JP4237008B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体装置の製造方法に関する。更に、好適には、多孔質低誘電率絶縁膜に、金属配線の形成された半導体装置の製造方法として有効なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化、微細化に伴い、特に、RC遅延の低減が必要となっている。このため、配線材料としては、比抵抗率の低い材料を用いると共に、絶縁膜材料としては、誘電率の低い低誘電率(low−k)絶縁膜を用いることが考えられている。
【0003】
低誘電率(Low-k)絶縁膜としては、比誘電率k<3.0の絶縁膜の研究が進められている。このような低誘電率絶縁膜には、例えば、Poly-siloxane、HSQ(hydrogen-silsesquioxane)、Poly-methyl-siloxane、MSQ(methyl silsesquioxane)などがある。なかでも、近年、加熱処理や、加工処理における耐性の強いPoly-methyl-siloxane、MSQ等が広く用いられている。
【0004】
また、比誘電率<2.5程度の、低誘電率多孔質膜を用いることも検討されている。低誘電率多孔質膜とは、上述のような、低誘電率膜中に数Å〜数十Å程度の空孔を有するものである。
【0005】
一方、半導体装置の微細化と共に、金属配線には、より微細化の要求が高まり、このため、金属配線形成用に絶縁膜に形成するビアホール、あるいは、コンタクトホールについても、同様に微細化の要求が高まっている。また、絶縁膜に微細ホールを形成する場合に、後の配線工程に悪影響を与える、例えば、ポインズビアの発生等を抑えるため、熱硬化を行う等、絶縁膜ホール形成後に熱処理を行う技術も提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−83809号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、低誘電率多孔質膜は、膜中に空孔を有するために、機械的強度が弱い。このため、開口の形成や、配線加工の工程におけるダメージが大きく、特に、微細化に伴い多様化されるエッチングや、アッシング等工程におけるプラズマプロセスや、薬液処理によるダメージは大きい。低誘電率多孔質膜の受けるダメージが大きい場合、配線容量の増大によるRC遅延や、リーク電流の増大に繋がるため問題となる。
【0008】
従って、この発明は、上述の問題を解決し、低誘電率多孔質膜のダメージを回復し、配線容量の増加、及び、リーク電流の増加を抑えた半導体装置の製造方法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
従って、この発明における半導体装置の製造方法は、
下層基板に、第1の拡散防止膜を形成する工程と、前記第1の拡散防止膜上に低誘電率多孔質膜を形成する低誘電率多孔質膜形成工程と、
前記低誘電率多孔質膜上に、所定のパターンの形成されたマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクを介して、前記低誘電率多孔質膜に前記第1の拡散防止膜に達する第1の開口部を形成する工程と、
前記第1の開口部を形成した後、前記第1の拡散防止膜に前記第1の開口部に連結する第2の開口部を形成する工程と、
前記第1の開口部と前記第2の開口部に銅含有配線を形成する工程と、を有し、
前記第1の開口部を形成する工程の後であって、前記第2の開口部を形成する工程の前に250℃〜350℃の熱処理を行う第1の熱処理工程と、
前記第2の開口部を形成する工程の後であって、前記銅含有配線を形成する工程の前に250℃〜350℃の熱処理を行う第2の熱処理工程と、
を備えるものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【0015】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における半導体装置100について説明するための断面模式図である。また、図2は、この発明の実施の形態1における半導体装置100と、従来の半導体装置との配線容量の面内分布を比較したグラフ図である。
【0016】
図1に示すように、半導体装置100において、Si基板2に、STI(Shallow Trench Isolation;素子分離領域)4が形成されている。また、Si基板2のSTI4により分離された活性領域には、拡散層6が形成されている。Si基板2の拡散層6に挟まれた部分上には、ゲート絶縁膜8が形成され、ゲート絶縁膜8上には、ゲート電極10が形成されている。また、ゲート電極10の側壁には、サイドウォール12が形成されている。
【0017】
また、Si基板2上には、ゲート絶縁膜8、ゲート電極10、及び、サイドウォール12を埋め込むようにして、絶縁膜20が形成され、絶縁膜20には、その表面から、拡散層6上まで、絶縁膜20を貫通して形成されたタングステンプラグ22が形成されている。
【0018】
絶縁膜20上には、膜厚約50nmのSiC膜30が形成され、SiC膜30上には、低誘電率多孔質膜32が形成されている。ここで、低誘電率多孔質膜32の比誘電率kは、k=2.2であり、膜厚は、約200nmである。更に、低誘電率多孔質膜32上には、SiO2キャップ膜34が形成されている。SiO2キャップ膜の膜厚は、約100nmである。
【0019】
このように積層されたSiC膜30、低誘電率多孔質膜32、SiO2キャップ膜34を貫通して、絶縁膜20の表面に至るホール36が形成されている。さらに、ホール36に接続し、絶縁膜20を貫通して、拡散層6に至るコンタクトホール38が形成されている。ホール36、38の最小スペースは、共に、約0.16umである。
【0020】
また、ホール36、38の内壁に沿って、順に、TaN膜40、Ta膜42が形成されている。それぞれ、膜厚は、約10nm、約15nmである。更に、ホール36、38内部のTa膜42上に、Cu44が埋め込まれている。これにより、Cu配線と、拡散層6を接続するコンタクトプラグとが構成されている。また、SiO2キャップ膜34上には、拡散防止膜として、膜厚50nmのSiC膜が形成されている。
【0021】
以上のように構成された半導体装置100は、従来の半導体装置の構造と類似するものである。しかし、図2に示すように、この実施の形態1における半導体装置100の配線容量は、従来の半導体装置の配線容量に比して、約7%〜10%程度小さくなっている。これは、半導体装置100において用いられている低誘電率多孔質膜32が、半導体装置100のホール36、コンタクトホール38の形成や、Cu44の埋め込み等の際に受けるダメージがある程度回復された状態にあるためである。
【0022】
具体的に、低誘電率多孔質膜32に、ホール36を開口するため、ドライエッチングが用いられるが、このドライエッチングは、プラズマ雰囲気中で行われる。また、絶縁膜20に、コンタクトホール38を形成する際にも、プラズマ雰囲気中でドライエッチングが行われ、エッチング後、残渣除去のため、薬液が用いられる。このとき、低誘電率多孔質膜32は、プラズマ処理や、薬液処理により、ダメージを受ける。また、ホール36、コンタクトホール38に、Ta膜等を形成する場合には、スパッタ法を用いるが、低誘電率多孔質膜32は、このスパッタ前のプラズマ処理や、スパッタにおいて、ダメージを受ける。更に、SiC膜50を形成する場合にも、プラズマ雰囲気中での処理が行われるため、低誘電率多孔質膜32はダメージを受ける。実施の形態1では、上述のように、各処理工程において低誘電率多孔質膜32に与えられるダメージを、適宜、250℃〜350℃程度の熱処理を行うことにより回復させている。従って、この実施の形態1における半導体装置100の低誘電率多孔質膜32は、従来の低誘電率多孔質膜に比して、ダメージが少なくなっている。
【0023】
図3は、この発明の実施の形態1における半導体装置100の製造方法を説明するためのフロー図である。また、図4〜図9は、この発明の半導体装置100の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
以下、図3〜図9を用いて、この発明の実施の形態1における半導体装置100の製造方法を、詳細に説明する。
【0024】
まず、図4に示すように、Si基板2の拡散層6に接続するタングステンプラグ22が形成された絶縁膜20上に、SiC膜30を形成する(ステップS102)。ここで堆積するSiC膜の膜厚は、約50nmとする。次に、SiC膜30上に、低誘電率多孔質膜32を形成する(ステップS104)。低誘電率多孔質膜32は、SOD(Spin-on Dielectrics)法により形成する。ここで用いる低誘電率多孔質膜32は、比誘電率k=2.2であり、堆積する低誘電率多孔質膜の膜厚は、200nmとする。
【0025】
次に、低誘電率多孔質膜32上に、SiO2キャップ膜34を形成する(ステップS106)。また、SiO2キャップ膜34は、CMP用のキャップ膜として用いられるものであり、ここでは、膜厚が100nmとなるように形成する。更に、SiO2キャップ膜34上に、SiC膜50を形成する(ステップS108)。SiC膜50は、ハードマスクとして用いられるものであり、ここでは、膜厚が、50nmとなるように形成する。ここで、SiO2キャップ膜34及びSiC膜50は、それぞれ、CVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法により成膜する。
【0026】
次に、図5に示すように、SiC膜50を材料膜として、ハードマスクを形成する。ここでは、まず、SiC膜50上に、レジストマスク52を形成する(ステップS110)。この場合、通常の工程と同様に、SiC膜50上にレジストを塗布し、露光、現像処理を行うことによりレジストマスクを形成する。次に、レジストマスク52をマスクとして、ドライエッチングによりSiC膜50をエッチングし、ハードマスク用に加工する(ステップS112)。その後、O2ガスを用いたアッシングと、薬液洗浄により、レジストマスク52を除去する(ステップS114)。なお、ハードマスクを形成する際に行われるドライエッチング及びアッシングが、プラズマ雰囲気中で行われ、更に、その後、薬液洗浄が行われる。このプラズマ処理や、薬液洗浄において、低誘電率多孔質膜32は、多少のダメージを受けた状態となっている。
【0027】
次に、図6に示すように、SiO2キャップ膜34と、低誘電率多孔質膜32のエッチングを行う(ステップS116)。ここでは、SiC膜50をハードマスクとして、ドライエッチングにより順次エッチングを行う。このようにして、SiO2キャップ膜34、低誘電率多孔質膜32に、ホール36が形成される。なお、ここでのドライエッチングにおいても、プラズマ処理が行われるため、低誘電率多孔質膜32は、更なるダメージを受けた状態となる。
【0028】
次に、ダメージ回復のためのアニールを行う(ステップS118)。ここでは、炉アニールにより、N2雰囲気中で、250℃〜350℃の熱処理を、約30分間行う。これにより、エッチング中に低誘電率多孔質膜32中に取り込まれたFを除去でき、また、低誘電率多孔質膜32の受けたダメージを回復することができる。
【0029】
次に、図7に示すように、絶縁膜20にコンタクトホール38を形成する(ステップS120)。ここでは、絶縁膜20にエッチングを行い、その後、残渣除去のため、薬液洗浄を行う。また、この際、SiO2キャップ膜34上及びホール36底部に露出していたSiC膜50、30も、除去される。この際、プラズマ処理や、薬液処理により、低誘電率多孔質膜32は、再び、ダメージを受けた状態となる。
【0030】
その後、再び、ダメージ回復のためのアニールを行う(ステップS122)。ここでは、炉アニールにより、N2/H2混合ガスの雰囲気中で、250℃〜350℃の熱処理を、約30分間行う。これにより、コンタクトホール38エッチング時に低誘電率多孔質膜32内に取り込まれたFを除去でき、また、低誘電率多孔質膜32の受けたダメージを回復することができる。
【0031】
次に、図8、図9に示すように、Cu配線を形成する。
ここでは、まず、図8に示すように、H2/Heプラズマで、プレクリーニングを行った後(ステップS124)、ホール36とコンタクトホール38との内壁に、TaN膜40を、10nmの膜厚で形成し(ステップS126)、その上に、Ta膜42を、15nmの膜厚で形成する(ステップS128)。更に、Ta膜42上に、Cuシード膜54を、膜厚65nmで形成する(ステップS130)。ここで、TaN膜40、Ta膜42、Cuシード膜54は、それぞれ、スパッタ法により成膜する。
【0032】
その後、図9に示すように、ホール36と、コンタクトホール38内部に、Cu44の埋め込みを行う(ステップS132)。この時、Cuシード膜54をシード膜として、電界メッキ法を用いる。次に、350℃の炉アニールを行い(ステップS134)、その後、CMPを行う(ステップS136)。これにより、SiC膜50表面上に堆積されたCu、TaN、Taを除去され、ホール36、コンタクトホール38内部にのみ、Cu44、Ta膜42、TaN膜40が残り、ホール36,38内にCu配線が形成される。
【0033】
次に、SiC膜46を形成する(ステップS138)。SiC膜46は、拡散防止膜であり、ここでは、CVD法により、膜厚が50nmとなるように形成する。
【0034】
その後、スパッタ前のH2/Heプラズマ処理により、ポーラス絶縁が受けたダメージを回復するため、炉アニールで、250℃〜350℃程度の熱処理を、30分間行う(ステップS140)。このようにして、図1に示すような半導体装置100を得ることができる。ここで得られた半導体装置100について検査すると、配線容量が7%〜10%回復し、リーク電流も1桁程度改善されていた。
【0035】
以降、同様に、必要に応じてアニールを加え、プラズマ処理や、薬液処理において低誘電率多孔質膜32が受けるダメージを回復させながら、必要なビアの形成、金属配線の形成等を行い、多層配線層を形成する。
【0036】
以上説明したように、実施の形態1によれば、ホール36、コンタクトホール38形成の際のプラズマ雰囲気中でのエッチングやアッシング、あるいは、薬液処理等、また、Cu配線形成の際のプラズマ雰囲気中でのプレクリーニングにおいて、低誘電率多孔質膜32が受けるダメージを、その都度、250〜350℃程度のアニールを施すことにより、回復させている。また、これにより、エッチング中に低誘電率多孔質膜32内に取り込まれたF等を除去することができる。これにより、半導体装置100において、配線容量の増加や、リーク電流の増加を抑えることができる。
【0037】
また、ここで、250℃〜350℃程度の、比較的低温の熱処理を加えている。このため、Cu配線形成後に、熱処理を施しても、Cuの凝集等を抑制することができるため、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【0038】
また、実施の形態1においては、ホール36の形成後、コンタクトホール38の形成後、及び、Cu44埋め込み後に、その都度、ダメージ回復のためのアニールを行う場合について説明した。このようにその都度ダメージの回復を行うことにより、より確実にダメージ回復を図ることができる。しかし、この発明においては、いずれか1度、あるいは、必要な場合に、選択的にアニールを行うものであってもよい。例えば、1度のアニールであっても、ある程度のダメージ回復の効果を得ることができる。また、各ダメージ回復のためのアニールを行うタイミングも、実施の形態1において説明したものに限るものではない。例えば、実施の形態1では、プレクリーニングにおけるダメージの回復を、SiC膜46形成後に行う場合について説明したが、このアニールは、プレクリーニング後、最終的に、パッドやパッシベーション形成までの間に行うものであればよい。
【0039】
また、実施の形態1においては、ダメージ回復のアニールは、N2ガスの雰囲気中、あるいは、N2とH2の混合ガスで行う場合について説明した。しかし、この発明において、熱処理は、これらのガス中で行われる場合に限るものではない。例えば、大気中あるいは、H2ガス、あるいは、Arガスの雰囲気中等で行うものなどであってもよい。
【0040】
また、実施の形態1においては、低誘電率多孔質膜32に、デュアルダマシン法により、Cu配線を形成する場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、低誘電率多孔質膜を用いる場合に、エッチングや、アッシング等、プラズマ雰囲気中での処理や、薬液処理等、低誘電率多孔質膜にダメージを与える処理を行う様々な場合に適用することができる。
【0041】
また、この発明において、低誘電率多孔質膜32とは、膜中に数Å〜数十Å程度の空孔を有する低誘電率膜を意味する。
また、低誘電率膜としては、例えば、Poly-siloxane、HSQ(hydrogen-silsesquioxane)、Poly-methyl-siloxane、MSQ(methyl silsesquioxane)などがあるが、この発明は、必ずしもこれらに限るものではない。
また、この発明においては、各膜の膜厚や、膜の材料、あるいは、その形成方法等は、実施の形態1において説明したものに限るものではない。
【0042】
実施の形態2.
図10は、この発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。また、図11は、実施の形態2における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。
実施の形態2において説明する半導体装置は、実施の形態1において説明した半導体装置100と構造においては同様のものである。
【0043】
また、実施の形態2における半導体装置の製造方法も、実施の形態1において説明した製造方法と類似するものである。しかし、実施の形態1では、低誘電率多孔質膜32は、SiC膜50をハードマスクとしてエッチングしたのに対して、実施の形態2においては、レジストマスク52を用いて低誘電率多孔質膜32のエッチングを行う。
以下、図10及び図11を用いて、実施の形態2における半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
【0044】
まず、実施の形態1のステップS102〜S110と同様に、タングステンプラグ22の形成された絶縁膜20上に、SiC膜30、低誘電率多孔質膜32、SiO2キャップ膜34、SiC膜50を順に積層し、更に、図11に示すように、レジストマスク52を形成する(ステップS202〜S210)。
【0045】
次に、実施の形態2においては、レジストマスク52をマスクとして、ドライエッチングにより、SiC膜50、SiO2キャップ膜34、低誘電率多孔質膜32のエッチングを行う(ステップS212)。
【0046】
次に、レジストマスク52を除去する(ステップS214)。ここでは、H2/Heの混合ガスを用いたアッシングと、薬液洗浄によりレジストマスク52を剥離する。ここで、実施の形態1では、SiC膜50をハードマスクとしてエッチングした後、レジスト剥離を行い、その後に、低誘電率多孔質膜32等のエッチングを行った。この状態で、低誘電率多孔質膜32は、ダメージを受けている。
【0047】
次に、実施の形態1のステップS116と同様に、N2雰囲気で、250℃〜350℃のアニールを、30分間行い、低誘電率多孔質膜32のダメージを回復させる(ステップS216)。
後に続く工程は、実施の形態1のステップS118〜S140と同様に行うことにより、図1に示すような半導体装置100同様の半導体装置を得ることができる。ここで得られた半導体装置を検査すると、配線容量は10%程度回復し、また、リーク電流は、1桁程度改善されていた。
【0048】
以上説明したように、実施の形態2のようにしても、低誘電率多孔質膜32のダメージを回復し、配線容量及びリーク電流の増大を抑えた半導体装置を得ることができる。
【0049】
また、実施の形態1では、レジスト剥離の際のアッシング時においては、低誘電率多孔質膜32は、SiO2キャップ膜34に覆われていて、表面には露出していないため、受けるダメージは比較的小さい。しかし、これに対して、実施の形態2においては、ホール36がエッチングにより開口された後に、レジスト剥離が行われる。このため、アッシング時に、ホール36内壁には、低誘電率多孔質膜32が露出している。従って、アッシングの際、このホール36内壁部において、低誘電率多孔質膜32は、直接アッシングガスに接するため、より大きなダメージを受けやすい。しかし、ここでは、H2/Heを用いることにより、通常のアッシングに比べて、ある程度のダメージを抑えられ、更に、後のアニールにより、ダメージは、大きく回復されている。
その他の部分は、実施の形態1と同様であるから説明を省略する。
【0050】
なお、例えば、実施の形態1、2のステップS104、S204を実行することにより、この発明の低誘電率多孔質膜形成工程が実行され、ステップS110〜S112、S210を実行することにより、マスク形成工程が実行され、ステップS116、S212を実行することにより、エッチング工程が実行される。
【0051】
また、例えば、実施の形態1において、ステップS108、S110、S112、S114を実行することにより、それぞれ、ハードマスク材料膜形成工程、レジストマスク形成工程、ハードマスクエッチング工程、レジストマスク除去工程が実行される。また、実施の形態2において、ステップS212を実行することにより、この発明のレジストマスク除去工程が実行される。
【0052】
また、例えば、実施の形態1、2において、ステップS116、S212を実行することにより、この発明の第1の開口形成工程が実行され、ステップS120、S218を実行することにより、第2の開口形成工程及び残渣除去工程が実行される。
【0053】
また、例えば、実施の形態1,2において、S124〜S134、S222〜S232を実行することにより、この発明の金属配線形成工程が実行され、ステップS138、S236、が実行されることにより拡散防止膜形成工程が実行される。
【0054】
更に、例えば、実施の形態1、2において、S118、S122、S140、S216、S220、S238を実行することにより、この発明の熱処理工程が実行される。
【0055】
また、この発明において、例えば、ハードマスク材料膜には、実施の形態1におけるSiC膜50が該当し、第1の開口には、実施の形態1、2におけるホール36が該当し、第2の開口には、コンタクトホール38が該当する。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、エッチングやアッシング等におけるプラズマ処理や、薬液処理を行った後、250℃〜350℃程度の熱処理を加えるアニールを行う。従って、低誘電率多孔質膜がプラズマ処理や薬液処理において受けたダメージを、ある程度回復させることができる。これにより、配線容量及びリーク電流の増大を抑えた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における半導体装置を説明するための断面模式図である。
【図2】 この発明の実施の形態1における半導体装置と、従来の半導体装置との配線容量の面内分布を比較したグラフ図である。
【図3】 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。
【図4】 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。
【図5】 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。
【図6】 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。
【図7】 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。
【図8】 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。
【図9】 この発明の実施の形態1における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。
【図10】 この発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。
【図11】 この発明の実施の形態2における半導体装置の製造過程における状態を説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
100 半導体装置
2 Si基板
4 STI
6 拡散層
8 ゲート絶縁膜
10 ゲート電極
12 サイドウォール
20 絶縁膜
22 タングステンプラグ
30 SiC膜
32 低誘電率多孔質膜
34 SiO2キャップ膜
36 ホール
38 コンタクトホール
40 TaN膜
42 Ta膜
44 Cu
46 SiC膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. Furthermore, it is preferably effective as a method for manufacturing a semiconductor device in which metal wiring is formed on a porous low dielectric constant insulating film.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with high integration and miniaturization of semiconductor devices, it is particularly necessary to reduce RC delay. For this reason, it is considered that a material having a low specific resistivity is used as the wiring material and a low dielectric constant (low-k) insulating film having a low dielectric constant is used as the insulating film material.
[0003]
As a low dielectric constant (Low-k) insulating film, an insulating film having a relative dielectric constant k <3.0 is being researched. Examples of such a low dielectric constant insulating film include poly-siloxane, HSQ (hydrogen-silsesquioxane), poly-methyl-siloxane, and MSQ (methyl silsesquioxane). Among them, in recent years, poly-methyl-siloxane, MSQ, etc., which are highly resistant to heat treatment and processing, are widely used.
[0004]
In addition, the use of a low dielectric constant porous film having a relative dielectric constant <2.5 is also being studied. The low dielectric constant porous film has pores of several to several tens of squares in the low dielectric constant film as described above.
[0005]
On the other hand, with the miniaturization of semiconductor devices, there is an increasing demand for miniaturization of metal wiring. For this reason, there is a similar demand for miniaturization of via holes or contact holes formed in insulating films for forming metal wiring. Is growing. In addition, when a fine hole is formed in the insulating film, a technique for performing a heat treatment after forming the insulating film hole, such as thermosetting, is also proposed, for example, to suppress generation of Pois vias, which adversely affects the subsequent wiring process. (For example, refer to Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-83809 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the low dielectric constant porous film has low mechanical strength because it has pores in the film. For this reason, the damage in the process of forming the opening and the wiring process is large, and in particular, the damage due to the plasma process and the chemical process in the process such as etching and ashing which are diversified with miniaturization is large. If the porous film having a low dielectric constant is damaged, it causes a problem of RC delay due to an increase in wiring capacitance and an increase in leakage current.
[0008]
Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that solves the above-described problems, recovers damage of a low dielectric constant porous film, and suppresses an increase in wiring capacitance and an increase in leakage current. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the manufacturing method of the semiconductor device in this invention is as follows:
Forming a first diffusion barrier film on the lower substrate, and forming a low dielectric constant porous film on the first diffusion barrier film;
A mask forming step of forming a mask having a predetermined pattern formed on the low dielectric constant porous film;
Forming a first opening reaching the first diffusion prevention film in the low dielectric constant porous film through the mask;
Forming a second opening connected to the first opening in the first diffusion preventing film after forming the first opening;
Forming a copper-containing wiring in the first opening and the second opening,
A first heat treatment step of performing a heat treatment at 250 ° C. to 350 ° C. after the step of forming the first opening and before the step of forming the second opening ;
A second heat treatment step of performing a heat treatment at 250 ° C. to 350 ° C. after the step of forming the second opening and before the step of forming the copper-containing wiring;
Is provided.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
[0015]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic sectional view for illustrating a
[0016]
As shown in FIG. 1, in a
[0017]
An
[0018]
An
[0019]
A
[0020]
A
[0021]
The
[0022]
Specifically, dry etching is used to open the
[0023]
FIG. 3 is a flowchart for illustrating the method for manufacturing
Hereinafter, the method for manufacturing the
[0024]
First, as shown in FIG. 4, the
[0025]
Next, the SiO 2 cap film 34 is formed on the low dielectric constant porous film 32 (step S106). The SiO 2 cap film 34 is used as a cap film for CMP, and is formed so as to have a film thickness of 100 nm here. Further, the
[0026]
Next, as shown in FIG. 5, a hard mask is formed using the
[0027]
Next, as shown in FIG. 6, the SiO 2 cap film 34 and the low dielectric constant
[0028]
Next, annealing for damage recovery is performed (step S118). Here, heat treatment at 250 ° C. to 350 ° C. is performed for about 30 minutes in a N 2 atmosphere by furnace annealing. As a result, F taken in the low dielectric constant
[0029]
Next, as shown in FIG. 7, a
[0030]
Thereafter, annealing for damage recovery is performed again (step S122). Here, heat treatment at 250 ° C. to 350 ° C. is performed for about 30 minutes in a N 2 / H 2 mixed gas atmosphere by furnace annealing. As a result, F taken in the low dielectric constant
[0031]
Next, as shown in FIGS. 8 and 9, Cu wiring is formed.
Here, as shown in FIG. 8, first, after pre-cleaning with H 2 / He plasma (step S124), a
[0032]
Thereafter, as shown in FIG. 9,
[0033]
Next, the
[0034]
Thereafter, in order to recover the damage received by the porous insulation by the H 2 / He plasma treatment before sputtering, a heat treatment at about 250 ° C. to 350 ° C. is performed for 30 minutes by furnace annealing (step S140). In this way, the
[0035]
Thereafter, similarly, annealing is performed as necessary, and necessary via formation, metal wiring formation, and the like are performed while recovering damage received by the low dielectric constant
[0036]
As described above, according to the first embodiment, etching and ashing in the plasma atmosphere when forming the
[0037]
Here, a relatively low temperature heat treatment of about 250 ° C. to 350 ° C. is applied. For this reason, even if heat treatment is performed after the Cu wiring is formed, Cu aggregation and the like can be suppressed, so that a highly reliable semiconductor device can be obtained.
[0038]
Further, in the first embodiment, the case where annealing for damage recovery is performed after the formation of the
[0039]
In the first embodiment, the case where the damage recovery annealing is performed in an N 2 gas atmosphere or a mixed gas of N 2 and H 2 has been described. However, in the present invention, the heat treatment is not limited to the case where the heat treatment is performed in these gases. For example, it may be performed in the atmosphere, an atmosphere of H 2 gas, or Ar gas.
[0040]
Moreover, in Embodiment 1, the case where Cu wiring was formed in the low dielectric constant
[0041]
In the present invention, the low dielectric constant
Examples of the low dielectric constant film include poly-siloxane, HSQ (hydrogen-silsesquioxane), poly-methyl-siloxane, and MSQ (methyl silsesquioxane), but the present invention is not necessarily limited thereto.
In the present invention, the thickness of each film, the material of the film, the formation method thereof, and the like are not limited to those described in the first embodiment.
[0042]
FIG. 10 is a flow diagram for illustrating the method for manufacturing a semiconductor device in the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining a state in the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment.
The semiconductor device described in the second embodiment is similar in structure to the
[0043]
Further, the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment is similar to the manufacturing method described in the first embodiment. However, in the first embodiment, the low dielectric constant
Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
[0044]
First, as in steps S102 to S110 of the first embodiment, the
[0045]
Next, in the second embodiment, the
[0046]
Next, the resist
[0047]
Next, similarly to step S116 of the first embodiment, annealing at 250 ° C. to 350 ° C. is performed for 30 minutes in an N 2 atmosphere to recover the damage of the low dielectric constant porous film 32 (step S216).
Subsequent processes are performed in the same manner as steps S118 to S140 of the first embodiment, whereby a semiconductor device similar to the
[0048]
As described above, even with the second embodiment, it is possible to recover the damage of the low dielectric constant
[0049]
In the first embodiment, the low dielectric constant
Since other parts are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0050]
For example, the low dielectric constant porous film forming process of the present invention is performed by executing steps S104 and S204 of the first and second embodiments, and the mask formation is performed by executing steps S110 to S112 and S210. A process is performed and an etching process is performed by performing step S116, S212.
[0051]
Further, for example, in the first embodiment, by executing steps S108, S110, S112, and S114, a hard mask material film forming step, a resist mask forming step, a hard mask etching step, and a resist mask removing step are executed, respectively. The In the second embodiment, the resist mask removing process of the present invention is executed by executing step S212.
[0052]
Further, for example, in the first and second embodiments, the first opening forming step of the present invention is executed by executing steps S116 and S212, and the second opening forming is executed by executing steps S120 and S218. A process and a residue removal process are performed.
[0053]
Also, for example, in the first and second embodiments, the metal wiring forming process of the present invention is executed by executing S124 to S134 and S222 to S232, and the diffusion preventing film is executed by executing steps S138 and S236. A forming step is performed.
[0054]
Further, for example, in the first and second embodiments, the heat treatment process of the present invention is performed by executing S118, S122, S140, S216, S220, and S238.
[0055]
In the present invention, for example, the hard mask material film corresponds to the
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after performing plasma processing such as etching or ashing or chemical processing, annealing is performed by applying a heat treatment at about 250 ° C. to 350 ° C. Therefore, the damage which the low dielectric constant porous film received in the plasma treatment or the chemical treatment can be recovered to some extent. Thereby, it is possible to obtain a semiconductor device in which increases in wiring capacitance and leakage current are suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view for illustrating a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph comparing the in-plane distribution of wiring capacitance between the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention and a conventional semiconductor device.
FIG. 3 is a flowchart for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross sectional view for illustrating a state in the manufacturing process of the semiconductor device in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross sectional view for illustrating a state in the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
6 is a schematic cross sectional view for illustrating a state in the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a schematic cross sectional view for illustrating the state in the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic cross sectional view for illustrating a state in the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross sectional view for illustrating the state in the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic cross sectional view for illustrating a state in the manufacturing process of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100
6
46 SiC film
Claims (7)
前記低誘電率多孔質膜上に、所定のパターンの形成されたマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスクを介して、前記低誘電率多孔質膜に前記第1の拡散防止膜に達する第1の開口部を形成する工程と、
前記第1の開口部を形成した後、前記第1の拡散防止膜に前記第1の開口部に連結する第2の開口部を形成する工程と、
前記第1の開口部と前記第2の開口部に銅含有配線を形成する工程と、を有し、
前記第1の開口部を形成する工程の後であって、前記第2の開口部を形成する工程の前に250℃〜350℃の熱処理を行う第1の熱処理工程と、
前記第2の開口部を形成する工程の後であって、前記銅含有配線を形成する工程の前に250℃〜350℃の熱処理を行う第2の熱処理工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first diffusion barrier film on the lower substrate, and forming a low dielectric constant porous film on the first diffusion barrier film;
A mask forming step of forming a mask having a predetermined pattern formed on the low dielectric constant porous film;
Forming a first opening reaching the first diffusion prevention film in the low dielectric constant porous film through the mask;
Forming a second opening connected to the first opening in the first diffusion preventing film after forming the first opening;
Forming a copper-containing wiring in the first opening and the second opening,
A first heat treatment step of performing a heat treatment at 250 ° C. to 350 ° C. after the step of forming the first opening and before the step of forming the second opening ;
And a second heat treatment step of performing a heat treatment at 250 ° C. to 350 ° C. after the step of forming the second opening and before the step of forming the copper-containing wiring. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記低誘電率多孔質膜上部に、ハードマスク材料膜を形成するハードマスク材料膜形成工程と、
前記ハードマスク材料膜上に、所定のパターンの形成されたレジストマスクを形成するレジストマスク形成工程と、
前記レジストマスクをマスクとして、前記ハードマスク材料膜をエッチングするハードマスクエッチング工程と、
前記レジストマスクを除去するレジストマスク除去工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。The mask forming step includes
A hard mask material film forming step of forming a hard mask material film on the low dielectric constant porous film;
A resist mask forming step of forming a resist mask having a predetermined pattern formed on the hard mask material film;
Using the resist mask as a mask, a hard mask etching step for etching the hard mask material film,
A resist mask removing step for removing the resist mask;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記半導体装置の製造方法は、更に、
前記第1の開口部を形成する工程の後、前記第1の熱処理工程の前に、
前記レジストマスクを除去するレジストマスク除去工程を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。The mask is a resist mask;
The method for manufacturing the semiconductor device further includes:
After the step of forming the first opening and before the first heat treatment step,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a resist mask removing step of removing the resist mask.
前記第3の熱処理工程が、前記第2の拡散防止膜を形成する工程の後に行われる請求項5に記載の半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the third heat treatment step is performed after the step of forming the second diffusion barrier film.
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