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JP2001274246A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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Publication number
JP2001274246A
JP2001274246A JP2000085364A JP2000085364A JP2001274246A JP 2001274246 A JP2001274246 A JP 2001274246A JP 2000085364 A JP2000085364 A JP 2000085364A JP 2000085364 A JP2000085364 A JP 2000085364A JP 2001274246 A JP2001274246 A JP 2001274246A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
film
thin film
sio
insulating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000085364A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Akasaka
泰志 赤坂
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
Kyoichi Suguro
恭一 須黒
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba 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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2000085364A priority Critical patent/JP2001274246A/en
Publication of JP2001274246A publication Critical patent/JP2001274246A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】Cu配線の酸化、保護および配線間の寄生容量
の増大抑制を図れる、SiO2 を主成分とする薄膜(S
iO2 薄膜)を形成すること。 【解決手段】Cu配線14上にSiN薄膜15を形成し
た後、酸化種および還元種を含む雰囲気中で熱処理を行
う。このような熱処理によれば、還元種によってCu配
線14中のCuの酸化を防止でき、かつ酸化種によって
SiN薄膜15中のSiを熱酸化できる。その結果、C
u配線14を保護できる緻密なSiO2 薄膜16をCu
配線14の表面に選択的に形成できる。SiO2 はSi
3 4 に比べて誘電率が低い。したがって、SiO2
膜16によって配線間の寄生容量の増大を抑制できる。
(57) Abstract: A thin film containing SiO 2 as a main component (S) capable of oxidizing and protecting Cu wiring and suppressing an increase in parasitic capacitance between wirings.
iO 2 thin film). After forming a SiN thin film on a Cu wiring, a heat treatment is performed in an atmosphere containing oxidizing species and reducing species. According to such a heat treatment, oxidation of Cu in the Cu wiring 14 can be prevented by the reducing species, and Si in the SiN thin film 15 can be thermally oxidized by the oxidizing species. As a result, C
The dense SiO 2 thin film 16 that can protect the
It can be selectively formed on the surface of the wiring 14. SiO 2 is Si
A lower dielectric constant than the 3 N 4. Therefore, the increase in the parasitic capacitance between the wirings can be suppressed by the SiO 2 thin film 16.

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、半導体装置の製造
方法に係わり、特にCu配線の保護や配線間の絶縁に用
いられる絶縁膜の形成方法に特徴がある半導体装置およ
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 method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device characterized by a method for forming an insulating film used for protection of Cu wiring and insulation between wirings, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、特に高性能、高速動作が要求され
るLSIの配線として、Cuを主成分とする配線(Cu
配線)が用いられる場合が多くなっている。Cu配線
は、従来より用いられてきたAlを主成分とする配線
(Al配線)と比べて、抵抗が低いため、配線によるR
C遅延を抑制できること、電流密度が高い場合でも断線
しにくいという利点がある。
2. Description of the Related Art In recent years, as a wiring of an LSI requiring particularly high performance and high speed operation, a wiring mainly composed of Cu (Cu
Wiring) is often used. Since the Cu wiring has a lower resistance than the conventionally used wiring mainly composed of Al (Al wiring), R
There are advantages that the C delay can be suppressed, and that disconnection is difficult even when the current density is high.

【0003】配線を形成した後には、配線の保護と配線
間の絶縁の目的のために、配線の表面を覆う絶縁膜を形
成する。この種の絶縁膜としては、一般に、SiO2
主成分とする堆積絶縁膜、Si3 4 を主成分とする堆
積絶縁膜、SiO2 や有機材料を主成分とする塗布絶縁
膜などがある。
After forming the wiring, an insulating film covering the surface of the wiring is formed for the purpose of protecting the wiring and insulating between the wirings. As this type of insulating film, there are generally a deposited insulating film mainly composed of SiO 2 , a deposited insulating film mainly composed of Si 3 N 4 , and a coated insulating film mainly composed of SiO 2 or an organic material. .

【0004】ここで、Cu配線の表面を覆う絶縁膜を形
成する場合を考えると、Cuの酸化速度が非常に速いた
め、Cu配線の酸化を招く、成膜時に酸化雰囲気中での
熱処理を伴う堆積絶縁膜は使用できない。したがって、
CVD法によるSiO2 膜などのSiO2 を主成分とす
る堆積絶縁膜は使用できない。
Considering the case where an insulating film covering the surface of the Cu wiring is formed, the oxidation rate of Cu is very high, so that the Cu wiring is oxidized. Deposited insulating films cannot be used. Therefore,
A deposited insulating film containing SiO 2 as a main component, such as a SiO 2 film formed by a CVD method, cannot be used.

【0005】これに対して、成膜時に還元性雰囲気中で
の熱処理を伴う堆積絶縁膜、例えばSiH4 、SiH2
Cl2 、NH3 などの還元性ガスを原料に用いたCVD
法によるSi3 4 膜は、Cu配線の表面を覆う絶縁膜
として使用できる。しかし、この種の堆積絶縁膜は、一
般に、緻密性や耐薬品性に優れているが、SiO2 に比
べて誘電率が高いため、寄生容量が大きくなるという問
題がある。
On the other hand, a deposited insulating film accompanied by a heat treatment in a reducing atmosphere during film formation, for example, SiH 4 , SiH 2
CVD using a reducing gas such as Cl 2 or NH 3 as a raw material
The Si 3 N 4 film formed by the method can be used as an insulating film covering the surface of the Cu wiring. However, this kind of deposited insulating film is generally excellent in denseness and chemical resistance, but has a problem that parasitic capacitance becomes large because of a higher dielectric constant than SiO 2 .

【0006】これに対して、SiO2 や有機材料を主成
分とする塗布絶縁膜は、誘電率が3以下と、SiO2
3.9を下回るため、寄生容量を小さくできる。さら
に、低温で形成できるという利点もある。しかし、この
種の塗布絶縁膜は、緻密性が低くいため、レジスト剥離
のためのアッシングや各種薬液処理によって変質が生じ
やすく、配線保護の点で問題がある。したがって、塗布
絶縁膜を用いる場合、他の絶縁膜と併用して補強する必
要がある。
On the other hand, a coating insulating film containing SiO 2 or an organic material as a main component has a dielectric constant of 3 or less, which is lower than 3.9 of SiO 2 , so that the parasitic capacitance can be reduced. In addition, there is an advantage that it can be formed at a low temperature. However, since this type of coated insulating film has low density, it is liable to be deteriorated by ashing for removing the resist or various chemical treatments, and there is a problem in protection of wiring. Therefore, when a coating insulating film is used, it is necessary to reinforce the insulating film in combination with another insulating film.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、配線を形
成した後には、配線の保護と配線間の絶縁の目的のため
に、配線の表面を覆う絶縁膜を形成する。この種の絶縁
膜としては、SiO2 を主成分とする堆積絶縁膜、Si
3 4 を主成分とする堆積絶縁膜、SiO2 や有機材料
を主成分とする塗布絶縁膜が知られている。しかし、C
u配線の場合、これらの絶縁膜は、Cu配線の酸化、配
線間の寄生容量の増大、またはCu配線の保護の点で問
題があった。
As described above, after the wiring is formed, an insulating film covering the surface of the wiring is formed for the purpose of protecting the wiring and insulating between the wirings. As this type of insulating film, a deposited insulating film containing SiO 2 as a main component, Si
A deposited insulating film mainly containing 3 N 4 and a coated insulating film mainly containing SiO 2 or an organic material are known. But C
In the case of u wiring, these insulating films have problems in oxidation of Cu wiring, increase in parasitic capacitance between wirings, or protection of Cu wiring.

【0008】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、Cu配線の酸化、保
護、および配線間の寄生容量の増大抑制を図れる絶縁膜
を形成することができる半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to form an insulating film capable of oxidizing and protecting Cu wiring and suppressing an increase in parasitic capacitance between wirings. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can be performed.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記の通りである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, typical ones are briefly described as follows.

【0010】すなわち、上記目的を達成するために、本
発明に係る半導体装置は、表面に配線溝を有する第1の
絶縁膜を形成する工程と、前記配線溝の内壁をバリアメ
タル膜で被覆する工程と、前記配線溝の内部にCuを主
成分とする配線を形成する工程と、前記配線の表面を含
む領域上にSiとNを含む膜を形成する工程と、酸化種
と還元種を含む雰囲気中での熱処理により、前記導電膜
中のCuおよび前記バリアメタル膜の構成材料を還元
し、かつ前記SiとNを含む膜中のSiを酸化すること
によって、前記配線の前記表面上にSiO2 を主成分と
する第2の絶縁膜を形成する工程と有することを特徴と
する。上記酸化種と還元種は、発明の実施の形態で述べ
るように、所定の分圧比であることが好ましい。
In other words, in order to achieve the above object, in a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a first insulating film having a wiring groove on a surface, and covering an inner wall of the wiring groove with a barrier metal film. A step of forming a wiring containing Cu as a main component inside the wiring groove, a step of forming a film containing Si and N on a region including a surface of the wiring, and including an oxidizing species and a reducing species The heat treatment in the atmosphere reduces Cu in the conductive film and the constituent material of the barrier metal film, and oxidizes Si in the film containing Si and N, thereby forming SiO on the surface of the wiring. Forming a second insulating film containing 2 as a main component. It is preferable that the oxidizing species and the reducing species have a predetermined partial pressure ratio as described in the embodiment of the invention.

【0011】このような構成であれば、Cuを主成分と
する配線(Cu配線)の表面を酸化せずに、Cu配線の
表面にSiO2 を主成分とする絶縁膜を形成することが
できる。このSiO2 を主成分とする絶縁膜は、酸化種
と還元種を含む雰囲気中での熱処理(熱酸化)により形
成したものなので、SiO2 等を主成分とする塗布絶縁
膜とは異なり、緻密な膜である。
With such a structure, an insulating film mainly composed of SiO 2 can be formed on the surface of the Cu wiring without oxidizing the surface of the wiring mainly composed of Cu (Cu wiring). . Since the insulating film mainly composed of SiO 2 is formed by heat treatment (thermal oxidation) in an atmosphere containing oxidizing species and reducing species, it is different from a coated insulating film mainly composed of SiO 2 or the like, and is dense. Film.

【0012】したがって、本発明のSiO2 を主成分と
する絶縁膜は、Cu配線の保護として有効な絶縁膜であ
る。さらに、SiO2 を主成分としているので、Si3
4膜に比べて誘電率が低く、配線間の寄生容量の増大
を抑制できる。
Therefore, the insulating film containing SiO 2 as a main component of the present invention is an effective insulating film for protecting the Cu wiring. Further, since SiO 2 is a main component, Si 3
The dielectric constant is lower than that of the N 4 film, and an increase in parasitic capacitance between wirings can be suppressed.

【0013】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明ら
かになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
Embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.

【0015】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.

【0016】まず、図1(a)に示すように、Cu配線
としてのCu膜1の表面上に、SiおよびNを含む薄膜
(SiN薄膜)2を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a thin film (SiN thin film) 2 containing Si and N is formed on the surface of a Cu film 1 as a Cu wiring.

【0017】SiN薄膜2中のNは、引き続き行われる
SiO2 を形成するための熱処理でCuとSiが反応し
て、シリサイドが形成されることを抑制する効果があ
る。SiN薄膜2の厚さは、5nm以上50nm以下で
あることが望ましい。SiN薄膜2の形成方法は、CV
D法およびPVD法のいずれの堆積法でも良い。
N in the SiN thin film 2 has an effect of suppressing the formation of silicide due to the reaction between Cu and Si in the subsequent heat treatment for forming SiO 2 . It is desirable that the thickness of the SiN thin film 2 is not less than 5 nm and not more than 50 nm. The method of forming the SiN thin film 2 is CV
Any of the D method and the PVD method may be used.

【0018】SiN薄膜2の組成は、正規組成Si3
4 よりもSiリッチであることが望ましい。そのために
は、例えば、Siターゲット、ArにN2 を添加したス
パッタガスを用いたスパッタ法で堆積する方法が有効で
ある。また、Si2 Cl6 とNH3 とを原料として45
0℃の温度で減圧CVD法で堆積する方法も有効であ
る。
The composition of the SiN thin film 2 is a normal composition Si 3 N
It is more desirable that Si is richer than 4 . For that purpose, for example, a method of depositing by a sputtering method using a sputtering gas in which N 2 is added to an Si target and Ar is effective. Further, 45% of Si 2 Cl 6 and NH 3 are used as raw materials.
A method of depositing at a temperature of 0 ° C. by a low pressure CVD method is also effective.

【0019】次に図1(b)に示すように、H2 OとH
2 の混合雰囲気中での450℃程度の熱処理によって、
SiN薄膜2中のSiを酸化して、薄膜2をSiO2
主成分とする薄膜(SiO2 薄膜)3に変える。
Next, as shown in FIG. 1B, H 2 O and H
By heat treatment at about 450 ° C in a mixed atmosphere of 2 ,
The Si in the SiN thin film 2 is oxidized to change the thin film 2 into a thin film (SiO 2 thin film) 3 containing SiO 2 as a main component.

【0020】このとき、Cu膜1の表面は、SiN薄膜
2、または酸化途中のSiN薄膜2によって保護されて
いる。したがって、Cu膜1の表面は酸化されない。ま
た、SiN薄膜2中のNによって、Cu膜1とSiN薄
膜2との界面にSi−N結合が形成されるので、Cu膜
1の表面でのシリサイド反応の進行を抑制できる。その
結果、Cu膜1の表面を酸化することなく、Cu膜1の
表面にSiO2 薄膜3を形成できる。
At this time, the surface of the Cu film 1 is protected by the SiN thin film 2 or the oxidized SiN thin film 2. Therefore, the surface of the Cu film 1 is not oxidized. Further, since N in the SiN thin film 2 forms an Si—N bond at the interface between the Cu film 1 and the SiN thin film 2, the progress of the silicide reaction on the surface of the Cu film 1 can be suppressed. As a result, the SiO 2 thin film 3 can be formed on the surface of the Cu film 1 without oxidizing the surface of the Cu film 1.

【0021】H2 OとH2 の混合ガスは、一定の分圧比
においては、Cuに対しては還元ガスとして働き、Si
に対しては酸化性ガスとして働く。このような分圧比の
範囲は、熱力学的な計算によってそれぞれの安定な酸化
物であるCu2 OおよびSiO2 が形成されるH2 Oと
2 の分圧比(PH2O /PH2 )の下限を見積もること
により、知ることができる。
At a certain partial pressure ratio, the mixed gas of H 2 O and H 2 acts as a reducing gas for Cu,
Works as an oxidizing gas. Such partial pressure ratio range, thermodynamic between H 2 O and partial pressure ratio of H 2 in which the Cu 2 O and SiO 2 are each a stable oxide is formed by calculating the (P H2O / P H2) It can be known by estimating the lower limit.

【0022】表1に、上記分圧比(PH2O /PH2 )の
下限を示す。
Table 1 shows the lower limit of the partial pressure ratio (P H2O / P H2 ).

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】表から、雰囲気の温度が427℃の場合、
1×10-13 ≦PH2O/PH2≦1×107 であれば、C
u膜1を酸化せずにSiN薄膜2中のSiを選択的に酸
化することができることが分かる。
From the table, when the temperature of the atmosphere is 427 ° C.,
If 1 × 10 −13 ≦ P H2O / P H2 ≦ 1 × 10 7 , C
It can be seen that Si in the SiN thin film 2 can be selectively oxidized without oxidizing the u film 1.

【0025】このような酸化を行える雰囲気は、H2
とH2 の混合雰囲気に限定されるものではなく、例えば
CO2 とCOとの混合雰囲気でも行える。この場合、例
えば427℃の場合、1×10-12 ≦PCO2 /PCO≦1
×108 であれば、Cu膜1を酸化せずにSiN薄膜2
中のSiを選択的に酸化することができる。
The atmosphere in which such oxidation can be performed is H 2 O
The present invention is not limited to a mixed atmosphere of H 2 and H 2 , and can be performed in a mixed atmosphere of CO 2 and CO, for example. In this case, for example, at 427 ° C., 1 × 10 −12 ≦ P CO2 / P CO ≦ 1
If it is × 10 8 , the Cu film 1 is not oxidized and the SiN thin film 2
The Si inside can be selectively oxidized.

【0026】酸化種としてラジカルを用いれば、より低
温でSiN薄膜2中のSiを選択的に酸化することがで
きる。例えば、OH* とH* との2種類のラジカルを用
いれば、250℃程度の温度の熱処理を行うことで、S
iN薄膜2中のSiを選択的に酸化することができる。
If a radical is used as an oxidizing species, Si in the SiN thin film 2 can be selectively oxidized at a lower temperature. For example, if two types of radicals, OH * and H * , are used, heat treatment at a temperature of about 250 ° C.
Si in the iN thin film 2 can be selectively oxidized.

【0027】この後は、図1(c)に示すように、Si
2 薄膜3上に、周知の方法に従ってSiO2 を主成分
とする層間絶縁膜4を形成する工程などが続く。
Thereafter, as shown in FIG.
A step of forming an interlayer insulating film 4 containing SiO 2 as a main component on the O 2 thin film 3 according to a well-known method follows.

【0028】以上述べたように本実施形態によれば、C
u配線としてのCu膜1の表面を酸化せずに、Cu膜1
の表面にSiO2 薄膜3を形成することができる。この
SiO2 薄膜3は、H2 OとH2 の混合雰囲気中での熱
処理(熱酸化)により形成したものなので、SiO2
を主成分とする塗布絶縁膜とは異なり、緻密な膜であ
る。
As described above, according to the present embodiment, C
without oxidizing the surface of the Cu film 1 as a u-wiring,
It is possible to form the SiO 2 film 3 on the surface. Since the SiO 2 thin film 3 is formed by heat treatment (thermal oxidation) in a mixed atmosphere of H 2 O and H 2 , the SiO 2 thin film 3 is a dense film unlike a coating insulating film mainly composed of SiO 2 or the like. .

【0029】したがって、SiO2 薄膜3は、Cu配線
としてのCu膜1の保護として有効な絶縁膜である。さ
らに、SiO2 薄膜3は、SiO2 を主成分とした絶縁
膜なので、Si3 4 膜に比べて誘電率が低く、配線間
の寄生容量の増大を抑制できる。その結果、Cu配線の
信頼性を高くでき、かつ信号遅延を小さくできるように
なる。
Therefore, the SiO 2 thin film 3 is an effective insulating film for protecting the Cu film 1 as Cu wiring. Further, since the SiO 2 thin film 3 is an insulating film containing SiO 2 as a main component, the SiO 2 thin film 3 has a lower dielectric constant than the Si 3 N 4 film and can suppress an increase in parasitic capacitance between wirings. As a result, the reliability of the Cu wiring can be increased, and the signal delay can be reduced.

【0030】(第2の実施形態)図2は、本発明の第2
の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.

【0031】図2(a)は、シリコン基板(不図示)上
にSiO2 を主成分とする層間絶縁膜11を形成した
後、この層間絶縁膜11の表面に配線溝12を形成した
段階の断面図を示している。
FIG. 2A shows a state in which after forming an interlayer insulating film 11 mainly composed of SiO 2 on a silicon substrate (not shown), a wiring groove 12 is formed on the surface of the interlayer insulating film 11. FIG.

【0032】次に図2(b)に示すように、配線溝12
の内壁を被覆するように、全面にバリアメタル膜13を
堆積する。Cu配線の場合、バリアメタル膜13の材料
としては、TaN、WN、VN、NbN、CrN、Mo
Nなどの窒化物が好ましい。Cuが層間絶縁膜11中に
拡散するのを防止し、層間絶縁膜11およびCu配線に
対しての密着性が良好な膜ならば、上記窒化物膜以外の
膜も使用可能である。
Next, as shown in FIG.
A barrier metal film 13 is deposited on the entire surface so as to cover the inner wall. In the case of Cu wiring, the material of the barrier metal film 13 is TaN, WN, VN, NbN, CrN, Mo.
Nitrides such as N are preferred. A film other than the nitride film can be used as long as it prevents Cu from diffusing into the interlayer insulating film 11 and has good adhesion to the interlayer insulating film 11 and the Cu wiring.

【0033】次に図2(c)に示すように、配線溝12
の内部を完全に埋め込むように、全面にCu配線として
のCu膜14を形成する。埋め込み形状の良好なCu膜
14を形成するためには、その成膜にはCVD法または
メッキ法を用いると良い。
Next, as shown in FIG.
Is formed over the entire surface so as to completely bury the inside of the substrate. In order to form a Cu film 14 having a good buried shape, a CVD method or a plating method may be used for the film formation.

【0034】メッキ法を用いる場合、Cu膜14を形成
する前に、シード層として薄いCu膜をバリアメタル膜
13の表面に形成しておくことが好ましい。薄いCu膜
は、例えばPVD法で形成する。シード層を形成してお
くことで、より良好な形状のCu膜14を形成すること
ができる。
When the plating method is used, it is preferable to form a thin Cu film as a seed layer on the surface of the barrier metal film 13 before forming the Cu film 14. The thin Cu film is formed by, for example, a PVD method. By forming the seed layer, a Cu film 14 having a better shape can be formed.

【0035】CVD法のように膜が等方的に堆積する成
膜方法を用いる場合、Cu膜14の膜厚を配線溝12の
幅の2分の1以上にすることにより、配線溝12の内部
をCu膜14で完全に埋め込むことができる。
When a film forming method in which a film is isotropically deposited like a CVD method is used, the thickness of the wiring groove 12 is reduced by setting the thickness of the Cu film 14 to a half or more of the width of the wiring groove 12. The inside can be completely buried with the Cu film 14.

【0036】次に図2(d)に示すように、CMP(Ch
emical Mechanical Polishing)法を用いて、配線溝1
2の外部の不要なCu膜14を除去し、表面を平坦化し
てCu配線14を形成する。
Next, as shown in FIG.
emical Mechanical Polishing) to form wiring grooves 1
Unnecessary Cu film 14 outside 2 is removed, and the surface is planarized to form Cu wiring 14.

【0037】ここで、Cu配線14は、いわゆるシング
ルダマシン配線であり、図示しないプラグを介して、図
示しないシリコン基板上の下層の金属配線と接続してい
る。また、本発明はデュアルダマシン配線の場合にも適
用できる。デュアルダマシン配線の場合、配線溝12を
ヴィアホールおよび配線溝に読み替えれば良い。
The Cu wiring 14 is a so-called single damascene wiring, and is connected to a lower metal wiring on a silicon substrate (not shown) via a plug (not shown). Further, the present invention can be applied to the case of dual damascene wiring. In the case of dual damascene wiring, the wiring groove 12 may be replaced with a via hole and a wiring groove.

【0038】次に図2(e)に示すように、層間絶縁膜
11およびCu配線14上にSiおよびNを含む薄膜
(SiN薄膜)15を形成する。
Next, as shown in FIG. 2E, a thin film (SiN thin film) 15 containing Si and N is formed on the interlayer insulating film 11 and the Cu wiring 14.

【0039】SiN薄膜15中のNは、引き続き行われ
るSiO2 を形成するための熱処理でCuとSiが反応
して、シリサイドが形成されることを抑制する効果があ
る。SiN薄膜15の厚さは、5nm以上50nm以下
であることが望ましい。SiN薄膜15の形成方法は、
CVD法、PVD法、スパッタ法のいずれの堆積法でも
良い。
N in the SiN thin film 15 has an effect of suppressing the formation of silicide due to the reaction between Cu and Si in the subsequent heat treatment for forming SiO 2 . It is desirable that the thickness of the SiN thin film 15 is not less than 5 nm and not more than 50 nm. The method for forming the SiN thin film 15 is as follows.
Any of a CVD method, a PVD method, and a sputtering method may be used.

【0040】SiN薄膜15の組成は、正規組成Si3
4 よりもSiリッチであることが望ましい。そのため
には、例えば、SiターゲットをArにN2 を添加した
ガスでスパッタ法で堆積する方法が有効である。また、
Si2 Cl6 とNH3 とを原料として450℃の温度で
減圧CVD法で堆積する方法も有効である。
The composition of the SiN thin film 15 is a normal composition Si 3
Desirably, it is Si-rich than N 4 . For this purpose, for example, a method in which a Si target is deposited by a sputtering method using a gas obtained by adding N 2 to Ar is effective. Also,
It is also effective to deposit Si 2 Cl 6 and NH 3 as raw materials at a temperature of 450 ° C. by a low pressure CVD method.

【0041】次に図2(f)に示すように、H2 OとH
2 の混合雰囲気中での450℃程度の熱処理によって、
SiN薄膜15中のSiを酸化して、SiN薄膜15をSi
2を主成分とする薄膜(SiO2 薄膜)16に変え
る。
Next, as shown in FIG. 2 (f), H 2 O and H
By heat treatment at about 450 ° C in a mixed atmosphere of 2 ,
The Si in the SiN thin film 15 is oxidized to convert the SiN thin film 15 into Si.
Change to a thin film (SiO 2 thin film) 16 containing O 2 as a main component.

【0042】このとき、Cu配線14の表面は、SiN
薄膜15、または酸化途中のSiN薄膜15によって保
護されている。したがって、Cu配線14の表面は酸化
されない。また、SiN薄膜15中のNによって、Cu
膜1とSiN薄膜15との界面にSi−N結合が形成さ
れるので、Cu配線14の表面でのシリサイド反応の進
行を抑制できる。その結果、Cu配線15の表面を酸化
することなく、Cu配線15の表面にSiO2 薄膜15
を形成できる。
At this time, the surface of the Cu wiring 14 is
It is protected by the thin film 15 or the oxidized SiN thin film 15. Therefore, the surface of the Cu wiring 14 is not oxidized. Also, N in the SiN thin film 15 causes Cu
Since a Si—N bond is formed at the interface between the film 1 and the SiN thin film 15, the progress of the silicide reaction on the surface of the Cu wiring 14 can be suppressed. As a result, the SiO 2 thin film 15 is formed on the surface of the Cu wiring 15 without oxidizing the surface of the Cu wiring 15.
Can be formed.

【0043】H2 OとH2 の分圧比の範囲は、第1の実
施形態のそれと同じであれば、Cuを酸化することな
く、Siのみを選択的に酸化することができるが、本実
施形態においてはバリアメタル膜13が存在するため、
バリアメタル膜13を酸化しない条件であることが必要
になる。
If the range of the partial pressure ratio between H 2 O and H 2 is the same as that of the first embodiment, only Si can be selectively oxidized without oxidizing Cu. In the embodiment, since the barrier metal film 13 exists,
It is necessary that the conditions be such that the barrier metal film 13 is not oxidized.

【0044】バリアメタル膜13の望ましい材料として
上で列挙したものは、いずれもSiよりも酸化されにく
い(酸化物が不安定な)物質の窒化物である。すなわ
ち、H 2 OとH2 の分圧比を調整することにより、バリ
アメタル膜13とCu配線14とを酸化することなく、
SiO2 薄膜16のみを選択的に酸化することができ
る。
As a desirable material of the barrier metal film 13,
All of the above are less susceptible to oxidation than Si.
It is a nitride of a material (an oxide is unstable). Sand
Chi, H TwoO and HTwoBy adjusting the partial pressure ratio of
Without oxidizing the ametal film 13 and the Cu wiring 14,
SiOTwoOnly the thin film 16 can be selectively oxidized
You.

【0045】例えば、バリアメタル膜13としてTaN
膜を用いた場合、雰囲気の温度が427℃で1×10
-13 ≦PH2O/PH2≦1×10-10 であれば、Cu配線
14を酸化せずにSiN薄膜15中のSiを選択的に酸化
することができる。
For example, as the barrier metal film 13, TaN
When a film is used, the temperature of the atmosphere is 427 ° C. and 1 × 10
-13 ≤P H2O / P H2 ≤1 × 10-10 Then, the Si in the SiN thin film 15 can be selectively oxidized without oxidizing the Cu wiring 14.

【0046】CO2 とCOとの混合ガスを用いても同様
な効果が得られ、またOH* とH*とを用いた場合、よ
り低温でSiN薄膜15中のSiを選択的に酸化するこ
とができる。
A similar effect can be obtained by using a mixed gas of CO 2 and CO. When OH * and H * are used, the Si in the SiN thin film 15 can be selectively oxidized at a lower temperature. Can be.

【0047】次に図2(g)に示すように、SiO2
膜16上にSiO2 を主成分とする層間絶縁膜17を形
成する。この後、以上述べた方法に従って、必要な数だ
けさらに上層のCu配線を形成する。また、Cu配線1
4よりも下層の図示しない金属配線がCu配線の場合
も、そのCu配線も以上述べた方法に従って形成するこ
とが好ましい。
Next, as shown in FIG. 2G, an interlayer insulating film 17 mainly composed of SiO 2 is formed on the SiO 2 thin film 16. Thereafter, according to the method described above, a required number of further upper-layer Cu wirings are formed. Also, Cu wiring 1
Even when the metal wiring (not shown) below layer 4 is a Cu wiring, it is preferable that the Cu wiring is also formed according to the above-described method.

【0048】以上述べたように本実施形態によれば、C
u配線14およびバリアメタル膜13の表面を酸化せず
に、Cu配線14の表面にSiO2 薄膜16を選択的に
形成することができる。このSiO2 薄膜16は、H2
OとH2 の混合雰囲気中での熱処理(熱酸化)により形
成したものなので、SiO2 等を主成分とする塗布絶縁
膜とは異なり、緻密な膜である。
As described above, according to the present embodiment, C
The SiO 2 thin film 16 can be selectively formed on the surface of the Cu wiring 14 without oxidizing the surfaces of the u wiring 14 and the barrier metal film 13. This SiO 2 thin film 16 is made of H 2
Since it is formed by heat treatment (thermal oxidation) in a mixed atmosphere of O and H 2 , it is a dense film, unlike a coating insulating film mainly composed of SiO 2 or the like.

【0049】したがって、SiO2 薄膜16は、Cu配
線16の保護として有効な絶縁膜である。さらに、Si
2 を主成分としているので、Si3 4 膜に比べて誘
電率が低く、配線間の寄生容量の増大を抑制できる。そ
の結果、Cu配線の信頼性を高くでき、かつ信号遅延を
小さくできるようになる。
Therefore, the SiO 2 thin film 16 is an effective insulating film for protecting the Cu wiring 16. Furthermore, Si
Since O 2 is a main component, the dielectric constant is lower than that of the Si 3 N 4 film, and an increase in parasitic capacitance between wirings can be suppressed. As a result, the reliability of the Cu wiring can be increased, and the signal delay can be reduced.

【0050】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
い。例えば、Cu膜は純Cu膜である必要はなく、例え
ばAlを含んだCuAl合金膜であっても良い。すなわ
ち、主成分がCuであれば良い。
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, the Cu film does not need to be a pure Cu film, but may be, for example, a CuAl alloy film containing Al. That is, the main component may be Cu.

【0051】また、第2の実施形態では、Cu配線14
が下層の金属配線とコンタクトする場合について説明し
たが、ソース/ドレイン拡散層などのように、基板表面
の不純物拡散層とコンタクトする場合にも本発明は有効
である。
In the second embodiment, the Cu wiring 14
Has been described in contact with the underlying metal wiring, but the present invention is also effective when contacting with an impurity diffusion layer on the substrate surface such as a source / drain diffusion layer.

【0052】また、半導体基板としては、通常のシリコ
ン基板の他に、寄生容量を減らし、より高速なデバイス
を作成するために、SOI基板を用いても良い。また、
活性領域がSiGeからなる半導体基板を用いても良
い。
As a semiconductor substrate, an SOI substrate may be used in addition to a normal silicon substrate in order to reduce a parasitic capacitance and produce a higher-speed device. Also,
A semiconductor substrate whose active region is made of SiGe may be used.

【0053】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、C
uを主成分とする配線(Cu配線)の表面上にSiおよ
びNを含む膜を形成してから、酸化種および還元種を含
む雰囲気中での熱処理を行うことによって、Cu配線の
保護および配線間の寄生容量の増大抑制を図れる絶縁膜
を形成できるようになる。
As described in detail above, according to the present invention, C
A film containing Si and N is formed on the surface of a wiring mainly composed of u (Cu wiring), and then a heat treatment is performed in an atmosphere containing oxidizing species and reducing species, thereby protecting the Cu wiring and forming the wiring. An insulating film capable of suppressing an increase in parasitic capacitance therebetween can be formed.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製
造方法を示す工程断面図
FIG. 2 is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…Cu膜(導電膜) 2…SiおよびNを含む薄膜 3…SiO2 を主成分とする薄膜 4…層間絶縁膜 11…層間絶縁膜(第1の絶縁膜) 12…配線溝 13…バリアメタル膜 14…Cu配線としてのCu膜(導電膜) 15…SiおよびNを含む薄膜 16…SiO2 を主成分とする薄膜(第2の絶縁膜) 17…層間絶縁膜REFERENCE SIGNS LIST 1 Cu film (conductive film) 2 Thin film containing Si and N 3 Thin film containing SiO 2 as a main component 4 Interlayer insulating film 11 Interlayer insulating film (first insulating film) 12 Wiring groove 13 Barrier Metal film 14: Cu film (conductive film) as Cu wiring 15: Thin film containing Si and N 16: Thin film containing SiO 2 as a main component (second insulating film) 17: Interlayer insulating film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須黒 恭一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 5F033 HH11 HH32 HH34 JJ01 JJ11 JJ32 JJ34 KK11 KK32 KK34 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP14 PP26 QQ48 QQ74 QQ76 RR04 RR06 RR20 SS01 SS02 SS07 SS09 SS11 SS13 TT02 XX20 XX24 XX28 5F058 BC02 BC08 BF04 BF24 BF30 BH03 BJ02  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kyoichi Suguro 8th Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term in the Toshiba Yokohama Office 5F033 HH11 HH32 HH34 JJ01 JJ11 JJ32 JJ34 KK11 KK32 KK34 MM01 MM02 MM12 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP14 PP26 QQ48 QQ74 QQ76 RR04 RR06 RR20 SS01 SS02 SS07 SS09 SS11 SS13 TT02 XX20 XX24 XX28 5F058 BC02 BC08 BF04 BF24 BF30 BH03 BJ02

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Cuを主成分とする導電膜を形成する工程
と、 前記導電膜の表面上にSiとNを含む膜を形成する工程
と、 酸化種と還元種を含む雰囲気中での熱処理により、前記
導電膜中のCuを還元し、かつ前記SiとNを含む膜中
のSiを酸化することによって、前記導電膜の前記表面
上にSiO2 を主成分とする絶縁膜を形成する工程とを
有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A step of forming a conductive film containing Cu as a main component, a step of forming a film containing Si and N on the surface of the conductive film, and a heat treatment in an atmosphere containing oxidizing species and reducing species. Forming an insulating film mainly composed of SiO 2 on the surface of the conductive film by reducing Cu in the conductive film and oxidizing Si in the film containing Si and N. And a method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】表面に配線溝を有する第1の絶縁膜を形成
する工程と、 前記配線溝の内壁をバリアメタル膜で被覆する工程と、 前記配線溝の内部にCuを主成分とする配線を形成する
工程と、 前記配線の表面を含む領域上にSiとNを含む膜を形成
する工程と、 酸化種と還元種を含む雰囲気中での熱処理により、前記
導電膜中のCuおよび前記バリアメタル膜の構成材料を
還元し、かつ前記SiとNを含む膜中のSiを酸化する
ことによって、前記配線の前記表面上にSiO2 を主成
分とする第2の絶縁膜を形成する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。
2. A step of forming a first insulating film having a wiring groove on a surface, a step of covering an inner wall of the wiring groove with a barrier metal film, and a wiring containing Cu as a main component inside the wiring groove. Forming a film containing Si and N on a region including the surface of the wiring; and performing heat treatment in an atmosphere containing an oxidizing species and a reducing species to form Cu and the barrier in the conductive film. Forming a second insulating film containing SiO2 as a main component on the surface of the wiring by reducing the constituent material of the metal film and oxidizing Si in the film containing Si and N. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項3】Si2 Cl6 とNH3 を原料ガスに用いた
減圧CVD法により、前記SiとNを含む膜を形成する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導
体装置の製造方法。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the film containing Si and N is formed by a low pressure CVD method using Si 2 Cl 6 and NH 3 as source gases. Manufacturing method.
【請求項4】前記酸化種と前記還元種の組み合わせは、
2 OとH2 、CO2 とCO、またはOHラジカルとH
ラジカルの組み合わせであることを特徴とする請求項1
または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
4. A combination of the oxidizing species and the reducing species,
H 2 O and H 2 , CO 2 and CO, or OH radical and H
2. A combination of radicals.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
【請求項5】前記バリアメタル膜の構成材料は、Ta窒
化物、Nb窒化物、V窒化物、W窒化物、Mo窒化物ま
たはCr窒化物であることを特徴とする請求項2に記載
の半導体装置の製造方法。
5. The material according to claim 2, wherein the constituent material of said barrier metal film is Ta nitride, Nb nitride, V nitride, W nitride, Mo nitride or Cr nitride. A method for manufacturing a semiconductor device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7148158B2 (en) 2002-01-10 2006-12-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method for manufacturing the same

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