JP2001274241A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ポイズンドビア等の問題を抑制した低誘電率
絶縁膜を形成することを課題とする。
【解決手段】 第1配線層上に形成され、その表面に窒
素を含む領域が形成された第1絶縁膜と、第1絶縁膜上
に設けられたSOG系材料からなる第2絶縁膜と、第2
絶縁膜上に設けられた第3絶縁膜と、第3絶縁膜上に設
けられた第2配線層と、第1配線層と第2配線層とを接
続するために設けられた第1絶縁膜と、第2絶縁膜及び
第3絶縁膜を貫通する接続孔と、接続孔に設けられたプ
ラグとからなることを特徴とする半導体装置により上記
の課題を解決する。
(57) [Problem] To provide a low-dielectric-constant insulating film in which problems such as poisoned vias are suppressed. SOLUTION: A first insulating film formed on a first wiring layer and having a region containing nitrogen formed on a surface thereof, a second insulating film made of an SOG-based material provided on the first insulating film, Second
A third insulating film provided on the insulating film, a second wiring layer provided on the third insulating film, and a first insulating film provided for connecting the first wiring layer and the second wiring layer The above object is achieved by a semiconductor device comprising: a connection hole penetrating the second insulation film and the third insulation film; and a plug provided in the connection hole.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、配線層
間の絶縁膜に低誘電率絶縁膜を使用し、該膜に開口され
た接続孔にプラグを形成した半導体装置及びその製造方
法に関する。The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device in which a low dielectric constant insulating film is used as an insulating film between wiring layers and a plug is formed in a connection hole opened in the film, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、半導体装置の高集積化、高密度化
によって増大する段差を制御し、更に段差を埋め込むこ
とで平坦化する技術が必要とされている。また、半導体
装置の高性能化に伴って、配線層間の容量の低減が不可
欠となり、その観点から配線層間の絶縁膜として低誘電
率絶縁膜を使用することが注目されている。現在、低誘
電率絶縁膜として、無機系絶縁膜、特にHSQ(Hydrog
en Silsesquioxane)膜が注目されている。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a need for a technique for controlling a step which increases due to high integration and high density of a semiconductor device, and further flattening the semiconductor device by embedding the step. In addition, as the performance of semiconductor devices becomes higher, it is indispensable to reduce the capacitance between wiring layers. From this viewpoint, the use of a low dielectric constant insulating film as an insulating film between wiring layers has attracted attention. Currently, inorganic insulating films, especially HSQ (Hydrog
en Silsesquioxane) membranes are of interest.
【0003】図5(a)〜(c)に従来の半導体装置の
製造方法の工程断面図を示す。FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views showing the steps of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.
【0004】まず、半導体基板1上に形成された酸化膜
(図示せず)上に、AlCuからなる第1配線層2を形
成する。次に、プラズマTEOS(Tetraethylorthosili
cate)−CVD法又はプラズマSiH4−CVD法によ
り、第1配線層2上に厚さ100〜200nmの第1絶
縁膜3を形成する(図5(a)参照)。First, a first wiring layer 2 made of AlCu is formed on an oxide film (not shown) formed on a semiconductor substrate 1. Next, plasma TEOS (Tetraethylorthosili)
cate) -The first insulating film 3 having a thickness of 100 to 200 nm is formed on the first wiring layer 2 by the CVD method or the plasma SiH 4 -CVD method (see FIG. 5A).
【0005】次に、第1絶縁膜3上に所定の厚さ(40
0〜600nm)のHSQ膜を塗布し、350℃でのベ
ークし、400℃で焼結することで第2絶縁膜4を形成
する(図5(b)参照)。Next, a predetermined thickness (40) is formed on the first insulating film 3.
An HSQ film (0-600 nm) is applied, baked at 350 ° C., and sintered at 400 ° C. to form the second insulating film 4 (see FIG. 5B).
【0006】次いで、平坦化のために研磨犠牲膜として
使用する第3絶縁膜5を、プラズマTEOS−CVD法
又はプラズマSiH4−CVD法により、第2配線層4
上に厚さ1000〜2000nmで形成する。更に、化
学的機械的研磨(CMP)法により、厚さ600〜10
00nmになるように第3絶縁膜5を平坦化する。次
に、フォト/エッチ工程により、接続孔を形成した後、
接続孔をタングステンで埋め込むことによりプラグ6を
形成する。更に、第3絶縁膜5上に第2配線層7を形成
することで半導体装置が形成される(図5(c)参
照)。Next, a third insulating film 5 used as a polishing sacrificial film for planarization is formed on the second wiring layer 4 by plasma TEOS-CVD or plasma SiH 4 -CVD.
It is formed with a thickness of 1000 to 2000 nm. Further, the thickness is 600 to 10 by a chemical mechanical polishing (CMP) method.
The third insulating film 5 is flattened to have a thickness of 00 nm. Next, after forming a connection hole by a photo / etch process,
The plug 6 is formed by filling the connection hole with tungsten. Further, a semiconductor device is formed by forming the second wiring layer 7 on the third insulating film 5 (see FIG. 5C).
【0007】上記方法では、第1絶縁膜の表面に吸着す
る水分により、プラグ形成時にポイズンドビア等が発生
するという問題あった。そのため配線層間の良好な電気
特性を安定して得ることはできなかった。なお、ポイズ
ンドビアとは、水分とHSQが反応することにより生じ
るガスによりプラグにボイドが発生して、接続孔が完全
に埋まらないことにより、配線層間の抵抗が高くなる現
象をいう。In the above method, there is a problem that poisoned vias and the like are generated at the time of plug formation due to moisture adsorbed on the surface of the first insulating film. Therefore, good electrical characteristics between the wiring layers could not be obtained stably. The poisoned via refers to a phenomenon in which a gas generated by a reaction between moisture and HSQ causes voids in a plug and the connection hole is not completely filled, thereby increasing the resistance between wiring layers.
【0008】この問題を解決するために、特開平10−
335458号公報では、HSQからなる低誘電率絶縁
膜である第2絶縁膜の側壁に窒素イオンを注入すること
で、側壁に窒素を含む領域を形成している。この窒素を
含む領域により、第2絶縁膜中の水分を遮断すること
で、接続孔内へのガスの噴出によるポイズンドビアを防
いでいる。To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No.
In JP-A-335458, a region containing nitrogen is formed on the side wall by implanting nitrogen ions into the side wall of a second insulating film which is a low dielectric constant insulating film made of HSQ. This nitrogen-containing region blocks moisture in the second insulating film, thereby preventing poisoned via due to ejection of gas into the connection hole.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接続孔
はその開口部が極めて微細であるため、接続孔の側壁に
一様に窒素イオンを注入することは非常に困難であっ
た。そのため、量産プロセスに適用しうる半導体装置の
製造方法の提供が望まれていた。However, since the opening of the connection hole is extremely fine, it has been extremely difficult to uniformly implant nitrogen ions into the side wall of the connection hole. Therefore, it has been desired to provide a method for manufacturing a semiconductor device applicable to a mass production process.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、第1配線層上に形成され、その表面に窒素を含む領
域が形成された第1絶縁膜と、第1絶縁膜上に設けられ
たSOG系材料からなる第2絶縁膜と、第2絶縁膜上に
設けられた第3絶縁膜と、第3絶縁膜上に設けられた第
2配線層と、第1配線層と第2配線層とを接続するため
に設けられた第1絶縁膜と、第2絶縁膜及び第3絶縁膜
を貫通する接続孔と、接続孔に設けられたプラグとから
なることを特徴とする半導体装置が提供される。Thus, according to the present invention, a first insulating film formed on a first wiring layer and having a region containing nitrogen formed on a surface thereof, and a first insulating film provided on the first insulating film. Second insulating film made of an SOG-based material, a third insulating film provided on the second insulating film, a second wiring layer provided on the third insulating film, a first wiring layer, and a second wiring A semiconductor device comprising: a first insulating film provided to connect the layers; a connection hole penetrating the second insulating film and the third insulating film; and a plug provided in the connection hole. Provided.
【0011】更に本発明によれば、第1配線層上に第1
絶縁膜を形成する工程と、窒素ガスを含むプラズマで第
1絶縁膜の表面を照射することで第1絶縁膜の表面に窒
素を含む領域を形成する工程と、第1絶縁膜上にSOG
系材料からなる第2絶縁膜を形成する工程と、第2絶縁
膜上に第3絶縁膜を形成する工程と、第1絶縁膜、第2
絶縁膜及び第3絶縁膜を貫通する接続孔を形成する工程
と、接続孔にプラグを形成する工程と、第3絶縁膜上に
第2配線層を形成する工程とからなることを特徴とする
半導体装置の製造方法が提供される。Further, according to the present invention, the first wiring layer is formed on the first wiring layer.
Forming an insulating film, irradiating the surface of the first insulating film with plasma containing nitrogen gas to form a region containing nitrogen on the surface of the first insulating film, and forming SOG on the first insulating film.
Forming a second insulating film made of a base material; forming a third insulating film on the second insulating film;
Forming a connection hole penetrating the insulating film and the third insulating film, forming a plug in the connection hole, and forming a second wiring layer on the third insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置及びそ
の製造方法を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor device according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described.
【0013】まず、本発明において、第1配線層は、半
導体基板(例えば、シリコン基板等)上に形成されたゲ
ート電極、ソース電極、ドレイン電極等であってもよ
く、基板上に形成された多層配線の最上層の配線層であ
ってもよい。また、第1配線層は半導体基板上にシリコ
ン酸化膜のような絶縁膜を介して形成されていてもよ
い。First, in the present invention, the first wiring layer may be a gate electrode, a source electrode, a drain electrode or the like formed on a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate or the like), and is formed on the substrate. The uppermost wiring layer of the multilayer wiring may be used. Further, the first wiring layer may be formed on the semiconductor substrate via an insulating film such as a silicon oxide film.
【0014】第1配線層を構成する材料としては、A
l、Cu、Ti、W等の金属、AlCuのような合金、
ポリシリコン、ポリシリコンと高融点金属(W、Ti
等)とのシリサイド等が挙げられる。第1配線層の厚さ
は、使用する材料、設計ルール等により異なるが、40
0〜500nmであることが好ましい。As a material constituting the first wiring layer, A
1, metals such as Cu, Ti, W, alloys such as AlCu,
Polysilicon, polysilicon and high melting point metal (W, Ti
And the like). The thickness of the first wiring layer depends on the material to be used, design rules, and the like.
It is preferably from 0 to 500 nm.
【0015】更に、第1配線層とその下部の下地層との
密着性を改善するために、TiN層、WN層等の金属窒
化物層を形成してもよい。Further, a metal nitride layer such as a TiN layer or a WN layer may be formed in order to improve the adhesion between the first wiring layer and the underlying layer below the first wiring layer.
【0016】次に、第1配線層上は、第1絶縁膜が形成
されている。この第1絶縁膜の表面には、窒素を含む領
域が形成されている。この窒素を含む領域を形成するこ
とにより、第1絶縁膜から生じる水分の発生を抑制する
ことができるので、後に形成される第2絶縁膜を構成す
る材料と水分が反応することにより生じるポインズンド
ビア等の問題の発生を抑制することができる。Next, a first insulating film is formed on the first wiring layer. A region containing nitrogen is formed on the surface of the first insulating film. By forming the nitrogen-containing region, generation of moisture generated from the first insulating film can be suppressed. Therefore, a poisoned via or the like generated by a reaction between the material forming the second insulating film to be formed later and the water. The problem described above can be suppressed.
【0017】第1絶縁膜は、例えば、TEOS、SiH
4等の原料を用いて形成したシリコン酸化膜等が挙げら
れる。第1絶縁膜の厚さは、50〜300nmであるこ
とが好ましい。The first insulating film is made of, for example, TEOS, SiH
For example, a silicon oxide film formed using a material such as 4 can be used. It is preferable that the thickness of the first insulating film is 50 to 300 nm.
【0018】第1絶縁膜の形成方法は、特に限定され
ず、プラズマTEOS−CVD法、プラズマSiH4−
CVD法等が挙げられる。The method for forming the first insulating film is not particularly limited, and includes plasma TEOS-CVD, plasma SiH 4 −
CVD method and the like can be mentioned.
【0019】更に、第1絶縁膜には、その表面に窒素を
含む領域を形成するために、窒素ガスを含むプラズマが
照射される。ここで、プラズマは、窒素ガス以外に、ヘ
リウムガス、アルゴンガス、水素ガス等の他のガスとの
混合ガスのプラズマであってもよい。他のガスを含むこ
とで、安定してプラズマ放電を起こすことができ、その
結果、第1絶縁膜の表面を均一にむらなく処理すること
ができるため好ましい。窒素ガスと他のガスの混合割合
は、0.5:1〜1:0.5の範囲であることが好まし
い。Further, the first insulating film is irradiated with plasma containing nitrogen gas in order to form a region containing nitrogen on the surface thereof. Here, the plasma may be a plasma of a mixed gas with another gas such as a helium gas, an argon gas, and a hydrogen gas other than the nitrogen gas. It is preferable to include another gas since plasma discharge can be stably generated and as a result, the surface of the first insulating film can be uniformly processed. The mixing ratio of the nitrogen gas and the other gas is preferably in the range of 0.5: 1 to 1: 0.5.
【0020】プラズマは、所定の周波数で、1〜10T
orrの圧力下、1〜3分間照射することが好ましい。
窒素ガス単独の場合、その流量は300〜1000sc
cmであることが好ましく、混合ガスの場合は、窒素ガ
スを100〜500sccmとし、他のガスを100〜
500sccmとすることが好ましい。The plasma is generated at a predetermined frequency from 1 to 10 T
Irradiation is preferably performed at a pressure of orr for 1 to 3 minutes.
In the case of nitrogen gas alone, the flow rate is 300 to 1000 sc
cm, and in the case of a mixed gas, the nitrogen gas is set to 100 to 500 sccm, and the other gas is set to 100 to 500 sccm.
Preferably, it is 500 sccm.
【0021】更に、周波数は、13.56MHzの高周
波と350kHzの低周波の2周波であることが好まし
い。2周波とすることで、低周波ではプラズマが第1絶
縁膜の凹凸に追随し、細かい隙間の間まで到達してプラ
ズマによる処理を行うことができる。一方、高周波では
プラズマの発生効率を高くすることができるので、処理
の効率を向上させることができる。なお、高周波での電
力は100〜600W、低周波での電力は50〜300
Wであることが好ましい。Further, it is preferable that the frequency is a high frequency of 13.56 MHz and a low frequency of 350 kHz. By using two frequencies, at low frequencies, the plasma follows the irregularities of the first insulating film, reaches the space between the small gaps, and can perform the processing using the plasma. On the other hand, at high frequencies, the plasma generation efficiency can be increased, so that the processing efficiency can be improved. The power at high frequency is 100 to 600 W, and the power at low frequency is 50 to 300 W.
It is preferably W.
【0022】また、プラズマ処理時に第1絶縁膜が40
0〜500℃に加熱されていることが好ましい。この範
囲内で加熱することで、第1絶縁膜に表面に窒素を含む
領域をより効率よく形成できると共に、第1配線層の熱
による特性の劣化を防ぐことができる。In the plasma treatment, the first insulating film is 40
Preferably, it is heated to 0 to 500C. By heating within this range, a region containing nitrogen on the surface of the first insulating film can be formed more efficiently, and deterioration of characteristics of the first wiring layer due to heat can be prevented.
【0023】プラズマ処理に使用することができるプラ
ズマ装置としては、特に限定されず、公知の装置をいず
れも使用することができる。例えば、平行平板陽極結合
方式のRFプラズマ装置、ECRやヘリコン波等の拡散
型プラズマ装置が挙げられる。The plasma device that can be used for the plasma processing is not particularly limited, and any known device can be used. For example, a parallel plate anode bonding type RF plasma device, and a diffusion type plasma device such as ECR or helicon wave can be used.
【0024】次に、第1絶縁膜上には、SOG系材料か
らなる第2絶縁膜が形成されている。Next, a second insulating film made of an SOG material is formed on the first insulating film.
【0025】SOG系材料としては、第2絶縁膜形成後
の熱処理により、第1絶縁膜表面に吸着している水分と
反応してガスを生じる材料が挙げられる。具体的には、
HSQ、パリレン、BCB、テフロン(登録商標)、ポ
リイミド、アモルファスカーボン等が挙げられる。第2
絶縁膜の厚さは、第1配線層が存在しない第1絶縁膜上
で300〜700nmであることが好ましい。As the SOG-based material, a material which reacts with moisture adsorbed on the surface of the first insulating film to generate a gas by a heat treatment after the formation of the second insulating film is used. In particular,
Examples include HSQ, parylene, BCB, Teflon (registered trademark), polyimide, and amorphous carbon. Second
It is preferable that the thickness of the insulating film is 300 to 700 nm on the first insulating film where the first wiring layer is not present.
【0026】ここで、第1の絶縁膜の表面には窒素を含
む領域が形成されているので、その表面に吸着されてい
る水分が除去されてその表面は疎水性となる。その結
果、第2絶縁膜を構成する材料と水分とが反応すること
により生じるSi−OH結合(この結合は300℃以上
で水蒸気を放出する)の発生を抑制し、安定なSi−O
−SiやSi−H結合のまま維持することができる。従
って、水蒸気等の脱ガスによるポイズンドビア等の問題
を抑制することができる。Here, since a region containing nitrogen is formed on the surface of the first insulating film, moisture adsorbed on the surface is removed and the surface becomes hydrophobic. As a result, the generation of a Si—OH bond (this bond releases water vapor at 300 ° C. or more) caused by the reaction between the material constituting the second insulating film and moisture is suppressed, and stable Si—O
-Si or Si-H bonds can be maintained. Therefore, problems such as poisoned via due to degassing of water vapor or the like can be suppressed.
【0027】第2絶縁膜の形成方法は、回転塗布法のよ
うな公知の塗布法が使用できる。この塗布法によれば、
第1絶縁膜の凹部が第2絶縁膜で優先的に埋め込まれ、
凸部上では第2絶縁膜の厚さは小さくなる。As a method of forming the second insulating film, a known coating method such as a spin coating method can be used. According to this coating method,
The concave portion of the first insulating film is preferentially filled with the second insulating film,
The thickness of the second insulating film is reduced on the protrusion.
【0028】塗布された第2絶縁膜は、380〜500
℃で焼結することが好ましい。更に、焼結前に、250
〜350℃でベークすることがより好ましい。ここで、
焼結及びベークにおいて、250〜500℃の窒素ガス
を大量(例えば、15リットル/分)流しながら行うこ
とが好ましい。これにより、第2絶縁膜中の酸素濃度を
約100ppm以下に抑えることができる。その結果、
水分と第2絶縁膜を構成する材料が反応することにより
生じるSi−OH結合の発生を抑制することができる。
従って、ポイズンドビア等の問題を抑制することができ
る。The applied second insulating film is 380 to 500
It is preferred to sinter at ℃. In addition, before sintering,
Baking at ~ 350 ° C is more preferred. here,
It is preferable to perform the sintering and baking while flowing a large amount of nitrogen gas at 250 to 500 ° C. (for example, 15 liters / minute). Thereby, the oxygen concentration in the second insulating film can be suppressed to about 100 ppm or less. as a result,
It is possible to suppress generation of a Si—OH bond caused by a reaction between moisture and a material forming the second insulating film.
Therefore, problems such as poisoned vias can be suppressed.
【0029】なお、第1絶縁膜を形成せずに第2絶縁膜
を第1配線層上に形成してもよい。この場合、第1配線
層が形成されていない部分に窒素を含む領域を形成する
ために、プラズマを照射する必要がある。The second insulating film may be formed on the first wiring layer without forming the first insulating film. In this case, it is necessary to irradiate plasma to form a region containing nitrogen in a portion where the first wiring layer is not formed.
【0030】次に、第2絶縁膜上には第3絶縁膜が形成
されている。第3絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン
窒化膜及びそれらの積層膜からなっていてもよい。第3
絶縁膜の厚さは、第2絶縁膜の表面に形成される段差を
少なくとも埋める程度以上あればよい。例えば、150
0〜2000nm程度の厚さで形成することができる。Next, a third insulating film is formed on the second insulating film. The third insulating film may be composed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a laminated film thereof. Third
The thickness of the insulating film only needs to be at least enough to fill a step formed on the surface of the second insulating film. For example, 150
It can be formed with a thickness of about 0 to 2000 nm.
【0031】更に、第3絶縁膜は、CMP法等の手段に
よりその表面を平坦化することが好ましい。Further, it is preferable that the surface of the third insulating film is flattened by means such as a CMP method.
【0032】次に、第1配線層と後に形成される第2配
線層とを接続するために、第1絶縁膜、第2絶縁膜及び
第3絶縁膜には、それぞれを貫通する接続孔が設けられ
ている。接続孔の形成方法は、特に限定されず、公知の
エッチング法が使用できる。Next, in order to connect the first wiring layer and a second wiring layer to be formed later, connection holes penetrating therethrough are formed in the first insulating film, the second insulating film and the third insulating film. Is provided. The method for forming the connection hole is not particularly limited, and a known etching method can be used.
【0033】この接続孔には、プラグが形成される。こ
のプラグは、例えば、Wのような金属からなる。プラグ
は、ブランケットCVD法のような公知の方法で形成す
ることができる。具体的には、まずバリア層としてのT
i膜をスパッタ法により厚さ20〜50nmで形成し、
次いで、密着層としてのTiN膜をスパッタ法又はCV
D法により厚さ5〜20nmで形成し、更に、全面にW
膜をCVD法により厚さ300〜700nmで形成した
後、SF6のようなエッチャントを使用してエッチバッ
クすることで接続孔にプラグを形成することができる。A plug is formed in this connection hole. This plug is made of, for example, a metal such as W. The plug can be formed by a known method such as a blanket CVD method. Specifically, first, T as a barrier layer
forming an i film with a thickness of 20 to 50 nm by a sputtering method,
Next, a TiN film as an adhesion layer is formed by sputtering or CV.
It is formed to a thickness of 5 to 20 nm by the D method, and further, W
After a thickness 300~700nm by CVD film, thereby forming plugs in the connection hole by etching back using an etchant such as SF 6.
【0034】次に、第3絶縁膜上に第2配線層が形成さ
れている。第2配線層を構成する材料としては、Al、
Cu、Ti、W等の金属、AlCuのような合金、ポリ
シリコン、ポリシリコンと高融点金属(W、Ti等)と
のシリサイド等が挙げられる。第2配線層の厚さは、使
用する材料、設計ルール等により異なるが、300〜8
00nmであることが好ましい。Next, a second wiring layer is formed on the third insulating film. As a material for forming the second wiring layer, Al,
Examples include metals such as Cu, Ti and W, alloys such as AlCu, polysilicon, and silicide of polysilicon and a high melting point metal (W, Ti, etc.). The thickness of the second wiring layer varies depending on the material to be used, design rules, and the like.
It is preferably 00 nm.
【0035】なお、第2配線層上には公知のカバー膜を
形成してもよい。A known cover film may be formed on the second wiring layer.
【0036】上記構成を繰り返し積層することで2層以
上の多層配線を形成することができる。By repeatedly laminating the above structure, a multilayer wiring of two or more layers can be formed.
【0037】[0037]
【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明を更に
具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
【0038】実施例1 図1(a)〜(d)を用いて実施例1の半導体装置の製
造方法を説明する。Embodiment 1 A method for manufacturing a semiconductor device of Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.
【0039】まず、半導体基板1上にシリコン酸化膜
(図示せず)を形成した。シリコン酸化膜上にAlから
なる第1配線層2を形成した。この第1配線層2の厚さ
は400〜500nmであった。次に、第1配線層2を
含む半導体基板1の全面にTEOS−CVD法又はSi
H4−CVD法により、第1絶縁膜3を形成した(図1
(a)参照)。この第1絶縁膜3の厚さは100〜20
0nmであった。First, a silicon oxide film (not shown) was formed on the semiconductor substrate 1. The first wiring layer 2 made of Al was formed on the silicon oxide film. The thickness of the first wiring layer 2 was 400 to 500 nm. Next, the entire surface of the semiconductor substrate 1 including the first wiring layer 2 is covered with TEOS-CVD or Si.
The first insulating film 3 was formed by the H 4 -CVD method (FIG. 1).
(A)). The thickness of the first insulating film 3 is 100 to 20
It was 0 nm.
【0040】次に、第1絶縁膜3全面に半導体基板1を
加熱した状態で、窒素ガスのプラズマを照射した(図1
(b)参照)。プラズマの照射には図2に示す平行平板
陽極結合方式のRFプラズマ処理装置を使用した。この
装置の上部電極15及び下部電極16に、高周波及び低
周波の2周波を印加することで、第1絶縁膜3の表面に
プラズマを照射した。この照射により、第1絶縁膜3の
表面に窒素を含む領域を形成することができた。Next, with the semiconductor substrate 1 heated over the entire surface of the first insulating film 3, plasma of nitrogen gas was irradiated (FIG. 1).
(B)). For the plasma irradiation, a parallel plate anodic bonding type RF plasma processing apparatus shown in FIG. 2 was used. The surface of the first insulating film 3 was irradiated with plasma by applying two frequencies of a high frequency and a low frequency to the upper electrode 15 and the lower electrode 16 of this device. By this irradiation, a region containing nitrogen could be formed on the surface of the first insulating film 3.
【0041】より具体的には、高周波(13.56MH
z)を下部電極16より印加し、低周波(350kH
z)をローパスフィルタ18を経由して上部電極15よ
り印加した。両電極間において、ガス拡散部19から流
出される窒素ガスをプラズマ状態にし、第1絶縁膜表面
にそのプラズマを照射した。プラズマ処理の他の条件
は、電力を高周波において300W、低周波において2
00W、圧力を5.0Torr、窒素ガスの流量を60
0sccm、反応温度を400℃、処理時間を1分程度
とした。More specifically, a high frequency (13.56 MHz)
z) is applied from the lower electrode 16 and a low frequency (350 kHz) is applied.
z) was applied from the upper electrode 15 via the low-pass filter 18. Between the two electrodes, the nitrogen gas flowing out of the gas diffusion unit 19 was brought into a plasma state, and the surface of the first insulating film was irradiated with the plasma. Other conditions for the plasma treatment are as follows: power is 300 W at high frequency and 2 W at low frequency.
00W, pressure 5.0 Torr, nitrogen gas flow rate 60
0 sccm, the reaction temperature was 400 ° C., and the treatment time was about 1 minute.
【0042】なお、図2中、参照番号12は半導体基板
であり、13はサセプターであり、14はランプであ
り、17はRF電極である。In FIG. 2, reference numeral 12 denotes a semiconductor substrate, 13 denotes a susceptor, 14 denotes a lamp, and 17 denotes an RF electrode.
【0043】ここで、プラズマ照射前後の第1絶縁膜の
表面に吸着する水分量を測定した。測定はTDS(昇温
脱離分光)法により行った。結果を図3に示す。図3か
ら分かるように、プラズマ照射を行うことで、第1絶縁
膜から放出される水分量を低減することができる。これ
は、第1絶縁膜の表面が窒素を含むことで疎水性になっ
たためと考えられる。Here, the amount of water adsorbed on the surface of the first insulating film before and after plasma irradiation was measured. The measurement was performed by TDS (thermal desorption spectroscopy). The results are shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, the amount of moisture released from the first insulating film can be reduced by performing plasma irradiation. This is probably because the surface of the first insulating film became hydrophobic by containing nitrogen.
【0044】次に、HSQ膜を、第1配線層が形成され
ていない第1絶縁膜上での厚さが400nmになるよう
に、回転塗布法で形成した。HSQ膜を350℃でベー
クし、400℃で焼結することにより第2絶縁膜4を形
成した。なお、焼結は、15リットル/分の大量の窒素
ガス雰囲気下で行った。それにより、第2絶縁膜中の酸
素濃度を100ppm以下に抑えることができた。Next, an HSQ film was formed by a spin coating method so that the thickness on the first insulating film on which the first wiring layer was not formed was 400 nm. The HSQ film was baked at 350 ° C. and sintered at 400 ° C. to form the second insulating film 4. The sintering was performed under a large amount of nitrogen gas atmosphere of 15 liter / min. Thereby, the oxygen concentration in the second insulating film could be suppressed to 100 ppm or less.
【0045】次いで、第2絶縁膜4全面に第3絶縁膜5
であるシリコン酸化膜を厚さが1500〜2000nm
になるよう形成し、CMP法により厚さ600〜100
0nmになるように平坦化した(図1(c)参照)。Next, a third insulating film 5 is formed on the entire surface of the second insulating film 4.
Silicon oxide film having a thickness of 1500 to 2000 nm
And a thickness of 600 to 100 by the CMP method.
It was flattened to have a thickness of 0 nm (see FIG. 1C).
【0046】次に、第1配線層2上の第1絶縁膜3、第
2絶縁膜4及び第3絶縁膜5に接続孔を開口した。この
接続孔に通常のブランケットCVD法によりWからなる
プラグ6を形成した。具体的には、まずバリア層として
のTi膜をスパッタ法により厚さ20〜50nmで形成
し、次いで、密着層としてのTiN膜をスパッタ法又は
CVD法により厚さ5〜20nmで形成し、更に、全面
にW膜をCVD法により厚さ300nmで形成した後、
エッチャントとしてSF6を使用してエッチバックする
ことで接続孔にプラグを形成した。Next, connection holes were opened in the first insulating film 3, the second insulating film 4, and the third insulating film 5 on the first wiring layer 2. A plug 6 made of W was formed in the connection hole by a normal blanket CVD method. Specifically, first, a Ti film as a barrier layer is formed with a thickness of 20 to 50 nm by a sputtering method, and then a TiN film as an adhesion layer is formed with a thickness of 5 to 20 nm by a sputtering method or a CVD method. After forming a W film on the entire surface with a thickness of 300 nm by the CVD method,
A plug was formed in the connection hole by etching back using SF 6 as an etchant.
【0047】この後、プラグ6上の所定の位置にAlC
uからなる第2配線層7を形成することで半導体装置を
得た(図1(d)参照)。この第2配線層7の厚さは4
00〜500nmであった。Thereafter, the AlC is placed at a predetermined position on the plug 6.
A semiconductor device was obtained by forming the second wiring layer 7 made of u (see FIG. 1D). The thickness of the second wiring layer 7 is 4
It was 00-500 nm.
【0048】得られた半導体装置のプラグの抵抗と歩留
まりの関係を図4(a)に示す。図中、THはプラグの
直径を意味している。FIG. 4A shows the relationship between the resistance of the plug of the obtained semiconductor device and the yield. In the figure, TH means the diameter of the plug.
【0049】比較例1プラズマを第1絶縁膜に照射しな
いこと以外は、実施例1と同様にして半導体装置を形成
した。得られた半導体装置のプラグの抵抗と歩留まりの
関係を図4(b)に示す。Comparative Example 1 A semiconductor device was formed in the same manner as in Example 1, except that the first insulating film was not irradiated with plasma. FIG. 4B shows the relationship between the resistance of the plug and the yield of the obtained semiconductor device.
【0050】図4(a)と(b)を比較すれば分るよう
に、プラズマを照射することで、プラグの抵抗値のバラ
ツキを抑制することができた。従って、実施例1のプラ
グの方が安定した特性を有することが分った。As can be seen from a comparison between FIGS. 4A and 4B, the variation in the resistance value of the plug could be suppressed by irradiating the plasma. Therefore, it was found that the plug of Example 1 had more stable characteristics.
【0051】実施例2窒素ガスとアルゴンガス(体積比
1:1)との混合ガスからなるプラズマを第1絶縁膜に
照射すること以外は、実施例1と同様にして半導体装置
を形成した。本実施例では、実施例1より安定したプラ
ズマを得ることができ、第1絶縁膜の表面を均一にむら
なく処理することができた。Example 2 A semiconductor device was formed in the same manner as in Example 1 except that the first insulating film was irradiated with plasma composed of a mixed gas of nitrogen gas and argon gas (volume ratio 1: 1). In this example, more stable plasma was obtained than in Example 1, and the surface of the first insulating film could be uniformly processed.
【0052】[0052]
【発明の効果】本発明によれば、第1絶縁膜上にSOG
系材料からなる第2絶縁膜を形成する前に、窒素ガスを
含むプラズマで第1絶縁膜の表面を照射することで、第
1絶縁膜の表面に窒素を含む疎水性の領域を形成するこ
とができる。そのため、SOG系材料と水分とが反応す
ることにより生じるポイズンドビア等の問題を抑制する
ことができる。即ち、SOG系材料と水分とが反応する
ことによるガスの発生を抑制できるので、接続孔をプラ
グできれいに埋め込むことができる。その結果、抵抗の
バラツキが少ないプラグを備えた半導体装置を提供する
ことができる。According to the present invention, SOG is formed on the first insulating film.
Forming a hydrophobic region containing nitrogen on the surface of the first insulating film by irradiating the surface of the first insulating film with plasma containing nitrogen gas before forming the second insulating film made of a system material; Can be. For this reason, it is possible to suppress problems such as poisoned vias caused by the reaction between the SOG-based material and moisture. That is, since the generation of gas due to the reaction between the SOG-based material and the moisture can be suppressed, the connection hole can be embedded finely with the plug. As a result, it is possible to provide a semiconductor device including a plug with less variation in resistance.
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の概略工程断面
図である。FIG. 1 is a schematic process sectional view of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【図2】実施例で使用したプラズマ処理装置の概略断面
図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a plasma processing apparatus used in the example.
【図3】実施例1及び比較例1の第1絶縁膜の表面から
放出される水分量を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the amount of water released from the surface of a first insulating film of Example 1 and Comparative Example 1.
【図4】実施例1及び比較例1のプラグの特性を示すグ
ラフである。FIG. 4 is a graph showing characteristics of plugs of Example 1 and Comparative Example 1.
【図5】従来の半導体装置の製造方法の概略工程断面図
である。FIG. 5 is a schematic sectional view of a process in a method for manufacturing a conventional semiconductor device.
1 半導体基板 2 第1配線層 3 第1絶縁膜 4 第2絶縁膜 5 第3絶縁膜 6 プラグ 7 第2配線層 12 半導体基板 13 サセプター 14 ランプ 15 上部電極 16 下部電極 17 RF電極 18 ローパスフィルタ 19 ガス拡散部 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 first wiring layer 3 first insulating film 4 second insulating film 5 third insulating film 6 plug 7 second wiring layer 12 semiconductor substrate 13 susceptor 14 lamp 15 upper electrode 16 lower electrode 17 RF electrode 18 low-pass filter 19 Gas diffusion unit
フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH04 HH08 HH09 HH11 HH18 HH19 HH26 JJ18 JJ19 JJ33 KK04 KK08 KK09 KK11 KK18 KK19 KK26 KK33 KK34 MM05 MM13 PP09 PP15 QQ31 QQ48 QQ90 RR01 RR04 RR09 RR22 SS02 SS04 SS15 SS22 TT01 WW03 XX02 XX09 5F058 AD04 AD05 AD06 AD10 AD11 AH02 AH05 BD02 BD04 BD10 BD19 BF02 BF25 BF29 BH16 BJ02 BJ05 Continued on front page F-term (reference) AD05 AD06 AD10 AD11 AH02 AH05 BD02 BD04 BD10 BD19 BF02 BF25 BF29 BH16 BJ02 BJ05
Claims (4)
素を含む領域が形成された第1絶縁膜と、第1絶縁膜上
に設けられたSOG系材料からなる第2絶縁膜と、第2
絶縁膜上に設けられた第3絶縁膜と、第3絶縁膜上に設
けられた第2配線層と、第1配線層と第2配線層とを接
続するために設けられた第1絶縁膜と、第2絶縁膜及び
第3絶縁膜を貫通する接続孔と、接続孔に設けられたプ
ラグとからなることを特徴とする半導体装置。A first insulating film formed on the first wiring layer and having a region containing nitrogen formed on a surface thereof; and a second insulating film made of an SOG-based material provided on the first insulating film. , Second
A third insulating film provided on the insulating film, a second wiring layer provided on the third insulating film, and a first insulating film provided for connecting the first wiring layer and the second wiring layer A connection hole penetrating the second insulation film and the third insulation film, and a plug provided in the connection hole.
程と、窒素ガスを含むプラズマで第1絶縁膜の表面を照
射することで第1絶縁膜の表面に窒素を含む領域を形成
する工程と、第1絶縁膜上にSOG系材料からなる第2
絶縁膜を形成する工程と、第2絶縁膜上に第3絶縁膜を
形成する工程と、第1絶縁膜、第2絶縁膜及び第3絶縁
膜を貫通する接続孔を形成する工程と、接続孔にプラグ
を形成する工程と、第3絶縁膜上に第2配線層を形成す
る工程とからなることを特徴とする半導体装置の製造方
法。2. A step of forming a first insulating film on a first wiring layer, and irradiating a surface of the first insulating film with a plasma containing nitrogen gas to form a region containing nitrogen on the surface of the first insulating film. Forming and forming a second SOG-based material on the first insulating film.
Forming an insulating film, forming a third insulating film on the second insulating film, forming connection holes penetrating the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a plug in a hole; and a step of forming a second wiring layer on a third insulating film.
ス、アルゴンガス又は水素ガスとの混合ガスのプラズマ
である請求項2に記載の製造方法。3. The method according to claim 2, wherein the plasma is a mixed gas plasma of a nitrogen gas, a helium gas, an argon gas or a hydrogen gas.
0〜450℃に加熱されている請求項2又は3に記載の
製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the first insulating film has a thickness of 40.
The production method according to claim 2, wherein the composition is heated to 0 to 450 ° C. 5.
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