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JP2005353870A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2005353870A
JP2005353870A JP2004173607A JP2004173607A JP2005353870A JP 2005353870 A JP2005353870 A JP 2005353870A JP 2004173607 A JP2004173607 A JP 2004173607A JP 2004173607 A JP2004173607 A JP 2004173607A JP 2005353870 A JP2005353870 A JP 2005353870A
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JP
Japan
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film
wiring layer
forming
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semiconductor substrate
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JP2004173607A
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Japanese (ja)
Inventor
Itsuki Sudo
敬己 須藤
Eiichi Soda
栄一 曽田
Satoshi Kageyama
聡 蔭山
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Renesas Technology Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device with which a problem of washing in a copper wiring forming process using a low-k film can be solved. <P>SOLUTION: A copper wiring layer 2 is formed on a silicon substrate 1; and a diffusion preventing film 7, an interlayer insulating film 8, and a cap film 9 are then formed in order on the copper wiring layer 2. A hard mask 10 is then used to perform dry etching using plasma on the cap film 9, the interlayer insulating film 8, and the diffusion preventing film 7. An opening 11 is formed down to the copper wiring layer 2. At such a time, a residual electric charge 16 is generated inside the opening 11. Pure water wherein CO<SB>2</SB>is dissolved is then blown over the silicon substrate 1 in the state of rotating the silicon substrate 1. Ordinary washing treatment is performed thereafter, and a wiring layer is formed inside the opening 11. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、銅配線層が形成された半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which a copper wiring layer is formed.

近年、半導体デバイスの高速化は著しく、多層配線部における配線抵抗と配線層間の寄生容量に起因する信号伝搬速度の低下による伝送遅延が問題となってきている。こうした問題は、半導体デバイスの高集積化に伴う配線幅および配線間隔の微細化につれて配線抵抗が上昇し且つ寄生容量が増大するので、益々顕著となる傾向にある。   In recent years, the speed of semiconductor devices has been remarkably increased, and transmission delay due to a decrease in signal propagation speed due to wiring resistance in a multilayer wiring portion and parasitic capacitance between wiring layers has become a problem. Such a problem tends to become more prominent because the wiring resistance increases and the parasitic capacitance increases as the wiring width and the wiring interval become finer due to higher integration of semiconductor devices.

配線抵抗および寄生容量の増大に基づく信号遅延を防止するために、従来より、アルミニウム配線に代わる銅配線の導入が行われるとともに、層間絶縁膜として低誘電率の絶縁膜(以下、Low−k膜という。)を用いることが試みられてきた。   In order to prevent signal delay due to an increase in wiring resistance and parasitic capacitance, copper wiring has been introduced instead of aluminum wiring, and an insulating film having a low dielectric constant (hereinafter referred to as a low-k film) is used as an interlayer insulating film. Has been attempted.

Low−k膜を用いた銅配線の形成方法としては、ダマシン法によるものがある。これは、銅がアルミニウムに比較してエッチングレートの制御が困難であることに鑑み、銅をエッチングせずに配線を形成する技術として知られている。   As a method for forming a copper wiring using a low-k film, there is a damascene method. This is known as a technique for forming a wiring without etching copper, considering that it is difficult to control the etching rate of copper compared to aluminum.

ダマシン法は、具体的には、Low−k膜をドライエッチングして開口部を形成した後、この開口部に銅層を埋込むことによって銅配線層を形成する方法である。銅層の埋込みは、メッキ法により開口部を埋設するように銅膜を形成した後、開口部内にのみ銅膜を残すようにCMP(化学的機械研磨)法を用いて表面を平坦化することによって実現することができる。   Specifically, the damascene method is a method of forming a copper wiring layer by embedding a copper layer in the opening after forming an opening by dry etching the Low-k film. The copper layer is embedded by forming a copper film so that the opening is embedded by plating and then planarizing the surface using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method so that the copper film remains only in the opening. Can be realized.

ところで、半導体装置の製造工程で行われる基板の洗浄方法には、複数の基板を一括して洗浄するバッチ方式と、基板を1枚づつ洗浄する枚葉方式とがある。基板の大口径化が進む近年では、枚様方式による洗浄方法が主流となる傾向にある。   By the way, the substrate cleaning method performed in the manufacturing process of the semiconductor device includes a batch method for cleaning a plurality of substrates at once and a single wafer method for cleaning the substrates one by one. In recent years when the diameter of the substrate is increasing, a cleaning method using a sheet method tends to become mainstream.

枚様方式の洗浄装置としては、スピン式の洗浄装置が一般的である。この装置によれば、洗浄は、回転している基板の上に、薬液および純水を順に供給することによって行われる。また、洗浄後の基板の乾燥は、基板に付着した液を回転により弾き飛ばすことによって行われる。   As a sheet-type cleaning device, a spin-type cleaning device is generally used. According to this apparatus, the cleaning is performed by sequentially supplying the chemical solution and the pure water onto the rotating substrate. Further, the substrate after cleaning is dried by blowing off the liquid adhering to the substrate by rotation.

しかしながら、基板を回転させながら基板に純水を吹き付けると、基板と純水との摩擦によって電圧が発生する。このため、基板の内部に電荷が注入されることによってゲート絶縁膜が劣化し、半導体装置の歩留まりや信頼性が低下するという問題があった。これに対しては、純水に二酸化炭素(CO)を添加することによって純水の比抵抗率を低くする方法や、基板の表面と純水との摩擦を低減させる方法などが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 However, when pure water is sprayed onto the substrate while rotating the substrate, a voltage is generated due to friction between the substrate and pure water. For this reason, there is a problem that the gate insulating film is deteriorated by injecting charges into the substrate, and the yield and reliability of the semiconductor device are lowered. For this, a method of reducing the specific resistivity of pure water by adding carbon dioxide (CO 2 ) to pure water, a method of reducing friction between the surface of the substrate and pure water, and the like have been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

特開平06−275591号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-275591

しかしながら、実際の半導体装置の製造工程における基板の洗浄は、ドライエッチングなどのプラズマ処理工程を経た後に行われることが多い。プラズマ処理工程では、プラズマ荷電粒子中に基板を晒すので、プラズマ処理後の基板の表面には電荷が残留する。そして、残留する電荷の量(以下、残留電荷量という。)は、基板の表面に形成されているパターンの密度によって異なり、パターン密度が低い場合の方が残留電荷量は大きくなる。例えば、溝パターンよりも孔パターンの方が、また、密集パターンよりも孤立パターンの方がそれぞれ残留電荷量は大きい。   However, the substrate cleaning in the actual semiconductor device manufacturing process is often performed after a plasma processing process such as dry etching. In the plasma processing step, the substrate is exposed to plasma charged particles, so that charges remain on the surface of the substrate after the plasma processing. The amount of residual charge (hereinafter referred to as residual charge amount) varies depending on the density of the pattern formed on the surface of the substrate, and the residual charge amount becomes larger when the pattern density is low. For example, the residual charge amount is larger in the hole pattern than in the groove pattern, and in the isolated pattern than in the dense pattern.

通常、基板の表面には種々のパターンが形成されているが、パターン密度の異なるパターンが混在した状態で基板の洗浄を行うと、残留電荷は基板表面で分布を持つようになる。そして、薬液中の成分がこの残留電荷の影響を受けると、局所的に基板の洗浄効率が変動するという問題があった。例えば、洗浄に寄与する成分が残留電荷の影響を受けることによって基板表面に供給されず、十分な洗浄効果が得られないという問題があった。また、洗浄に寄与する成分が残留電荷の影響を受けることによって、逆に基板表面での化学反応が促進されて、基板の表面層を異常にエッチングするという問題もあった。特に、ダマシン法による銅配線工程において、Low−k膜に開口部を形成した後に行う洗浄で後者の異常エッチングが発生すると、著しい歩留まりの低下を招くことから、早急の解決が求められていた。   Normally, various patterns are formed on the surface of the substrate. However, if the substrate is cleaned in a state where patterns having different pattern densities are mixed, the residual charge has a distribution on the substrate surface. When the components in the chemical solution are affected by this residual charge, there is a problem that the substrate cleaning efficiency fluctuates locally. For example, there is a problem that a component contributing to cleaning is not supplied to the substrate surface due to the influence of residual charges, and a sufficient cleaning effect cannot be obtained. In addition, since the component contributing to cleaning is affected by the residual charge, the chemical reaction on the substrate surface is accelerated, and the surface layer of the substrate is abnormally etched. In particular, in the copper wiring process by the damascene method, if the latter abnormal etching occurs in the cleaning performed after the opening is formed in the low-k film, the yield is significantly reduced, so that an immediate solution has been demanded.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、Low−k膜を用いた銅配線形成工程における洗浄の問題を解消することの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 such problems. That is, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can solve the problem of cleaning in a copper wiring forming process using a low-k film.

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、半導体基板の上に銅配線層を形成する工程と、この銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、この拡散防止膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶縁膜の上にキャップ膜を形成する工程と、このキャップ膜の上に、所定のパターンを有するハードマスクを形成する工程と、このハードマスクを用いて、キャップ膜、層間絶縁膜および拡散防止膜に対して順にプラズマによるドライエッチングを行い、銅配線層に至る開口部を形成する工程と、半導体基板を回転させた状態で、開口部内における表面電荷の極性と逆の極性の物質を含む溶液を半導体基板に吹き付ける工程と、半導体基板に対して薬液処理を行う工程と、薬液処理後に半導体基板に対して純水を用いた水洗処理を行う工程と、半導体基板に付着した純水を除去する乾燥処理を行う工程と、開口部の内部に配線層を形成する工程とを有することを特徴とするものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, a step of forming a copper wiring layer on a semiconductor substrate, a step of forming a diffusion prevention film on the copper wiring layer, and the diffusion Forming an interlayer insulating film on the prevention film; forming a cap film on the interlayer insulating film; forming a hard mask having a predetermined pattern on the cap film; Using a hard mask, the step of performing dry etching with plasma on the cap film, the interlayer insulating film, and the diffusion prevention film in order to form an opening that reaches the copper wiring layer, and opening the semiconductor substrate while rotating the semiconductor substrate A step of spraying a solution containing a substance having a polarity opposite to the polarity of the surface charge in the portion onto the semiconductor substrate, a step of performing a chemical treatment on the semiconductor substrate, and using pure water on the semiconductor substrate after the chemical treatment. And performing water washing treatment and is characterized by comprising a step of performing a drying treatment to remove the pure water attached to the semiconductor substrate, and forming a wiring layer inside the opening.

本発明は、開口部を形成した後に、半導体基板の表面電位を測定する工程をさらに有することができる。この場合、溶液を半導体基板に吹き付ける工程は、測定した表面電位と絶対値が略同じで逆の極性の電位を発生させる回転数で半導体基板を回転させた状態で行う。   The present invention can further include a step of measuring the surface potential of the semiconductor substrate after forming the opening. In this case, the step of spraying the solution onto the semiconductor substrate is performed in a state in which the semiconductor substrate is rotated at a rotation speed that generates a potential having the same absolute value as that of the measured surface potential but having the opposite polarity.

本発明において、半導体基板に吹き付ける溶液は、二酸化炭素が溶解した純水とすることができる。   In the present invention, the solution sprayed onto the semiconductor substrate can be pure water in which carbon dioxide is dissolved.

また、本発明において、層間絶縁膜は、比誘電率が3.0以下の低誘電率絶縁膜とすることが好ましい。   In the present invention, the interlayer insulating film is preferably a low dielectric constant insulating film having a relative dielectric constant of 3.0 or less.

本発明によれば、半導体基板を回転させた状態で、開口部内における表面電荷の極性と逆の極性の物質を含む溶液を半導体基板に吹き付けてから洗浄処理を行うので、プラズマによって発生する残留電荷を除去または低減させることができる。したがって、残留電荷に起因して洗浄工程で生じる銅配線層の異常エッチングの問題をなくして、信頼性に優れた半導体装置を高い歩留まりで製造することが可能になる。   According to the present invention, since the semiconductor substrate is rotated and the cleaning process is performed after the solution containing the substance having the opposite polarity to the surface charge in the opening is sprayed on the semiconductor substrate, the residual charge generated by the plasma Can be removed or reduced. Therefore, it is possible to eliminate the problem of abnormal etching of the copper wiring layer that occurs in the cleaning process due to the residual charge, and to manufacture a semiconductor device having excellent reliability with a high yield.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。尚、MOSトランジスタ、拡散層およびプラグ形成などの通常のLSI製造工程については便宜上割愛し、金属配線の形成工程について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that a normal LSI manufacturing process such as MOS transistor, diffusion layer, and plug formation will be omitted for the sake of convenience, and the metal wiring forming process will be described.

図1〜図6および図8は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。尚、これらの図において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。   1 to 6 and 8 are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment. In these drawings, the same reference numerals indicate the same parts.

まず、半導体基板としてのシリコン基板1上に下層の銅配線層2を形成する(図1)。   First, a lower copper wiring layer 2 is formed on a silicon substrate 1 as a semiconductor substrate (FIG. 1).

具体的には、シリコン基板1上に、第1の拡散防止膜3および第1の層間絶縁膜4を順に積層した後、第1の層間絶縁膜4に第1の拡散防止膜3に至る開口部を設け、この開口部内に第1のバリアメタル膜5を介して第1の銅層6を埋め込むことによって、銅配線層2を形成することができる。   Specifically, the first diffusion barrier film 3 and the first interlayer insulating film 4 are sequentially stacked on the silicon substrate 1, and then the opening reaching the first diffusion barrier film 3 in the first interlayer insulating film 4. The copper wiring layer 2 can be formed by providing a portion and embedding the first copper layer 6 in the opening via the first barrier metal film 5.

次に、銅配線層2の形成された第1の層間絶縁膜4上に、第2の拡散防止膜7、第2の層間絶縁膜8およびキャップ膜9をこの順に積層する(図2)。   Next, the second diffusion prevention film 7, the second interlayer insulation film 8, and the cap film 9 are laminated in this order on the first interlayer insulation film 4 on which the copper wiring layer 2 is formed (FIG. 2).

本実施の形態では、第1の層間絶縁膜4および第2の層間絶縁膜8として、比誘電率がSiO膜より低い絶縁膜(Low−k膜)を用いることが好ましく、特に、比誘電率が3.0以下の絶縁膜を用いることが好ましい。このような膜であれば、第1の層間絶縁膜4および第2の層間絶縁膜8は、如何なる方法によって形成された膜であってもよい。例えば、膜中に空孔(ポア)を有するポーラスな絶縁膜であってもよいし、空孔のない絶縁膜であってもよい。さらに、空孔を有する場合の空孔のサイズや空孔の密度などにも特に制限があるものではない。具体的には、SiO系、SiOC系、HSQ(水素化シルセスキオキサン)系、MSQ(メチルシルセスキオキサン)系、ポーラスHSQ系およびポーラスMSQ系などの無機絶縁膜の他に、フッ素を含む有機ポリマー系の絶縁膜なども用いることができる。尚、第1の層間絶縁膜4と第2の層間絶縁膜8とは同じ材料からなる膜であってもよいし、異なる材料からなる膜であってもよい。 In the present embodiment, as the first interlayer insulating film 4 and the second interlayer insulating film 8, it is preferable to use an insulating film (Low-k film) having a relative dielectric constant lower than that of the SiO 2 film. It is preferable to use an insulating film having a rate of 3.0 or less. As long as it is such a film, the first interlayer insulating film 4 and the second interlayer insulating film 8 may be films formed by any method. For example, a porous insulating film having pores (pores) in the film or an insulating film having no pores may be used. Furthermore, there are no particular restrictions on the size of holes or the density of holes when holes are provided. Specifically, in addition to inorganic insulating films such as SiO 2 , SiOC, HSQ (hydrogen silsesquioxane), MSQ (methyl silsesquioxane), porous HSQ, and porous MSQ, fluorine An organic polymer insulating film containing can also be used. The first interlayer insulating film 4 and the second interlayer insulating film 8 may be films made of the same material or films made of different materials.

一方、第1の拡散防止膜3、第2の拡散防止膜7およびキャップ膜9としては、例えば、SiO系、SiN系、SiC系またはAlO系などの無機絶縁膜などを用いることができる。但し、上記の層間絶縁膜と同様に、第1の拡散防止膜3、第2の拡散防止膜7およびキャップ膜9もできるだけ低い比誘電率の絶縁膜であることが好ましい。このような特性を有するものであれば、これらの膜の膜質、膜厚および形成方法などについて特に制限はない。尚、比誘電率が比較的高い材料を用いる場合には、膜の特性を損ねない程度にできるだけ薄く形成することが好ましい。 On the other hand, as the first diffusion preventing film 3, the second diffusion preventing film 7 and the cap film 9, for example, a SiO 2 -based, SiN-based, SiC-based or AlO-based inorganic insulating film can be used. However, like the interlayer insulating film, the first diffusion preventing film 3, the second diffusion preventing film 7, and the cap film 9 are preferably insulating films having a relative dielectric constant as low as possible. As long as it has such characteristics, there is no particular limitation on the film quality, film thickness, formation method, and the like of these films. When a material having a relatively high relative dielectric constant is used, it is preferable that the material be formed as thin as possible so as not to impair the characteristics of the film.

キャップ膜9を形成した後は、フォトリソグラフィー法を用いて、所定のパターンを有するハードマスク10を形成する(図3)。ハードマスク10としては、キャップ膜9とのエッチング選択比が大きい材料からなる膜を用いる。   After the cap film 9 is formed, a hard mask 10 having a predetermined pattern is formed by using a photolithography method (FIG. 3). As the hard mask 10, a film made of a material having a high etching selectivity with the cap film 9 is used.

次に、ハードマスク10をマスクとして、キャップ膜9、第2の層間絶縁膜8および第2の拡散防止膜7に対して順にプラズマによるドライエッチングを行う。これにより、図4に示すように、銅配線層2に至る第2の開口部11を形成することができる。ここで、第2の開口部11からは第1の銅層6が露出している。そして、開口部11の形成とともに、銅配線層2の上にはエッチングにより生成した汚染物12が付着する(図4)。汚染物12は、主として、プラズマ活性種と銅が反応することによって生成した物質からなっている。   Next, dry etching using plasma is sequentially performed on the cap film 9, the second interlayer insulating film 8, and the second diffusion prevention film 7 using the hard mask 10 as a mask. Thereby, as shown in FIG. 4, the 2nd opening part 11 which reaches the copper wiring layer 2 can be formed. Here, the first copper layer 6 is exposed from the second opening 11. Then, along with the formation of the opening 11, the contaminant 12 generated by etching adheres on the copper wiring layer 2 (FIG. 4). The contaminant 12 is mainly composed of a substance generated by a reaction between plasma active species and copper.

また、ドライエッチングを行うことによって、開口部11の内部には残留電荷16が発生する(図4)。この状態で汚染物12を除去するための洗浄処理を行うと、銅配線層2がこの部分で異常にエッチングされてしまう。すなわち、洗浄処理工程は、薬液処理、水洗処理および乾燥処理からなるが、薬液処理の際に用いられる薬液には、銅配線層をエッチングする成分も含まれている。通常の洗浄処理では銅配線層が局所的に異常にエッチングされることはないが、残留電荷の影響によってこの成分が局所的に活性化されると、活性化された部分における銅配線層との化学反応が促進されて、銅配線層が異常にエッチングされる。   Further, by performing dry etching, residual charges 16 are generated inside the openings 11 (FIG. 4). If the cleaning process for removing the contaminant 12 is performed in this state, the copper wiring layer 2 is abnormally etched in this portion. That is, the cleaning treatment process includes a chemical treatment, a water washing treatment, and a drying treatment. The chemical used for the chemical treatment includes a component that etches the copper wiring layer. In normal cleaning, the copper wiring layer is not locally etched abnormally, but when this component is activated locally due to the influence of residual charge, the copper wiring layer in the activated portion The chemical reaction is promoted, and the copper wiring layer is abnormally etched.

本発明者は、鋭意研究した結果、残留電荷に起因する銅配線層の異常なエッチングを防止するためには、洗浄処理工程の前に残留電荷を除去または低減すればよいと考え、本発明に至った。すなわち、プラズマ処理後に発生する残留電荷はプラスの極性であるので、反対のマイナスの極性を有する電荷を発生させることによって残留電荷を打ち消すことができる。   As a result of earnest research, the present inventor believes that in order to prevent abnormal etching of the copper wiring layer due to the residual charge, it is necessary to remove or reduce the residual charge before the cleaning treatment process. It came. That is, since the residual charge generated after the plasma treatment has a positive polarity, the residual charge can be canceled by generating a charge having the opposite negative polarity.

具体的には、半導体基板を回転させた状態で、開口部内における表面電荷の極性と逆の極性の物質を含む溶液を半導体基板に吹き付ければよい。例えば、枚様式の洗浄装置内に基板を設置し、基板を回転させながら基板の表面にCOガスを溶かした純水を吹き付ける。これにより、基板の表面にはマイナスの電荷が発生する。したがって、プラスの極性を持つ残留電荷を打ち消すことができるので、基板表面の残留電荷を除去または低減することが可能になる。 Specifically, a solution containing a substance having a polarity opposite to the polarity of the surface charge in the opening may be sprayed on the semiconductor substrate while the semiconductor substrate is rotated. For example, a substrate is placed in a single-type cleaning apparatus, and pure water in which CO 2 gas is dissolved is sprayed on the surface of the substrate while rotating the substrate. As a result, negative charges are generated on the surface of the substrate. Accordingly, the residual charge having a positive polarity can be canceled out, so that the residual charge on the substrate surface can be removed or reduced.

上記の溶液を適当量吹き付けた後は、基板を回転させて表面に残留した溶液を弾き飛ばす。これにより基板の表面を乾燥させて、残留電荷除去工程を終える。   After spraying an appropriate amount of the above solution, the substrate is rotated to blow off the solution remaining on the surface. As a result, the surface of the substrate is dried, and the residual charge removing step is completed.

図5は、COガスを溶かした純水を吹き付ける際の基板の回転速度と、基板表面の蓄積電荷との関係を示したものである。図より、基板にCOガスを溶かした純水を吹き付けることによって基板の表面にはマイナスの電位が発生し、基板の回転数が増加するとともに表面電位の絶対値が大きくなっていくことが分かる。このことから、本発明においては、開口部を形成するためのドライエッチングを終えた後に、基板の表面電位を測定しておき、この表面電位と絶対値が略同じで逆の極性の電位を発生させる回転数を設定する。そして、この回転数で基板を回転させた状態で、COガスを溶かした純水を基板に吹き付けることが好ましい。このようにすることによって、残留電荷を実質的に除去することが可能になる。 FIG. 5 shows the relationship between the rotation speed of the substrate when pure water in which CO 2 gas is dissolved and the accumulated charge on the substrate surface. From the figure, it can be seen that by spraying pure water in which CO 2 gas is dissolved on the substrate, a negative potential is generated on the surface of the substrate, and the absolute value of the surface potential increases as the number of rotations of the substrate increases. . For this reason, in the present invention, after the dry etching for forming the opening is finished, the surface potential of the substrate is measured, and a potential having the same absolute value as that of the surface potential but of the opposite polarity is generated. Set the rotation speed. Then, it is preferable that pure water in which CO 2 gas is dissolved is sprayed onto the substrate while the substrate is rotated at this rotational speed. By doing so, the residual charge can be substantially removed.

尚、図5では、COガスを溶かした純水を基板に吹き付ける例について示したが、他の溶液を用いた場合であっても同様である。すなわち、開口部内における表面電荷の極性と逆の極性の物質を含む溶液を基板に吹き付けた場合に発生する電位は、基板の回転数によって変化する。したがって、予め基板の表面電位を測定しておけば、この表面電位と絶対値が略同じで逆の極性の電位を発生させる回転数を設定することによって、実質的に残留電荷を除去することが可能になる。 Although FIG. 5 shows an example in which pure water in which CO 2 gas is dissolved is sprayed on the substrate, the same applies to the case where other solutions are used. That is, the potential generated when a solution containing a substance having a polarity opposite to the polarity of the surface charge in the opening is sprayed on the substrate changes depending on the number of rotations of the substrate. Therefore, if the surface potential of the substrate is measured in advance, residual charges can be substantially removed by setting the number of revolutions that generates a potential of the opposite polarity that is substantially the same as the surface potential. It becomes possible.

また、基板の表面に発生する電位は、上述した基板の回転数だけでなく洗浄装置の構造によっても変動する。したがって、使用する洗浄装置に合わせて回転数を最適化することがより好ましい。   In addition, the potential generated on the surface of the substrate varies depending not only on the rotation speed of the substrate described above but also on the structure of the cleaning apparatus. Therefore, it is more preferable to optimize the rotational speed in accordance with the cleaning device to be used.

上記の残留電荷除去工程を行った後は、銅配線層2の表面に付着した汚染物12の除去を目的とする通常の洗浄工程を行う。具体的には、薬液処理を行った後に水洗処理を行い、最後に乾燥処理を行う。   After performing the residual charge removal step, a normal cleaning step is performed for the purpose of removing the contaminants 12 attached to the surface of the copper wiring layer 2. Specifically, a water washing process is performed after a chemical solution process, and finally a drying process is performed.

薬液処理に使用する薬液は、汚染物12を剥離除去できるとともに、銅配線層2および第2の層間絶縁膜8に対して実質的なダメージを与えないものであることを必要とする。但し、薬液は、このような特性を有するものであれば、その成分および組成に特に制限はない。本実施の形態に好適な薬液としては、例えば、フッ素(F)を含むものを挙げることができる。   The chemical used for the chemical treatment needs to be capable of peeling and removing the contaminant 12 and not causing substantial damage to the copper wiring layer 2 and the second interlayer insulating film 8. However, the chemical solution is not particularly limited in its components and composition as long as it has such characteristics. As a chemical solution suitable for the present embodiment, for example, one containing fluorine (F) can be given.

薬液処理は、回転状態にある基板に薬液を吹き付けて基板を1枚づつ洗浄する枚様方式により行うことができる。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数枚の基板を薬液に浸漬するバッチ方式により行ってもよい。   The chemical treatment can be performed by a sheet type method in which a chemical solution is sprayed onto a substrate in a rotating state to wash the substrates one by one. However, this invention is not limited to this, For example, you may carry out by the batch system which immerses a several board | substrate in a chemical | medical solution.

薬液処理を終えた後は、純水を用いた水洗処理によって薬液を洗い流すとともに、残留している汚染物12を完全に除去する。水洗処理は、枚葉方式およびバッチ方式のいずれにより行ってもよいが、例えば、枚葉方式で洗浄処理を行う場合には、水洗は、薬液処理後の基板に対して、これを回転させた状態で純水を吹き付けることによって行うことができる。   After the chemical liquid treatment is completed, the chemical liquid is washed away by washing with pure water, and the remaining contaminants 12 are completely removed. The water washing process may be performed by either a single wafer system or a batch system. For example, when performing the cleaning process by a single wafer system, the water washing is rotated with respect to the substrate after chemical treatment. It can be performed by spraying pure water in a state.

基板に付着した薬液を純水によって完全に置換した後は、この純水を除去するための乾燥処理を行う。例えば、基板に付着した液を回転により弾き飛ばすことによって行うことができる。また、不活性ガスまたはクリーンエアーを基板に吹き付けたり、付着した液をイソプロピルアルコール(IPA)液またはその蒸気で置換したりすることによっても行うことができる。   After the chemical solution adhering to the substrate is completely replaced with pure water, a drying process for removing the pure water is performed. For example, it can be performed by blowing off the liquid adhering to the substrate by rotation. It can also be performed by spraying an inert gas or clean air on the substrate, or replacing the attached liquid with isopropyl alcohol (IPA) liquid or its vapor.

本実施の形態によれば、残留電荷16を除去または低減させた後に洗浄処理を行うので、銅配線層2が局所的に異常にエッチングされるのを防ぎながら、銅配線層2の表面に付着した汚染物12を除去して、図6に示すような状態にすることができる。   According to the present embodiment, since the cleaning process is performed after the residual charges 16 are removed or reduced, the copper wiring layer 2 is adhered to the surface of the copper wiring layer 2 while preventing the copper wiring layer 2 from being abnormally etched locally. The contaminated material 12 can be removed to obtain a state as shown in FIG.

以上によって、洗浄処理工程を終えた後は、図6の開口部11の内面に、窒化タンタル(TaN)膜などの第2のバリアメタル膜13を形成する。その後、開口部11の内部に、第2のバリアメタル膜13を介して銅層14を埋め込む。これにより、下層の銅配線層2の上層に銅配線層15を形成することができる(図7)。具体的には、スパッタ法によってシード銅としての銅膜(図示せず)を形成した後に、メッキ法を用いて開口部11を埋設するように第2の銅層14を形成する。次に、開口部11内にのみ第2の銅層14を残すように、CMP(化学的機械研磨)法を用いて表面を平坦化する。これにより、銅配線層2に電気的に接続する銅配線層15を形成することができる。   After the cleaning process is completed as described above, a second barrier metal film 13 such as a tantalum nitride (TaN) film is formed on the inner surface of the opening 11 in FIG. Thereafter, the copper layer 14 is embedded in the opening 11 via the second barrier metal film 13. Thereby, the copper wiring layer 15 can be formed in the upper layer of the lower copper wiring layer 2 (FIG. 7). Specifically, after forming a copper film (not shown) as seed copper by a sputtering method, the second copper layer 14 is formed so as to bury the opening 11 using a plating method. Next, the surface is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method so that the second copper layer 14 remains only in the opening 11. Thereby, the copper wiring layer 15 electrically connected to the copper wiring layer 2 can be formed.

本発明によれば、プラズマ処理によって発生する残留電荷を除去または低減させることができる。したがって、残留電荷に起因して洗浄工程で生じる銅配線層の異常エッチングの問題をなくして、信頼性に優れた半導体装置を高い歩留まりで製造することが可能になる。   According to the present invention, residual charges generated by plasma processing can be removed or reduced. Therefore, it is possible to eliminate the problem of abnormal etching of the copper wiring layer that occurs in the cleaning process due to the residual charge, and to manufacture a semiconductor device having excellent reliability with a high yield.

尚、上記の実施の形態においては、ドライエッチング工程によって発生する残留電荷について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。本発明は、プラズマ処理によって発生する全ての残留電荷に好適である。例えば、アッシング工程の後に洗浄処理工程を行う場合にも本発明を適用することができる。   In the above embodiment, the residual charge generated by the dry etching process has been described, but the present invention is not limited to this. The present invention is suitable for all residual charges generated by plasma treatment. For example, the present invention can be applied to the case where the cleaning process is performed after the ashing process.

本実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in this Embodiment. 本実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in this Embodiment. 本実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in this Embodiment. 本実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in this Embodiment. 基板の回転速度と基板表面に発生する電荷との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotational speed of a board | substrate, and the electric charge which generate | occur | produces on the substrate surface. 本実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in this Embodiment. 本実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2,15 銅配線層
3 第1の拡散防止膜
4 第1の層間絶縁膜
5 第1のバリアメタル膜
6 第1の銅層
7 第2の拡散防止膜
8 第2の層間絶縁膜
9 キャップ膜
10 ハードマスク
11,28 開口部
12 汚染物
13 第2のバリアメタル膜
14 第2の銅層
16 残留電荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2,15 Copper wiring layer 3 1st diffusion prevention film 4 1st interlayer insulation film 5 1st barrier metal film 6 1st copper layer 7 2nd diffusion prevention film 8 2nd interlayer insulation film 9 Cap film 10 Hard mask 11, 28 Opening 12 Contaminant 13 Second barrier metal film 14 Second copper layer 16 Residual charge

Claims (4)

多層配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板の上に銅配線層を形成する工程と、
前記銅配線層の上に拡散防止膜を形成する工程と、
前記拡散防止膜の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上にキャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜の上に、所定のパターンを有するハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクを用いて、前記キャップ膜、前記層間絶縁膜および前記拡散防止膜に対して順にプラズマによるドライエッチングを行い、前記銅配線層に至る開口部を形成する工程と、
前記半導体基板を回転させた状態で、前記開口部内における表面電荷の極性と逆の極性の物質を含む溶液を前記半導体基板に吹き付ける工程と、
前記半導体基板に対して薬液処理を行う工程と、
前記薬液処理後に前記半導体基板に対して純水を用いた水洗処理を行う工程と、
前記半導体基板に付着した前記純水を除去する乾燥処理を行う工程と、
前記開口部の内部に配線層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。
A method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure,
Forming a copper wiring layer on the semiconductor substrate;
Forming a diffusion barrier film on the copper wiring layer;
Forming an interlayer insulating film on the diffusion barrier film;
Forming a cap film on the interlayer insulating film;
Forming a hard mask having a predetermined pattern on the cap film;
Using the hard mask, sequentially performing dry etching with plasma on the cap film, the interlayer insulating film and the diffusion prevention film, and forming an opening reaching the copper wiring layer;
Spraying a solution containing a substance having a polarity opposite to the polarity of the surface charge in the opening in a state where the semiconductor substrate is rotated;
Performing a chemical treatment on the semiconductor substrate;
Performing a water washing process using pure water on the semiconductor substrate after the chemical treatment;
Performing a drying process to remove the pure water adhering to the semiconductor substrate;
And a step of forming a wiring layer inside the opening.
前記開口部を形成した後に、前記半導体基板の表面電位を測定する工程をさらに有し、
前記溶液を前記半導体基板に吹き付ける工程は、前記表面電位と絶対値が略同じで逆の極性の電位を発生させる回転数で前記半導体基板を回転させた状態で行う請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
After forming the opening, further comprising measuring a surface potential of the semiconductor substrate;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the step of spraying the solution onto the semiconductor substrate is performed in a state in which the semiconductor substrate is rotated at a rotational speed that generates a potential having a polarity that is substantially the same as the surface potential and opposite in polarity. Manufacturing method.
前記溶液は二酸化炭素が溶解した純水である請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the solution is pure water in which carbon dioxide is dissolved. 前記層間絶縁膜は、比誘電率が3.0以下の低誘電率絶縁膜である請求項1〜3のいずれか1に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the interlayer insulating film is a low dielectric constant insulating film having a relative dielectric constant of 3.0 or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008251741A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Fujitsu Microelectronics Ltd Manufacturing method of semiconductor device

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