない絶縁材料から
なる絶縁膜8は、例えばSiNやSiC等から選ばれる
少なくとも1種の絶縁材料からなるものであり、耐酸化
性及びCu拡散防止機能に極めて優れている。
Further, in the semiconductor device of the present invention, the insulating film 8 made of an insulating material containing no oxygen is selectively formed on the Cu wiring 2. The insulating film 8 made of an insulating material containing no oxygen is made of at least one insulating material selected from, for example, SiN and SiC, and has an extremely excellent oxidation resistance and a Cu diffusion preventing function.

【0018】本発明では、Cu配線2上に選択的に絶縁
膜8が形成されているので、Cu配線2からのCuの拡
散を防止する。また、絶縁膜8は、耐酸化性に極めて乏
しいCu配線2の酸化防止にも有効である。
In the present invention, since the insulating film 8 is selectively formed on the Cu wiring 2, diffusion of Cu from the Cu wiring 2 is prevented. In addition, the insulating film 8 is also effective in preventing the oxidation of the Cu wiring 2 having extremely poor oxidation resistance.

【0019】また、この絶縁膜8は、Cu配線2上のみ
に選択的に形成されているので、酸素を含有しない絶縁
材料としてSiNやSiC等の比誘電率の高い材料(比
誘電率はそれぞれ8、5である。)を用いた場合でも、
半導体装置の全面にこれらの材料をキャップ膜として成
膜する従来技術に比べて、実効的な誘電率の上昇が抑え
られる。この結果、半導体装置のRC遅延の増大を最小
限に抑えることができる。
Since the insulating film 8 is selectively formed only on the Cu wiring 2, a material having a high relative permittivity such as SiN or SiC (having a relative permittivity of respectively) is used as an insulating material containing no oxygen. 8 and 5),
Compared with the conventional technique in which these materials are formed as a cap film on the entire surface of the semiconductor device, an effective increase in the dielectric constant can be suppressed. As a result, it is possible to minimize the increase in RC delay of the semiconductor device.

【0020】また、半導体装置の全面に酸素を含有しな
い絶縁材料を成膜してキャップ膜とする従来の半導体装
置では、膜ストレスが下地の全面にかかり、膜剥がれの
原因となっていた。これに対して本発明では、酸素を含
有しない絶縁材料からなる絶縁膜8がCu配線2上のみ
に成膜されているので、膜ストレスが低減されており、
膜剥がれのトラブルを回避できる。
Further, in a conventional semiconductor device in which an insulating material containing no oxygen is formed on the entire surface of the semiconductor device to form a cap film, film stress is applied to the entire surface of the underlayer, which causes film peeling. On the other hand, in the present invention, since the insulating film 8 made of an insulating material containing no oxygen is formed only on the Cu wiring 2, film stress is reduced,
The trouble of film peeling can be avoided.

【0021】ところで、本願出願人は、Cu配線上に形
成されたCoWPからなるキャップ膜の酸化を防止する
ために、先に特願2000−224884号明細書にお
いて、Cu配線上にCoWPからなるキャップ膜を成膜
後、CoWPの表面をSiH 、Si等のガスに
曝すことによりCoSi膜を形成する方法を提唱してい
る。しかしながら、CoSi膜を形成する方法は、耐酸
化性を有するものの耐フッ酸(HF)性を備えないた
め、層間絶縁膜上の残留Cu原子の除去を目的とするH
F溶液処理を施した場合、CoSi膜又はその下層であ
るCoWPからなるキャップ膜がエッチングされ、消失
してしまう。この結果、キャップ膜自体の消失によりC
uの拡散防止ができなくなるため、フッ酸溶液処理を備
えるプロセスにおいては半導体装置の製造が行えないと
いう不都合が生じる。
By the way, the applicant of the present invention formed a pattern on the Cu wiring.
To prevent oxidation of the formed cap film made of CoWP
For this reason, in Japanese Patent Application No. 2000-224884,
Then, a cap film made of CoWP is formed on the Cu wiring.
After that, the surface of CoWP is SiH Four, SiTwoH6To gas
Proposed a method of forming a CoSi film by exposure.
It However, the method of forming the CoSi film is
It has chemical resistance but does not have hydrofluoric acid (HF) resistance.
To remove residual Cu atoms on the interlayer insulating film,
When the F solution treatment is applied, it is the CoSi film or the lower layer.
The cap film made of CoWP disappears due to etching
Resulting in. As a result, C disappears due to the disappearance of the cap film itself.
Since it is impossible to prevent the diffusion of u, it is necessary to provide a hydrofluoric acid solution treatment.
Semiconductor devices cannot be manufactured in the manufacturing process
The inconvenience occurs.

【0022】しかしながら本発明では、酸素を含有しな
い絶縁材料からなる絶縁膜8が優れた耐フッ酸性を有す
るので、半導体装置作製プロセス中にフッ酸溶液処理を
施した場合においても、その耐フッ酸性によりフッ酸溶
液でエッチングされることがない。これにより、この半
導体装置では、例えば層間絶縁膜上の残留Cu原子の除
去を目的として、製造プロセス中にフッ酸(HF)溶液
処理が含まれる場合においても、絶縁膜8が消失するこ
とが無く、良好なCuの拡散防止機能を発揮するため、
Cuの拡散が確実に防止された半導体装置を実現するこ
とができる。
However, according to the present invention, since the insulating film 8 made of an insulating material containing no oxygen has excellent hydrofluoric acid resistance, even when the hydrofluoric acid solution treatment is performed during the semiconductor device manufacturing process, the hydrofluoric acid resistance is improved. Therefore, it is not etched by the hydrofluoric acid solution. Accordingly, in this semiconductor device, the insulating film 8 does not disappear even when hydrofluoric acid (HF) solution treatment is included in the manufacturing process for the purpose of removing residual Cu atoms on the interlayer insulating film, for example. , Because it exerts a good Cu diffusion prevention function,
It is possible to realize a semiconductor device in which the diffusion of Cu is surely prevented.

【0023】以上のような本発明に係る半導体装置の製
造方法について以下に説明する。
A method of manufacturing the semiconductor device according to the present invention as described above will be described below.

【0024】〈1〉エッチストッパ膜形成工程 先ず、図2に示すように、基板1上にCVD(Chem
ical VaporDeposition)法によっ
てSiC、SiN等の材料を堆積させ、エッチストッパ
膜7を成膜する。一例として、原料ガスとしてトリメチ
ルシラン及びNOの混合ガスを用い、CVD法により
SiCを膜厚50nmで成膜した。
<1> Etch stopper film forming step First, as shown in FIG. 2, CVD (Chem) is formed on the substrate 1.
The etch stopper film 7 is formed by depositing a material such as SiC, SiN or the like by the ICP method. As an example, a mixed gas of trimethylsilane and N 2 O was used as a source gas, and a SiC film was formed to a thickness of 50 nm by the CVD method.

【0025】〈2〉層間絶縁膜形成工程 次に、図3に示すように、エッチストッパ膜7上の全面
に例えばSiOCからなる層間絶縁膜3をCVD法によ
り成膜する。この層間絶縁膜3の成膜は、前工程である
エッチストッパ膜7の成膜に連続して同一のチャンバ内
で行うことができる。また、層間絶縁膜3としてはSi
OCに限らず、SiO等の周知の酸化物や、低誘電率
材料等の有機材料であっても良い。一例として、原料ガ
スとしてトリメチルシランとNHとの混合ガスを用
い、上記エッチストッパ膜7の成膜に連続してCVD法
によりSiOCを膜厚500nmで成膜した。
<2> Interlayer Insulating Film Forming Step Next, as shown in FIG. 3, an interlayer insulating film 3 made of, for example, SiOC is formed on the entire surface of the etch stopper film 7 by the CVD method. The film formation of the interlayer insulating film 3 can be performed in the same chamber following the film formation of the etch stopper film 7 which is the previous step. Further, as the interlayer insulating film 3, Si is used.
Not limited to OC, a known oxide such as SiO 2 or an organic material such as a low dielectric constant material may be used. As an example, a mixed gas of trimethylsilane and NH 3 was used as a raw material gas, and SiOC was formed to a film thickness of 500 nm by a CVD method following the film formation of the etch stopper film 7.

【0026】〈3〉配線用溝形成工程 次に、図4に示すように、フォトリソグラフィ及びドラ
イエッチングにより、層間絶縁膜3に配線を形成するた
めの溝部4をパターニングする。
<3> Wiring Groove Forming Step Next, as shown in FIG. 4, the groove portion 4 for forming wiring in the interlayer insulating film 3 is patterned by photolithography and dry etching.

【0027】〈4〉バリア膜及びCuシード膜形成工程 次に、図5に示すように、Cuの層間絶縁膜3への拡散
を防止するための例えばTaNからなるバリア膜6をP
VD(Physical Vapor Deposit
ion)法により成膜し、続けてPVD法によりCuシ
ード膜(図示は省略する)を成膜する。バリア膜6とし
ては、TaNの他、Ta、TiN、WN等のCuに対す
るバリア性に優れた材料を使用できる。Cuシード膜
は、次のCu埋め込み工程で電解めっき法によりCuを
成膜する際の導電層となるものである。バリア膜6及び
Cuシード膜の成膜はCVD法によるものでもかまわな
い。それぞれの膜厚に関しては、デザインルールにもよ
るが、バリア膜6に関しては50nm以下、Cuシード
膜に関しては200nm以下が好ましい。一例として、
TaNからなるバリア膜6を30nm、Cuシード膜を
150nm成膜した。
<4> Barrier Film and Cu Seed Film Forming Step Next, as shown in FIG. 5, a barrier film 6 made of, for example, TaN for preventing diffusion of Cu into the interlayer insulating film 3 is formed.
VD (Physical Vapor Deposition)
ion) method, and subsequently, a Cu seed film (not shown) is formed by the PVD method. As the barrier film 6, besides TaN, a material having an excellent barrier property against Cu such as Ta, TiN, and WN can be used. The Cu seed film serves as a conductive layer when Cu is formed by an electrolytic plating method in the next Cu embedding step. The barrier film 6 and the Cu seed film may be formed by the CVD method. The thickness of each film is preferably 50 nm or less for the barrier film 6 and 200 nm or less for the Cu seed film, although it depends on the design rule. As an example,
A barrier film 6 made of TaN was formed to a thickness of 30 nm, and a Cu seed film was formed to a thickness of 150 nm.

【0028】〈5〉Cu埋め込み工程 次に、図6に示すように、電解めっき法によりCuを埋
め込み、Cu配線2を形成する。このCu埋め込み工程
では、電解めっき法が広く採用されているが、これに限
らず例えばCVD法でも問題はない。その膜厚は、溝部
4の深さにより異なるが、目安として2.0μm以下で
あることが好ましい。一例として、成膜量を1μmとし
た。
<5> Cu Embedding Step Next, as shown in FIG. 6, Cu is embedded by electrolytic plating to form a Cu wiring 2. In this Cu embedding step, the electrolytic plating method is widely adopted, but the present invention is not limited to this, and for example, the CVD method does not pose any problem. The film thickness varies depending on the depth of the groove portion 4, but as a guide, it is preferably 2.0 μm or less. As an example, the film formation amount was set to 1 μm.

【0029】〈6〉CMP研磨工程 次に、図7に示すように、溝部4のみにCuを残す。一
般的に適用されている技術は、CMPによる研磨であ
る。この工程では、溝部4にのみ配線材料を残すように
層間絶縁膜3の表面で研磨を終了する必要があり、さら
には層間絶縁膜3上にはこれら配線材料が残らないよう
に研磨を制御することが好ましい。CMPによる研磨工
程では、Cu及びバリア膜の2種類以上の材料を研磨除
去しなければならないので、研磨する材料により研磨液
(スラリー)、研磨条件等をコントロールする必要があ
る。このため、複数ステップの研磨が必要な場合もあ
る。
<6> CMP polishing step Next, as shown in FIG. 7, Cu is left only in the groove portions 4. A commonly applied technique is polishing by CMP. In this step, it is necessary to finish the polishing on the surface of the interlayer insulating film 3 so that the wiring material is left only in the groove portion 4. Further, the polishing is controlled so that these wiring materials do not remain on the interlayer insulating film 3. It is preferable. In the polishing process by CMP, two or more kinds of materials of Cu and the barrier film must be removed by polishing, and therefore it is necessary to control the polishing liquid (slurry), polishing conditions, etc. depending on the material to be polished. Therefore, polishing in multiple steps may be necessary.

【0030】〈7〉絶縁膜成膜工程 次に、図8に示すように、Cu配線2及び層間絶縁膜3
の全面に、例えばSiCをCVD法により成膜する。実
際には、原料ガスとしてトリメチルシラン及びNOの
混合ガスを用い、膜厚50nmで成膜した。
<7> Insulating Film Forming Step Next, as shown in FIG. 8, Cu wiring 2 and interlayer insulating film 3 are formed.
A film of, for example, SiC is formed on the entire surface of the substrate by the CVD method. In practice, a mixed gas of trimethylsilane and N 2 O was used as a source gas, and the film was formed with a film thickness of 50 nm.

【0031】〈8〉絶縁膜加工工程 次に、フォトリソグラフィ及びそれに続くドライエッチ
ングにより、前の工程で形成したSiC膜を加工する。
このときの加工パターンは、〈3〉配線用溝形成工程に
おける溝部4のパターンと同様にする。これにより、溝
部4上、すなわちCu配線2上にのみ選択的に絶縁膜8
が残存することになり、図1に示すような半導体装置が
得られる。
<8> Insulating Film Processing Step Next, the SiC film formed in the previous step is processed by photolithography and subsequent dry etching.
The processing pattern at this time is the same as the pattern of the groove portion 4 in the <3> wiring groove forming step. As a result, the insulating film 8 is selectively formed only on the groove portion 4, that is, on the Cu wiring 2.
Are left, and the semiconductor device as shown in FIG. 1 is obtained.

【0032】また、以上のようなプロセスを繰り返すこ
とにより、図9に示すような、ビア9及び上層のCu配
線10を有し、上層のCu配線10の上面が絶縁膜8に
より選択的に被覆されてなる、多層配線の半導体装置を
作製することができる。
By repeating the above process, the via 9 and the upper Cu wiring 10 as shown in FIG. 9 are provided, and the upper surface of the upper Cu wiring 10 is selectively covered with the insulating film 8. Thus, a semiconductor device having multilayer wiring can be manufactured.

【0033】〈第2の実施の形態〉つぎに、第2の実施
の形態について説明する。以下では、上述の説明と同じ
部材については、同じ符号を付すことで詳細な説明を省
略する。
<Second Embodiment> Next, a second embodiment will be described. In the following, the same members as those described above will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0034】第2の実施の形態の半導体装置は、図10
に示すように、Cu配線2上にCu拡散防止機能を有す
るキャップ膜11が選択的に形成されており、さらにキ
ャップ膜11上に酸素を含有しない絶縁材料からなる絶
縁膜8が選択的に形成されている。すなわち、第2の実
施の形態の半導体装置は、Cu配線2と絶縁膜8との間
にキャップ膜11が介在した構造とされている。
The semiconductor device of the second embodiment is shown in FIG.
2, the cap film 11 having a Cu diffusion preventing function is selectively formed on the Cu wiring 2, and the insulating film 8 made of an insulating material containing no oxygen is selectively formed on the cap film 11. Has been done. That is, the semiconductor device of the second embodiment has a structure in which the cap film 11 is interposed between the Cu wiring 2 and the insulating film 8.

【0035】ここで、キャップ膜11としては、コバル
ト合金やニッケル合金を用いることができ、例えばCo
P、CoB、CoW、CoMo、CoWP、CoWB、
CoMoP、CoMoB、NiWP、NiWB、NiM
oP、NiMoB等が挙げられる。また、CoとNiと
の両方が合金化されたもの、WとMoの両方が合金化さ
れた組み合わせ等も挙げることができる。WやMoをC
oやNiに添加することで、Cu拡散防止効果が増大す
る。また、置換めっきにより形成されたPdや、それら
のシリサイド(CoSi、NiSi、PdSi)等も可
能である。また、無電解めっきで副次的に混入されるこ
とになるPやBも、成膜されたCoやNiを微細な結晶
構造とし、Cu拡散防止効果に寄与する。
Here, as the cap film 11, a cobalt alloy or a nickel alloy can be used.
P, CoB, CoW, CoMo, CoWP, CoWB,
CoMoP, CoMoB, NiWP, NiWB, NiM
oP, NiMoB, etc. are mentioned. Moreover, the thing which alloyed both Co and Ni, the combination which alloyed both W and Mo, etc. can be mentioned. W or Mo to C
The effect of preventing Cu diffusion is increased by adding O or Ni. Further, Pd formed by displacement plating, silicide thereof (CoSi, NiSi, PdSi), or the like is also possible. Further, P and B, which are secondarily mixed in by the electroless plating, also form the deposited Co and Ni into a fine crystal structure and contribute to the Cu diffusion preventing effect.

【0036】この図10に示す半導体装置は、キャップ
膜11上に選択的に絶縁膜8が形成されているので、キ
ャップ膜11の酸化が確実に防止される。このため、例
えばさらにビアを介して上層に配線を形成した際に、ビ
アとキャップ膜11との密着性が悪化したり、酸化され
たキャップ膜11がビア抵抗を上昇させたりする等のキ
ャップ膜11が酸化されることに起因する不都合を回避
し、信頼性の向上が図られる。
In the semiconductor device shown in FIG. 10, since the insulating film 8 is selectively formed on the cap film 11, the cap film 11 is reliably prevented from being oxidized. Therefore, for example, when a wiring is further formed in the upper layer via the via, the adhesion between the via and the cap film 11 is deteriorated, or the oxidized cap film 11 increases the via resistance. The inconvenience resulting from the oxidation of 11 is avoided, and the reliability is improved.

【0037】また、この絶縁膜8は、Cu配線2及びキ
ャップ膜11上のみに選択的に形成されているので、酸
素を含有しない絶縁材料としてSiNやSiC等の比誘
電率の高い材料(比誘電率はそれぞれ8、5である。)
を用いた場合でも、半導体装置の全面にこれらの材料を
キャップ膜として成膜する従来技術に比べて、実効的な
誘電率の上昇が抑えられる。この結果、半導体装置のR
C遅延の増大を最小限に抑えることができる。
Further, since the insulating film 8 is selectively formed only on the Cu wiring 2 and the cap film 11, a material having a high relative permittivity such as SiN or SiC (compared to the relative dielectric constant) is used as an insulating material containing no oxygen. The dielectric constants are 8 and 5, respectively.)
Even in the case of using, the effective increase in the dielectric constant can be suppressed as compared with the conventional technique in which these materials are formed as a cap film on the entire surface of the semiconductor device. As a result, the semiconductor device R
The increase in C delay can be minimized.

【0038】また、半導体装置の全面に酸素を含有しな
い絶縁材料を成膜してキャップ膜とする従来の半導体装
置では、膜ストレスが下地の全面にかかり、膜剥がれの
原因となっていた。これに対して本発明では、酸素を含
有しない絶縁材料からなる絶縁膜8はCu配線2及びキ
ャップ膜11上のみに成膜されているので、膜ストレス
が低減されており、膜剥がれのトラブルを回避できる。
Further, in the conventional semiconductor device in which an insulating material containing no oxygen is formed on the entire surface of the semiconductor device to form the cap film, film stress is applied to the entire surface of the underlayer, which causes film peeling. On the other hand, in the present invention, since the insulating film 8 made of an insulating material containing no oxygen is formed only on the Cu wiring 2 and the cap film 11, the film stress is reduced and the problem of film peeling is reduced. It can be avoided.

【0039】また、酸素を含有しない絶縁材料からなる
絶縁膜8が優れた耐フッ酸性を有するので、半導体装置
作製プロセス中にフッ酸溶液処理を施した場合において
も、その耐フッ酸性によりフッ酸溶液でエッチングされ
ることがない。これにより、この半導体装置では、例え
ば層間絶縁膜上の残留Cu原子の除去を目的として、製
造プロセス中にフッ酸(HF)溶液処理が含まれる場合
においても、絶縁膜8が保護するのでキャップ膜11が
消失することが無く、良好なCuの拡散防止機能を発揮
するため、Cuの拡散が確実に防止された半導体装置を
実現することができる。
Further, since the insulating film 8 made of an insulating material containing no oxygen has excellent hydrofluoric acid resistance, even when the hydrofluoric acid solution treatment is performed during the semiconductor device manufacturing process, the hydrofluoric acid resistance causes the hydrofluoric acid resistance. Does not etch with solution. As a result, in this semiconductor device, the insulating film 8 is protected even when a hydrofluoric acid (HF) solution treatment is included in the manufacturing process for the purpose of removing residual Cu atoms on the interlayer insulating film, for example, so that the cap film is protected. Since 11 does not disappear and a good Cu diffusion preventing function is exhibited, it is possible to realize a semiconductor device in which Cu diffusion is surely prevented.

【0040】さらに、本実施の形態では、キャップ膜1
1がCu配線2の銅拡散防止層として機能するので、絶
縁膜8の膜厚は、層間絶縁膜3上の残留Cu原子の除去
を目的とするフッ酸溶液処理を施す際の耐フッ酸性向上
を実現できる程度でよく、例えば10nm以下とするこ
とができる。特に絶縁膜8の膜厚を5nm以上10nm
以下とすることが好ましく、この範囲内とすることで半
導体装置の実効的な誘電率の上昇を抑えることができ
る。絶縁膜8の膜厚が5nm未満である場合、耐フッ酸
性が不十分となり、逆に膜厚が10nmを上回ると誘電
率の上昇を招くおそれがある。このように、キャップ膜
11を設けることで、酸素を含有しない絶縁材料からな
る絶縁膜8を薄くできるので、第1の実施の形態で述べ
た半導体装置に比べて実効的な誘電率の上昇が飛躍的に
抑えられ、半導体装置のRC遅延の増大抑制効果をさら
に確実に得ることができる。
Further, in the present embodiment, the cap film 1
Since 1 functions as a copper diffusion preventing layer of the Cu wiring 2, the film thickness of the insulating film 8 is improved in hydrofluoric acid resistance when a hydrofluoric acid solution treatment for removing residual Cu atoms on the interlayer insulating film 3 is performed. Can be realized, and can be set to 10 nm or less, for example. In particular, the thickness of the insulating film 8 is 5 nm or more and 10 nm
The following is preferable, and by setting it within this range, an effective increase in the dielectric constant of the semiconductor device can be suppressed. When the film thickness of the insulating film 8 is less than 5 nm, the hydrofluoric acid resistance becomes insufficient, and conversely, when the film thickness exceeds 10 nm, the dielectric constant may increase. By thus providing the cap film 11, the insulating film 8 made of an insulating material that does not contain oxygen can be made thinner, so that the effective dielectric constant is increased as compared with the semiconductor device described in the first embodiment. It can be drastically suppressed, and the effect of suppressing the increase in RC delay of the semiconductor device can be more reliably obtained.

【0041】以上のような半導体装置の製造方法につい
て説明する。先ず、上述した第1の実施の形態と同様
に、〈1〉〜〈6〉のプロセスを経ることにより、図7
に示すような溝部4内にCu配線2が埋め込まれた状態
とする。
A method of manufacturing the above semiconductor device will be described. First, as in the case of the above-described first embodiment, the process of <1> to <6> is performed, and
The Cu wiring 2 is embedded in the groove 4 as shown in FIG.

【0042】〈9〉キャップ膜形成工程 次に、CMPによる研磨工程後のCu配線2上に形成さ
れる自然酸化膜を除去するため、例えば1%HF等の弱
酸性水溶液で処理し、続いて無電解めっき法により、図
11に示すようにCu配線2上にキャップ膜11を形成
する。無電解めっき法を採用することで、Cu配線2上
にのみ選択的にキャップ膜11を形成することができ、
キャップ膜をエッチングする工程を省略することができ
る。なお、Cu配線2上に無電解めっき法によりキャッ
プ膜11を形成するためには、Cu配線2の表面に触媒
性の高い金属であるPd等を用いて触媒活性化処理を施
さなければならない。その前処理法は以下に示すとおり
である。
<9> Cap Film Forming Step Next, in order to remove the natural oxide film formed on the Cu wiring 2 after the polishing step by CMP, the cap film is treated with a weakly acidic aqueous solution such as 1% HF, and the like. As shown in FIG. 11, the cap film 11 is formed on the Cu wiring 2 by the electroless plating method. By adopting the electroless plating method, the cap film 11 can be selectively formed only on the Cu wiring 2.
The step of etching the cap film can be omitted. In order to form the cap film 11 on the Cu wiring 2 by the electroless plating method, the surface of the Cu wiring 2 must be subjected to a catalyst activation treatment using Pd, which is a metal having a high catalytic property. The pretreatment method is as follows.

【0043】(1)脱脂処理:アルカリ脱脂により、表
面のぬれ性を向上させる。
(1) Degreasing treatment: Alkali degreasing improves the wettability of the surface.

【0044】(2)酸処理:2〜3%の塩酸等で中和す
ると同時に、表面の酸化しているCuを除去する。
(2) Acid treatment: Neutralize with 2-3% hydrochloric acid, etc., and at the same time remove oxidized Cu on the surface.

【0045】(3)Pd置換処理:PdClの塩酸溶
液を用い、金属配線の最表面をPdで置換し、触媒活性
層を形成する。これは、置換めっきで、異種金属のイオ
ン化傾向の相違を利用するものである。CuはPdに比
べ電気化学的に卑な金属であるから、溶液中での溶解に
伴って放出される電子が、溶液中の貴金属であるPdに
転移し、卑金属のCu表面にPdが形成される。したが
って、酸化膜、例えばTEOS(テトラエトキシシラ
ン)上はPdで置換されない。なお、置換する金属とし
ては、白金、金、ロジウム等でもよい。実際にPd置換
めっきを行ったときの条件の一例を以下に示す。
(3) Pd substitution treatment: The outermost surface of the metal wiring is substituted with Pd using a hydrochloric acid solution of PdCl 2 to form a catalytically active layer. This is to use the difference in ionization tendency of dissimilar metals in displacement plating. Since Cu is an electrochemically base metal compared to Pd, the electrons emitted by dissolution in the solution are transferred to Pd, which is the noble metal in the solution, and Pd is formed on the Cu surface of the base metal. It Therefore, Pd is not replaced on the oxide film, for example, TEOS (tetraethoxysilane). The metal to be replaced may be platinum, gold, rhodium or the like. An example of conditions when Pd displacement plating is actually performed is shown below.

【0046】処理溶液:PdCl水溶液、HCl 処理時間:2分 温度:30℃ pH:1.3Treatment solution: PdCl 2 aqueous solution, HCl Treatment time: 2 minutes Temperature: 30 ° C. pH: 1.3

【0047】(4)純水リンス(4) Pure water rinse

【0048】上記前処理において、(1)脱脂処理及び
(2)酸処理は、必要に応じて行えばよい。また、上記
(1)脱脂処理、(2)酸処理、及び(3)Pd置換処
理における処理方法としては、スピンコータを用いての
スピン処理、又はパドル処理、さらにはディッピング処
理等を挙げることができる。
In the above pretreatment, (1) degreasing treatment and (2) acid treatment may be carried out as necessary. Further, as the treatment methods in the above (1) degreasing treatment, (2) acid treatment, and (3) Pd substitution treatment, there can be mentioned spin treatment using a spin coater, paddle treatment, and further dipping treatment. .

【0049】次に、上記Pdにより触媒活性された被め
っき表面に、無電解めっき法によりCo合金膜又はNi
合金膜等をキャップ膜11として成膜する。上記の通
り、触媒活性化層のPdはCuの表面にだけ置換され、
無電解めっきはPdの存在するところにのみ進行する。
したがって、Cu(金属配線)上のみに選択的なキャッ
プ膜11の成膜が可能となる。
Next, a Co alloy film or Ni was formed on the surface to be plated which was catalytically activated by the above Pd by electroless plating.
An alloy film or the like is formed as the cap film 11. As described above, Pd of the catalyst activation layer is replaced only on the surface of Cu,
Electroless plating proceeds only where Pd is present.
Therefore, the cap film 11 can be selectively formed only on Cu (metal wiring).

【0050】〈10〉絶縁膜成膜工程 次に、図12に示すように、キャップ膜11及び層間絶
縁膜3の全面に、例えばSiCをCVD法により成膜す
る。実際には、原料ガスとしてトリメチルシラン及びN
Oの混合ガスを用い、膜厚5nmで成膜した。
<10> Insulating Film Forming Step Next, as shown in FIG. 12, SiC, for example, is formed on the entire surfaces of the cap film 11 and the interlayer insulating film 3 by the CVD method. In practice, trimethylsilane and N are used as raw material gases.
A film having a thickness of 5 nm was formed using a mixed gas of 2 O.

【0051】〈12〉絶縁膜加工工程 次に、フォトリソグラフィ及びそれに続くドライエッチ
ングにより、前の工程で形成したSiC膜を加工する。
このときの加工パターンは、〈3〉配線用溝形成工程に
おける溝部4のパターンと同様にする。これにより、溝
部4上、すなわちキャップ膜11上にのみ選択的に絶縁
膜8が残存することになり、図10に示すような半導体
装置が得られる。
<12> Insulating Film Processing Step Next, the SiC film formed in the previous step is processed by photolithography and subsequent dry etching.
The processing pattern at this time is the same as the pattern of the groove portion 4 in the <3> wiring groove forming step. As a result, the insulating film 8 selectively remains only on the groove portion 4, that is, on the cap film 11, and the semiconductor device as shown in FIG. 10 is obtained.

【0052】また、以上のようなプロセスを繰り返すこ
とにより、図13に示すような、ビア9及び上層のCu
配線10を有し、上層のCu配線10上に形成されたキ
ャップ膜11上に絶縁膜8が選択的に形成されてなる、
多層配線の半導体装置を作製することができる。
By repeating the above process, the via 9 and the upper layer Cu as shown in FIG. 13 are obtained.
Insulating film 8 is selectively formed on cap film 11 which has wiring 10 and is formed on upper Cu wiring 10.
A semiconductor device with multi-layer wiring can be manufactured.

【0053】なお、本発明は上述の記載に限定されるこ
とはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜
変更可能である。例えば、保護膜と層間絶縁膜の組み合
わせとしては、上述したSiC/SiOCの組み合わせ
に限らず、SiN/SiOの組み合わせであってもか
まわない。また、層間絶縁膜を構成する材料としては、
他の低誘電率材料を用いてもかまわない。
It should be noted that the present invention is not limited to the above description, and can be modified as appropriate without departing from the gist of the present invention. For example, the combination of the protective film and the interlayer insulating film is not limited to the above-mentioned combination of SiC / SiOC, but may be the combination of SiN / SiO 2 . Further, as a material for forming the interlayer insulating film,
Other low dielectric constant materials may be used.

【0054】また、配線形成プロセスには、ダマシン工
程、デュアルダマシン工程のいずれを適用することも可
能である。
Further, either a damascene process or a dual damascene process can be applied to the wiring forming process.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、Cuを含む金属配線上に酸素を含有しない
絶縁材料からなる絶縁膜を選択的に形成するので、Cu
を含む金属配線からのCuの拡散が確実に防止された信
頼性の高い半導体装置を提供することが可能である。ま
た、酸素を含有しない絶縁材料からなる絶縁膜は、Cu
を含む金属配線上のみに形成されているため、実効的な
誘電率の上昇が抑えられてRC遅延の少ない半導体装置
を提供することが可能である。
As is apparent from the above description, according to the present invention, since the insulating film made of the insulating material containing no oxygen is selectively formed on the metal wiring containing Cu, Cu
It is possible to provide a highly reliable semiconductor device in which Cu is surely prevented from diffusing from a metal wiring containing The insulating film made of an insulating material containing no oxygen is Cu
Since it is formed only on the metal wiring containing, it is possible to provide a semiconductor device in which an effective increase in the dielectric constant is suppressed and the RC delay is small.

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

【図1】本発明を適用した半導体装置の一例を示す要部
概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an essential part showing an example of a semiconductor device to which the present invention is applied.

【図2】半導体装置における配線形成プロセスの一例を
示すものであり、エッチストッパ膜形成工程を示す概略
断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a wiring forming process in a semiconductor device and showing an etch stopper film forming step.

【図3】半導体装置における配線形成プロセスの一例を
示すものであり、層間絶縁膜形成工程を示す概略断面図
である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a wiring forming process in a semiconductor device and showing an interlayer insulating film forming step.

【図4】半導体装置における配線形成プロセスの一例を
示すものであり、層間絶縁膜への配線用溝形成工程を示
す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a wiring forming process in a semiconductor device, showing a wiring groove forming step in an interlayer insulating film.

【図5】半導体装置における配線形成プロセスの一例を
示すものであり、バリア膜及びCuシード膜形成工程を
示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a wiring forming process in a semiconductor device, showing a step of forming a barrier film and a Cu seed film.

【図6】半導体装置における配線形成プロセスの一例を
示すものであり、Cu埋め込み工程を示す概略断面図で
ある。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a wiring forming process in a semiconductor device and showing a Cu filling step.

【図7】半導体装置における配線形成プロセスの一例を
示すものであり、CMP研磨工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a wiring forming process in a semiconductor device and showing a CMP polishing step.

【図8】半導体装置における配線形成プロセスの一例を
示すものであり、絶縁膜成膜工程を示す概略断面図であ
る。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of a wiring forming process in a semiconductor device, showing an insulating film forming step.

【図9】本発明を適用した多層配線の半導体装置の一例
を示す要部概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an essential part showing an example of a semiconductor device having multilayer wiring to which the present invention is applied.

【図10】本発明を適用した半導体装置の他の例を示す
要部概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an essential part showing another example of the semiconductor device to which the present invention is applied.

【図11】半導体装置における配線形成プロセスの他の
例を示すものであり、キャップ膜形成工程を示す概略断
面図である。
FIG. 11 shows another example of the wiring forming process in the semiconductor device, and is a schematic cross-sectional view showing a cap film forming step.

【図12】半導体装置における配線形成プロセスの他の
例を示すものであり、絶縁膜成膜工程を示す概略断面図
である。
FIG. 12 shows another example of the wiring forming process in the semiconductor device, and is a schematic cross-sectional view showing an insulating film forming step.

【図13】本発明を適用した多層配線の半導体装置の他
の例を示す要部概略断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a main part showing another example of a semiconductor device having multilayer wiring to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 Cu配線 3 層間絶縁膜 4 溝部 6 バリア膜 7 エッチストッパ膜 8 絶縁膜 9 ビア 10 Cu配線 11 キャップ膜 1 substrate 2 Cu wiring 3 Interlayer insulation film 4 groove 6 Barrier film 7 Etch stopper film 8 insulating film 9 beer 10 Cu wiring 11 Cap film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬川 雄司 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 堀越 浩 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5F033 HH07 HH11 HH15 HH21 HH32 HH33 HH34 KK07 KK11 KK15 KK21 KK32 KK33 KK34 MM01 MM05 MM12 MM13 PP06 PP14 PP27 PP28 QQ11 QQ25 QQ48 RR01 RR04 RR06 SS01 SS03 SS11 XX20 XX24 XX27 XX28   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yuji Segawa             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation (72) Inventor Hiroshi Horikoshi             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation F term (reference) 5F033 HH07 HH11 HH15 HH21 HH32                       HH33 HH34 KK07 KK11 KK15                       KK21 KK32 KK33 KK34 MM01                       MM05 MM12 MM13 PP06 PP14                       PP27 PP28 QQ11 QQ25 QQ48                       RR01 RR04 RR06 SS01 SS03                       SS11 XX20 XX24 XX27 XX28

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 層間絶縁膜の溝部に埋め込まれたCuを
含む金属配線上に、酸素を含有しない絶縁材料からなる
絶縁膜が選択的に形成されていることを特徴とする半導
体装置。
1. A semiconductor device, wherein an insulating film made of an insulating material containing no oxygen is selectively formed on a metal wiring containing Cu embedded in a groove portion of an interlayer insulating film.
【請求項2】 上記酸素を含有しない絶縁材料が、Si
N又はSiCから選ばれる少なくとも1種であることを
特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The insulating material containing no oxygen is Si
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is at least one selected from N and SiC.
【請求項3】 上記Cuを含む金属配線と上記絶縁膜と
の間に、Cu拡散防止機能を有するキャップ膜が選択的
に形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導
体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a cap film having a Cu diffusion preventing function is selectively formed between the metal wiring containing Cu and the insulating film.
【請求項4】 上記キャップ膜は、Co合金、Ni合金
から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする
請求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the cap film is made of at least one selected from a Co alloy and a Ni alloy.
【請求項5】 上記Co合金又はNi合金は、W、M
o、P、Bから選ばれる少なくとも1種を含むことを特
徴とする請求項4記載の半導体装置。
5. The Co alloy or Ni alloy is W, M
5. The semiconductor device according to claim 4, containing at least one selected from o, P, and B.
【請求項6】 上記絶縁膜の膜厚が5nm以上10nm
以下であることを特徴とする請求項3記載の半導体装
置。
6. The insulating film having a thickness of 5 nm or more and 10 nm
The semiconductor device according to claim 3, wherein:
【請求項7】 上記酸素を含有しない絶縁材料からなる
絶縁膜上に、さらに酸素を含有する材料からなる第2の
層間絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。
7. The second interlayer insulating film made of a material containing oxygen is further formed on the insulating film made of an insulating material containing no oxygen.
The semiconductor device described.
【請求項8】 上記第2の層間絶縁膜の溝部に埋め込ま
れたビア及び金属配線を有する多層配線であることを特
徴とする請求項7記載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor device is a multi-layer wiring having a via and a metal wiring buried in the groove of the second interlayer insulating film.
【請求項9】 層間絶縁膜の溝部にCuを含む金属を埋
め込んでCuを含む金属配線を形成する配線形成工程
と、 上記Cuを含む金属配線に酸素を含有しない絶縁材料か
らなる絶縁膜を選択的に形成する絶縁膜形成工程とを有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. A wiring forming step of forming a metal wiring containing Cu by burying a metal containing Cu in a groove portion of an interlayer insulating film, and selecting an insulating film made of an insulating material containing no oxygen in the metal wiring containing Cu. A method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項10】 上記絶縁膜形成工程において、酸素を
含有しない絶縁材料をフォトリソグラフィ及びエッチン
グすることにより上記絶縁膜を形成することを特徴とす
る請求項9記載の半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein in the insulating film forming step, the insulating film is formed by photolithography and etching an insulating material containing no oxygen.
【請求項11】 上記酸素を含有しない絶縁材料が、S
iN又はSiCから選ばれる少なくとも1種であること
を特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
11. The oxygen-free insulating material is S
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the method is at least one selected from iN and SiC.
【請求項12】 上記Cuを含む金属配線と上記絶縁膜
との間に、Cu拡散防止機能を有するキャップ膜が選択
的に形成されていることを特徴とする請求項9記載の半
導体装置の製造方法。
12. The manufacturing of a semiconductor device according to claim 9, wherein a cap film having a Cu diffusion preventing function is selectively formed between the metal wiring containing Cu and the insulating film. Method.
【請求項13】 上記キャップ膜は、Co合金、Ni合
金から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とす
る請求項12記載の半導体装置の製造方法。
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the cap film is made of at least one selected from a Co alloy and a Ni alloy.
【請求項14】 上記Co合金又はNi合金は、W、M
o、P、Bから選ばれる少なくとも1種を含むことを特
徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方法。
14. The Co alloy or Ni alloy is W, M
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, further comprising at least one selected from o, P and B.
【請求項15】 上記絶縁膜の膜厚を5nm以上10n
m以下とすることを特徴とする請求項12記載の半導体
装置の製造方法。
15. The insulating film having a thickness of 5 nm or more and 10 n or more.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the number is m or less.
【請求項16】 上記酸素を含有しない絶縁材料からな
る絶縁膜上に、さらに酸素を含有する材料からなる第2
の層間絶縁膜を形成することを特徴とする請求項9記載
の半導体装置の製造方法。
16. A second layer formed of a material further containing oxygen on the insulating film formed of an insulating material not containing oxygen.
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the interlayer insulating film is formed.
【請求項17】 上記第2の層間絶縁膜にビア及び金属
配線を形成して多層配線とすることを特徴とする請求項
16記載の半導体装置の製造方法。
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein a via and a metal wiring are formed in the second interlayer insulating film to form a multilayer wiring.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008527739A (en) * 2005-01-14 2008-07-24 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Interconnect structure with covering cap and method of manufacturing the same

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