[go: up one dir, main page]

JP2002033385A - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device evaluation method - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device evaluation method

Info

Publication number
JP2002033385A
JP2002033385A JP2000212529A JP2000212529A JP2002033385A JP 2002033385 A JP2002033385 A JP 2002033385A JP 2000212529 A JP2000212529 A JP 2000212529A JP 2000212529 A JP2000212529 A JP 2000212529A JP 2002033385 A JP2002033385 A JP 2002033385A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
wiring
metal wiring
semiconductor device
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
JP2000212529A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Matsui
嘉孝 松井
Koichi Mase
康一 間瀬
Naoto Miyashita
直人 宮下
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 JP2000212529A priority Critical patent/JP2002033385A/en
Publication of JP2002033385A publication Critical patent/JP2002033385A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Cuなどの金属配線とCVDにより形成され
たSiN膜、SiC膜などのCu拡散防止膜との密着性
を向上させた半導体装置の製造方法及び半導体装置の評
価方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に絶縁膜1を形成し、絶縁
膜1に配線溝7を形成し、配線溝7に金属配線8を埋め
込み、金属配線8の表面処理を行って改質層5を形成
し、絶縁膜1及び金属配線8上にCVD膜(SiN)6
を形成し、表面処理によりCVD膜の金属配線に対する
密着性を向上させる。表面処理は、イオン水、過酸化水
素水過硫酸、アルカリ類などを用いて行われる。この表
面処理によりCVD初期過程において反応選択性を持た
せることにより、抵抗上昇、配線間リークなどを生じさ
せないでCu配線とCVD膜間の密着力を向上させる。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device and an evaluation method for a semiconductor device in which the adhesion between a metal wiring such as Cu and a Cu diffusion preventing film such as a SiN film and a SiC film formed by CVD is improved. I will provide a. SOLUTION: An insulating film 1 is formed on a semiconductor substrate, a wiring groove 7 is formed in the insulating film 1, a metal wiring 8 is buried in the wiring groove 7, and a surface treatment of the metal wiring 8 is performed to form a modified layer 5. A CVD film (SiN) 6 is formed on the insulating film 1 and the metal wiring 8.
Is formed, and the adhesion of the CVD film to the metal wiring is improved by the surface treatment. The surface treatment is performed using ion water, aqueous hydrogen peroxide, persulfuric acid, alkalis, or the like. By giving the reaction selectivity in the initial stage of CVD by this surface treatment, the adhesion between the Cu wiring and the CVD film can be improved without increasing the resistance or causing a leak between the wirings.

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
方法に関し、とくにCuなどの金属配線上に形成される
CVD膜を成膜する際の前処理に関するものである。
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 pretreatment for forming a CVD film formed on a metal wiring such as Cu.

【0002】[0002]

【従来の技術】図16は、従来の半導体基板に金属配線
を形成する工程を説明するフロー図、図15は、その工
程断面図である。まず、シリコンなどの半導体基板上に
TEOSなどを材料とする絶縁膜111を形成する。次
に、フォトレジストを用いて通常のPEP(Photo Engra
ving Process) 処理により絶縁膜111に配線溝117
をパターニング形成する(、図15(a)参照)。次
に、絶縁膜111上にCuなどの金属膜112を堆積さ
せる。金属膜112は、配線溝117の内部にも十分充
填される(、図15(b)参照)。次に、Cuなどの
金属膜112は、表面を、例えば、CMP(Chemical Me
canical Polishing)方法により平坦化処理される。この
平坦化処理によって金属膜112は、配線溝117の中
にのみ充填されて金属配線113を構成し、絶縁膜の他
の部分に形成された金属膜は除去される()。次に、
酸処理により半導体基板を洗浄し、表面に付着している
金属不純物や表面に形成されている酸化物114などを
除去する(、図15(c)参照)。次に、半導体基板
を通常のプラズマCVD(Chemical Vapour Deposition)
装置内に載置してNH3 プラズマを放電もしくは還元ア
ニールさせて基板表面の改質を行い改質層115を形成
して(図15(d))からシリコン窒化膜(SiN)1
16を絶縁膜111上及び金属配線を被覆する改質層1
15上に堆積させる(、図15(e)参照)。
2. Description of the Related Art FIG. 16 is a flow chart for explaining a step of forming a metal wiring on a conventional semiconductor substrate, and FIG. 15 is a sectional view of the step. First, an insulating film 111 made of TEOS or the like is formed on a semiconductor substrate such as silicon. Next, a normal PEP (Photo Engra
ving Process) The wiring groove 117 is formed in the insulating film 111 by the processing.
Is formed by patterning (see FIG. 15A). Next, a metal film 112 such as Cu is deposited on the insulating film 111. The metal film 112 is also sufficiently filled inside the wiring groove 117 (see FIG. 15B). Next, the surface of the metal film 112 such as Cu is formed, for example, by CMP (Chemical Mesh).
A flattening process is performed by a canical polishing method. By this flattening process, the metal film 112 is filled only in the wiring groove 117 to form the metal wiring 113, and the metal film formed in the other part of the insulating film is removed (). next,
The semiconductor substrate is washed by an acid treatment to remove metal impurities attached to the surface and oxides 114 formed on the surface (see FIG. 15C). Next, the semiconductor substrate is subjected to normal plasma CVD (Chemical Vapor Deposition).
The substrate is placed in the apparatus and the surface of the substrate is modified by discharge or reduction annealing of NH 3 plasma to form a modified layer 115 (FIG. 15D).
16 is a modified layer 1 covering the insulating film 111 and the metal wiring.
15 (see FIG. 15E).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】金属配線としてCu又
はCu合金を用いる場合、Cuは絶縁膜中を拡散する傾
向が強く、Cu配線形成プロセスにおいて、CMP処理
後にSiN、SiC、バリアメタルなどのCu拡散防止
膜によりCu配線をキャップする必要がある。しかし、
とくにSiN膜は、Cuと密着力が弱く、CVDによる
アプローチ、つまり、シリサイデーション、アンモニア
プラズマ処理などを用いてCVDSiN膜を形成するこ
とは、接触不良が生じて抵抗上昇や配線間リークなどを
生じ易いという問題があった。本発明は、このような事
情によりなされたものであり、Cuなどの金属配線とC
VDにより形成されたSiN膜、SiC膜などのCu拡
散防止膜との密着性を向上させた半導体装置の製造方法
及び半導体装置の評価方法を提供する。
When Cu or a Cu alloy is used as a metal wiring, Cu has a strong tendency to diffuse in an insulating film. In a Cu wiring forming process, Cu or SiN, SiC, or a barrier metal such as a barrier metal is formed after a CMP process. It is necessary to cap the Cu wiring with a diffusion prevention film. But,
In particular, the SiN film has low adhesion to Cu, and the CVD approach, that is, forming a CVD SiN film using silicidation, ammonia plasma treatment, or the like, results in poor contact and increases resistance and leakage between wires. There was a problem that it easily occurred. The present invention has been made in view of such circumstances, and a metal wiring such as Cu and C
Provided are a method of manufacturing a semiconductor device and a method of evaluating a semiconductor device, which have improved adhesion to a Cu diffusion preventing film such as a SiN film or a SiC film formed by VD.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、CMP処理後
もしくはCVD処理前に半導体基板上のCu配線や絶縁
膜に対して表面処理を行い、それぞれに対してCVD初
期過程において反応選択性を持たせることにより、抵抗
上昇、配線間リークなどを生じさせないでCu配線とC
VD膜間の密着力を向上させることを特徴としている。
すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基
板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に配線溝を
形成する工程と、前記配線溝に金属配線を埋め込む工程
と、前記金属配線の表面処理を行う工程と、前記絶縁膜
及び前記金属配線上にCVD膜を形成する工程とを具備
し、前記表面処理により前記CVD膜の前記金属配線に
対する密着性を向上させたことを特徴としている。前記
金属配線は、銅もしくは銅合金からなるようにしても良
い。前記CVD膜は、シリコン窒化膜であっても良い。
前記シリコン窒化膜は、銅の拡散防止膜として用いても
良い。前記表面処理は、主として酸化反応であっても良
い。前記表面処理の前あるいは同時に酸を用いて前記金
属配線の表面の金属酸化物を除去するようにしても良
い。前記表面処理の前あるいは同時に前記金属配線の表
面に付着している有機物などのスラリー添加剤成分を除
去するようにしても良い。前記酸化反応に用いられる酸
化剤は、イオン水、過酸化水素水、過硫酸、アルカリ類
の少なくとも1つであり、前記酸は、キレート化剤、硫
酸、ハロゲン、ハロゲン化合物の少なくとも1つであ
り、更に前記スラリー添加剤成分除去方法は、界面活性
剤処理、アルカリ処理、ガス溶存水MHz処理のいずれ
か1つであるようにしても良い。
According to the present invention, a surface treatment is performed on a Cu wiring or an insulating film on a semiconductor substrate after a CMP process or before a CVD process, and the reaction selectivity is improved in the initial stage of the CVD process. With this, the Cu wiring and the C
It is characterized in that the adhesion between VD films is improved.
That is, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of: forming an insulating film on a semiconductor substrate; forming a wiring groove in the insulating film; embedding a metal wiring in the wiring groove; And a step of forming a CVD film on the insulating film and the metal wiring, wherein the adhesion of the CVD film to the metal wiring is improved by the surface treatment. I have. The metal wiring may be made of copper or a copper alloy. The CVD film may be a silicon nitride film.
The silicon nitride film may be used as a copper diffusion prevention film. The surface treatment may be mainly an oxidation reaction. Before or simultaneously with the surface treatment, the metal oxide on the surface of the metal wiring may be removed using an acid. Before or at the same time as the surface treatment, a slurry additive component such as an organic substance adhering to the surface of the metal wiring may be removed. The oxidizing agent used in the oxidation reaction is at least one of ionic water, aqueous hydrogen peroxide, persulfuric acid, and alkalis, and the acid is at least one of a chelating agent, sulfuric acid, halogen, and a halogen compound. Further, the slurry additive component removing method may be any one of a surfactant treatment, an alkali treatment, and a gas-dissolved water MHz treatment.

【0005】本発明の半導体装置の評価方法は、上記半
導体装置の製造方法のいずれかにより表面処理された前
記金属配線の表面状態が、サイクリックボルタンメトリ
ー法による電気化学測定において、10mMKCl溶液
中で50mVvs.Ag/AgClから−750mVv
s.Ag/AgClまでの範囲を−2mV/secで電
位を掃引した際に、この範囲を複数回掃引して還元電流
が完全に流れなくなる1つ前のサイクルにおける−25
0〜−500mVvs.Ag/AgClで観測されるピ
ーク電流値が−500〜−750mVvs.Ag/Ag
Clで観測されるピーク電流値よりも上回っているとき
にであると評価することを特徴としている。上記した本
発明の半導体装置の製造方法により表面処理した金属配
線の表面状態は、前記−250〜−500mVvs.A
g/AgCl(A領域)で観測されるピーク電流値が−
500〜−750mVvs.Ag/AgCl(B領域)
で観測されるピーク電流値より上回っており、従来の方
法により得られる金属配線の表面状態は、1つ前のサイ
クルにおける−500〜−750mVvs.Ag/Ag
Clで観測されるピーク電流値が−250〜−500m
Vvs.Ag/AgClで観測されるピーク電流値より
も上回っている。つまり、本発明の表面処理を行うこと
により抵抗上昇、配線間リークなどを生じさせないでC
u配線とCVD膜間の密着力を向上させることができる
が、その表面状態は、この電気化学測定により容易に観
測することができる。A領域及びB領域は、図6(a)
に示されている。
According to a semiconductor device evaluation method of the present invention, the surface condition of the metal wiring surface-treated by any one of the above-described semiconductor device manufacturing methods is determined by an electrochemical measurement by a cyclic voltammetry method in a 50 mM VCl solution in a 10 mM KCl solution. . -750 mVv from Ag / AgCl
s. When the potential is swept through the range up to Ag / AgCl at −2 mV / sec, the range is swept a plurality of times to −25 in the immediately preceding cycle in which the reduction current does not completely flow.
0 to -500 mV vs. When the peak current value observed in Ag / AgCl is from -500 to -750 mVvs. Ag / Ag
It is characterized in that it is evaluated that the current is higher than the peak current value observed with Cl. The surface condition of the metal wiring subjected to the surface treatment by the above-described method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is -250 to -500 mVvs. A
The peak current value observed in g / AgCl (A region) is −
500 to -750 mVvs. Ag / AgCl (B region)
, And the surface state of the metal wiring obtained by the conventional method is −500 to −750 mVvs. In the previous cycle. Ag / Ag
The peak current value observed at Cl is -250 to -500 m
Vvs. It is higher than the peak current value observed for Ag / AgCl. That is, by performing the surface treatment of the present invention, it is possible to increase the resistance without causing an increase in resistance, leakage between wires, and the like.
Although the adhesion between the u wiring and the CVD film can be improved, the surface state can be easily observed by this electrochemical measurement. A region and B region are shown in FIG.
Is shown in

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図1及び図2を参照して第1
の実施例を説明する。図1は、埋め込み配線を形成する
半導体装置の製造工程断面図、図2は、半導体基板に金
属配線を形成する工程を説明するフロー図である。まず
はじめに、シリコンなどの半導体基板(図示しない)上
にTEOS(テトラエチルオキシシラン)などを材料と
する絶縁膜(シリコン酸化膜)1を形成する。次に、フ
ォトレジスト(図示しない)を用いて通常のPEP処理
により絶縁膜1に配線溝7をパターニング形成する
(、図1(a)参照)。次に、絶縁膜1上にCu、A
gなどの金属膜2を堆積させる。金属膜2は、前記配線
溝7の内部にも十分充填される(、図1(b)参
照)。次に、Cuなどの金属膜2の表面は、例えば、C
MP装置内でCMP方法により平坦化処理される。この
CuCMPの条件は、300gf/cm2 、TR/TT
=12/20、2分間である。TRは、研磨布を支持す
るテーブルの回転数及びTRは、ウェーハを支持するト
ップリングの回転数(すなわち、ウェーハの回転数)を
表わしている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, referring to FIG. 1 and FIG.
An example will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a semiconductor device for forming an embedded wiring, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a process of forming a metal wiring on a semiconductor substrate. First, an insulating film (silicon oxide film) 1 made of TEOS (tetraethyloxysilane) or the like is formed on a semiconductor substrate (not shown) such as silicon. Next, a wiring groove 7 is patterned and formed in the insulating film 1 by a normal PEP process using a photoresist (not shown) (see FIG. 1A). Next, Cu, A
A metal film 2 such as g is deposited. The metal film 2 is sufficiently filled in the wiring groove 7 (see FIG. 1B). Next, the surface of the metal film 2 such as Cu
The flattening process is performed in the MP apparatus by the CMP method. The conditions of this CuCMP are 300 gf / cm 2 , TR / TT
= 12/20, 2 minutes. TR represents the number of rotations of the table supporting the polishing cloth, and TR represents the number of rotations of the top ring supporting the wafer (that is, the number of rotations of the wafer).

【0007】この平坦化処理によってCuなどの金属膜
2は、溝の中にのみ充填されて金属配線8を構成し、絶
縁膜1上の他の部分に形成された金属膜2は、エッチン
グ除去される(、図1(c)参照)。次に、例えば、
1wt%DHF(希弗酸)などの酸処理により半導体基
板を洗浄し、表面に付着している金属不純物や表面に形
成されているCuOやCu2 Oなどの酸化物4を除去す
ると共に表面が濡れた状態で0.05%BTA(ベンゾ
トリアゾール)リンスにより防食処理を施し、リンス乾
燥を行った後半導体基板をCMP装置から取り出す
()。その後、本発明の特徴である酸化反応などの表
面処理を金属配線及び絶縁膜に施す。すなわち、この実
施例では、表面処理液に0.1wt%TMAH+アノー
ドイオン水もしくは0.5wt%KOH溶液などを用
い、このアノードイオン水などの処理によって防食剤除
去を行うと共に表面酸化を行う()。その後、乾燥処
理を施す。この乾燥処理が終了してから時間を置かず直
ちに半導体基板を通常のプラズマCVD装置内に載置し
てNH3 プラズマを放電もしくは還元アニールさせて基
板表面の改質を行ってCu改質層5を形成する(図1
(d)参照)。続いて、プラズマCVDによりシリコン
窒化膜(SiN)6を絶縁膜1上及び金属配線8を被覆
するCu改質層5上に堆積させる(、図1(e)参
照)。
By this flattening process, the metal film 2 of Cu or the like is filled only in the groove to form the metal wiring 8, and the metal film 2 formed on the other portion of the insulating film 1 is removed by etching. (See FIG. 1C). Then, for example,
The semiconductor substrate is washed by an acid treatment such as 1 wt% DHF (dilute hydrofluoric acid) to remove metal impurities adhering to the surface and oxides 4 such as CuO and Cu 2 O formed on the surface and to remove the surface. In a wet state, anticorrosion treatment is performed with 0.05% BTA (benzotriazole) rinse, rinse drying is performed, and then the semiconductor substrate is taken out of the CMP apparatus (). Thereafter, a surface treatment such as an oxidation reaction, which is a feature of the present invention, is performed on the metal wiring and the insulating film. That is, in this embodiment, 0.1 wt% TMAH + anode ion water or 0.5 wt% KOH solution or the like is used for the surface treatment liquid, and the anticorrosive agent is removed and the surface is oxidized by the treatment with the anodic ion water. . Thereafter, a drying process is performed. Immediately after the completion of the drying process, the semiconductor substrate is immediately placed in a normal plasma CVD apparatus, and the NH 3 plasma is discharged or reduced and annealed to modify the substrate surface by immediately placing the Cu modified layer 5. (Fig. 1
(D)). Subsequently, a silicon nitride film (SiN) 6 is deposited on the insulating film 1 and the Cu modified layer 5 covering the metal wiring 8 by plasma CVD (see FIG. 1E).

【0008】このように、この実施例ではCMP処理後
もしくはCVD処理前に半導体基板上のCu配線や絶縁
膜に対して、アノードイオン水処理を行って表面処理
し、CVD初期過程において反応選択性を持たせること
により、抵抗上昇、配線間リークなどを生じさせないで
Cu配線とCVD膜間の密着力を向上させる。
As described above, in this embodiment, after the CMP process or the CVD process, the Cu wiring or the insulating film on the semiconductor substrate is subjected to the anodic ion water treatment to perform the surface treatment, and the reaction selectivity in the initial stage of the CVD. , The adhesion between the Cu wiring and the CVD film is improved without causing an increase in resistance, leakage between wirings, and the like.

【0009】次に、図10を参照して第2の実施例を説
明する。図10は、本発明の半導体基板に金属配線を形
成する工程を説明するフロー図である。まず、シリコン
などの半導体基板上にTEOSなどを材料とする絶縁膜
を形成する。次に、フォトレジストを用いて通常のPE
P処理により絶縁膜に溝をパターニング形成する
()。次に、絶縁膜上にCu、Agなどの金属膜を堆
積させる。金属膜は、前記溝の内部にも十分充填される
()。次に、Cuなどの金属膜表面は、例えば、CM
P装置内でCMP方法により平坦化処理される。この平
坦化処理によってCuなどの金属膜は、溝の中にのみ充
填されて金属配線を構成し、絶縁膜上の他の部分に形成
された金属膜は除去される()。次に、酸処理により
半導体基板を洗浄し、表面に付着している金属不純物や
表面に形成された酸化物などを除去する。その後半導体
基板をCMP装置から取り出す。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart illustrating a step of forming a metal wiring on a semiconductor substrate according to the present invention. First, an insulating film made of TEOS or the like is formed on a semiconductor substrate such as silicon. Next, using a photoresist to form a normal PE
A groove is patterned and formed in the insulating film by the P process (). Next, a metal film such as Cu or Ag is deposited on the insulating film. The metal film sufficiently fills the inside of the groove (). Next, the surface of a metal film such as Cu
The flattening process is performed by the CMP method in the P device. By this flattening process, a metal film such as Cu is filled only in the groove to form a metal wiring, and the metal film formed in other portions on the insulating film is removed (). Next, the semiconductor substrate is washed by an acid treatment to remove metal impurities adhering to the surface and oxides formed on the surface. Thereafter, the semiconductor substrate is taken out of the CMP apparatus.

【0010】その後、本発明の特徴である酸化反応など
の表面処理を金属配線及び絶縁膜に施す。すなわち、こ
の実施例では、5%過酸化水素(H2 2 )水+4.5
wt%グリシン水溶液で1分間リンスを行った後、純水
リンス法により薬液の除去を行う()。その後乾燥処
理が終了してから時間を置かず直ちに半導体基板を通常
のプラズマCVD装置内に載置してCH3 プラズマを放
電もしくは還元アニールさせて基板表面の改質を行って
からプラズマCVDによるシリコン炭化膜(SiC)を
絶縁膜上及び金属配線上に堆積させる()。このよう
に、この実施例ではCMP処理後もしくはCVD処理前
に半導体基板上のCu配線や絶縁膜に対して、5%過酸
化水素水+4.5%グリシン水溶液で1分間リンスを行
って表面処理を行って、CVD初期過程において反応選
択性を持たせることにより、抵抗上昇、配線間リークな
どを生じさせないでCu配線とCVD膜間の密着力を向
上させることができる。
Thereafter, a surface treatment such as an oxidation reaction, which is a feature of the present invention, is performed on the metal wiring and the insulating film. That is, in this embodiment, 5% hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) water + 4.5
After rinsing with a wt% glycine aqueous solution for 1 minute, the chemical solution is removed by a pure water rinsing method (). After the drying process is completed, the semiconductor substrate is immediately placed in a normal plasma CVD apparatus without any time after the completion of the drying process, and the CH 3 plasma is discharged or reduction-annealed to modify the substrate surface. A carbonized film (SiC) is deposited on the insulating film and the metal wiring (). As described above, in this embodiment, the surface treatment is performed by rinsing the Cu wiring and the insulating film on the semiconductor substrate with the 5% hydrogen peroxide solution + 4.5% glycine aqueous solution for 1 minute after the CMP process or before the CVD process. To increase the adhesion between the Cu wiring and the CVD film without causing an increase in resistance, leakage between wirings, etc. by giving a reaction selectivity in the initial stage of CVD.

【0011】次に、図3乃至図9を参照して本発明の作
用について説明する。SiNやSiCなどの絶縁膜から
なるCVD膜を形成するソースガスは、還元性の材料が
多く、またCVD膜に埋め込まれる配線を構成する金属
表面は通常酸化被膜が存在するためCVD形成時の初期
過程は、この酸化物還元反応の影響を受け易い。一方、
Cuなどの遷移金属は、CuO、Cu2 O、Cu(O
H)2 などの複数の酸化状態を有することが知られてい
る。これらの酸化種と厚さを制御すればCVD膜が安定
して良さそうであるが、実際はそうはならない。DHF
処理、アノードイオン水処理と、ウォーターマーク部
(この部分は、Cuに純水をかけて自然乾燥することに
より出来る変色をいう)のESCA(図3)、GIXR
(図4、図5)分析によっても、表面状態はほとんど変
わらない。図3は、縦軸がカウント数、横軸が結合エネ
ルギー(eV)を表わす表面のCuの状態を示す特性分
布図である。この図からどのような表面処理を行っても
膜種に格別の相違は認められない。
Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIGS. A source gas for forming a CVD film made of an insulating film such as SiN or SiC has a large amount of a reducing material, and a metal surface constituting a wiring embedded in the CVD film usually has an oxide film. The process is susceptible to this oxide reduction reaction. on the other hand,
Transition metals such as Cu include CuO, Cu 2 O, Cu (O
H) It is known to have multiple oxidation states, such as 2 . If these oxidizing species and thickness are controlled, the CVD film seems to be stable and good. However, this is not the case. DHF
Treatment, anode ionized water treatment, ESCA of water mark part (this part means discoloration that can be obtained by applying pure water to Cu and naturally drying) (FIG. 3), GIXR
(FIGS. 4 and 5) The surface condition is hardly changed by the analysis. FIG. 3 is a characteristic distribution diagram showing the state of Cu on the surface where the vertical axis represents the count number and the horizontal axis represents the binding energy (eV). From this figure, no particular difference is recognized in the type of film regardless of the surface treatment.

【0012】図4、図5は、表面層の厚さを光の反射に
より分析する特性図であり、縦軸が反射率、横軸が照射
角度を表わしている。どのような表面処理を行っても殆
ど同じような特性が得られるのみであり、格別膜厚に相
違が認められない。このような表面層は、厚さが50μ
mであり、Cu、CuO、Cu2 O、Cu(OH)2
どが混在している。このような表面状態において、CV
D膜であるSiN膜とCu膜との密着性は、アノードイ
オン水処理した場合は良好(○)であるが、DHF処理
した場合は悪く(×)、ウォーターマーク部ではもっと
悪い(××)状態である。CuOを形成する処理ではオ
ゾン水処理を行うと密着性は良くなく(×)、過酸化水
素水+グリシン処理を行うと密着性は良くなる(○)。
この様にCuの酸化種や膜厚では両者の密着性は説明出
来ない。
FIGS. 4 and 5 are characteristic diagrams for analyzing the thickness of the surface layer by light reflection. The vertical axis represents the reflectance, and the horizontal axis represents the irradiation angle. No matter what kind of surface treatment is performed, almost the same characteristics can only be obtained, and no particular difference is recognized in the film thickness. Such a surface layer has a thickness of 50 μm.
m, and Cu, CuO, Cu 2 O, Cu (OH) 2 and the like are mixed. In such a surface state, CV
The adhesion between the Si film, which is a D film, and the Cu film is good (○) when treated with anodic ion water, but poor (悪) when treated with DHF, and worse (悪 い) at the watermark portion. State. In the treatment for forming CuO, the adhesion is not good when the ozone water treatment is performed (x), and the adhesion is good when the treatment with hydrogen peroxide + glycine is performed (o).
Thus, the adhesion between the two cannot be explained by the oxidized species of Cu or the film thickness.

【0013】これら表面処理を行ったCu膜を、図14
に示す電気化学セルを構成するpH6の10mMKCl
溶液中において50→−750mVvs.Ag/AgC
l、−2mV/secで電位を掃引するサイクリックボ
ルタンメトリー法による電気化学的測定による還元反応
観察を行うと、この範囲を複数回掃引して還元電流が完
全に流れなくなる1つ前のサイクルにおける観測から、
密着性が良好なCu膜表面は、−350〜−450mV
vs.Ag/AgCl(A領域)、不良品は、−500
mVvs.Ag/AgClよりカソード領域(−750
mVvs.Ag/AgCl)に高いピーク電流が観察さ
れる(図6〜図8)。図6乃至図8は、pH6の10m
MKCl溶液中のCu還元波形を示すものであり、縦軸
が電流密度(mA/cm2 )、横軸が電位(mVvs.
Ag/AgCl)を表わしている。図6(a)は、Cu
表面のウォーターマーク部、図6(b)は、Cu表面の
オゾン水処理直後、図7(a)は、Cu表面のアノード
水処理直後、図7(b)は、Cu表面のKOH処理後、
図8(a)は、Cu表面の過酸化水素水の5分処理後、
図8(b)は、Cu表面の過酸化水素水の処理からグリ
シン処理後のそれぞれのCu還元波形を示している。図
14は、電気化学セルの概略図である。この電気化学セ
ルは、前記pH6の10mMKCl溶液を充填した容器
を有し、この溶液中にCu電極及びPt電極(対向電
極)が配置され、さらに参照電極(Ag/AgCl)が
付設されている。
The Cu film subjected to the surface treatment is shown in FIG.
10 mM KCl of pH 6 constituting the electrochemical cell shown in FIG.
50 → -750mVvs. Ag / AgC
When the reduction reaction observation is performed by electrochemical measurement by the cyclic voltammetry method in which the potential is swept at 1 and −2 mV / sec, the observation is made in a plurality of times in this range, and the observation is made in the cycle immediately before the reduction current completely stops flowing. From
The surface of the Cu film with good adhesion is -350 to -450 mV
vs. Ag / AgCl (A region), defective is -500
mVvs. Ag / AgCl to cathode region (-750
mVvs. (Ag / AgCl), a high peak current is observed (FIGS. 6 to 8). 6 to 8 show 10 m of pH6.
It shows the waveform of Cu reduction in the MKCl solution, the vertical axis represents current density (mA / cm 2 ), and the horizontal axis represents potential (mVvs.
(Ag / AgCl). FIG. 6A shows Cu
6 (b) is immediately after the ozone water treatment on the Cu surface, FIG. 7 (a) is immediately after the anodic water treatment on the Cu surface, FIG. 7 (b) is after the KOH treatment on the Cu surface,
FIG. 8A shows that after the hydrogen peroxide solution on the Cu surface is treated for 5 minutes,
FIG. 8B shows the respective Cu reduction waveforms from the treatment of the hydrogen peroxide solution on the Cu surface to the treatment with glycine. FIG. 14 is a schematic diagram of an electrochemical cell. This electrochemical cell has a container filled with the 10 mM KCl solution having a pH of 6, in which a Cu electrode and a Pt electrode (counter electrode) are arranged, and a reference electrode (Ag / AgCl) is additionally provided.

【0014】これらは、従来文献などにより知られてい
たCuの酸化還元の平衡電位(CuO+2H+2e
=2Cu+H2 O:0.588Vvs.NHE,Cu2
O+2H+2e=2Cu+H2 O:0.471Vv
s.NHE)から大きくはなれており、ESCAでは同
じ酸化状態のものでも還元するための必要なエネルギー
が大きく異なることを示している。言い換えれば、この
還元に必要なエネルギーが密着性に大きく寄与する。
These are the equilibrium potentials of Cu redox (CuO + 2H + + 2e
= 2Cu + H 2 O: 0.588 V vs. NHE, Cu 2
O + 2H + + 2e = 2Cu + H 2 O: 0.471 Vv
s. NHE), indicating that ESCA requires significantly different energy for reduction even in the same oxidation state. In other words, the energy required for this reduction greatly contributes to the adhesion.

【0015】また、密着性の良好なものと不良なものの
SiN/Cu界面のEELS測定の結果を図9に示す。
EELSの波形においてどちらもほぼSiN特有の波形
を示しているが、密着性の良好なものは101eV近傍
からシグナルが立ち上がるのに対して、不良なものは、
104eVからシグナルが立ち上がる。これは、密着性
の良好なものは、金属Siのシグナルを含有しているた
めである。したがって、密着性の良好なものは、SiN
/Cu界面層にSi−Cuの金属結合を有しており、本
発明の表面処理を行ったCuは、CVD初期反応におい
て、この結合状態を優先的に形成することが出来る。図
9は、縦軸がフォトダイオードによるカウント数×10
00を表わし、横軸がエネルギー損(eV)を表わして
おり、SiN/Cu界面における金属結合の状態を示し
ている。また、前述の実施例で示したアノード水処理、
酸化剤+キレート剤処理以外でも、例えば、KOH等ア
ルカリ処理、過酸化水素水処理など還元に必要なエネル
ギー状態が制御されていれば適用が可能である。
FIG. 9 shows the results of the EELS measurement of the SiN / Cu interface for those having good and poor adhesion.
In both of the EELS waveforms, almost all waveforms peculiar to SiN are shown. In the case of a signal having good adhesion, a signal rises from around 101 eV, whereas the signal having a poor adhesion is denoted by
A signal rises from 104 eV. This is because those having good adhesion include a signal of metal Si. Therefore, those with good adhesion are SiN
/ Cu has a metal bond of Si-Cu in the interface layer, and Cu subjected to the surface treatment of the present invention can preferentially form this bond state in the initial reaction of CVD. In FIG. 9, the vertical axis indicates the number of counts by the photodiode × 10.
00, the horizontal axis represents energy loss (eV), and the state of metal bonding at the SiN / Cu interface. Further, the anode water treatment shown in the above-described embodiment,
Other than the oxidizing agent + chelating agent treatment, the present invention is applicable as long as the energy state required for reduction is controlled, for example, treatment with alkali such as KOH or treatment with hydrogen peroxide.

【0016】次に、図11乃至図13を参照して本発明
の半導体装置の製造方法を適用した多層配線の形成方法
である第3の実施例を説明する。図11乃至図13は、
半導体装置の製造工程断面図である。この実施例では、
素子分離形成工程及びトランジスタ形成工程の記載は省
略し、多層配線構造の内2層配線について説明する。こ
の実施例では、とくにダマシンプロセスによる埋め込み
型のCu配線を有する多層配線を説明する。図11
(a)に示すように、シリコンなどの半導体基板201
上には、CVDSiO2 などからなる第1の層間絶縁膜
202が形成されている。半導体基板201の表面領域
には素子分離領域やMOSFETなどのトランジスタが
形成されている(図示しない)。次に、第1の金属配線
を形成する。そのために、まず配線溝をエッチングする
際のシリコン窒化膜などからなるエッチングストッパー
膜203を半導体基板201上、第1の層間絶縁膜20
2の上に形成する。
Next, a third embodiment, which is a method of forming a multilayer wiring to which the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is applied, will be described with reference to FIGS. 11 to 13
FIG. 6 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the semiconductor device. In this example,
The description of the element isolation forming step and the transistor forming step is omitted, and only the two-layer wiring of the multilayer wiring structure will be described. In this embodiment, a multilayer wiring having an embedded Cu wiring by a damascene process will be described. FIG.
As shown in (a), a semiconductor substrate 201 such as silicon
A first interlayer insulating film 202 made of CVD SiO 2 or the like is formed thereon. An element isolation region and a transistor such as a MOSFET are formed in a surface region of the semiconductor substrate 201 (not shown). Next, a first metal wiring is formed. For this purpose, first, an etching stopper film 203 made of a silicon nitride film or the like for etching a wiring groove is formed on the semiconductor substrate 201 by the first interlayer insulating film 20.
2 is formed.

【0017】そして、エッチングストッパー膜203の
上に配線間の絶縁膜として比誘電率の低い第2の層間絶
縁膜204を堆積させる。この第2の層間絶縁膜とし
て、いくつかの材料と形成方法が考えられる。例えば、
減圧プラズマCVD法による弗素(F)もしくは硼素
(B)を添加したシリコン酸化膜があり、スピンコート
塗布法によるシリケイト系膜やポリマー系膜がある。シ
リケイト系膜には有機成分を含むものと、含まない無機
系膜がある。その他の成膜方法としては、蒸着重合法に
よる有機系膜がある。ここでは、低誘電率膜を主として
説明するが、TEOS膜などのシリコン酸化膜を用いる
こともできる。この実施例では減圧プラズマCVD法に
より成膜した弗素添加シリコン酸化膜を用いる。次に、
半導体基板201の第2の層間絶縁膜204上にフォト
レジスト膜205を形成する。このフォトレジスト膜2
05は、第1の配線パターン形状にパターニングされる
(図11(a))。次に、パターニングされたフォトレ
ジスト膜205をマスクとして、RIE(Reactive Ion
Etching)法などを用いてエッチングストッパー203を
利用しながら第1の配線が埋め込まれる配線溝217を
形成する(図11(b))。
Then, a second interlayer insulating film 204 having a low relative dielectric constant is deposited on the etching stopper film 203 as an insulating film between wirings. Several materials and forming methods can be considered for the second interlayer insulating film. For example,
There is a silicon oxide film to which fluorine (F) or boron (B) is added by a low-pressure plasma CVD method, and a silicate film or a polymer film by a spin coating method. Silicate-based films include those containing an organic component and those containing no organic component. As another film formation method, there is an organic film formed by a vapor deposition polymerization method. Here, a low dielectric constant film is mainly described, but a silicon oxide film such as a TEOS film can also be used. In this embodiment, a fluorine-added silicon oxide film formed by a low pressure plasma CVD method is used. next,
A photoresist film 205 is formed on the second interlayer insulating film 204 of the semiconductor substrate 201. This photoresist film 2
05 is patterned into a first wiring pattern shape (FIG. 11A). Next, using the patterned photoresist film 205 as a mask, RIE (Reactive Ion
A wiring groove 217 into which the first wiring is buried is formed using an etching stopper 203 by using an etching method (FIG. 11B).

【0018】次に、第1の配線材料となる金属膜を配線
溝217内及び半導体基板201、第2の層間絶縁膜2
04上に堆積させる。この堆積方法としては、例えば、
Cuの拡散防止膜であるチタン窒化膜(TiN)を10
nmの厚さでスパッタリング法により堆積させ、次に膜
厚約100nmのCu膜を堆積させる。さらにスパッタ
リングCu膜の上に電気メッキ法によりCu膜を800
nm程度堆積させる。この様に、金属膜は、チタン窒化
膜、スパッタリングCu膜及び電気メッキCu膜から構
成されている。次に、CMP方法などにより、金属膜を
構成するCu膜の平坦化を行って、配線溝217内にの
みCu膜を残置させる。配線溝217内の金属膜は、第
1の配線206を構成する。その後、Cuに対する拡散
防止膜207を第1の配線206上を含む第2の層間絶
縁膜204上全面に堆積させる。拡散防止膜207とし
てはプラズマCVD法による薄膜のシリコン窒化膜(S
iN)などがある(図11(c))。Cuに対する拡散
防止膜207を第1の配線206上を含む第2の層間絶
縁膜204上全面に堆積させるには、その前処理として
本発明の表面処理、例えば、第1の実施例に示す表面処
理を施す。
Next, a metal film serving as a first wiring material is formed in the wiring groove 217, the semiconductor substrate 201, and the second interlayer insulating film 2.
04. As this deposition method, for example,
A titanium nitride film (TiN) which is a Cu diffusion prevention film
A Cu film having a thickness of about 100 nm is deposited by a sputtering method, and then a Cu film having a thickness of about 100 nm is deposited. Further, a Cu film is formed on the sputtered Cu film by an electroplating method.
Deposit about nm. As described above, the metal film is composed of the titanium nitride film, the sputtering Cu film, and the electroplated Cu film. Next, the Cu film forming the metal film is flattened by a CMP method or the like, and the Cu film is left only in the wiring groove 217. The metal film in the wiring groove 217 forms the first wiring 206. After that, a diffusion prevention film 207 for Cu is deposited on the entire surface of the second interlayer insulating film 204 including the first wiring 206. As the diffusion preventing film 207, a thin silicon nitride film (S
iN) (FIG. 11C). In order to deposit the diffusion prevention film 207 for Cu on the entire surface of the second interlayer insulating film 204 including the surface of the first wiring 206, the surface treatment of the present invention is performed as a pretreatment, for example, the surface shown in the first embodiment. Perform processing.

【0019】次に、半導体基板201上に拡散防止膜2
07を被覆するように、例えば、減圧プラズマCVD法
による弗素添加シリコン酸化膜からなる第3の層間絶縁
膜208を堆積させる。第3の層間絶縁膜208上にフ
ォトレジスト膜209が形成され、このフォトレジスト
膜209は、接続孔を形成するようにパターニングさ
れ。そして、リソグラフィとRIEなどのドライエッチ
ングにより、第3の層間絶縁膜208に第1の配線20
6に達する第1の接続孔218を形成する(図12
(a))。次に、フォトレジスト膜209を除去後、第
1の接続配線となる金属膜を半導体基板201上に堆積
させる。この堆積方法としては、例えば、高融点金属の
チタン窒化膜(TiN)を300nmの厚さでスパッタ
リング法により堆積させ、ついで、タングステン(W)
膜をTiN膜全面に堆積させる。この様に、金属膜は、
TiN膜及びW膜から構成されている。次に、CMP方
法などにより、金属膜を構成するW膜の平坦化を行っ
て、第1の接続孔218内にのみ金属膜を残置させる。
第1の接続孔218内の金属膜は、第1の配線206と
電気的に接続される第1の接続配線210を構成する。
Next, the diffusion preventing film 2 is formed on the semiconductor substrate 201.
For example, a third interlayer insulating film 208 made of a fluorine-added silicon oxide film is deposited by low-pressure plasma CVD so as to cover layer 07. A photoresist film 209 is formed on third interlayer insulating film 208, and this photoresist film 209 is patterned so as to form a connection hole. Then, the first wiring 20 is formed on the third interlayer insulating film 208 by lithography and dry etching such as RIE.
6 is formed (FIG. 12).
(A)). Next, after removing the photoresist film 209, a metal film serving as a first connection wiring is deposited on the semiconductor substrate 201. As this deposition method, for example, a titanium nitride film (TiN) of a high melting point metal is deposited to a thickness of 300 nm by a sputtering method, and then tungsten (W) is deposited.
A film is deposited on the entire surface of the TiN film. Thus, the metal film is
It is composed of a TiN film and a W film. Next, the W film forming the metal film is planarized by a CMP method or the like, and the metal film is left only in the first connection hole 218.
The metal film in the first connection hole 218 forms a first connection wiring 210 electrically connected to the first wiring 206.

【0020】次に、その後、第2の配線溝加工の際のエ
ッチングストッパーとなるストッパー膜211を第1の
接続配線210上を含む第3の層間絶縁膜208上全面
に堆積させる。ストッパー膜211には、Cuの拡散防
止効果も兼ねるプラズマCVD法による薄膜のシリコン
窒化膜(SiN)などを用いる(図12(b))。Cu
に対する拡散防止膜211を第3の層間絶縁膜208上
全面に堆積させるには、その前処理として本発明の表面
処理、例えば、第1の実施例に示す表面処理を施す。次
に、半導体基板201上にストッパー膜211を被覆す
るように、例えば、減圧プラズマCVD法による弗素添
加シリコン酸化膜からなる第4の層間絶縁膜212を堆
積させる。そして、第4の層間絶縁膜212上にフォト
レジスト膜213が形成される。このフォトレジスト膜
213は、配線溝を形成するようにパターニングされ
る。そして、リソグラフィとRIEなどのドライエッチ
ングにより、第4の層間絶縁膜212に第1の接続配線
210に達する第2の配線溝219を形成する(図12
(c))。
Next, a stopper film 211 serving as an etching stopper at the time of processing the second wiring groove is deposited on the entire surface of the third interlayer insulating film 208 including the first connection wiring 210. As the stopper film 211, a thin silicon nitride film (SiN) formed by a plasma CVD method that also has a Cu diffusion preventing effect is used (FIG. 12B). Cu
In order to deposit an anti-diffusion film 211 over the entire surface of the third interlayer insulating film 208, the surface treatment of the present invention, for example, the surface treatment shown in the first embodiment is performed as a pretreatment. Next, a fourth interlayer insulating film 212 made of a fluorine-added silicon oxide film is deposited on the semiconductor substrate 201 by, for example, a low-pressure plasma CVD method so as to cover the stopper film 211. Then, a photoresist film 213 is formed on the fourth interlayer insulating film 212. This photoresist film 213 is patterned so as to form a wiring groove. Then, a second wiring groove 219 reaching the first connection wiring 210 is formed in the fourth interlayer insulating film 212 by lithography and dry etching such as RIE.
(C)).

【0021】次に、フォトレジスト膜213を除去後、
第2の配線となる金属膜を半導体基板201上に堆積さ
せる。この堆積方法としては、例えば、Cuの拡散防止
膜であるチタン窒化膜(TiN)を10nmの厚さでス
パッタリング法により堆積させ、次に、膜厚約100n
mのCu膜を堆積させる。さらにスパッタリングCu膜
の上に電気メッキ法によりCu膜を800nm程度堆積
させる。この様に、金属膜は、TiN膜、スパッタリン
グCu膜及び電気メッキCu膜から構成されている。次
に、CMP方法などにより金属膜を構成するCu膜の平
坦化を行って、第2の配線溝219内にのみCu膜を残
置させる。第2の配線溝219内の金属膜は第1の接続
配線210と電気的に接続される第2の配線214を構
成する。その後、Cuの絶縁膜への拡散を防止する拡散
防止膜215を第2の配線214上を含んだ第4の層間
絶縁膜212上の全面に堆積させる。この拡散防止膜2
15にはプラズマCVD法による薄膜のシリコン窒化膜
(SiN)等を用いる(図13(a))。
Next, after removing the photoresist film 213,
A metal film serving as a second wiring is deposited on the semiconductor substrate 201. As this deposition method, for example, a titanium nitride film (TiN), which is a Cu diffusion prevention film, is deposited to a thickness of 10 nm by a sputtering method, and then a film thickness of about 100 n
An m-th Cu film is deposited. Further, a Cu film is deposited to a thickness of about 800 nm on the sputtering Cu film by electroplating. As described above, the metal film is composed of the TiN film, the sputtering Cu film, and the electroplated Cu film. Next, the Cu film forming the metal film is planarized by a CMP method or the like, and the Cu film is left only in the second wiring groove 219. The metal film in the second wiring groove 219 constitutes a second wiring 214 electrically connected to the first connection wiring 210. After that, a diffusion preventing film 215 for preventing diffusion of Cu into the insulating film is deposited on the entire surface of the fourth interlayer insulating film 212 including the second wiring 214. This diffusion prevention film 2
A thin silicon nitride film (SiN) or the like formed by a plasma CVD method is used as the reference numeral 15 (FIG. 13A).

【0022】Cuに対する拡散防止膜215を第4の層
間絶縁膜212上全面に堆積させるには、その前処理と
して本発明の表面処理、例えば、第1の実施例に示す表
面処理を施す。次に、半導体基板201上に拡散防止膜
215を被覆するように、例えば、減圧プラズマCVD
法による弗素添加シリコン酸化膜からなる第5の層間絶
縁膜216を堆積させる(図13(b))。以上の方法
を繰り返すことにより、配線抵抗の低く抑えられた第
3、第4、・・・の多層の配線が順次密着性良く形成さ
れる。
In order to deposit a diffusion preventing film 215 for Cu on the entire surface of the fourth interlayer insulating film 212, a surface treatment of the present invention, for example, the surface treatment shown in the first embodiment is performed as a pretreatment. Next, for example, low-pressure plasma CVD so as to cover the semiconductor substrate 201 with the diffusion prevention film 215.
A fifth interlayer insulating film 216 made of a fluorine-added silicon oxide film is deposited by the method (FIG. 13B). By repeating the above method, the third, fourth,... Multi-layer wirings having low wiring resistance are sequentially formed with good adhesion.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明は、Cuなどの金属配線が形成さ
れる半導体基板上に絶縁膜の成膜を行う前に表面処理を
施すことによりCuなどの金属配線とこれを被覆するC
VDにより形成される絶縁膜との密着性が向上し、この
金属配線の配線抵抗の上昇が抑えられ、且つショート不
良が抑制される。
According to the present invention, the metal wiring such as Cu and the C which covers the metal wiring are formed by performing a surface treatment before forming the insulating film on the semiconductor substrate on which the metal wiring such as Cu is formed.
Adhesion with an insulating film formed by VD is improved, an increase in wiring resistance of the metal wiring is suppressed, and a short circuit is suppressed.

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

【図1】本発明の埋め込み配線を形成する半導体装置の
製造工程断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device for forming an embedded wiring according to the present invention.

【図2】本発明の半導体基板に金属配線を形成する工程
を説明するフロー図。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a step of forming a metal wiring on a semiconductor substrate according to the present invention.

【図3】各種表面処理によるCu表面のESCAデータ
を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing ESCA data of a Cu surface by various surface treatments.

【図4】表面処理によるCu表面のGIXRデータを示
す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing GIXR data of a Cu surface by a surface treatment.

【図5】表面処理によるCu表面のGIXRデータを示
す特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing GIXR data of a Cu surface by a surface treatment.

【図6】表面処理によるCu表面の電気化学測定データ
を示す特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing electrochemical measurement data of a Cu surface by a surface treatment.

【図7】表面処理によるCu表面の電気化学測定データ
を示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing electrochemical measurement data of a Cu surface by a surface treatment.

【図8】表面処理によるCu表面の電気化学測定データ
を示す特性図。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing electrochemical measurement data of a Cu surface by a surface treatment.

【図9】SiN/Cu界面のEELSデータを示す特性
図。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing EELS data of the SiN / Cu interface.

【図10】本発明の半導体基板に金属配線を形成する工
程を説明するフロー図。
FIG. 10 is a flowchart illustrating a step of forming a metal wiring on a semiconductor substrate of the present invention.

【図11】本発明の半導体装置の製造工程断面図FIG. 11 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図12】本発明の半導体装置の製造工程断面図FIG. 12 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図13】本発明の半導体装置の製造工程断面図FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図14】本発明に用いる電気化学セルの概略図。FIG. 14 is a schematic diagram of an electrochemical cell used in the present invention.

【図15】従来の配線構造を形成する製造工程断面図。FIG. 15 is a sectional view showing a manufacturing process for forming a conventional wiring structure.

【図16】従来の半導体基板に金属配線を形成する工程
を説明するフロー図。
FIG. 16 is a flowchart illustrating a process of forming a metal wiring on a conventional semiconductor substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、111、202、204、208、212、216
・・・絶縁膜、2、112・・・金属膜、 4、114
・・・金属酸化物、5、115・・・改質層、 6、1
16・・・シリコン窒化膜(SiN)、7、117、2
17、219・・・配線溝、 8、113・・・金属配
線、201・・・半導体基板(ウェーハ)、203、2
07、211、215・・・銅の拡散を防止する拡散防
止膜、205、209、213・・・フォトレジスト
膜、 218・・・接続孔、206、214・・・配
線、 210・・・接続配線。
1, 111, 202, 204, 208, 212, 216
... insulating film, 2, 112 ... metal film, 4, 114
... metal oxide, 5, 115 ... modified layer, 6, 1
16 silicon nitride film (SiN), 7, 117, 2
17, 219: wiring groove, 8, 113: metal wiring, 201: semiconductor substrate (wafer), 203, 2
07, 211, 215: diffusion preventing film for preventing copper diffusion, 205, 209, 213: photoresist film, 218: connection hole, 206, 214: wiring, 210: connection wiring.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 直人 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 HH12 HH14 HH33 JJ19 JJ33 KK11 KK12 KK33 MM01 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 QQ00 QQ09 QQ13 QQ19 QQ25 QQ37 QQ48 QQ73 QQ89 QQ93 QQ94 RR01 RR04 RR06 RR09 RR11 RR13 RR21 SS04 SS11 SS15 SS21 TT02 TT04 XX14 XX28 5F043 AA26 BB27 DD12 DD16 FF07 GG03 5F058 BA10 BC08 BE03 BE10 BF07 BJ02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Naoto Miyashita 8th Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term in the Toshiba Yokohama Office 5F033 HH11 HH12 HH14 HH33 JJ19 JJ33 KK11 KK12 KK33 MM01 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 QQ00 QQ09 QQ13 QQ19 QQ25 QQ37 QQ48 QQ73 QQ89 QQ93 QQ94 RR01 RR04 RR06 RR09 RR11 RR13 RR21 SS04 SS11 SS15 SS21 TT02 TT04 XX14 XX28 5F043 AA26 BB27 BE12 DD10FF03

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、 前記絶縁膜に配線溝を形成する工程と、 前記配線溝に金属配線を埋め込む工程と、 前記金属配線の表面処理を行う工程と、 前記絶縁膜及び前記金属配線上にCVD膜を形成する工
程とを具備し、 前記表面処理により前記CVD膜の前記金属配線に対す
る密着性を向上させたことを特徴とする半導体装置の製
造方法。
A step of forming an insulating film on the semiconductor substrate; a step of forming a wiring groove in the insulating film; a step of embedding a metal wiring in the wiring groove; and a step of performing a surface treatment of the metal wiring. Forming a CVD film on the insulating film and the metal wiring; and improving the adhesion of the CVD film to the metal wiring by the surface treatment.
【請求項2】 前記金属配線は、銅もしくは銅合金から
な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。
2. The method according to claim 1, wherein the metal wiring is made of copper or a copper alloy.
【請求項3】 前記CVD膜は、シリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体
装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the CVD film is a silicon nitride film.
【請求項4】 前記シリコン窒化膜は、銅の拡散防止膜
として用いられることを特徴とする請求項3に記載の半
導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein the silicon nitride film is used as a copper diffusion prevention film.
【請求項5】 前記表面処理は、主として酸化反応であ
ることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに
記載の半導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the surface treatment is mainly an oxidation reaction.
【請求項6】 前記表面処理の前あるいは同時に酸を用
いて前記金属配線の表面の金属酸化物を除去することを
特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the metal oxide on the surface of the metal wiring is removed using an acid before or simultaneously with the surface treatment.
【請求項7】 前記表面処理の前あるいは同時に前記金
属配線の表面に付着している有機物などのスラリー添加
剤成分を除去することを特徴とする請求項5又は請求項
6に記載の半導体装置の製造方法。
7. The semiconductor device according to claim 5, wherein a slurry additive component such as an organic substance attached to the surface of the metal wiring is removed before or simultaneously with the surface treatment. Production method.
【請求項8】 前記酸化反応に用いられる酸化剤は、イ
オン水、過酸化水素水、過硫酸、アルカリ類の少なくと
も1つであり、前記酸は、キレート化剤、硫酸、ハロゲ
ン、ハロゲン化合物の少なくとも1つであり、さらに、
前記スラリー添加剤成分除去方法は、界面活性剤処理、
アルカリ処理、ガス溶存水MHz処理のいずれか1つで
あることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか
に記載の半導体装置の製造方法。
8. The oxidizing agent used for the oxidation reaction is at least one of ionic water, aqueous hydrogen peroxide, persulfuric acid, and alkalis, and the acid is a chelating agent, sulfuric acid, halogen, or a halogen compound. At least one, and
The slurry additive component removal method includes a surfactant treatment,
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the method is any one of an alkali treatment and a gas dissolved water MHz treatment.
【請求項9】 請求項2乃至請求項8のいずれかに記載
の半導体装置の製造方法で表面処理された前記金属配線
の表面状態は、電気化学測定において10mMKCl溶
液中で50mVvs.Ag/AgClから−750mV
vs.Ag/AgClまでの範囲を−2mV/secで
電位を掃引した際に、この範囲を複数回掃引して還元電
流が完全に流れなくなる1つ前のサイクルにおける−2
50〜−500mVvs.Ag/AgClで観測される
ピーク電流値が−500〜−750mVvs.Ag/A
gClで観測されるピーク電流値よりも上回っていると
きに良好であると評価されることを特徴とする半導体装
置の評価方法。
9. The surface state of the metal wiring surface-treated by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 is 50 mV vs. 50 mV vs. 10 mM KCl in electrochemical measurement. -750 mV from Ag / AgCl
vs. When the potential is swept through the range up to Ag / AgCl at -2 mV / sec, this range is swept a plurality of times to reduce the current by -2 in the immediately preceding cycle in which the reduction current does not completely flow.
50 to -500 mVvs. When the peak current value observed in Ag / AgCl is from -500 to -750 mVvs. Ag / A
A method for evaluating a semiconductor device, which is evaluated as good when the current value exceeds a peak current value observed in gCl.
JP2000212529A 2000-07-13 2000-07-13 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device evaluation method Pending JP2002033385A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000212529A JP2002033385A (en) 2000-07-13 2000-07-13 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device evaluation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000212529A JP2002033385A (en) 2000-07-13 2000-07-13 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device evaluation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002033385A true JP2002033385A (en) 2002-01-31

Family

ID=18708444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000212529A Pending JP2002033385A (en) 2000-07-13 2000-07-13 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device evaluation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002033385A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004061931A1 (en) * 2002-12-26 2004-07-22 Fujitsu Limited Semiconductor device having multilevel wiring structure and method for fabricating the same
US6903015B2 (en) 2002-03-12 2005-06-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing a semiconductor device using a wet process
JP2007311383A (en) * 2006-05-16 2007-11-29 Nec Corp Method for forming copper damascene multilayer wiring

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6903015B2 (en) 2002-03-12 2005-06-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing a semiconductor device using a wet process
US7727891B2 (en) 2002-03-12 2010-06-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Method of manufacturing a semiconductor device using a wet process
WO2004061931A1 (en) * 2002-12-26 2004-07-22 Fujitsu Limited Semiconductor device having multilevel wiring structure and method for fabricating the same
CN100399520C (en) * 2002-12-26 2008-07-02 富士通株式会社 Semiconductor device having multilayer wiring structure and method for manufacturing the same
US7416985B2 (en) 2002-12-26 2008-08-26 Fujitsu Limited Semiconductor device having a multilayer interconnection structure and fabrication method thereof
JP2007311383A (en) * 2006-05-16 2007-11-29 Nec Corp Method for forming copper damascene multilayer wiring

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW441015B (en) Dual-damascene interconnect structures and methods for fabricating same
KR100419272B1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
US20010034125A1 (en) Method of forming copper oxide film, method of etching copper film, method of fabricating semiconductor device, semiconductor manufacturing apparatus, and semiconductor device
US20030062068A1 (en) Method of and system for cleaning a semiconductor wafer simultaneously using electrolytically ionized water and diluted hydrofluoric acid
JP2004509467A (en) Combination of ultra low dielectric constant dielectric and metal
KR20020025806A (en) Fabrication method of semiconductor integrated circuit device
JP2003525523A (en) Novel chip interconnect and packaging deposition method and structure
US6903015B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor device using a wet process
US9224639B2 (en) Method to etch cu/Ta/TaN selectively using dilute aqueous Hf/hCl solution
JP2009194195A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6743719B1 (en) Method for forming a conductive copper structure
TW200816378A (en) Metal line in semiconductor device and method for forming the same
US7544606B2 (en) Method to implement stress free polishing
JP3904578B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US8329584B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2002033385A (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device evaluation method
JP4444420B2 (en) Process for forming conductive structure and semiconductor device
US20040140291A1 (en) Copper etch
JP3772059B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP2003203911A (en) Electropolishing method and wiring manufacturing method
JP5412722B2 (en) Manufacturing method of electronic device
JP4064595B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
TW472309B (en) Method to prevent corrosion of a conductor structure
JP5309495B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US6995089B2 (en) Method to remove copper without pattern density effect

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060317

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071217

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080530