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JP2012074608A - Wiring formation method - Google Patents

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JP2012074608A
JP2012074608A JP2010219469A JP2010219469A JP2012074608A JP 2012074608 A JP2012074608 A JP 2012074608A JP 2010219469 A JP2010219469 A JP 2010219469A JP 2010219469 A JP2010219469 A JP 2010219469A JP 2012074608 A JP2012074608 A JP 2012074608A
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JP
Japan
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film
wiring
layer
forming
barrier layer
Prior art date
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Application number
JP2010219469A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadahiro Ishizaka
忠大 石坂
Hiroshi Toshima
宏至 戸島
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

【課題】下層配線層と配線シード層との密着性を低下させないで高く維持することが可能な配線形成方法を提供する。
【解決手段】下層配線層4と絶縁性バリヤ層6と層間絶縁膜8と上層配線層が順次積層された被処理体に対して上層配線層と、連通配線層16とを形成する配線形成方法において、絶縁性バリヤ層を残した状態で連通ホール9Bを形成し、連通ホール内に犠牲膜を埋め込み、トレンチ9Aを形成するパターンマスク62を形成する前処理工程と、トレンチを形成するトレンチ形成工程と、犠牲膜60とパターンマスクとをアッシングするアッシング工程と、トレンチ内と連通ホール内に熱処理によりバリヤ層10を形成するバリヤ層形成工程と、異方性エッチングにより連通ホールの底部のバリヤ層と絶縁性バリヤ層とを除去する異方性エッチング工程と、配線シード層12を形成する配線シード層形成工程とを有する。
【選択図】図2
Provided is a wiring forming method capable of maintaining high adhesion without deteriorating adhesion between a lower wiring layer and a wiring seed layer.
A wiring forming method for forming an upper wiring layer and a communication wiring layer on an object to be processed in which a lower wiring layer, an insulating barrier layer, an interlayer insulating film, and an upper wiring layer are sequentially laminated. The pretreatment step of forming the communication hole 9B with the insulating barrier layer left, filling the sacrifice hole in the communication hole, and forming the pattern mask 62 for forming the trench 9A, and the trench formation step of forming the trench An ashing step for ashing the sacrificial film 60 and the pattern mask, a barrier layer forming step for forming the barrier layer 10 by heat treatment in the trench and the communication hole, and a barrier layer at the bottom of the communication hole by anisotropic etching, An anisotropic etching process for removing the insulating barrier layer and a wiring seed layer forming process for forming the wiring seed layer 12 are included.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、配線形成方法に係り、特に半導体ウエハ等の被処理体に薄膜の配線を形成する配線形成方法に関する。   The present invention relates to a wiring forming method, and more particularly to a wiring forming method for forming a thin film wiring on an object to be processed such as a semiconductor wafer.

一般に、半導体デバイスを製造するには、半導体ウエハに成膜処理やパターニングやドライエッチング処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造するが、半導体デバイスの更なる高集積化及び高微細化の要請より、線幅やホール径が益々微細化されている。そして、近年では配線層は、例えば8層構造など複数配線構造となっている。更に、配線材料や埋め込み材料としては、各種寸法の微細化により、より電気抵抗を小さくする必要から電気抵抗が非常に小さくて且つ安価である銅を用いる傾向にある(特許文献1)。そして、この配線材料や埋め込み材料として銅を用いる場合には、その下層との密着性等を考慮して、一般的にはタンタル金属(Ta)、チタン(Ti)、タンタル窒化膜(TaN)、チタン窒化膜(TiN)等がバリヤ層として用いられる。   In general, to manufacture a semiconductor device, a semiconductor device is repeatedly subjected to various processes such as film formation, patterning, and dry etching to manufacture a desired device. The line width and hole diameter are becoming more and more finer than ever. In recent years, the wiring layer has a multi-wiring structure such as an eight-layer structure. Furthermore, as the wiring material and the embedding material, there is a tendency to use copper that is very low in electrical resistance and inexpensive because it is necessary to reduce the electrical resistance by miniaturizing various dimensions (Patent Document 1). When copper is used as the wiring material or the embedding material, in general, in consideration of adhesion with the lower layer, tantalum metal (Ta), titanium (Ti), tantalum nitride film (TaN), A titanium nitride film (TiN) or the like is used as the barrier layer.

そして、上記凹部内を埋め込むには、まずプラズマスパッタ装置内にて、この凹部内の壁面全体を含むウエハ表面全面に銅膜よりなる薄い配線シード層を形成し、次にウエハ表面全体に銅メッキ処理を施すことにより、凹部内を完全に埋め込むようになっている。その後、ウエハ表面の余分な銅薄膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理等により研磨処理して取り除くようになっている(特許文献2)。   In order to fill the recess, first, in the plasma sputtering apparatus, a thin wiring seed layer made of a copper film is formed on the entire wafer surface including the entire wall surface in the recess, and then the copper plating is applied to the entire wafer surface. By applying the treatment, the inside of the recess is completely embedded. After that, the excess copper thin film on the wafer surface is removed by polishing by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like (Patent Document 2).

この点については図5を参照して説明する。図5は半導体ウエハの凹部の従来の埋め込み工程を示す図である。この半導体ウエハWは、例えばシリコン基板等よりなり、この表面に下層絶縁膜2、下層配線層4、拡散防止用の絶縁性バリヤ層6及び層間絶縁膜8が順次積層されている。上記下層配線層4は、例えば銅よりなり、予めパターン化されて埋め込まれている。上記絶縁性バリヤ層6は、例えばSiCN膜により形成され、下層絶縁膜2は、例えば SiCN膜により形成され、層間絶縁膜8は低誘電率材料である例えばSiOC膜やNCS(Nano Clustering Silica)膜等により形成されている。この半導体ウエハWに形成された、上記層間絶縁膜8の表面には、Single Damascene構造、Dual Damascene構造、三次元実装構造等の対象となるビアホールやスルーホールや溝(トレンチ)等に対応する凹部9が形成されており、この凹部9の底部には、絶縁性バリヤ層6がドライエッチングされて下層配線層4が露出状態となっている(図5(A)参照)。   This point will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a view showing a conventional embedding process of a recess of a semiconductor wafer. The semiconductor wafer W is made of, for example, a silicon substrate, and the lower insulating film 2, the lower wiring layer 4, the insulating barrier layer 6 for preventing diffusion, and the interlayer insulating film 8 are sequentially stacked on the surface. The lower wiring layer 4 is made of copper, for example, and is previously patterned and embedded. The insulating barrier layer 6 is formed of, for example, a SiCN film, the lower insulating film 2 is formed of, for example, a SiCN film, and the interlayer insulating film 8 is a low dielectric constant material such as a SiOC film or a NCS (Nano Clustering Silicon) film. Etc. are formed. On the surface of the interlayer insulating film 8 formed on the semiconductor wafer W, there is a recess corresponding to a via hole, a through hole, a trench, or the like, which is a target of a single damascene structure, a dual damascene structure, a three-dimensional mounting structure, or the like. 9 is formed, and the insulating barrier layer 6 is dry-etched at the bottom of the recess 9 to expose the lower wiring layer 4 (see FIG. 5A).

具体的には、この凹部9は、層間絶縁膜8の表面に細長く形成された断面凹状のトレンチ(溝)9Aと、このトレンチ9Aの底部の一部に形成された連通ホール9Bとよりなり、この連通ホール9Bがビアホールやスルーホールとなる。そして、この連通ホール9Bの底部に上記下層配線層4が露出しており、更なる下層の配線層やトランジスタ等の素子と電気的な接続を行うようになっている。なお、トランジスタ等の素子については図示を省略している。上記凹部4は設計ルールの微細化に伴ってその幅、或いは内径は例えば50nm程度と非常に小さくなっており、アスペクト比は例えば2〜4程度になっている。   Specifically, the recess 9 includes a trench (groove) 9A having an elongated cross-section formed on the surface of the interlayer insulating film 8 and a communication hole 9B formed in a part of the bottom of the trench 9A. This communication hole 9B becomes a via hole or a through hole. The lower wiring layer 4 is exposed at the bottom of the communication hole 9B, and is electrically connected to a further lower wiring layer and an element such as a transistor. Note that elements such as transistors are not shown. With the miniaturization of the design rule, the recess 4 has a very small width or inner diameter of about 50 nm, for example, and an aspect ratio of about 2 to 4, for example.

まず、この半導体ウエハWの表面には上記凹部9内の内面も含めてほぼ均一に例えばTa/TaN膜よりなるバリヤ層10がプラズマスパッタ装置にて形成される(図5(B)参照)。次に、プラズマスパッタ装置にて上記凹部9内の表面を含むウエハ表面全体に亘って金属膜として薄い銅膜よりなる配線シード層12を形成する(図5(C)参照)。次に上記ウエハ表面に銅メッキ処理を施すことにより上記凹部9内を例えば銅膜よりなる金属膜14で埋め込むようになっている(図5(D)参照)。これにより、連通ホール9A内には連通配線層16が形成され、トレンチ9Bには上層配線層18が形成されるようになる。ここでは連通配線層16と上層配線層18とは一体的に形成されている。その後は、上記ウエハ表面の余分な金属膜14、配線シード層12及びバリヤ層10を上記したCMP処理等を用いて研磨処理して取り除くことになる(図5(E)参照)。   First, a barrier layer 10 made of, for example, a Ta / TaN film is formed on the surface of the semiconductor wafer W substantially uniformly including the inner surface of the recess 9 by a plasma sputtering apparatus (see FIG. 5B). Next, a wiring seed layer 12 made of a thin copper film is formed as a metal film over the entire wafer surface including the surface in the recess 9 by a plasma sputtering apparatus (see FIG. 5C). Next, the recess 9 is filled with a metal film 14 made of, for example, a copper film by performing a copper plating process on the wafer surface (see FIG. 5D). As a result, the communication wiring layer 16 is formed in the communication hole 9A, and the upper wiring layer 18 is formed in the trench 9B. Here, the communication wiring layer 16 and the upper wiring layer 18 are integrally formed. Thereafter, the excess metal film 14, the wiring seed layer 12 and the barrier layer 10 on the wafer surface are removed by polishing using the above-described CMP process or the like (see FIG. 5E).

特開2000−077365号公報JP 2000-077365 A 特開2006−148075号公報JP 2006-148075 A

ところで、最近にあっては、線幅やホール径の更なる微細化が要請されて例えば現状の50nm程度の線幅やホール径から20〜30nm程度まで微細化することが求められている。また、各層の薄膜化によってアスペクト比も更に大きくなり、例えば10程度まで要求される傾向にある。   Recently, there has been a demand for further miniaturization of the line width and hole diameter, and for example, the current line width and hole diameter of about 50 nm are required to be reduced to about 20 to 30 nm. Further, the aspect ratio is further increased by reducing the thickness of each layer, and for example, it tends to be required up to about 10.

このように微細化された寸法の場合には、指向性の高いスパッタリングによる成膜処理では段差被覆性(ステップカバレジ)の特性がそれ程良好ではないことから、凹部9内の表面に薄膜を形成する際に、凹部9内の側壁等に十分に薄膜が堆積しない危惧が生ずる。そこで、スパッタリングによる成膜に替えて、段差被覆性の高いCVD(Chemical Vapor Deposition)処理や例えば原料ガスと反応ガスとを交互に流すALD(Atomic Layer Deposition)処理によって凹部9内へのバリヤ層10の薄膜形成を行うことが考えられる。   In the case of such a miniaturized dimension, the step coverage characteristic is not so good in the film forming process by sputtering with high directivity, so a thin film is formed on the surface in the recess 9. At this time, there is a concern that the thin film is not sufficiently deposited on the side wall or the like in the recess 9. Therefore, instead of film formation by sputtering, a barrier layer 10 in the recess 9 is formed by CVD (Chemical Vapor Deposition) processing with high step coverage or ALD (Atomic Layer Deposition) processing in which, for example, source gas and reaction gas are alternately flowed. It is conceivable to form a thin film.

しかしながら、上記CVD処理やALD処理の場合には、真空度が高くて清浄なスパッタ処理とは異なって、各種の成膜ガスを用いることから不純物が存在する。このため、Cu膜よりなる下層配線層4とバリヤ層10との界面が上記不純物により汚染されて界面の信頼性が損なわれて密着性が低下してしまう、という危惧があった。   However, in the case of the CVD process or the ALD process, impurities are present because various film forming gases are used, unlike the high-vacuum and clean sputtering process. For this reason, there is a concern that the interface between the lower wiring layer 4 made of a Cu film and the barrier layer 10 is contaminated by the impurities, the reliability of the interface is impaired, and the adhesion is lowered.

また、半導体デバイスの動作速度を向上させるために、層間絶縁膜のキャパシタを小さくする目的で、いわゆる低誘電率材料であるLow−k材料を用いることが行われており、更に誘電率をより下げるためにこのLow−k材料中に気泡、すなわち多数の空孔(ポーラス)を含ませることも行われている。この場合、空孔(ポーラス)が含まれたLow−k材料を層間絶縁膜8として用いた状態で、段差被覆性の良好な上記CVD処理やALD処理を用いてバリヤ膜を形成する場合には、上記ポーラス内に成膜ガスが染み込んでしまい、層間絶縁膜8とバリヤ層との密着が悪くなり、例えばCu等の配線層のバリヤ層の効果がなく、層間絶縁膜の絶縁性の性能の低下を引き起こす、という危惧もあった。   In order to improve the operation speed of the semiconductor device, a low-k material which is a so-called low dielectric constant material is used for the purpose of reducing the capacitor of the interlayer insulating film, and the dielectric constant is further lowered. For this reason, bubbles have been included in the low-k material, that is, a large number of pores (porous). In this case, when the barrier film is formed by using the CVD process or the ALD process having a good step coverage in a state where the low-k material containing the pores (porous) is used as the interlayer insulating film 8. Then, the film forming gas penetrates into the porous layer, and the adhesion between the interlayer insulating film 8 and the barrier layer is deteriorated. For example, there is no effect of the barrier layer of the wiring layer such as Cu, and the insulating performance of the interlayer insulating film is reduced. There was also a concern that it would cause a decline.

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明は、下層配線層と配線シード層との密着性を低下させないで高く維持することが可能な配線形成方法である。   The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them. The present invention is a wiring forming method that can maintain high adhesion without deteriorating the adhesion between a lower wiring layer and a wiring seed layer.

請求項1に係る発明は、被処理体上に下層配線層と絶縁性バリヤ層と層間絶縁膜と上層配線層が順次積層され、前記層間絶縁膜内に形成する連通ホール内に金属膜を埋め込んで前記上層配線層と前記下層配線層とを導通させる連通配線層を形成する配線形成方法において、前記絶縁性バリヤ層を残した状態で前記連通ホール内に犠牲膜を埋め込むと共に、前記層間絶縁膜内に前記上層配線層用のトレンチを形成するために前記犠牲膜上にフォトレジストによりパターンマスクを形成する前処理工程と、真空処理室内で前記パターンマスクをマスクとして前記被処理体に対してドライエッチング処理を施すことにより前記層間絶縁膜に前記トレンチを形成するトレンチ形成工程と、真空処理室内で前記犠牲膜と前記パターンマスクとをアッシングして除去するアッシング工程と、真空処理室内で前記トレンチ内の表面と前記連通ホール内の表面とを含む表面全体にALD又はCVD処理によりバリヤ層を形成するバリヤ層形成工程と、真空処理室内で異方性ドライエッチングを施すことにより前記連通ホールの底部に形成されている前記バリヤ層と前記絶縁性バリヤ層とを除去して前記下層配線層を露出させる異方性ドライエッチング工程と、真空処理室内で前記トレンチ内の表面と前記連通ホール内の表面とを含む表面全体に配線シード層を形成する配線シード層形成工程と、を有することを特徴とする配線形成方法である。   According to the first aspect of the present invention, a lower wiring layer, an insulating barrier layer, an interlayer insulating film, and an upper wiring layer are sequentially laminated on a target object, and a metal film is embedded in a communication hole formed in the interlayer insulating film. In the wiring forming method of forming a communication wiring layer for electrically connecting the upper wiring layer and the lower wiring layer, a sacrificial film is embedded in the communication hole with the insulating barrier layer left, and the interlayer insulating film A pre-processing step of forming a pattern mask with a photoresist on the sacrificial film to form a trench for the upper wiring layer in the interior; and a dry process for the object to be processed using the pattern mask as a mask in a vacuum processing chamber. A trench forming step of forming the trench in the interlayer insulating film by performing an etching process; and assembling the sacrificial film and the pattern mask in a vacuum processing chamber. An ashing step to be removed, a barrier layer forming step for forming a barrier layer on the entire surface including the surface in the trench and the surface in the communication hole in the vacuum processing chamber by ALD or CVD processing, and in the vacuum processing chamber. An anisotropic dry etching step of removing the barrier layer and the insulating barrier layer formed at the bottom of the communication hole by performing anisotropic dry etching to expose the lower wiring layer, and vacuum processing And a wiring seed layer forming step of forming a wiring seed layer over the entire surface including the surface in the trench and the surface in the communication hole.

このように、下層配線層と絶縁性バリヤ層と層間絶縁膜と上層配線層とが順次積層され、前記層間絶縁膜内に形成する連通ホール内に金属膜を埋め込んで前記上層配線層と前記下層配線層とを導通させる連通配線層とを形成する配線形成方法において、熱処理によりバリヤ層を形成する際には、下層配線層は絶縁性バリヤ層で覆った状態で行い、その後に異方性ドライエッチング処理によって連通ホールの底部のバリヤ層と絶縁性バリヤ層とを除去して下層配線層を露出させ、その後に、配線シード層を形成するようにしたので、下層配線層とこれに接する配線シード層との密着性を大幅に向上させることができる。   As described above, the lower wiring layer, the insulating barrier layer, the interlayer insulating film, and the upper wiring layer are sequentially laminated, and the metal film is embedded in the communication hole formed in the interlayer insulating film, so that the upper wiring layer and the lower layer are embedded. In a wiring forming method for forming a communication wiring layer that conducts with a wiring layer, when forming a barrier layer by heat treatment, the lower wiring layer is covered with an insulating barrier layer, and thereafter anisotropic drying is performed. The bottom layer of the communication hole and the insulating barrier layer are removed by the etching process to expose the lower layer wiring layer, and then the wiring seed layer is formed. Therefore, the lower layer wiring layer and the wiring seed in contact therewith are formed. Adhesion with the layer can be greatly improved.

請求項4に係る発明は、被処理体上に下層配線層と絶縁性バリヤ層と層間絶縁膜と上層配線層が順次積層され、前記層間絶縁膜内に形成する連通ホール内に金属膜を埋め込んで前記上層配線層と前記下層配線層とを導通させる連通配線層とを形成する配線形成方法において、前記絶縁性バリヤ層を残した状態で前記連通ホールを形成すると共に、前記層間絶縁膜内に前記上層配線層用のトレンチを形成するための金属含有材料よりなるパターンマスクを形成する前処理工程と、真空処理室内で前記パターンマスクをマスクとして前記被処理体に対してドライエッチング処理を施すことにより前記層間絶縁膜に前記トレンチを形成するトレンチ形成工程と、真空処理室内で前記トレンチ内の表面と前記連通ホール内の表面とを含む表面全体にALD又はCVD処理によりバリヤ層を形成するバリヤ層形成工程と、真空処理室内で異方性ドライエッチングを施すことにより前記連通ホールの底部に形成されている前記バリヤ層と前記絶縁性バリヤ層とを除去して前記下層配線層を露出させる異方性ドライエッチング工程と、真空処理室内で前記トレンチ内の表面と前記連通ホール内の表面とを含む表面全体に配線シード層を形成する配線シード層形成工程と、を有することを特徴とする配線形成方法である。   According to a fourth aspect of the present invention, a lower wiring layer, an insulating barrier layer, an interlayer insulating film, and an upper wiring layer are sequentially laminated on a workpiece, and a metal film is embedded in a communication hole formed in the interlayer insulating film. In the wiring forming method for forming a communication wiring layer for conducting the upper wiring layer and the lower wiring layer, the communication hole is formed with the insulating barrier layer left, and the interlayer insulating film is formed in the interlayer insulating film. A pretreatment step of forming a pattern mask made of a metal-containing material for forming the trench for the upper wiring layer, and a dry etching process on the object to be processed in the vacuum processing chamber using the pattern mask as a mask A trench is formed on the entire surface including the trench forming step of forming the trench in the interlayer insulating film, and the surface in the trench and the surface in the communication hole in the vacuum processing chamber. A barrier layer forming step of forming a barrier layer by D or CVD processing, and the barrier layer and the insulating barrier layer formed at the bottom of the communication hole by performing anisotropic dry etching in a vacuum processing chamber. An anisotropic dry etching process that removes and exposes the lower wiring layer, and a wiring seed layer formation that forms a wiring seed layer over the entire surface including the surface in the trench and the surface in the communication hole in a vacuum processing chamber A wiring formation method comprising: a step.

このように、下層配線層と絶縁性バリヤ層と層間絶縁膜と上層配線層とが順次積層され、前記層間絶縁膜内に形成する連通ホール内に金属膜を埋め込んで前記上層配線層と前記下層配線層とを導通させる連通配線層とを形成する配線形成方法において、熱処理によりバリヤ層を形成する際には、下層配線層は絶縁性バリヤ層で覆った状態で行い、その後に異方性ドライエッチング処理によって連通ホールの底部のバリヤ層と絶縁性バリヤ層とを除去して下層配線層を露出させ、その後に、配線シード層を形成するようにしたので、下層配線層とこれに接する配線シード層との密着性を大幅に向上させることができる。   As described above, the lower wiring layer, the insulating barrier layer, the interlayer insulating film, and the upper wiring layer are sequentially laminated, and the metal film is embedded in the communication hole formed in the interlayer insulating film, so that the upper wiring layer and the lower layer are embedded. In a wiring forming method for forming a communication wiring layer that conducts with a wiring layer, when forming a barrier layer by heat treatment, the lower wiring layer is covered with an insulating barrier layer, and thereafter anisotropic drying is performed. The bottom layer of the communication hole and the insulating barrier layer are removed by the etching process to expose the lower layer wiring layer, and then the wiring seed layer is formed. Therefore, the lower layer wiring layer and the wiring seed in contact therewith are formed. Adhesion with the layer can be greatly improved.

本発明に係る配線形成方法によれば、次のような優れた作用効果を発揮することができる。
下層配線層と絶縁性バリヤ層と層間絶縁膜と上層配線層とが順次積層され、前記層間絶縁膜内に形成する連通ホール内に金属膜を埋め込んで前記上層配線層と前記下層配線層とを導通させる連通配線層とを形成する配線形成方法において、熱処理によりバリヤ層を形成する際には、下層配線層は絶縁性バリヤ層で覆った状態で行い、その後に異方性ドライエッチング処理によって連通ホールの底部のバリヤ層と絶縁性バリヤ層とを除去して下層配線層を露出させ、その後に、配線シード層を形成するようにしたので、下層配線層とこれに接する配線シード層との密着性を大幅に向上させることができる。
According to the wiring forming method of the present invention, the following excellent effects can be exhibited.
A lower wiring layer, an insulating barrier layer, an interlayer insulating film, and an upper wiring layer are sequentially laminated, and a metal film is embedded in a communication hole formed in the interlayer insulating film to form the upper wiring layer and the lower wiring layer. In the wiring forming method for forming the conductive wiring layer to be conducted, when the barrier layer is formed by heat treatment, the lower wiring layer is covered with an insulating barrier layer, and thereafter the communication is performed by anisotropic dry etching. The barrier layer at the bottom of the hole and the insulating barrier layer are removed to expose the lower wiring layer, and then the wiring seed layer is formed, so that the lower wiring layer and the wiring seed layer in contact with the lower wiring layer are in close contact with each other Can greatly improve the performance.

本発明に係る配線形成方法の主要部を実施するための処理システムの一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the processing system for enforcing the principal part of the wiring formation method which concerns on this invention. 本発明に係る配線形成方法の第1実施例を示す工程図である。It is process drawing which shows 1st Example of the wiring formation method which concerns on this invention. 本発明に係る配線形成方法の第1実施例を示す工程図である。It is process drawing which shows 1st Example of the wiring formation method which concerns on this invention. 本発明の配線形成方法の第2実施例の要部を示す工程図である。It is process drawing which shows the principal part of 2nd Example of the wiring formation method of this invention. 半導体ウエハの凹部の従来の埋め込み工程を示す図である。It is a figure which shows the conventional embedding process of the recessed part of a semiconductor wafer.

以下に本発明に係る配線形成方法の一実施例を添付図面に基づいて説明する。
まず、本発明の配線形成方法を説明するに先立って、本発明の配線形成方法の主要部を実施するための処理システムについて説明する。図1は本発明に係る配線形成方法の主要部を実施するための処理システムの一例を示す概略構成図である。図1に示すように、この処理システム20は、第1の共通搬送室22と第2の共通搬送室24とを有している。両共通搬送室22、24は共にほぼ7角形状に成形されており、内部は真空雰囲気になされている。
Hereinafter, an embodiment of a wiring forming method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, before explaining the wiring forming method of the present invention, a processing system for carrying out the main part of the wiring forming method of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a processing system for carrying out the main part of the wiring forming method according to the present invention. As shown in FIG. 1, the processing system 20 includes a first common transfer chamber 22 and a second common transfer chamber 24. Both common transfer chambers 22 and 24 are formed in a substantially heptagon shape, and the inside is in a vacuum atmosphere.

上記第1及び第2の共通搬送室22、24内には、それぞれ屈伸及び旋回が可能になされた第1及び第2の搬送アーム26、28が設けられる。上記第1の共通搬送室22の一端側には、真空引き及び大気圧復帰が可能になされた一対のロードロック室30、32が、それぞれゲートバルブGを介して並列に設けられている。この一対のロードロック室30、32の反対側は、横長になされた大気側搬送室34の一側がそれぞれゲートバルブGを介して接続されている。この大気側搬送室34の他側には複数、図示例では3つのポート36が設けられており、このポート36にこの処理システム20に対して搬出入させる被処理体である半導体ウエハWを収容したカセット容器を載置するようになっている。   In the first and second common transfer chambers 22 and 24, there are provided first and second transfer arms 26 and 28 which can be bent and stretched, respectively. On one end side of the first common transfer chamber 22, a pair of load lock chambers 30, 32 that can be evacuated and returned to atmospheric pressure are provided in parallel via gate valves G, respectively. The opposite sides of the pair of load lock chambers 30 and 32 are connected to one side of the air-side transfer chamber 34 that is horizontally long via a gate valve G, respectively. A plurality of, in the illustrated example, three ports 36 are provided on the other side of the atmosphere-side transfer chamber 34, and a semiconductor wafer W that is an object to be processed to be carried into and out of the processing system 20 is accommodated in the port 36. A cassette container is placed.

また、この大気側搬送室34の長手方向の一端にはウエハWの位置合わせを行うオリエンタ39が設けられている。そして、この大気側搬送室34内には、その長手方向へ移動可能になされた大気側搬送アーム38が設けられており、上記ポート36、オリエンタ39とロードロック室30、32との間でウエハWの受け渡しができるようになっている。   An orienter 39 for aligning the wafer W is provided at one end in the longitudinal direction of the atmosphere-side transfer chamber 34. In the atmosphere-side transfer chamber 34, an atmosphere-side transfer arm 38 that is movable in the longitudinal direction is provided, and a wafer is provided between the port 36, the orienter 39, and the load lock chambers 30 and 32. W can be delivered.

一方、上記第1と第2の共通搬送室22、24間は、ゲートバルブGが一端に介在されてウエハを中継させる中継室40を介して接続されている。そして、上記第1の共通搬送室22には、それぞれゲートバルブGを介して第1及び第4の真空処理室42、48が接続されている。また上記第1及び第2の共通搬送室22、24間には、それぞれその両端にゲートバルブGを介して第2及び第5の真空処理室44、50が接続されている。上記第2及び第5の真空処理室44、50は、その間に中継室40を挟むようにして並列に設けられている。   On the other hand, the first and second common transfer chambers 22 and 24 are connected via a relay chamber 40 having a gate valve G interposed at one end and relaying the wafer. The first common transfer chamber 22 is connected to first and fourth vacuum processing chambers 42 and 48 via gate valves G, respectively. Further, between the first and second common transfer chambers 22 and 24, second and fifth vacuum processing chambers 44 and 50 are connected to both ends thereof via gate valves G, respectively. The second and fifth vacuum processing chambers 44 and 50 are provided in parallel so that the relay chamber 40 is sandwiched therebetween.

また上記第2の共通搬送室24には、それぞれゲートバルブGを介して第3、第6及び第7の真空処理室46、52、54が接続されている。第1及び第4の真空処理室42、48は第1の搬送アーム26によりアクセス可能になされている。また第3、第6及び第7の真空処理室46、52、54は第2の搬送アーム28によりアクセス可能になされている。更に、第2及び第5の真空処理室44、50と中継室40は、第1と第2の搬送アーム26、28が共に反対側からアクセス可能になされている。   The second common transfer chamber 24 is connected to third, sixth and seventh vacuum processing chambers 46, 52 and 54 through gate valves G, respectively. The first and fourth vacuum processing chambers 42 and 48 are accessible by the first transfer arm 26. Further, the third, sixth and seventh vacuum processing chambers 46, 52 and 54 are accessible by the second transfer arm 28. Further, the second and fifth vacuum processing chambers 44 and 50 and the relay chamber 40 are both accessible from the opposite sides of the first and second transfer arms 26 and 28.

上記第1の真空処理室42では、プラズマを用いてトレンチをドライエッチングにより形成したり、レジストマスクをアッシングにより除去したりする処理を行うようになっている。上記第2の真空処理室44では、層間絶縁膜中の空孔(ポーラス)をシーリングする封止処理を行うようになっている。上記第3の真空処理室46では、CVD処理やALD処理などの熱処理によりバリヤ層を形成するようになっている。ここでは後述するようにバリヤ層としてはTaCN膜が用いられる。   In the first vacuum processing chamber 42, a process of forming a trench by dry etching using plasma and removing a resist mask by ashing is performed. In the second vacuum processing chamber 44, a sealing process for sealing holes (porous) in the interlayer insulating film is performed. In the third vacuum processing chamber 46, a barrier layer is formed by heat treatment such as CVD processing or ALD processing. Here, as will be described later, a TaCN film is used as the barrier layer.

第4の真空処理室48では、プラズマを用いた異方性ドライエッチングにより凹部である連通ホール内の底部に形成されているバリヤ層や絶縁性バリヤ層を除去するようになっている。第5の真空処理室50では、プラズマ処理により連通ホールの底部を清浄化するためにArガスやH ガス等のプラズマによりクリーニング処理を行うようになっている。第6及び第7の真空処理室52、54では、配線シード層を形成するようになっている。ここでは、例えば配線シード層としてはRu膜とCu膜との積層膜を用いるようにしており、第6の真空処理室52ではRu膜を形成し、第7の真空処理室54ではCu膜を形成するようになっている。つまり、ドライエッチング処理、成膜処理を真空を介して行うことが出来る。従って、連通ホールやトレンチ内を大気に曝されることがないので、水分や酸化されることなく真空で処理が出来る。尚、上記各真空処理室の配置例は、単に一例を示したに過ぎず、これに限定されず、どのような配置形態を採用してもよい。 In the fourth vacuum processing chamber 48, the barrier layer and the insulating barrier layer formed at the bottom of the communication hole which is a recess are removed by anisotropic dry etching using plasma. In the fifth vacuum processing chamber 50, a cleaning process is performed using plasma such as Ar gas or H 2 gas in order to clean the bottom of the communication hole by plasma processing. In the sixth and seventh vacuum processing chambers 52 and 54, a wiring seed layer is formed. Here, for example, a laminated film of a Ru film and a Cu film is used as the wiring seed layer. In the sixth vacuum processing chamber 52, a Ru film is formed, and in the seventh vacuum processing chamber 54, a Cu film is formed. It comes to form. That is, the dry etching process and the film forming process can be performed through a vacuum. Therefore, since the inside of the communication hole or trench is not exposed to the atmosphere, the treatment can be performed in vacuum without moisture or oxidation. In addition, the example of arrangement | positioning of each said vacuum processing chamber is only an example, and is not limited to this, What kind of arrangement | positioning form may be employ | adopted.

そして、この処理システム20の全体は、例えばコンピュータ等よりなるシステム制御部56に接続されて制御される構成となっている。また上記システム制御部56は制御を行うコンピュータに読み取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体58を有している。この記憶媒体58は、例えばフレキシブルディスク、CD(Compact Disc)、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはDVD等よりなる。   The entire processing system 20 is connected to and controlled by a system control unit 56 such as a computer. The system control unit 56 has a storage medium 58 for storing a computer-readable program. The storage medium 58 includes, for example, a flexible disk, a CD (Compact Disc), a hard disk, a flash memory, or a DVD.

<配線形成方法>
次に、以上のように構成された処理システム20を用いて行う本発明の配線形成方法について図2及び図3も参照して説明する。図2は本発明に係る配線形成方法の第1実施例を示す工程図、図3は本発明に係る配線形成方法の第1実施例を示す工程図である。
<Wiring formation method>
Next, the wiring forming method of the present invention performed using the processing system 20 configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a process diagram showing a first embodiment of a wiring forming method according to the present invention, and FIG. 3 is a process diagram showing a first embodiment of the wiring forming method according to the present invention.

まず、この半導体ウエハWは、例えばシリコン基板等よりなり、図2(A)に示すように、このウエハWの表面に下層絶縁膜2、下層配線層4、拡散防止用の絶縁性バリヤ層6及び層間絶縁膜8が順次積層されている。上記下層配線層4は、例えば銅よりなり、予めパターン化されて埋め込まれている。上記絶縁性バリヤ層6は、例えばSiCN膜により形成され、下層絶縁膜2及び層間絶縁膜8は比誘電率が例えば3以下の低誘電率材料である。これは例えばSiOC膜やNCS(Nano Clustering Silica)膜やSiCOH膜、SiCN膜等により形成されている。ここではこの低誘電率材料中には、キャパシタを小さくするために多数の空孔(ポーラス)が含まれている。   First, the semiconductor wafer W is made of, for example, a silicon substrate or the like. As shown in FIG. 2A, a lower insulating film 2, a lower wiring layer 4, and an insulating barrier layer 6 for preventing diffusion are formed on the surface of the wafer W. And the interlayer insulation film 8 is laminated | stacked one by one. The lower wiring layer 4 is made of copper, for example, and is previously patterned and embedded. The insulating barrier layer 6 is formed of, for example, a SiCN film, and the lower insulating film 2 and the interlayer insulating film 8 are low dielectric constant materials having a relative dielectric constant of, for example, 3 or less. This is formed of, for example, a SiOC film, a NCS (Nano Clustering Silica) film, a SiCOH film, a SiCN film, or the like. Here, the low dielectric constant material contains a large number of pores in order to reduce the capacitor.

この半導体ウエハWに対しては、前記処理工程において、図2(B)に示すように上記層間絶縁膜8に対してフォトリソグラフィーを適用してドライエッチング処理を施すことにより連通ホール9Bを形成しておく。この場合、この連通ホール9Bの底部には絶縁性バリヤ層6が残された状態になっており、Cu膜よりなる下層配線層4は晒されていない。更に、図2(C)に示すように、ウエハWの表面全体に所定の厚さで有機平坦膜である犠牲膜60を施して上記連通ホール9B内の全体を上記犠牲膜60により埋め込むと共に表面全体を平坦化する。上記有機平坦膜である犠牲膜60は、C,H,F系の有機材料から成る。そして、この犠牲膜60上に、フォトレジストを塗布すると共に、これをパターン化してトレンチを形成するためのパターンマスク62を形成する。以上の処理により前処理工程が完了することになる。   For this semiconductor wafer W, in the processing step, as shown in FIG. 2B, the interlayer insulating film 8 is subjected to dry etching processing by applying photolithography to form a communication hole 9B. Keep it. In this case, the insulating barrier layer 6 is left at the bottom of the communication hole 9B, and the lower wiring layer 4 made of the Cu film is not exposed. Further, as shown in FIG. 2C, a sacrificial film 60, which is an organic flat film, is applied to the entire surface of the wafer W with a predetermined thickness so that the entire inside of the communication hole 9B is embedded with the sacrificial film 60 and the surface. Flatten the whole. The sacrificial film 60, which is an organic flat film, is made of a C, H, F-based organic material. Then, a photoresist is applied on the sacrificial film 60, and a pattern mask 62 for forming a trench is formed by patterning the photoresist. The pretreatment process is completed by the above processing.

以上のようにして前処理工程が完了したならば、この半導体ウエハWは、図1において説明した処理システム20に向けて搬送し、この処理システム20内で以下に説明する各工程が連続して行われることになる。この処理システム20内では、各真空処理室間におけるウエハWの搬送は真空雰囲気中で行われる。   When the pretreatment process is completed as described above, the semiconductor wafer W is transferred to the processing system 20 described with reference to FIG. 1, and each process described below is continuously performed in the processing system 20. Will be done. In the processing system 20, the wafer W is transferred between the vacuum processing chambers in a vacuum atmosphere.

まず、ウエハWは、処理システム20のポート36から大気側搬送アーム38によりシステム内に取り込まれ、オリエンタ39にて位置合わせ及び方向合わせを行った後に、ロードロック30、32を介して内部の真空雰囲気中に搬送されて行く。上記ウエハWは、まず第1の真空処理室42に搬送されて、ここで図2(D)に示すようなトレンチ形成工程が行われる。このトレンチ形成工程では、上記パターンマスク62をマスクとしてウエハWに対してドライエッチング処理が施され、これにより層間絶縁膜8が厚さ方向の途中まで削り取られることになってトレンチ(溝)9Aが形成される。このドライエッチング処理では、ドライエッチングガスとして例えばCF ガス等のフオロカーボン系のガスが用いられ、このドライエッチングガスは例えば高周波電力等により生成されたプラズマにより活性化された状態となっている。 First, the wafer W is taken into the system from the port 36 of the processing system 20 by the atmosphere-side transfer arm 38, aligned and oriented by the orienter 39, and then vacuumed inside through the load locks 30 and 32. It is transported into the atmosphere. The wafer W is first transferred to the first vacuum processing chamber 42, where a trench formation step as shown in FIG. 2D is performed. In this trench formation process, the wafer W is subjected to a dry etching process using the pattern mask 62 as a mask, whereby the interlayer insulating film 8 is scraped halfway in the thickness direction, thereby forming the trench (groove) 9A. It is formed. In this dry etching process, a fluorocarbon gas such as CF 4 gas is used as a dry etching gas, and this dry etching gas is activated by plasma generated by, for example, high frequency power.

このようにして、上記トレンチ9Aが形成されたならば、この第1の真空処理室42内で引き続きアッシング工程を行なう。このアッシング工程では、上記ドライエッチングガスの供給を停止して、例えばO やCO 等のプラズマ形成用のガスを流してプラズマを生成し、フォトレジストよりなる上記パターンマスク62や連通ホール9B内を埋め込んでいる犠牲膜60を灰化させて取り除く。これにより、図2(E)に示すようにトレンチ9Aと連通ホール9Bとよりなる凹部9が完全に形成されることになる。この場合、まだ連通ホール9Bの底部の絶縁性バリヤ層6は取り除かれておらず、下層配線層4は露出されていない状態となっている。尚、上記トレンチ工程とアッシング工程とをそれぞれ別々の真空処理室で行ってもよく、この場合にはウエハWは真空雰囲気中を搬送される。 After the trench 9A is formed in this way, the ashing process is continued in the first vacuum processing chamber 42. In this ashing process, the supply of the dry etching gas is stopped and a plasma forming gas such as O 2 or CO 2 is supplied to generate plasma, and the pattern mask 62 and the communication hole 9B made of photoresist are generated. The sacrificial film 60 having embedded therein is ashed and removed. Thereby, as shown in FIG. 2 (E), the recess 9 including the trench 9A and the communication hole 9B is completely formed. In this case, the insulating barrier layer 6 at the bottom of the communication hole 9B has not been removed, and the lower wiring layer 4 is not exposed. The trench process and the ashing process may be performed in separate vacuum processing chambers. In this case, the wafer W is transferred in a vacuum atmosphere.

上述のようにアッシング工程が完了したならば、次にウエハWを真空搬送を介して第2の真空処理室44へ搬送し、この第2の真空処理室44内で図2(F)に示すように封止工程を行なう。この封止工程では、低誘電率材料よりなる上記層間絶縁膜8の表面のポーラスを封止する。具体的には、例えばHexamethyl Disilazane(HMDS)等のシラン系のガスを流しつつ熱処理によりこのガスをウエハ表面に付着させてシールを行なう。或いは上記熱処理に替えて、例えばメタンガスを流してプラズマを生成することにより空孔(ポーラス)のメチル化処理してシールを行なうようにしてもよい。   When the ashing process is completed as described above, the wafer W is then transferred to the second vacuum processing chamber 44 via the vacuum transfer, and the second vacuum processing chamber 44 is shown in FIG. The sealing process is performed as described above. In this sealing step, the porous surface of the interlayer insulating film 8 made of a low dielectric constant material is sealed. Specifically, for example, this gas is adhered to the wafer surface by heat treatment while flowing a silane-based gas such as Hexamethyl Disilazane (HMDS), and sealing is performed. Alternatively, instead of the heat treatment, for example, methane gas may be flowed to generate plasma, so that pores (porous) are methylated and sealed.

これにより、層間絶縁膜8の表面のポーラスが封止されるので、後工程のALD成膜やCVD成膜の時に成膜ガスの染み込みが発生することを防止することが可能となり、層間絶縁膜とバリヤ層との密着性が良好となる。尚、この封止工程及び第2の真空処理室44は、層間絶縁膜8として空孔(ポーラス)を有さない低誘電率材料を用いた場合には、不要にすることができる。   As a result, the porous surface of the interlayer insulating film 8 is sealed, so that it is possible to prevent the infiltration of the film forming gas during the subsequent ALD film formation or CVD film formation. And the barrier layer have good adhesion. Note that the sealing step and the second vacuum processing chamber 44 can be omitted when a low dielectric constant material having no pores is used as the interlayer insulating film 8.

上述のように封止工程が終了したならば、次にウエハWを真空を介して第3の真空処理室46へ搬送し、この第3の真空処理室46内で図2(G)に示すようにバリヤ層形成工程を行なう。このバリヤ層形成工程では、スパッタ成膜装置を用いないで、段差被覆性に優れたCVD成膜や原料ガスと反応ガスとを交互に流して成膜するALD成膜によりバリヤ層10を熱処理装置により形成する。上記CVD成膜法やALD成膜法は段差被覆性に優れていることから、これによりウエハWの表面全体、すなわちトレンチ9Aの内面全体や連通ホール9Bの底面を含めた内面全体に上記バリヤ層10が十分な厚さで形成されることになる。   When the sealing process is completed as described above, the wafer W is then transferred to the third vacuum processing chamber 46 through a vacuum, and the third vacuum processing chamber 46 is shown in FIG. Thus, a barrier layer forming step is performed. In this barrier layer forming process, the sputtering apparatus is not used, and the barrier layer 10 is heat-treated by CVD film formation having excellent step coverage or ALD film formation by alternately flowing a source gas and a reactive gas. To form. Since the CVD film forming method and the ALD film forming method are excellent in step coverage, the barrier layer is formed on the entire surface of the wafer W, that is, the entire inner surface including the entire inner surface of the trench 9A and the bottom surface of the communication hole 9B. 10 is formed with a sufficient thickness.

ここで上記バリヤ層10としては、例えばTaCN膜を用いることができる。このTaCN膜を形成するには、原料ガスとして例えばTAIMATA(登録商標)を用い、反応ガスとして例えばH プラズマを用いることができる。このバリヤ層10の成膜の際、前述したように下地の層間絶縁膜8の表面は封止処理がすでになされているので、原料ガスや反応ガス等の成膜ガスがポーラスに染み込むことがなく、層間絶縁膜8の特性を高く維持することが可能となる。また下層配線層4は絶縁性バリヤ層6により覆われているので成膜ガスが下層配線層4に直接接触することはない。 Here, as the barrier layer 10, for example, a TaCN film can be used. In order to form this TaCN film, for example, TAIMATA (registered trademark) can be used as the source gas, and for example, H 2 plasma can be used as the reactive gas. When the barrier layer 10 is formed, since the surface of the underlying interlayer insulating film 8 has already been sealed as described above, the film forming gas such as the source gas or the reaction gas does not soak into the porous. Therefore, the characteristics of the interlayer insulating film 8 can be maintained high. Further, since the lower wiring layer 4 is covered with the insulating barrier layer 6, the deposition gas does not directly contact the lower wiring layer 4.

上述のようにバリヤ層形成工程が完了したならば、次にウエハWを真空を介して第4の真空処理室48へ搬送し、この第4の真空処理室48内で図2(H)に示すように異方性ドライエッチング工程を行なう。この異方性ドライエッチング工程では、上記連通ホール9Bの底部に形成されている上記バリヤ層10と上記絶縁性バリヤ層6とを除去して連通ホール4Bの底部にCu膜よりなる下層配線層4を露出させる。   When the barrier layer forming step is completed as described above, the wafer W is then transferred to the fourth vacuum processing chamber 48 via a vacuum, and FIG. An anisotropic dry etching process is performed as shown. In this anisotropic dry etching process, the barrier layer 10 and the insulating barrier layer 6 formed at the bottom of the communication hole 9B are removed, and the lower wiring layer 4 made of a Cu film is formed at the bottom of the communication hole 4B. To expose.

この異方性ドライエッチング工程では、ドライエッチングガスとしては例えばCF 等のCF系ガスを用い、プラズマを生成してドライエッチング処理を行なう。またドライエッチングに際しては、ウエハWを保持する載置台に対して高周波電力のバイアス電力を印加することにより、ガスイオンをウエハWの表面に対して垂直方向から引き込むように作用させて異方性ドライエッチングを行なう。これにより、従来のように大気に曝されず、真空を介してドライエッチングが出来るので上述のように連通ホール4Bの底部に位置するバリヤ層10及び絶縁性バリヤ層6が効果的に除去されることになる。 In this anisotropic dry etching process, a dry etching process is performed by generating plasma using a CF-based gas such as CF 4 as a dry etching gas. In dry etching, a bias power of a high frequency power is applied to a mounting table that holds the wafer W so that gas ions are drawn from the surface of the wafer W from the vertical direction, thereby performing anisotropic dry etching. Etching is performed. As a result, the barrier layer 10 and the insulating barrier layer 6 located at the bottom of the communication hole 4B are effectively removed as described above because dry etching can be performed through vacuum without being exposed to the atmosphere as in the prior art. It will be.

上述のように異方性ドライエッチング工程が完了したならば、次にウエハWを真空を介して第5の真空処理室50へ搬送し、この第5の真空処理室50内で図3(A)に示すようにクリーニング工程を行なう。このクリーニング工程では連通ホール9B内の底面に存在する残渣を取り除いて底面を清浄化する。具体的には、H ガスを供給しつつプラズマを生成することによってクリーニングしてクリーニング処理を行なうことになる。このクリーニング工程及び第5の真空処理室50は、連通ホール9Bの底部の清浄度が高い場合には、省略することができる。 When the anisotropic dry etching process is completed as described above, the wafer W is then transferred to the fifth vacuum processing chamber 50 through a vacuum, and the process shown in FIG. The cleaning process is performed as shown in FIG. In this cleaning step, the residue present on the bottom surface in the communication hole 9B is removed to clean the bottom surface. Specifically, cleaning is performed by generating plasma while supplying H 2 gas. This cleaning step and the fifth vacuum processing chamber 50 can be omitted when the cleanliness of the bottom of the communication hole 9B is high.

上述のようにクリーニング工程が完了したならば、次にウエハWを真空を介して第6の真空処理室52及び第7の真空処理室54へ順次搬送し、図3(B)に示すように配線シード層形成工程を行なう。この配線シード層形成工程では、ウエハの表面全体、すなわちトレンチ9Aの内面全体や連通ホール9Bの底部を含めた内面全体に配線シード層12を形成する。この場合、前述したように連通ホール9Bの底部には、Cu膜よりなる下層配線層4が露出状態になっていたので、この底部では下層配線層4と配線シード層12とが直接的に接触して接合されることになる。   When the cleaning process is completed as described above, the wafer W is then sequentially transferred to the sixth vacuum processing chamber 52 and the seventh vacuum processing chamber 54 via a vacuum, as shown in FIG. A wiring seed layer forming step is performed. In this wiring seed layer forming step, the wiring seed layer 12 is formed on the entire wafer surface, that is, the entire inner surface of the trench 9A and the entire inner surface including the bottom of the communication hole 9B. In this case, as described above, since the lower wiring layer 4 made of the Cu film is exposed at the bottom of the communication hole 9B, the lower wiring layer 4 and the wiring seed layer 12 are in direct contact with each other at the bottom. Will be joined.

ここで上記配線シード層12としては、ここではRu膜とCu膜との積層膜を用いており、そのため第6の真空処理室52でRu膜を形成し、次に真空を介して第7の真空処理室54でCu膜を形成するようにしている。第6の真空処理室52では、例えば原料ガスとしてRu (CO)12を用いて、これを例えばCOよりなるキャリアガスで運んでCDV処理によりRu膜を形成することができる。第7の真空処理室54では、プラズマスパッタ(PVD)によりCu膜を形成したり、或いはCu含有有機原料ガスを用いてCVD処理やALD処理によりCu膜を形成することができる。 Here, as the wiring seed layer 12, a laminated film of a Ru film and a Cu film is used here. Therefore, a Ru film is formed in the sixth vacuum processing chamber 52, and then a seventh film is formed via a vacuum. A Cu film is formed in the vacuum processing chamber 54. In the sixth vacuum processing chamber 52, for example, Ru 3 (CO) 12 is used as a source gas, and this is carried by a carrier gas made of CO, for example, and a Ru film can be formed by CDV processing. In the seventh vacuum processing chamber 54, a Cu film can be formed by plasma sputtering (PVD), or a Cu film can be formed by CVD processing or ALD processing using a Cu-containing organic source gas.

上述のようにして配線シード層形成工程が完了したならば、このウエハWを処理システム20から取り出して、次のメッキ工程へ移行することになる。このメッキ工程では、図3(C)に示すように上記ウエハ表面の配線シード層12上に銅メッキ処理を施すことにより連通ホール9B及びトレンチ9Aを含む上記凹部9内を例えば銅膜よりなる金属膜14で埋め込むようになっている。これにより、連通ホール9A内には連通配線層16が形成され、トレンチ9Bには上層配線層18が形成されるようになる。ここでは連通配線層16と上層配線層18とは一体的に形成されている。その後は、図3(D)に示すようにCMP工程へ移行し、上記ウエハ表面の余分な金属膜14、配線シード層12及びバリヤ層10を上記したCMP処理等を用いて研磨処理して取り除くことになる。   When the wiring seed layer forming process is completed as described above, the wafer W is taken out of the processing system 20 and the process proceeds to the next plating process. In this plating step, as shown in FIG. 3C, a copper plating process is performed on the wiring seed layer 12 on the surface of the wafer so that the inside of the recess 9 including the communication hole 9B and the trench 9A is made of, for example, a metal made of a copper film. The film 14 is embedded. As a result, the communication wiring layer 16 is formed in the communication hole 9A, and the upper wiring layer 18 is formed in the trench 9B. Here, the communication wiring layer 16 and the upper wiring layer 18 are integrally formed. Thereafter, the process proceeds to a CMP process as shown in FIG. 3D, and the excess metal film 14, the wiring seed layer 12 and the barrier layer 10 on the wafer surface are removed by polishing using the above-described CMP process or the like. It will be.

以上のようにして配線形成が完了することになる。このようにALD法やCVD法によりバリヤ層10を形成する際には、連通ホール9Bの底部のCu膜よりなる下層配線層4は絶縁性バリヤ層6により覆われているので、ALD法やCVD法を行なう時の原料ガス等に下層配線層4の表面が曝されることがない。そして、連通ホール9Bの底部のバリヤ層10及び絶縁性バリヤ層6をドライエッチングで除去して下層配線層4を露出させた後に配線シード層12を形成するようにしたので、下層配線層4と配線シード層12との密着性を高く維持することができる。   The wiring formation is completed as described above. Thus, when the barrier layer 10 is formed by the ALD method or the CVD method, since the lower wiring layer 4 made of the Cu film at the bottom of the communication hole 9B is covered with the insulating barrier layer 6, the ALD method or the CVD method is used. The surface of the lower wiring layer 4 is not exposed to the source gas or the like when performing the method. Then, the barrier layer 10 and the insulating barrier layer 6 at the bottom of the communication hole 9B are removed by dry etching to expose the lower wiring layer 4, and then the wiring seed layer 12 is formed. Adhesion with the wiring seed layer 12 can be maintained high.

このように、本発明によれば、下層配線層4と絶縁性バリヤ層6と層間絶縁膜8と上層配線層18とが順次積層され、前記層間絶縁膜8内に形成する連通ホール9B内に金属膜を埋め込んで前記上層配線層18と前記下層配線層4とを導通させる連通配線層16とを形成する配線形成方法において、熱処理によりバリヤ層10を形成する際には、下層配線層4は絶縁性バリヤ層6で覆った状態で行い、その後に異方性ドライエッチング処理によって連通ホール9Bの底部のバリヤ層と絶縁性バリヤ層6とを除去して下層配線層4を露出させ、その後に、配線シード層12を形成するようにしたので、下層配線層4とこれに接する配線シード層12との密着性を大幅に向上させることができる。   As described above, according to the present invention, the lower wiring layer 4, the insulating barrier layer 6, the interlayer insulating film 8, and the upper wiring layer 18 are sequentially stacked, and the communication holes 9 B formed in the interlayer insulating film 8 are formed. In the wiring forming method of forming the interconnecting wiring layer 16 that embeds a metal film and makes the upper wiring layer 18 and the lower wiring layer 4 conductive, when the barrier layer 10 is formed by heat treatment, the lower wiring layer 4 Then, the insulating barrier layer 6 is covered, and thereafter the barrier layer 6 and the insulating barrier layer 6 at the bottom of the communication hole 9B are removed by anisotropic dry etching to expose the lower wiring layer 4, and thereafter Since the wiring seed layer 12 is formed, the adhesion between the lower wiring layer 4 and the wiring seed layer 12 in contact with the lower wiring layer 4 can be greatly improved.

また層間絶縁膜8を空孔(ポーラス)を含む低誘電率材料で形成した場合には、アッシング工程の後に図2(F)に示すように封止工程を行って空孔(ポーラス)を封止しているので、この後工程で段差被覆性に優れるALD法やCVD法を行っても、ポーラス内に成膜ガス等が侵入することを防止できる。この結果、層間絶縁膜8の比誘電率が低下することを防止でき、この膜特性を高く維持することができる。
更には、トレンチ9Aの部分は、第1の真空処理室42内の真空雰囲気中で形成されることから、このトレンチ9A内は直接的に大気に晒されることはなく、このトレンチ9A内に臨む層間絶縁膜8の表面が大気中から吸湿等することを防止できる。従って、この分、層間絶縁膜8の膜特性を更に高く維持することができる。
In the case where the interlayer insulating film 8 is formed of a low dielectric constant material including pores, a sealing step is performed as shown in FIG. 2F after the ashing step to seal the pores. Therefore, even if an ALD method or a CVD method having excellent step coverage is performed in the subsequent process, it is possible to prevent the deposition gas or the like from entering the porous body. As a result, it is possible to prevent the relative dielectric constant of the interlayer insulating film 8 from being lowered, and this film characteristic can be maintained high.
Furthermore, since the trench 9A is formed in the vacuum atmosphere in the first vacuum processing chamber 42, the trench 9A is not directly exposed to the atmosphere, but faces the trench 9A. It is possible to prevent the surface of the interlayer insulating film 8 from absorbing moisture from the atmosphere. Therefore, the film characteristics of the interlayer insulating film 8 can be kept higher by this amount.

<第2実施例>
次に本発明の配線形成方法の第2実施例について説明する。先の第1実施例では、前処理工程で連通ホール9B内に犠牲膜60を埋め込んで、これを第1の真空処理室内でトレンチ形成後のアッシング処理により除去するようにしたが、この第2実施例では有機平坦膜である犠牲膜を用いないようにしてアッシング処理を省略するようにしている。図4はこのような本発明の配線形成方法の第2実施例の要部を示す工程図である。尚、図2及び図3に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the wiring forming method of the present invention will be described. In the previous first embodiment, the sacrificial film 60 is embedded in the communication hole 9B in the pretreatment step, and this is removed by ashing after trench formation in the first vacuum processing chamber. In the embodiment, the sacrificial film which is an organic flat film is not used and the ashing process is omitted. FIG. 4 is a process diagram showing the main part of the second embodiment of the wiring forming method of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この第2実施例では、前処理工程において図4(A)に示すように層間絶縁膜8上に、エッチングストッパ膜70及び金属含有材料よりなるマスクパターン72を順次予め形成しておき、これに連通ホール9Bを形成する。このエッチングストッパ膜70は、上記マスクパターン72をパターン化して形成する際のエッチングストッパとして機能するものである。またマスクパターン72は、後にトレンチを形成する際のマスクとして機能するものである。上記エッチングストッパ膜70Bは、例えばTEOS膜により構成される。また上記マスクパターン72は、例えばTiN膜により構成される。   In the second embodiment, an etching stopper film 70 and a mask pattern 72 made of a metal-containing material are sequentially formed in advance on the interlayer insulating film 8 as shown in FIG. A communication hole 9B is formed. The etching stopper film 70 functions as an etching stopper when the mask pattern 72 is formed by patterning. The mask pattern 72 functions as a mask for forming a trench later. The etching stopper film 70B is made of, for example, a TEOS film. The mask pattern 72 is made of, for example, a TiN film.

前処理工程において図4(A)に示すように形成されたならば、このウエハWは図1に示す処理システム20内へ搬入されることになる。そして、このウエハWに対して、第1の真空処理室42内でトレンチ形成工程が行われる。すなわち、図4(B)に示すようにここでマスクパターン72をマスクとしてドライエッチング工程を施すことにより、層間絶縁膜8の厚さ方向の途中まで除去してトレンチ9Aを形成する。その後は、ウエハ上にはフォトレジストが存在しないことから、アッシング処理を施すことなく、真空雰囲気を介して搬送されて図4(C)に示すように封止工程へ移行することになる。   If the wafer W is formed as shown in FIG. 4A in the preprocessing step, the wafer W is loaded into the processing system 20 shown in FIG. Then, a trench forming process is performed on the wafer W in the first vacuum processing chamber 42. That is, as shown in FIG. 4B, by performing a dry etching process using the mask pattern 72 as a mask here, the interlayer insulating film 8 is partially removed in the thickness direction to form a trench 9A. Thereafter, since there is no photoresist on the wafer, the wafer is transported through a vacuum atmosphere without performing an ashing process, and the process proceeds to a sealing process as shown in FIG.

これ以降の処理は、図2(G)〜図2(H)及び図3(A)〜図3(D)に示す第1実施例の場合と同じである。尚、上記TiN膜よりなるマスクパターン72及びエッチングストッパ膜70はCMP処理により除去すればよいし、或いは残してもよい。この第2実施例の場合にも、先の第1実施例と同様な作用効果を発揮することができる。また、この第2実施例の場合には、先の第1実施例の場合よりも処理システム20内で行われる各工程の内のアッシング工程を省略することができる。   The subsequent processing is the same as in the case of the first embodiment shown in FIGS. 2 (G) to 2 (H) and FIGS. 3 (A) to 3 (D). The mask pattern 72 made of the TiN film and the etching stopper film 70 may be removed by CMP processing or may be left. In the case of the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be exhibited. In the case of the second embodiment, the ashing process among the processes performed in the processing system 20 can be omitted as compared with the case of the first embodiment.

尚、上記各実施例においては、バリヤ層10としてTaCN膜を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、バリヤ層10としては、Ti膜、TiN膜、Ta膜、TaN膜、TaCN膜、W(タングステン)膜、WN膜、Zr膜よりなる群から選択される1以上の膜の単層構造、或いは積層構造を用いることができる。   In each of the above embodiments, a case where a TaCN film is used as the barrier layer 10 has been described as an example. However, the barrier layer 10 is not limited thereto, and the barrier layer 10 may be a Ti film, a TiN film, a Ta film, a TaN film, A single layer structure or a laminated structure of one or more films selected from the group consisting of a TaCN film, a W (tungsten) film, a WN film, and a Zr film can be used.

また上記各実施例においては、配線シード層としてRu膜とCu膜との積層膜を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、配線シード層としては、Cu膜、Ru膜、Ru膜とCu膜との積層膜、Co膜、Co膜とCu膜との積層膜よりなる群より選択される1の膜を用いることができる。この場合、上記Cu膜には、純Cu膜の他に、Cu合金膜(Al、Mn、Mg、Sn、Pb、Zn、Pt、Au、Ag、Ni、Co等がCu中に含まれる)やSi、C、P、B等の不純物が添加されたCu膜が含まれる。   In each of the above embodiments, the case where a laminated film of a Ru film and a Cu film is used as the wiring seed layer has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the wiring seed layer includes a Cu film, a Ru film, One film selected from the group consisting of a laminated film of a Ru film and a Cu film, a Co film, and a laminated film of a Co film and a Cu film can be used. In this case, in addition to the pure Cu film, the Cu film includes a Cu alloy film (Al, Mn, Mg, Sn, Pb, Zn, Pt, Au, Ag, Ni, Co, etc. are contained in Cu), A Cu film to which impurities such as Si, C, P, and B are added is included.

また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板やGaAs、SiC、GaNなどの化合物半導体基板も含まれ、更にはこれらの基板に限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。   Although the semiconductor wafer is described as an example of the object to be processed here, the semiconductor wafer includes a silicon substrate and a compound semiconductor substrate such as GaAs, SiC, GaN, and the like, and is not limited to these substrates. The present invention can also be applied to glass substrates, ceramic substrates, and the like used in display devices.

2 下部絶縁膜
4 下層配線層
6 絶縁性バリヤ層
8 層間絶縁膜
9 凹部
9A トレンチ(溝)
9B 連通ホール
10 バリヤ層
12 配線シード層
16 連通配線層
18 上層配線層
20 処理システム
22、24 共通搬送室
42〜54 真空処理室
60 犠牲膜
62 マスクパターン
72 金属含有材料のマスクパターン
W 半導体ウエハ(被処理体)
2 Lower insulating film 4 Lower wiring layer 6 Insulating barrier layer 8 Interlayer insulating film 9 Recess 9A Trench (groove)
9B communication hole 10 barrier layer 12 wiring seed layer 16 communication wiring layer 18 upper wiring layer 20 processing system 22, 24 common transfer chamber 42-54 vacuum processing chamber 60 sacrificial film 62 mask pattern 72 mask pattern of metal-containing material W semiconductor wafer ( Processed object)

Claims (10)

被処理体上に下層配線層と絶縁性バリヤ層と層間絶縁膜と上層配線層が順次積層され、前記層間絶縁膜内に形成する連通ホール内に金属膜を埋め込んで前記上層配線層と前記下層配線層とを導通させる連通配線層を形成する配線形成方法において、
前記絶縁性バリヤ層を残した状態で前記連通ホール内に犠牲膜を埋め込むと共に、前記層間絶縁膜内に前記上層配線層用のトレンチを形成するために前記犠牲膜上にフォトレジストによりパターンマスクを形成する前処理工程と、
真空処理室内で前記パターンマスクをマスクとして前記被処理体に対してドライエッチング処理を施すことにより前記層間絶縁膜に前記トレンチを形成するトレンチ形成工程と、
真空処理室内で前記犠牲膜と前記パターンマスクとをアッシングして除去するアッシング工程と、
真空処理室内で前記トレンチ内の表面と前記連通ホール内の表面とを含む表面全体にALD又はCVD処理によりバリヤ層を形成するバリヤ層形成工程と、
真空処理室内で異方性ドライエッチングを施すことにより前記連通ホールの底部に形成されている前記バリヤ層と前記絶縁性バリヤ層とを除去して前記下層配線層を露出させる異方性ドライエッチング工程と、
真空処理室内で前記トレンチ内の表面と前記連通ホール内の表面とを含む表面全体に配線シード層を形成する配線シード層形成工程と、
を有することを特徴とする配線形成方法。
A lower wiring layer, an insulating barrier layer, an interlayer insulating film, and an upper wiring layer are sequentially laminated on the object to be processed, and a metal film is embedded in a communication hole formed in the interlayer insulating film, so that the upper wiring layer and the lower layer are embedded. In the wiring formation method of forming a communication wiring layer that conducts with the wiring layer,
A sacrificial film is embedded in the communication hole with the insulating barrier layer left, and a pattern mask is formed on the sacrificial film with a photoresist to form a trench for the upper wiring layer in the interlayer insulating film. A pretreatment step to form;
A trench forming step of forming the trench in the interlayer insulating film by performing a dry etching process on the object to be processed using the pattern mask as a mask in a vacuum processing chamber;
An ashing step of ashing and removing the sacrificial film and the pattern mask in a vacuum processing chamber;
A barrier layer forming step of forming a barrier layer on the entire surface including the surface in the trench and the surface in the communication hole in a vacuum processing chamber by ALD or CVD;
An anisotropic dry etching step of exposing the lower wiring layer by removing the barrier layer and the insulating barrier layer formed at the bottom of the communication hole by performing anisotropic dry etching in a vacuum processing chamber When,
A wiring seed layer forming step of forming a wiring seed layer over the entire surface including the surface in the trench and the surface in the communication hole in a vacuum processing chamber;
A wiring formation method comprising:
前記層間絶縁膜は、ポーラスを有する低誘電率材料よりなり、前記アッシング工程と前記バリヤ層形成工程との間に真空処理室内で前記ポーラスを封止するための封止工程を前記アッシング工程から真空を介して行うことを特徴とする請求項1記載の配線形成方法。 The interlayer insulating film is made of a low dielectric constant material having a porosity, and a sealing process for sealing the porous in a vacuum processing chamber between the ashing process and the barrier layer forming process is vacuumed from the ashing process. The wiring forming method according to claim 1, wherein the wiring forming method is performed via a wiring. 前記トレンチ形成工程と前記アッシング工程とは、同一の真空処理室内で行われることを特徴とする請求項1又は2記載の配線形成方法。 The wiring formation method according to claim 1, wherein the trench formation step and the ashing step are performed in the same vacuum processing chamber. 被処理体上に下層配線層と絶縁性バリヤ層と層間絶縁膜と上層配線層が順次積層され、前記層間絶縁膜内に形成する連通ホール内に金属膜を埋め込んで前記上層配線層と前記下層配線層とを導通させる連通配線層とを形成する配線形成方法において、
前記絶縁性バリヤ層を残した状態で前記連通ホールを形成すると共に、前記層間絶縁膜内に前記上層配線層用のトレンチを形成するための金属含有材料よりなるパターンマスクを形成する前処理工程と、
真空処理室内で前記パターンマスクをマスクとして前記被処理体に対してドライエッチング処理を施すことにより前記層間絶縁膜に前記トレンチを形成するトレンチ形成工程と、
真空処理室内で前記トレンチ内の表面と前記連通ホール内の表面とを含む表面全体にALD又はCVD処理によりバリヤ層を形成するバリヤ層形成工程と、
真空処理室内で異方性ドライエッチングを施すことにより前記連通ホールの底部に形成されている前記バリヤ層と前記絶縁性バリヤ層とを除去して前記下層配線層を露出させる異方性ドライエッチング工程と、
真空処理室内で前記トレンチ内の表面と前記連通ホール内の表面とを含む表面全体に配線シード層を形成する配線シード層形成工程と、
を有することを特徴とする配線形成方法。
A lower wiring layer, an insulating barrier layer, an interlayer insulating film, and an upper wiring layer are sequentially laminated on the object to be processed, and a metal film is embedded in a communication hole formed in the interlayer insulating film, so that the upper wiring layer and the lower layer are embedded. In the wiring formation method of forming a communication wiring layer that conducts with the wiring layer,
A pre-processing step of forming the communication hole with the insulating barrier layer left, and forming a pattern mask made of a metal-containing material for forming the trench for the upper wiring layer in the interlayer insulating film; ,
A trench forming step of forming the trench in the interlayer insulating film by performing a dry etching process on the object to be processed using the pattern mask as a mask in a vacuum processing chamber;
A barrier layer forming step of forming a barrier layer on the entire surface including the surface in the trench and the surface in the communication hole in a vacuum processing chamber by ALD or CVD;
An anisotropic dry etching step of exposing the lower wiring layer by removing the barrier layer and the insulating barrier layer formed at the bottom of the communication hole by performing anisotropic dry etching in a vacuum processing chamber When,
A wiring seed layer forming step of forming a wiring seed layer over the entire surface including the surface in the trench and the surface in the communication hole in a vacuum processing chamber;
A wiring formation method comprising:
前記層間絶縁膜は、ポーラスを有する低誘電率材料よりなり、前記トレンチ形成工程と前記バリヤ層形成工程との間に真空処理室内で前記ポーラスを封止するための封止工程を行うことを特徴とする請求項4記載の配線形成方法。 The interlayer insulating film is made of a low dielectric constant material having a porous material, and a sealing process for sealing the porous material in a vacuum processing chamber is performed between the trench forming process and the barrier layer forming process. The wiring forming method according to claim 4. 前記異方性ドライエッチング工程と前記配線シード層形成工程との間に真空処理室内で前記連通ホールの底面を清浄化するクリーニング工程を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の配線形成方法。 6. A cleaning process for cleaning a bottom surface of the communication hole in a vacuum processing chamber between the anisotropic dry etching process and the wiring seed layer forming process. The wiring formation method of description. 前記配線シード層は、Cu膜、Ru膜、Ru膜とCu膜との積層膜、Co膜、Co膜とCu膜との積層膜よりなる群より選択される1の膜よりなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の配線形成方法。 The wiring seed layer is made of one film selected from the group consisting of a Cu film, a Ru film, a laminated film of a Ru film and a Cu film, a Co film, and a laminated film of a Co film and a Cu film. The wiring formation method according to any one of claims 1 to 6. 前記バリヤ層は、Ti膜、TiN膜、Ta膜、TaN膜、TaCN膜、W(タングステン)膜、WN膜、Zr膜よりなる群から選択される1以上の膜の単層構造、或いは積層構造よりなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の配線形成方法。 The barrier layer is a single layer structure or a laminated structure of one or more films selected from the group consisting of a Ti film, a TiN film, a Ta film, a TaN film, a TaCN film, a W (tungsten) film, a WN film, and a Zr film. The wiring forming method according to claim 1, further comprising: 前記各真空処理室間の前記被処理体の搬送は、真空雰囲気中を介して前記被処理体を搬送することにより行われることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の配線形成方法。 The said to-be-processed object between the said each vacuum processing chamber is performed by conveying the to-be-processed object through the inside of a vacuum atmosphere, The Claim 1 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. Wiring formation method. 前記配線シード層形成工程の後に、前記トレンチ内と前記連通ホール内を埋め込むメッキ処理を行うメッキ工程と、前記被処理体上の余分な層を除去するCMP工程とを行うことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の配線形成方法。 The plating process for performing a plating process for filling the trench and the communication hole and the CMP process for removing an extra layer on the object to be processed are performed after the wiring seed layer forming process. Item 10. The wiring forming method according to any one of Items 1 to 9.
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