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JP2008130846A - Semiconductor wafer, and production method of semiconductor wafer - Google Patents

Semiconductor wafer, and production method of semiconductor wafer Download PDF

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JP2008130846A
JP2008130846A JP2006314683A JP2006314683A JP2008130846A JP 2008130846 A JP2008130846 A JP 2008130846A JP 2006314683 A JP2006314683 A JP 2006314683A JP 2006314683 A JP2006314683 A JP 2006314683A JP 2008130846 A JP2008130846 A JP 2008130846A
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JP
Japan
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film
wafer
barrier metal
plating
interlayer insulating
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Application number
JP2006314683A
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Japanese (ja)
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Takayoshi Naruse
孝好 成瀬
Takeshi Kuzuhara
葛原  剛
Atsushi Komura
篤 小邑
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor wafer in which the diffusion of a metal component of a metal plating film formed on a barrier metal film from the metal plating film into an interlayer insulating film is prevented. <P>SOLUTION: In this semiconductor wafer, with respect to the film formation region of an interlayer insulating film 6, a barrier metal film 9, a Cu seed film 10, and a Cu plating film 11, when the barrier metal film 9, a Cu seed film 10, and a Cu plating film 11 are film-formed, the position of the terminal of the more upper layer in the circumferential region of the wafer is positioned at the more inner side of the wafer stepwise than the terminal position of the interlayer insulating film 6. By this film-formation method, under the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11, always the barrier metal film 9 is present. As the result, during a heat treatment process after the formation of the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11, it can be prevented that Cu is diffused anomalously from the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11 into the interlayer insulating film 6 to change the device properties. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、いわゆるダマシン法によって層間絶縁膜に配線金属層を形成する半導体ウェハ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor wafer in which a wiring metal layer is formed on an interlayer insulating film by a so-called damascene method, and a manufacturing method thereof.

ダマシン法によって層間絶縁膜に配線金属層を形成するものとして、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載された製造方法では、まず、ウェハの外周縁部をクランプリングでマスクして、スパッタ法によりTiNバリア膜を成膜する。次いで、TiNバリア膜を成膜したときに用いたクランプリングよりも内径寸法が大きなクランプリングを用いて、スパッタ法によりCuシード膜を成膜する。その結果、Cuシード膜はTiNバリア膜を覆うように広い面積に成膜される。   As a method for forming a wiring metal layer on an interlayer insulating film by a damascene method, for example, one described in Patent Document 1 is known. In the manufacturing method described in Patent Document 1, first, the outer peripheral edge of the wafer is masked with a clamp ring, and a TiN barrier film is formed by sputtering. Next, a Cu seed film is formed by sputtering using a clamp ring having a larger inner diameter than the clamp ring used when the TiN barrier film is formed. As a result, the Cu seed film is formed over a wide area so as to cover the TiN barrier film.

これにより、TiNバリア膜とCuシード膜との成膜時に位置ずれが生じた場合であっても、TiNバリア膜が露呈されることが防止されるので、Cuシード膜上に成膜するCuめっき膜が直接TiNバリア膜上に成長されることが防止される。このようにして、TiNとCuとの密着性の悪さに起因して生じる、製造段階において異物となり得る、Cuめっき膜のTiNバリア膜からの剥がれを防止している。
特開平11−297695号公報
This prevents the TiN barrier film from being exposed even when misalignment occurs during the film formation of the TiN barrier film and the Cu seed film. Therefore, Cu plating is formed on the Cu seed film. The film is prevented from being grown directly on the TiN barrier film. In this manner, peeling of the Cu plating film from the TiN barrier film, which can be a foreign matter in the manufacturing stage, caused by poor adhesion between TiN and Cu is prevented.
JP 11-297695 A

例えば、半導体ウェハのデバイス形成領域上にボンディング用パッドを形成する場合、ボンディング時のAlの塑性変形を下層に伝搬させないようにするため、Al膜の下に、硬く比較的厚い金属膜(例えば、5umのCu膜)を形成することが多い。Cu膜の加工は、ドライエッチングでは難しいため、一般的には、上述したダマシン法によって加工される。   For example, when forming a bonding pad on a device formation region of a semiconductor wafer, in order to prevent the plastic deformation of Al during bonding from propagating to the lower layer, a hard and relatively thick metal film (for example, 5um Cu film) is often formed. Since the Cu film is difficult to process by dry etching, it is generally processed by the damascene method described above.

ここで、SOIウェハを例として、従来のダマシン法によって層間絶縁膜に配線金属層を形成した場合の問題点について説明する。図5は、ベース層1、埋め込み酸化膜2、及びSOI層3からなるSOIウェハ上に、シリコン酸化膜などからなる絶縁膜4を介して、TEOS膜からなる層間絶縁膜6と、例えばTiNからなるバリアメタル膜9、及びCuシード膜10を順次形成したときの、SOIウェハの外周領域における断面形状を示す断面図である。なお、図示していないが、Cuシード膜10上にはさらに、電気めっきによりCuめっき膜が形成される。   Here, a problem when a wiring metal layer is formed on an interlayer insulating film by a conventional damascene method will be described using an SOI wafer as an example. FIG. 5 shows an interlayer insulating film 6 made of a TEOS film and an insulating film 4 made of, for example, TiN on an SOI wafer made of a base layer 1, a buried oxide film 2, and an SOI layer 3 through an insulating film 4 made of a silicon oxide film or the like. It is sectional drawing which shows the cross-sectional shape in the outer peripheral area | region of an SOI wafer when the barrier metal film | membrane 9 and Cu seed film | membrane 10 which become this are formed in order. Although not shown, a Cu plating film is further formed on the Cu seed film 10 by electroplating.

図5において、層間絶縁膜6にCu膜が埋め込み配線される配線溝(図示せず)の形成時に、SOIウェハの外周領域では、レジスト膜による異物の発生を防止することなどを目的として、サイドリンス処理によって、外周領域のレジスト膜がエッチングされる。このため、配線溝を形成するための層間絶縁膜6のエッチングが行われると、同時に、外周領域の層間絶縁膜6もエッチングされる。   In FIG. 5, when forming a wiring groove (not shown) in which a Cu film is embedded in the interlayer insulating film 6, in the outer peripheral region of the SOI wafer, for the purpose of preventing the generation of foreign matters due to the resist film, etc. The resist film in the outer peripheral region is etched by the rinsing process. For this reason, when the interlayer insulating film 6 for forming the wiring trench is etched, the interlayer insulating film 6 in the outer peripheral region is also etched at the same time.

このように、外周領域の層間絶縁膜6がエッチング除去されることによって形成された外周テラス部8は、下地に埋め込み酸化膜2がある。この埋め込み酸化膜2は、いくつかのエッチングプロセスを経ているため、その表面が荒れた状態となっている。この埋め込み酸化膜2の表面状態の影響と、上述した層間絶縁膜6のエッチングの影響などによって、外周テラス部8の表面も非常に荒れた状態となる。   As described above, the outer peripheral terrace portion 8 formed by etching away the interlayer insulating film 6 in the outer peripheral region has the buried oxide film 2 as a base. Since this buried oxide film 2 has undergone several etching processes, its surface is in a rough state. Due to the influence of the surface state of the buried oxide film 2 and the influence of the etching of the interlayer insulating film 6 described above, the surface of the outer peripheral terrace portion 8 is also very rough.

この外周テラス部8に、バリアメタル膜9、及びCuシード膜10などが成膜されると、下地の表面荒れに起因して、バリアメタル膜9が正常に成膜されていない箇所にCuシード膜10が形成されてしまうことがある。この場合、Cuシード膜10が、層間絶縁膜6に直接接触した状態となり、後工程での熱処理で層間絶縁膜6中にCuが拡散して、デバイスの特性変動を招く可能性が生じる。   When the barrier metal film 9, the Cu seed film 10 and the like are formed on the outer peripheral terrace 8, the Cu seed is formed at a place where the barrier metal film 9 is not normally formed due to the rough surface of the base. The film 10 may be formed. In this case, the Cu seed film 10 is in direct contact with the interlayer insulating film 6, and Cu may diffuse into the interlayer insulating film 6 by a heat treatment in a later process, resulting in a change in device characteristics.

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、バリアメタル膜上に形成される金属めっき膜から、その金属成分が層間絶縁膜に拡散することを防止することが可能な半導体ウェハ及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and a semiconductor wafer capable of preventing the metal component from diffusing into an interlayer insulating film from a metal plating film formed on the barrier metal film, and It aims at providing the manufacturing method.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の半導体ウェハは、ウェハ上に、コンタクトホールを含む配線溝が形成された層間絶縁膜、バリアメタル膜、金属めっき膜を順次形成するものであって、
当該ウェハの外周領域において、バリアメタル膜の端部は、層間絶縁膜の端部よりもウェハの内側の位置で終端し、さらに、金属めっき膜の端部は、バリアメタル膜の端部よりもウェハの内側の位置で終端していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor wafer according to claim 1 is formed by sequentially forming an interlayer insulating film, a barrier metal film, and a metal plating film in which wiring grooves including contact holes are formed on the wafer. And
In the outer peripheral region of the wafer, the end of the barrier metal film terminates at a position inside the wafer from the end of the interlayer insulating film, and the end of the metal plating film is more than the end of the barrier metal film. It terminates at a position inside the wafer.

上述した構成を採用することにより、金属めっき膜の下地として、必ずバリアメタル膜が存在することになる。このため、熱処理中に、金属めっき膜の金属成分が層間絶縁膜に異常拡散して、デバイス特性を変動させることを防止することができる。   By adopting the above-described configuration, a barrier metal film always exists as a base for the metal plating film. For this reason, it is possible to prevent the metal component of the metal plating film from abnormally diffusing into the interlayer insulating film and changing the device characteristics during the heat treatment.

なお、ウェハの外周領域において、サイドリンス処理のために層間絶縁膜がエッチング除去された場合であっても、そのエッチングなどによって表面が荒れた外周テラス部には、バリアメタル膜及び金属めっき膜が成膜されることはないので、この点からも、金属成分が層間絶縁膜内に拡散することを防止できる。   Even when the interlayer insulating film is removed by etching for the side rinse process in the outer peripheral region of the wafer, the barrier metal film and the metal plating film are formed on the outer peripheral terrace portion whose surface has been roughened by the etching or the like. Since no film is formed, the metal component can be prevented from diffusing into the interlayer insulating film from this point.

請求項2に記載したように、金属めっき膜は、バリアメタル膜上に形成されるめっきシード膜と、当該めっきシード膜上に形成される電気めっき膜とからなり、めっきシード膜の端部は、バリアメタル膜の端部よりもウェハの内側の位置で終端し、電気めっき膜の端部は、めっきシード膜の端部よりもウェハの内側の位置で終端していることが好ましい。このように、めっきシード膜上に電気めっき膜を成長させるとき、その電気めっき膜の端部を、めっきシード膜の端部よりもウェハの内側で終端させるようにすると、金属めっき膜をより確実にバリアメタル膜の範囲内に形成することができる。   As described in claim 2, the metal plating film includes a plating seed film formed on the barrier metal film and an electroplating film formed on the plating seed film. The end of the barrier metal film is preferably terminated at a position inside the wafer, and the end of the electroplated film is preferably terminated at a position inside the wafer from the end of the plating seed film. As described above, when the electroplating film is grown on the plating seed film, if the end of the electroplating film is terminated inside the wafer rather than the end of the plating seed film, the metal plating film is more reliably formed. Further, it can be formed within the range of the barrier metal film.

請求項3に記載したように、金属めっき膜はCuからなる場合がある。半導体ウェハにおいて、アルミボンディングの下地として用いられたりするためである。このCuは、層間絶縁膜中に拡散しやすい性質を持っている。このため、金属めっき膜がCuからなる場合、特に上述した本発明の構成を採用し、Cuの層間絶縁膜への拡散を防止することが好ましい。   As described in claim 3, the metal plating film may be made of Cu. This is because it is used as a base for aluminum bonding in a semiconductor wafer. This Cu has the property of easily diffusing into the interlayer insulating film. For this reason, when a metal plating film consists of Cu, it is preferable to employ | adopt especially the structure of this invention mentioned above and to prevent the spreading | diffusion to the interlayer insulation film of Cu.

層間絶縁膜としては、請求項4に記載したように、TEOS膜、SOG膜、及びそれらを積層した積層膜のいずれかを用いることができる。また、バリアメタル膜は、請求項5に記載したように、TiN,TiW,Ta,TaNのいずれかから膜を用いることができる。   As the interlayer insulating film, as described in claim 4, any of a TEOS film, an SOG film, and a laminated film obtained by laminating them can be used. Further, as described in claim 5, the barrier metal film can be made of any one of TiN, TiW, Ta, and TaN.

請求項6に記載したように、ウェハとして、SOIウェハを用いても良い。SOIウェハの場合、埋め込み酸化膜の影響によって、SOIウェハの外周領域の表面が荒れやすくなる。しかし、本願発明では、そのように表面が荒れた外周領域を避けて、バリアメタル膜及び金属めっき膜を形成するので、金属めっき膜が直接層間絶縁膜に接触する箇所が生じることを防止できる。   As described in claim 6, an SOI wafer may be used as the wafer. In the case of an SOI wafer, the surface of the outer peripheral region of the SOI wafer tends to be rough due to the influence of the buried oxide film. However, in the present invention, since the barrier metal film and the metal plating film are formed while avoiding the outer peripheral region having such a rough surface, it is possible to prevent the metal plating film from directly contacting the interlayer insulating film.

請求項7及び請求項8は、請求項1及び請求項2に記載した半導体ウェハを製造するための製造方法に関するものである。すなわち、請求項7に記載の半導体ウェハの製造方法は、ウェハ上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜に、コンタクトホールを含む配線溝を形成する工程と、端部が、層間絶縁膜の端部よりもウェハの内側の位置で終端するように、層間絶縁膜上にバリアメタル膜を成膜する工程と、端部が、バリアメタル膜の端部よりもウェハの内側の位置で終端するように、バリアメタル膜上に金属めっき膜を成膜する工程と、配線溝内にバリアメタル膜及び金属めっき膜が残り、かつ層間絶縁膜の表面が露出するように、バリアメタル膜及び金属めっき膜を研磨する工程とを備えることを特徴とする。   The seventh and eighth aspects relate to a manufacturing method for manufacturing the semiconductor wafer according to the first and second aspects. That is, the method of manufacturing a semiconductor wafer according to claim 7 includes a step of forming an interlayer insulating film on the wafer, a step of forming a wiring groove including a contact hole in the interlayer insulating film, and an end portion of which is an interlayer insulating layer. A step of forming a barrier metal film on the interlayer insulating film so as to terminate at a position inside the wafer from the edge of the film, and the edge at a position inside the wafer from the edge of the barrier metal film. A step of forming a metal plating film on the barrier metal film so as to terminate, and the barrier metal film and the metal plating film remain in the wiring groove and the surface of the interlayer insulating film is exposed And a step of polishing the metal plating film.

また、請求項8に記載の製造方法は、金属めっき膜の成膜工程が、バリアメタル膜上にめっきシード膜を成膜する工程と、めっきシード膜上に電気めっき膜を成膜する工程とからなり、めっきシード膜の成膜工程では、当該めっきシード膜の端部が、バリアメタル膜の端部よりもウェハの内側の位置で終端するように、めっきシード膜を成膜し、電気めっき膜の成膜工程では、当該電気めっき膜の端部が、めっきシード膜の端部よりもウェハの内側の位置で終端するように、電気めっき膜を成膜することを特徴とする。   In the manufacturing method according to claim 8, the metal plating film forming step includes a step of forming a plating seed film on the barrier metal film, and a step of forming an electroplating film on the plating seed film. In the plating seed film deposition step, the plating seed film is deposited and electroplated so that the end of the plating seed film terminates at a position inside the wafer from the end of the barrier metal film. In the film formation step, the electroplating film is formed so that the end of the electroplating film terminates at a position inside the wafer from the end of the plating seed film.

以下、本発明の実施形態による半導体ウェハ及びその製造方法について説明する。図1(a)〜(c)及び図2(a)〜(d)は、半導体ウェハとして、SOIウェハを例にとり、その製造工程を示す図である。まず、これらの図を用いて、本実施形態によるSOIウェハの製造方法について説明する。なお、SOIウェハの状態が理解しやすくなるように、図1(a)〜(c)及び図2(a)〜(d)は、SOIウェハの外縁近辺の外周領域と、半導体デバイスが形成される内部領域とを示している。   Hereinafter, a semiconductor wafer and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described. FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2D are views showing a manufacturing process of an SOI wafer as an example of a semiconductor wafer. First, the manufacturing method of the SOI wafer according to the present embodiment will be described with reference to these drawings. In order to facilitate understanding of the state of the SOI wafer, FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2D show an outer peripheral region in the vicinity of the outer edge of the SOI wafer and a semiconductor device. And the internal area.

図1(a)の断面図は、SOIウェハにおいて第1配線層5が形成され、パターニングされた状態を示している。SOIウェハは、ベース層1、埋め込み酸化膜2、及びSOI層3を有し、SOI層3には、図示しないトランジスタなどの能動素子が形成されている。そして、SOI層3の能動素子と電気的に接続する電極を設けるため、コンタクトホールが形成されたBPSG膜やSiO膜などからなる絶縁膜4上に、例えば多結晶シリコンなどの導電体によって第1配線層5が形成される。この第1配線層は、所望の電極形状にパターニングされ、各々の電極が分離、絶縁されている。 The cross-sectional view of FIG. 1A shows a state where the first wiring layer 5 is formed and patterned on the SOI wafer. The SOI wafer has a base layer 1, a buried oxide film 2, and an SOI layer 3. In the SOI layer 3, active elements such as transistors (not shown) are formed. Then, in order to provide an electrode that is electrically connected to the active element of the SOI layer 3, a first conductive material such as polycrystalline silicon is used on the insulating film 4 made of a BPSG film or a SiO 2 film in which a contact hole is formed. One wiring layer 5 is formed. The first wiring layer is patterned into a desired electrode shape, and each electrode is separated and insulated.

図1(b)に示す工程では、第1配線層5の上に、例えばTEOS膜からなる層間絶縁膜6を成膜する。この層間絶縁膜6は、CMP法などの研磨法によって、その表面が平坦化される。なお、平坦化処理時に、第1配線層5上の層間絶縁膜6が、例えば2μm程度残るように、層間絶縁膜6を研磨する。層間絶縁膜6として、TEOS膜の他、例えばSOG膜のようなポーラスな膜を用いても良い。   In the step shown in FIG. 1B, an interlayer insulating film 6 made of, for example, a TEOS film is formed on the first wiring layer 5. The surface of the interlayer insulating film 6 is planarized by a polishing method such as a CMP method. During the planarization process, the interlayer insulating film 6 is polished so that the interlayer insulating film 6 on the first wiring layer 5 remains, for example, about 2 μm. As the interlayer insulating film 6, in addition to the TEOS film, a porous film such as an SOG film may be used.

図1(c)に示す工程では、フォトリソグラフィー・ドライエッチング技術を用いて、第1配線層5とのコンタクトホールを含む配線溝7を、層間絶縁膜6に形成する。図1(c)は、配線溝7の形成のために用いられたレジストが既に除去された状態を示している。このレジストは、フォトリソグラフィー工程において、配線溝7の形成予定部位に対応して開口部が形成されるのと同時に、外周部におけるレジストの欠けなどによる異物の発生を防止する目的などのため、サイドリンス処理により、外周領域の一部のレジストが除去される。このため、レジストをマスクとした層間絶縁膜6のドライエッチング工程では、レジストがオープンとなっている配線溝7の形成予定部位及び外周領域の層間絶縁膜6がエッチング除去され、SOIウェハの外周領域に外周テラス部8が形成される。   In the step shown in FIG. 1C, a wiring trench 7 including a contact hole with the first wiring layer 5 is formed in the interlayer insulating film 6 by using a photolithography / dry etching technique. FIG. 1C shows a state where the resist used for forming the wiring trench 7 has already been removed. In the photolithography process, an opening is formed corresponding to a portion where the wiring trench 7 is to be formed, and at the same time, the resist is used for the purpose of preventing the generation of foreign matters due to resist chipping in the outer peripheral portion. A part of the resist in the outer peripheral region is removed by the rinsing process. For this reason, in the dry etching process of the interlayer insulating film 6 using the resist as a mask, the site where the wiring trench 7 is to be formed where the resist is open and the interlayer insulating film 6 in the outer peripheral region are removed by etching, and the outer peripheral region of the SOI wafer is removed. An outer peripheral terrace portion 8 is formed on the outer periphery.

ただし、外周テラス部8が形成されるSOIウェハの最外周部は、半導体チップの形成領域外となるため、外周テラス部8における層間絶縁膜6は完全に除去されず、微小な凹凸があるままとされる。   However, since the outermost peripheral portion of the SOI wafer on which the outer peripheral terrace portion 8 is formed is outside the semiconductor chip formation region, the interlayer insulating film 6 in the outer peripheral terrace portion 8 is not completely removed, and there are minute irregularities. It is said.

次に、図2(a)に示す工程では、配線溝7の形成部位を含む層間絶縁膜6上に、バリアメタル膜9を、スパッタ法などによって例えば20nmの厚さに形成する。バリアメタル膜9は、後述するCuシード膜10やCuめっき膜11から層間絶縁膜6中へCuの拡散を防止するためのものであり、TiNから形成されるが、その他に、TiW,Ta,TaNなどから形成しても良い。   Next, in the step shown in FIG. 2A, a barrier metal film 9 is formed to a thickness of, for example, 20 nm on the interlayer insulating film 6 including the formation site of the wiring trench 7 by a sputtering method or the like. The barrier metal film 9 is for preventing the diffusion of Cu from the Cu seed film 10 or the Cu plating film 11 described later into the interlayer insulating film 6 and is formed of TiN. In addition, TiW, Ta, You may form from TaN.

このバリアメタル膜9を形成する際には、図2(a)に示すように、リング状に形成された遮蔽板20を用いて、SOIウェハの外周領域を遮蔽して、バリアメタル膜9の成膜領域をコントロールする。具体的には、バリアメタル膜9の端部が、サイドリンス処理のために除去された層間絶縁膜6の端部よりも、SOIウェハの内側の位置で終端するように、遮蔽板20の開口径を設定する。例えば、遮蔽板20により、層間絶縁膜6の端部とバリアメタル膜9の端部との間に、0.5mm程度の間隔が設けられるようにする。これにより、バリアメタル膜9が、表面が荒れた外周テラス部8上に形成されることが防止される。   When the barrier metal film 9 is formed, as shown in FIG. 2A, the outer peripheral region of the SOI wafer is shielded by using a shield plate 20 formed in a ring shape. Control the deposition area. Specifically, the shielding plate 20 is opened so that the end of the barrier metal film 9 terminates at a position inside the SOI wafer from the end of the interlayer insulating film 6 removed for the side rinse treatment. Set the aperture. For example, the shielding plate 20 provides a gap of about 0.5 mm between the end of the interlayer insulating film 6 and the end of the barrier metal film 9. This prevents the barrier metal film 9 from being formed on the outer peripheral terrace portion 8 whose surface is rough.

図2(b)に示す工程では、バリアメタル膜9上に、スパッタ法などによって、Cuシード膜10を例えば200nmの厚さに形成する。このCuシード膜10は、電界めっき法によってCuめっき膜11を形成する際の一方の電極となり、Cuめっき膜11は、このCuシード膜10上に成長する。   In the step shown in FIG. 2B, a Cu seed film 10 is formed on the barrier metal film 9 to a thickness of, for example, 200 nm by sputtering or the like. The Cu seed film 10 serves as one electrode when the Cu plating film 11 is formed by the electroplating method, and the Cu plating film 11 grows on the Cu seed film 10.

Cuシード膜10を形成する際にも、リング状の遮蔽板21によってSOIウェハの外周領域が遮蔽され、Cuシード膜10の成膜領域がコントロールされる。このCuシード膜10の成膜領域を規定するための遮蔽板21は、バリアメタル膜9の成膜領域を規定するための遮蔽板20よりも、小さい開口径を有している。また、両遮蔽板20,21は、各々の開口部の中心が同じ位置となるように、SOIウェハに対して設置される。従って、遮蔽板21により、Cuシード膜10の成膜領域は、バリアメタル膜9の成膜領域よりも縮径した範囲となる。その結果、Cuシード膜10の端部は、バリアメタル膜9の端部よりも、SOIウェハの内側の位置で終端するようになる。この場合も、例えば、バリアメタル膜9の端部とCuシード膜10の端部との間に、0.5mm程度の間隔が設けられるように、遮蔽板21の開口径を設定する。   Also when the Cu seed film 10 is formed, the outer peripheral region of the SOI wafer is shielded by the ring-shaped shielding plate 21 and the film formation region of the Cu seed film 10 is controlled. The shielding plate 21 for defining the deposition region of the Cu seed film 10 has a smaller opening diameter than the shielding plate 20 for defining the deposition region of the barrier metal film 9. Moreover, both the shielding plates 20 and 21 are installed with respect to the SOI wafer so that the centers of the respective openings are at the same position. Therefore, due to the shielding plate 21, the film formation region of the Cu seed film 10 has a smaller diameter than the film formation region of the barrier metal film 9. As a result, the end portion of the Cu seed film 10 terminates at a position inside the SOI wafer with respect to the end portion of the barrier metal film 9. Also in this case, for example, the opening diameter of the shielding plate 21 is set so that an interval of about 0.5 mm is provided between the end of the barrier metal film 9 and the end of the Cu seed film 10.

従って、Cuシード膜10の下地として、必ずバリアメタル膜9が存在することになる。このため、Cuシード膜10を一方の電極として電界めっきを行って、Cuめっき膜11を成長させた場合においても、Cuシード膜10及びCuめっき膜11が、バリアメタル膜9を介さずに、直接的に層間絶縁膜6に接するような箇所が発生することがない。   Therefore, the barrier metal film 9 always exists as the base of the Cu seed film 10. For this reason, even when the electroplating is performed using the Cu seed film 10 as one electrode and the Cu plating film 11 is grown, the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11 do not pass through the barrier metal film 9. A portion that directly contacts the interlayer insulating film 6 does not occur.

さらに、本実施形態では、Cuシード膜10上にCuめっき膜11を成長させる電気めっき工程において、Cuめっき膜11が確実にCuシード膜10上においてのみ成長するように、Cuめっき膜11の形成時、図2(c)に示すように、SOIウェハの外周領域をシールドする遮蔽板22を用いる。すなわち、この遮蔽板22の内径部は、Cuシード膜10に当接して、電界めっき液が、SOIウェハの外周領域に回りこまないようにしている。この状態で電界めっき処理が実行され、Cuめっき膜11が例えば5μm程度の厚さに形成される。   Further, in the present embodiment, in the electroplating process for growing the Cu plating film 11 on the Cu seed film 10, the formation of the Cu plating film 11 is performed so that the Cu plating film 11 is surely grown only on the Cu seed film 10. At this time, as shown in FIG. 2C, a shielding plate 22 that shields the outer peripheral region of the SOI wafer is used. That is, the inner diameter portion of the shielding plate 22 is in contact with the Cu seed film 10 so that the electroplating solution does not reach the outer peripheral region of the SOI wafer. In this state, the electroplating process is performed, and the Cu plating film 11 is formed to a thickness of about 5 μm, for example.

SOIウェハの外周領域をシールドする遮蔽板22は、Cuシード膜10の形成時に用いられる遮蔽板21よりも、さらに小さい開口径を有する。このため、Cuめっき膜11の成膜領域は、Cuシード膜10の成膜領域よりもさらに縮径した範囲となり、Cuめっき膜11の端部は、Cuシード膜10の端部よりも、SOIウェハの内側の位置で終端するようになる。この場合も、例えば、Cuシード膜10の端部とCuめっき膜11の端部との間に、0.5mm程度の間隔が設けられるように、遮蔽板22の開口径を設定する。   The shielding plate 22 that shields the outer peripheral region of the SOI wafer has a smaller opening diameter than the shielding plate 21 used when the Cu seed film 10 is formed. For this reason, the deposition area of the Cu plating film 11 becomes a range further reduced in diameter than the deposition area of the Cu seed film 10, and the end of the Cu plating film 11 is more SOI than the end of the Cu seed film 10. It ends at a position inside the wafer. Also in this case, for example, the opening diameter of the shielding plate 22 is set so that an interval of about 0.5 mm is provided between the end of the Cu seed film 10 and the end of the Cu plating film 11.

このような遮蔽板22を用いることにより、Cuめっき膜11が誤ってバリアメタル膜9上に直接形成され、層間絶縁膜6との距離を縮めてしまうような事態の発生を防止することができる。   By using such a shielding plate 22, it is possible to prevent a situation in which the Cu plating film 11 is mistakenly formed directly on the barrier metal film 9 and the distance from the interlayer insulating film 6 is shortened. .

最後に、図2(d)に示す工程において、層間絶縁膜6の配線溝7内にバリアメタル膜9、Cuシード膜10及びCuめっき膜11が残り、かつ層間絶縁膜6の表面が露出するように、例えばCMP法により、SOIウェハの表面を研磨する。この研磨によって、配線溝7内を除く層間絶縁膜6上の大部分のバリアメタル膜9、Cuシード膜10及びCuめっき膜11が除去される。ただし、図2(d)に示すように、SOIウェハの外周領域には、一部のバリアメタル膜9、Cuシード膜10及びCuめっき膜11が残ってしまう。このように、SOIウェハの外周領域において、一部のバリアメタル膜9、Cuシード膜10及びCuめっき膜11が残っても、Cuシード膜10及びCuめっき膜11の下には、必ずバリアメタル膜9が存在する。   Finally, in the step shown in FIG. 2D, the barrier metal film 9, the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11 remain in the wiring groove 7 of the interlayer insulating film 6, and the surface of the interlayer insulating film 6 is exposed. Thus, the surface of the SOI wafer is polished by, for example, a CMP method. By this polishing, most of the barrier metal film 9, Cu seed film 10 and Cu plating film 11 on the interlayer insulating film 6 except for the inside of the wiring trench 7 are removed. However, as shown in FIG. 2D, a part of the barrier metal film 9, the Cu seed film 10, and the Cu plating film 11 remain in the outer peripheral region of the SOI wafer. Thus, even if a part of the barrier metal film 9, the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11 remain in the outer peripheral region of the SOI wafer, the barrier metal is always under the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11. A membrane 9 is present.

ダマシン法で配線構造を形成する場合に、上述した製造方法を採用することにより、図3に示すように、層間絶縁膜6に配線溝を形成する際にサイドリンス処理によって同時に形成される、層間絶縁膜6の端部が、最もSOIウェハの外縁に近い位置に形成される。そして、バリアメタル膜9の端部は、層間絶縁膜6の端部よりもSOIウェハの内側に位置し、Cuシード膜10の端部は、さらに、バリアメタル膜9の端部よりも内側に位置し、最も上層のCuめっき膜11の端部は、Cuシード膜10の端部よりもさらに内側に位置する。   When the wiring structure is formed by the damascene method, by adopting the above-described manufacturing method, as shown in FIG. 3, an interlayer formed simultaneously with a side rinse process when forming a wiring groove in the interlayer insulating film 6 is formed. The end of the insulating film 6 is formed at a position closest to the outer edge of the SOI wafer. The end portion of the barrier metal film 9 is located inside the SOI wafer from the end portion of the interlayer insulating film 6, and the end portion of the Cu seed film 10 is further inside than the end portion of the barrier metal film 9. The end of the uppermost Cu plating film 11 is located further inside than the end of the Cu seed film 10.

すなわち、本実施形態によれば、層間絶縁膜6、バリアメタル膜9、Cuシード膜10及びCuめっき膜11の成膜領域に関して、バリアメタル膜9、Cuシード膜10、Cuめっき膜11を成膜する時のウェハ外周領域での各薄膜端が、上層になるほど、層間絶縁膜6の端部位置よりも段階的にウェハ内側にくるようにされる。   That is, according to the present embodiment, the barrier metal film 9, the Cu seed film 10, and the Cu plating film 11 are formed with respect to the film formation regions of the interlayer insulating film 6, the barrier metal film 9, the Cu seed film 10, and the Cu plating film 11. Each thin film end in the wafer outer peripheral region when the film is formed is arranged so as to be inward of the wafer stepwise from the end position of the interlayer insulating film 6 as the upper layer is formed.

このため、Cuシード膜10及びCuめっき膜11の下には、必ずバリアメタル膜9が存在することになる。その結果、Cuシード膜10やCuめっき膜11を形成した後の工程における熱処理中に、Cuシード膜10やCuめっき膜11からCuが層間絶縁膜6中に異常拡散して、デバイス特性を変動させることを防止することができる。   Therefore, the barrier metal film 9 always exists under the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11. As a result, during the heat treatment in the process after the formation of the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11, Cu is abnormally diffused from the Cu seed film 10 and the Cu plating film 11 into the interlayer insulating film 6 to change the device characteristics. Can be prevented.

また、SOIウェハの外周領域において、サイドリンス処理のために層間絶縁膜6がエッチング除去されることによって形成される外周テラス部8には、バリアメタル膜9、Cuシード膜及びCuめっき膜11が成膜されることはないので、この点からも、Cuの層間絶縁膜6内への異常拡散を効果的に防止することができる。   In the outer peripheral area of the SOI wafer, the barrier metal film 9, the Cu seed film, and the Cu plating film 11 are formed on the outer peripheral terrace portion 8 formed by etching away the interlayer insulating film 6 for the side rinse treatment. Since no film is formed, abnormal diffusion of Cu into the interlayer insulating film 6 can be effectively prevented also from this point.

(変形例)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。
(Modification)
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、遮蔽板20,21,22を用いて、バリアメタル膜9、Cuシード膜10、Cuめっき膜11の各端部位置が、上層になるほど、層間絶縁膜6の端部位置よりも段階的にウェハ内側にくるように配置した。   For example, in the above-described embodiment, the end portions of the interlayer insulating film 6 are used such that the end positions of the barrier metal film 9, the Cu seed film 10, and the Cu plating film 11 are higher using the shielding plates 20, 21, and 22. It was arranged so as to be inside the wafer stepwise from the position of the part.

しかしながら、これらの薄膜の各端部位置は、フォトリソグラフィー・ドライエッチング技術を用いてコントロールするようにしても良い。図4(a)〜(c)に、フォトリソグラフィー・ドライエッチング技術を用いてバリアメタル膜9の端部位置をコントロールする例を示す。   However, the position of each end of these thin films may be controlled using a photolithography / dry etching technique. FIGS. 4A to 4C show an example in which the end position of the barrier metal film 9 is controlled using a photolithography / dry etching technique.

まず、図4(a)に示す工程では、バリアメタル膜9を遮蔽板20を用いることなく、層間絶縁膜6の全面に成膜する。そして、図4(b)に示す工程において、SOIウェハの外周領域のバリアメタル膜9を除去し、層間絶縁膜6の端部よりもSOIウェハの内側で所望の位置にバリアメタル膜9の端部を形成するように、塗布したレジスト膜12のサイドリンス幅を調整する。このとき、ウェハ内部は、レジスト膜12によってカバーされる。   First, in the step shown in FIG. 4A, the barrier metal film 9 is formed on the entire surface of the interlayer insulating film 6 without using the shielding plate 20. Then, in the step shown in FIG. 4B, the barrier metal film 9 in the outer peripheral region of the SOI wafer is removed, and the end of the barrier metal film 9 is positioned at a desired position inside the SOI wafer from the end of the interlayer insulating film 6. The side rinse width of the applied resist film 12 is adjusted so as to form a portion. At this time, the inside of the wafer is covered with the resist film 12.

このレジスト膜12をマスクとして、図4(c)に示すように、ウェットエッチング(例えば、アンモニア水、過酸化水素水、水の混合液)を実施し、ウェハ外周領域のバリアメタル膜9を除去する。その後、レジスト膜12を除去する。   Using this resist film 12 as a mask, as shown in FIG. 4C, wet etching (for example, a mixed solution of ammonia water, hydrogen peroxide water, and water) is performed to remove the barrier metal film 9 in the wafer outer peripheral region. To do. Thereafter, the resist film 12 is removed.

なお、図4(a)〜(c)ではバリアメタル膜9を例に説明したが、Cuシード膜10でも同様に処理できる。   4A to 4C, the barrier metal film 9 has been described as an example, but the Cu seed film 10 can be similarly processed.

また、上述した実施形態では、SOIウェハ上において、第2配線層を形成する場合を例にとって説明したが、層間絶縁膜、バリアメタル膜、めっきシード膜、電気めっき膜という組み合わせのプロセスであれば、多層配線でも本発明を適用することができる。   In the above-described embodiment, the case where the second wiring layer is formed on the SOI wafer has been described as an example. However, if the process is a combination of an interlayer insulating film, a barrier metal film, a plating seed film, and an electroplating film, The present invention can also be applied to multilayer wiring.

さらに、上述した実施形態では、半導体ウェハとしてSOIウェハを用いる例について説明したが、バルクウェハでも適用できる。   Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which the SOI wafer is used as the semiconductor wafer has been described. However, the present invention can also be applied to a bulk wafer.

また、めっきシード膜及び電気めっき膜をCuによって形成したが、その他の金属を用いても良いことはもちろんである。   Moreover, although the plating seed film and the electroplating film are formed of Cu, it is needless to say that other metals may be used.

(a)〜(c)は、実施形態による半導体ウェハの製造方法の一部の製造工程を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the one part manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor wafer by embodiment. (a)〜(d)は、図1(a)〜(c)に続く、半導体ウェハの製造方法の残りの製造工程を示す断面図である。(A)-(d) is sectional drawing which shows the remaining manufacturing processes of the manufacturing method of a semiconductor wafer following FIG.1 (a)-(c). 本実施形態による半導体ウェハの製造方法によって得られる、製造途中における半導体ウェハの状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the semiconductor wafer in the middle of manufacture obtained by the manufacturing method of the semiconductor wafer by this embodiment. (a)〜(c)は、変形例による、半導体ウェハの製造工程を説明するための断面図である。(A)-(c) is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor wafer by a modification. 従来のダマシン法によって層間絶縁膜に配線金属層を形成した場合の問題点について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the problem at the time of forming a wiring metal layer in an interlayer insulation film by the conventional damascene method.

符号の説明Explanation of symbols

1 ベース層
2 埋め込み酸化膜
3 SOI層
4 絶縁膜
5 第1配線層
6 層間絶縁膜
7 配線溝
8 外周テラス部
9 バリアメタル膜
10 Cuシード膜
11 Cuめっき膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base layer 2 Embedded oxide film 3 SOI layer 4 Insulating film 5 1st wiring layer 6 Interlayer insulating film 7 Wiring groove 8 Outer periphery terrace part 9 Barrier metal film 10 Cu seed film 11 Cu plating film

Claims (8)

ウェハ上に、コンタクトホールを含む配線溝が形成された層間絶縁膜、バリアメタル膜、金属めっき膜を順次形成する半導体ウェハであって、
当該ウェハの外周領域において、前記バリアメタル膜の端部は、前記層間絶縁膜の端部よりも前記ウェハの内側の位置で終端し、さらに、前記金属めっき膜の端部は、前記バリアメタル膜の端部よりも前記ウェハの内側の位置で終端していることを特徴とする半導体ウェハ。
A semiconductor wafer in which an interlayer insulating film in which a wiring groove including a contact hole is formed, a barrier metal film, and a metal plating film are sequentially formed on the wafer,
In the outer peripheral region of the wafer, the end of the barrier metal film is terminated at a position inside the wafer from the end of the interlayer insulating film, and the end of the metal plating film is the barrier metal film. The semiconductor wafer is terminated at a position inside the wafer with respect to the end of the wafer.
前記金属めっき膜は、前記バリアメタル膜上に形成されるめっきシード膜と、当該めっきシード膜上に形成される電気めっき膜とからなり、
前記めっきシード膜の端部は、前記バリアメタル膜の端部よりも前記ウェハの内側の位置で終端し、前記電気めっき膜の端部は、前記めっきシード膜の端部よりも前記ウェハの内側の位置で終端していることを特徴とする請求項1に記載の半導体ウェハ。
The metal plating film is composed of a plating seed film formed on the barrier metal film and an electroplating film formed on the plating seed film,
The end of the plating seed film is terminated at a position inside the wafer from the end of the barrier metal film, and the end of the electroplating film is inside the wafer from the end of the plating seed film. The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the semiconductor wafer ends at a position of
前記金属めっき膜はCuからなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体ウェハ。   The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the metal plating film is made of Cu. 前記層間絶縁膜は、TEOS膜、SOG膜、及びそれらを積層した積層膜のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の半導体ウェハ   4. The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the interlayer insulating film is one of a TEOS film, an SOG film, and a laminated film obtained by laminating them. 前記バリアメタル膜は、TiN,TiW,Ta,TaNのいずれかからな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ウェハ。   5. The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the barrier metal film is made of any one of TiN, TiW, Ta, and TaN. 前記ウェハは、内部に埋め込み絶縁膜を備えたSOIウェハであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体ウェハ。   The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the wafer is an SOI wafer having a buried insulating film therein. ウェハ上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、コンタクトホールを含む配線溝を形成する工程と、
端部が、前記層間絶縁膜の端部よりも前記ウェハの内側の位置で終端するように、前記層間絶縁膜上にバリアメタル膜を成膜する工程と、
端部が、前記バリアメタル膜の端部よりも前記ウェハの内側の位置で終端するように、前記バリアメタル膜上に金属めっき膜を成膜する工程と、
前記配線溝内に前記バリアメタル膜及び金属めっき膜が残り、かつ前記層間絶縁膜の表面が露出するように、前記バリアメタル膜及び金属めっき膜を研磨する工程とを備えることを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
Forming an interlayer insulating film on the wafer;
Forming a wiring groove including a contact hole in the interlayer insulating film;
Forming a barrier metal film on the interlayer insulating film such that the end ends at a position inside the wafer from the end of the interlayer insulating film;
Forming a metal plating film on the barrier metal film such that the end portion is terminated at a position inside the wafer from the end portion of the barrier metal film;
Polishing the barrier metal film and the metal plating film so that the barrier metal film and the metal plating film remain in the wiring trench and the surface of the interlayer insulating film is exposed. Wafer manufacturing method.
前記金属めっき膜の成膜工程は、前記バリアメタル膜上にめっきシード膜を成膜する工程と、前記めっきシード膜上に電気めっき膜を成膜する工程とからなり、
前記めっきシード膜の成膜工程では、当該めっきシード膜の端部が、前記バリアメタル膜の端部よりも前記ウェハの内側の位置で終端するように、前記めっきシード膜を成膜し、前記電気めっき膜の成膜工程では、当該電気めっき膜の端部が、前記めっきシード膜の端部よりも前記ウェハの内側の位置で終端するように、前記電気めっき膜を成膜することを特徴とする請求項7に記載の半導体ウェハの製造方法。
The metal plating film forming step includes a step of forming a plating seed film on the barrier metal film and a step of forming an electroplating film on the plating seed film.
In the plating seed film forming step, the plating seed film is formed such that an end of the plating seed film terminates at a position inside the wafer from an end of the barrier metal film, In the electroplating film forming step, the electroplating film is formed such that an end portion of the electroplating film is terminated at a position inside the wafer from an end portion of the plating seed film. A method for producing a semiconductor wafer according to claim 7.
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