JP2001160590A - Method of forming wiring and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of forming wiring and method of manufacturing semiconductor device

Info

Publication number
JP2001160590A
JP2001160590A JP34107699A JP34107699A JP2001160590A JP 2001160590 A JP2001160590 A JP 2001160590A JP 34107699 A JP34107699 A JP 34107699A JP 34107699 A JP34107699 A JP 34107699A JP 2001160590 A JP2001160590 A JP 2001160590A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
forming
film
temperature
insulating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP34107699A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3634994B2 (en
Inventor
Akira Yamagami
朗 山上
Toshiyuki Otsuka
敏志 大塚
Tsutomu Hosoda
勉 細田
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP34107699A priority Critical patent/JP3634994B2/en
Publication of JP2001160590A publication Critical patent/JP2001160590A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3634994B2 publication Critical patent/JP3634994B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the yield of a low-resistance multilayered wiring while the wiring is formed in forming the wiring through a short-time manufacturing process by applying the plating method to the damascene method, and to improve the reliability of the wiring when the wiring is in use. SOLUTION: In forming wiring 36 on wiring 23 formed by filling up wiring grooves 19 with plated Cu films 22 by filling up via holes 30 and wiring grooves 33 with plated Cu films 35 through the via holes 30, low-temperature annealing is performed immediately after the Cu films 22 and 35 which become the material films of the wiring 23 and 36 are formed. At the same time, the processing temperatures in various processes including the H2 plasma treatment performed after the wiring 23 and 36 are formed by CMP, and the continuous formation of interlayer insulating films 25 and 38 are controlled to a prescribed low temperature or lower.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるダマシン
法により絶縁膜の溝内に配線を充填形成する方法及びこ
の配線を備えた半導体装置の製造方法に関し、特にデュ
アルダマシン法により形成する多層配線に適用して好適
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of filling a wiring in a groove of an insulating film by a so-called damascene method and a method of manufacturing a semiconductor device provided with the wiring, and more particularly to a method of forming a multilayer wiring formed by a dual damascene method. It is suitable for application.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体装置の配線技術において
は、Al合金を配線材料として用い、ドライエッチング
法によりパターン形成していた。ところが近年では、半
導体装置の更なる微細化・高速駆動化が要請されてお
り、より低抵抗且つ高電流密度の配線材料が要求され、
しかも形成時の総処理時間の短縮化が要求される。これ
に応えるため、配線材料としてはAl合金の代わりに例
えばCuが用いられ、処理法としてはダマシン法の適用
が検討されている。即ち、Cu配線を形成する場合、エ
ッチング法ではエッチャント及び水分の影響でコロージ
ョンが発生し形成が困難となることから、絶縁膜の溝内
に金属(メタル)を埋め込み、研磨することで溝の中に
のみメタルを残す、いわゆるダマシン法を用いて配線を
形成する必要がある。この方法は、B.Luther等によ
り、" PLANER COPPER-POLYIMIDE BACK END THE LINE IN
TER CONNECTIONS FOR ULSI DEVICES”,Proceedings of
10th International VMIC,P15-21,1993 で報告されてい
る。
2. Description of the Related Art In a conventional wiring technology of a semiconductor device, an Al alloy is used as a wiring material and a pattern is formed by a dry etching method. However, in recent years, further miniaturization and high-speed driving of semiconductor devices have been demanded, and wiring materials with lower resistance and higher current density have been demanded.
In addition, it is required to reduce the total processing time during formation. In order to respond to this, for example, Cu is used instead of an Al alloy as a wiring material, and application of a damascene method is being studied as a processing method. That is, in the case of forming a Cu wiring, the etching method causes corrosion due to the effect of the etchant and moisture and makes the formation difficult. Therefore, a metal is embedded in the groove of the insulating film and polished by polishing. It is necessary to form a wiring by using a so-called damascene method, in which metal is left only in a semiconductor device. This method is described in "PLANER COPPER-POLYIMIDE BACK END THE LINE IN" by B. Luther and others.
TER CONNECTIONS FOR ULSI DEVICES ”, Proceedings of
10 th International VMIC, have been reported in P15-21,1993.

【0003】特に、更なる工程短縮を実現するには、い
わゆるダマシン法により下部配線溝を充填する下部配線
を形成した後、上下で隣接する配線間を接続するビア孔
と上部配線を形成するための上部配線溝を形成した後、
上部配線溝とビア孔に同時にメタルを埋め込んで研磨す
る、いわゆるデュアルダマシン法により多層配線を形成
する必要がある。この方法は、インターナショナル・ビ
ジネス・マシーン・コーポレーション(IBM)より特
開平10−143914号公報などに開示されている。
デュアルダマシン法を用いる場合、従来用いていたよう
な埋め込み性能の劣るスパッタ法によるメタルの堆積で
は、絶縁膜の配線溝内へのメタルの埋め込みが困難であ
り、従来のスパッタ法に代わりにメッキ法により配線材
料の堆積を行なう必要がある。
In particular, in order to further reduce the number of steps, a lower wiring for filling a lower wiring groove is formed by a so-called damascene method, and then a via hole for connecting upper and lower adjacent wirings and an upper wiring are formed. After forming the upper wiring groove of
It is necessary to form a multilayer wiring by a so-called dual damascene method in which metal is simultaneously buried in the upper wiring groove and the via hole and polished. This method is disclosed by International Business Machine Corporation (IBM) in JP-A-10-143914.
In the case of using the dual damascene method, it is difficult to embed the metal into the wiring groove of the insulating film by the metal deposition by the sputtering method having the poor embedding performance as conventionally used, and the plating method is used instead of the conventional sputtering method. Therefore, it is necessary to deposit a wiring material.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】メッキ法により堆積さ
れたメタルは、スパッタ法により堆積するメタルに比し
て、堆積直後の状態がアモルファスとなり、多くのボイ
ドを含んでいる。半導体装置の配線として2層以上の多
層配線を形成した場合に、形成過程においてCu表面に
て酸化を還元するための水素を含んだ雰囲気におけるア
ニール処理が必要であるが、このアニールによりメタル
構造が変化するため、配線内やビア孔内でメタル中のボ
イドの凝集やメタル自身の体積の縮小が発生する。これ
に起因して、形成過程で断線が生じて歩留まりの低下を
招来したり、実使用中でストレスマイグレーションが生
じて重大な故障が引き起こされるという問題がある。
The metal deposited by the plating method has a more amorphous state immediately after the deposition than the metal deposited by the sputtering method and contains many voids. When a multilayer wiring of two or more layers is formed as a wiring of a semiconductor device, it is necessary to perform an annealing treatment in a hydrogen-containing atmosphere for reducing oxidation on the Cu surface during the formation process. Because of the change, agglomeration of voids in the metal and reduction in the volume of the metal itself occur in the wiring and the via hole. Due to this, there is a problem that a disconnection occurs in a forming process, which leads to a decrease in yield, and a stress failure occurs during actual use, thereby causing a serious failure.

【0005】具体的に、試験的にデュアルダマシン法に
よりCuを材料とする2層配線を形成し、2000個の
チェーンコンタクトパターンで各々接続するに際して、
Cu表面にパッシベーションを施す前に、Cu研磨後の
表面浄化にH2 アニール(350℃、30分)を用いた
場合の前記パターンの歩留まりを調べた。その結果を図
10に示す。チェーンのボディ形状が0.3(幅:W)
×20(長さ:L)μmの場合、コンタクトの歩留まり
は99%以上であるが、チェーンのボディ形状が10
(幅)×20(長さ)μmの場合にはコンタクトの歩留
まりが95%以下に低下することがわかる。この変化は
信頼性試験において顕著となる。同パターンの信頼性試
験における200℃の温度下での放置試験の結果を図1
1に示す。ボディ形状が前者のパターンにおいては全く
劣化が見られない(プロットできないため、図中には表
示していない)のに対して、後者のパターンにおいては
1000時間以下でほぼ100%の磨耗故障を示してい
る。
More specifically, when a two-layer wiring made of Cu is formed on a test basis by the dual damascene method and connected by 2000 chain contact patterns,
Before performing passivation on the Cu surface, the yield of the pattern was examined when H 2 annealing (350 ° C., 30 minutes) was used for surface purification after Cu polishing. The result is shown in FIG. Chain body shape is 0.3 (width: W)
In the case of × 20 (length: L) μm, the contact yield is 99% or more, but the chain body shape is 10%.
In the case of (width) × 20 (length) μm, it can be seen that the contact yield is reduced to 95% or less. This change is significant in reliability tests. FIG. 1 shows the result of a standing test at a temperature of 200 ° C. in the reliability test of the same pattern.
It is shown in FIG. In the former pattern, no deterioration was observed in the former pattern (not shown in the figure because plotting was not possible, whereas in the latter pattern, almost 100% wear failure was observed in 1000 hours or less. ing.

【0006】この点、配線溝の埋め込みを改善するため
に上層にCVD法でキャップするプロセスや、特開平8
−30391号公報による高圧リフローによる埋め込み
の改善を図るプロセス等が知られているが、何れもプロ
セス中の埋め込みの改善やエレクトロマイグレーション
の改善を目的としており、プロセス中のビア孔の不良や
ビア孔のストレスマイグレーションに対する報告は無
い。
In this regard, in order to improve the filling of the wiring groove, a process of capping the upper layer by a CVD method or a method disclosed in
No. 30391 discloses a process for improving burying by high-pressure reflow, etc., all of which are intended to improve burying and electromigration during the process, and to improve defective via holes and via holes during the process. There is no report on stress migration.

【0007】このように従来では、デュアルダマシン法
を用いて多層配線をメッキ形成することにより、短時間
の製造プロセスで低抵抗の多層配線を形成することが可
能となる反面、形成過程の断線発生による歩留まりの低
下や、実使用時でのストレスマイグレーション等による
信頼性の低下を招来するという深刻な問題が未解決な現
況にある。
As described above, conventionally, by forming a multilayer wiring by plating using a dual damascene method, a multilayer wiring having a low resistance can be formed in a short manufacturing process. However, serious problems such as a decrease in yield due to the above and a decrease in reliability due to stress migration during actual use are still unsolved.

【0008】そこで本発明は、ダマシン法にメッキ法を
適用して短時間の製造プロセスで低抵抗の多層配線を形
成するに際して、形成過程における歩留まり及び実使用
中での信頼性を大幅に改善する配線の形成方法及び当該
配線を備える半導体装置の製造方法を提供することを目
的とする。
Accordingly, the present invention greatly improves the yield in the formation process and the reliability during actual use when forming a low-resistance multilayer wiring in a short manufacturing process by applying a plating method to a damascene method. An object is to provide a method for forming a wiring and a method for manufacturing a semiconductor device including the wiring.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下に示す諸態様を有する。
The present invention has the following aspects to solve the above-mentioned problems.

【0010】第1の態様は、配線の形成方法であって、
半導体基板の上層に形成された第1の絶縁膜に所定の配
線溝を形成する工程と、前記配線溝を埋め込むように金
属膜をメッキ形成する工程と、前記金属膜を研磨し、前
記配線溝内のみを充填するように前記金属膜を残して配
線を形成する工程と、少なくとも前記配線上に第2の絶
縁膜を形成する工程とを含み、前記金属膜の形成直後に
当該金属膜に所定温度の熱処理を施すとともに、前記第
2の絶縁膜の形成温度を含む前記配線形成後の諸工程の
処理温度を所定の低温度以下に制御することを特徴とす
る。
A first aspect is a method for forming a wiring,
Forming a predetermined wiring groove in a first insulating film formed on an upper layer of a semiconductor substrate; forming a metal film by plating so as to fill the wiring groove; polishing the metal film to form the wiring groove; Forming a wiring while leaving the metal film so as to fill only the inside of the wiring, and forming a second insulating film on at least the wiring, and forming a predetermined film on the metal film immediately after the formation of the metal film. The method is characterized in that a heat treatment is performed at a temperature, and processing temperatures in various steps after the formation of the wiring, including a formation temperature of the second insulating film, are controlled to a predetermined low temperature or lower.

【0011】前記第1の態様において、前記金属膜の形
成直後における前記熱処理の前記所定温度を80℃〜2
00℃の範囲内の温度とすることが好適である。
[0011] In the first aspect, the predetermined temperature of the heat treatment immediately after the formation of the metal film is set to 80 ° C to 2 ° C.
Preferably, the temperature is in the range of 00 ° C.

【0012】前記第1の態様において、前記配線形成後
の諸工程の処理温度を400℃以下とすることが好適で
ある。
In the first aspect, it is preferable that the processing temperature in the various steps after the formation of the wiring is 400 ° C. or less.

【0013】前記第1の態様において、前記配線を多層
配線として形成するに際して、少なくとも前記各工程を
含む一連のプロセスを経て、前記配線を形成した後、形
成された前記配線と開孔を通じて電気的に接続されるよ
うに、前記一連のプロセスを所定回数繰り返して、多層
配線を形成することが好適である。
In the first aspect, when forming the wiring as a multi-layer wiring, after forming the wiring through a series of processes including at least the above-described steps, the wiring is electrically connected to the formed wiring through an opening. It is preferable that the above-described series of processes is repeated a predetermined number of times so as to form a multi-layer wiring.

【0014】第2の態様は、半導体装置の形成方法であ
って、半導体素子上に形成される配線を前記第1の態様
により形成することを特徴とする。
According to a second aspect, there is provided a method of forming a semiconductor device, wherein a wiring formed on a semiconductor element is formed according to the first aspect.

【0015】[0015]

【作用】本発明では、ダマシン法にメッキ法を適用して
配線を形成するに際して、配線材料である金属膜形成直
後に低温熱処理を施し、更にそれに加え、配線溝内のみ
に金属膜を残して配線形成する研磨を施した後の層間絶
縁膜の形成工程を含む諸工程を所定の低温度に制御して
行なう。ここで、前記低温熱処理の工程を省略して配線
形成後の諸工程を所定の低温度に制御して行った場合、
製造時における配線の歩留まりは改善されるものの、実
使用時におけるストレスマイグレーション等の緩和はみ
られない。そこで、上記の如く前記低温熱処理の工程と
配線形成後の諸工程の低温度制御を併用することによ
り、その後の諸熱処理に起因するストレス量が緩和さ
れ、配線中のボイドの形成や体積減少が抑止されて信頼
性の大幅な向上が実現する。
According to the present invention, when a wiring is formed by applying a plating method to a damascene method, a low-temperature heat treatment is performed immediately after the formation of a metal film as a wiring material, and in addition, a metal film is left only in the wiring groove. Various steps including a step of forming an interlayer insulating film after polishing for forming wiring are performed at a predetermined low temperature. Here, when the various steps after the formation of the wiring are performed at a predetermined low temperature by omitting the low-temperature heat treatment step,
Although the yield of wiring during manufacturing is improved, relaxation of stress migration and the like during actual use is not observed. Therefore, by using the low-temperature heat treatment step and the low-temperature control in the various steps after the formation of the wiring as described above, the amount of stress caused by the various heat treatments is alleviated, and the formation of voids and a decrease in volume in the wiring are reduced. It is suppressed and a great improvement in reliability is realized.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

【0017】(本実施形態の主要構成による機能)先
ず、本発明の配線の形成方法を構成する各工程のうち、
本発明の主な特徴をなす工程の機能について説明する。
(Functions According to Main Configuration of the Present Embodiment) First, among the steps constituting the wiring forming method of the present invention,
A description will be given of a function of a process which is a main feature of the present invention.

【0018】本実施形態では、いわゆるデュアルダマシ
ン法にメッキ法を適用して多層配線を形成する方法を主
要構成として開示する。本例では、例えば図2〜図8を
参照すれば、第1の配線溝19にメッキCu膜22を充
填してなる第1の配線23上に、ビア孔30を介して当
該ビア孔30及び第2の配線溝33にメッキCu膜35
を充填してなる第2の配線36を形成する。
In the present embodiment, a method of forming a multilayer wiring by applying a plating method to a so-called dual damascene method is disclosed as a main configuration. In this example, for example, referring to FIGS. 2 to 8, the via hole 30 is formed on the first wiring 23 formed by filling the first wiring groove 19 with the plated Cu film 22 via the via hole 30. Plating Cu film 35 in second wiring groove 33
Is formed to form a second wiring 36.

【0019】ここで、本実施形態の主要構成は、第1及
び第2の配線23,36の材料膜となるメッキ金属膜
(Cu膜22,35)を形成した直後に低温アニール処
理を施すこと(以下、条件1とする。)と、CMPによ
り第1及び第2の配線23,36を形成した後のH2
ラズマ処理及びそれに引き続く層間絶縁膜25,38を
含む諸工程の処理温度を所定の低温度以下に制御するこ
と(以下、条件2とする。)である。
Here, the main configuration of the present embodiment is that a low-temperature annealing treatment is performed immediately after the plating metal films (Cu films 22 and 35) to be the material films of the first and second wirings 23 and 36 are formed. (Hereinafter referred to as condition 1), and the processing temperature of the H 2 plasma processing after forming the first and second wirings 23 and 36 by CMP and the subsequent processing temperature of various processes including the interlayer insulating films 25 and 38 are set to predetermined values. (Hereinafter referred to as condition 2).

【0020】−条件1の機能− 以下、条件1の機能について、定量的考察を交えて説明
する。図1は、メッキCu膜に加熱の温度を変えて測定
したストレス変化を示す特性図である。x軸に温度、y
軸にストレスを示している。昇温、降温の方向を矢印で
示す。
-Function of Condition 1- The function of Condition 1 will be described below with quantitative consideration. FIG. 1 is a characteristic diagram showing a stress change measured by changing a heating temperature of a plated Cu film. Temperature on x-axis, y
The axis shows stress. The directions of temperature rise and temperature decrease are indicated by arrows.

【0021】図1(a)は、Cuメッキ後に120℃ま
で上昇させ、室温まで戻したときのストレスの変化を示
しており、図1(b)は、プロセス中の最大温度を仮定
し、420℃まで変化させ室温まで戻したときのストレ
ス変化を示す。図中には本例に示す条件1(メッキ後ア
ニール)の有無を示している。室温から420℃に昇温
する過程で、200℃までは熱膨張に従って拡散クリー
プのためにストレス変化が見られ、200℃以上からC
uの早い拡散のためにストレスが緩和される減少が見ら
れる。ここで、生じた緩和は室温に戻した場合でも保持
され、室温状態では逆のストレスとなる。
FIG. 1A shows a change in stress when the temperature is raised to 120 ° C. and returned to room temperature after Cu plating, and FIG. 1B shows the maximum temperature during the process. The change in stress when the temperature was changed to ° C. and returned to room temperature is shown. The figure shows the presence / absence of condition 1 (anneal after plating) shown in this example. In the process of raising the temperature from room temperature to 420 ° C., stress changes are observed up to 200 ° C. due to diffusion creep in accordance with thermal expansion.
There is a decrease where stress is relieved due to the rapid diffusion of u. Here, the generated relaxation is maintained even when the temperature is returned to room temperature, and the opposite stress occurs at room temperature.

【0022】Cu配線は、絶縁膜成長時に要する熱処理
により図1(b)に示すような熱ストレスを受けてい
る。熱ストレスによりCu構造が変化し、Cu配線の内
部にボイドや体積縮小等が生じることが、配線及びビア
孔におけるボイド形成のドライビングフォースとなって
いる。
The Cu wiring is subjected to thermal stress as shown in FIG. 1B due to the heat treatment required for growing the insulating film. The change in the Cu structure due to thermal stress and the occurrence of voids and volume reduction inside the Cu wiring are driving forces for forming voids in the wiring and via holes.

【0023】図1(a)に示すように、メッキCu膜の
堆積直後に当該Cu膜に対してCuの早い拡散が生じる
200℃温度以下で熱処理を行うと、ダマシン法による
配線溝の内部でCuが膨張しつつ、Cuのグレイン成長
及びボイド析出が促進する。その後、室温に戻った状態
では、Cuの緻密化とストレスの緩和が起こっている。
ここでは、CMP研磨しろの部分が収縮するが、研磨後
の配線溝の内部における体積は維持されている。
As shown in FIG. 1 (a), when heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or less at which rapid diffusion of Cu into the Cu film occurs immediately after the deposition of the plated Cu film, the inside of the wiring groove by the damascene method is formed. While Cu expands, Cu grain growth and void precipitation are promoted. Thereafter, when the temperature returns to room temperature, densification of Cu and relaxation of stress have occurred.
Here, the portion of the CMP margin shrinks, but the volume inside the wiring groove after the polishing is maintained.

【0024】図1(a)に示すように、Cuメッキ後の
Cu膜は、熱処理により−4.0×109 dyn/cm
2 以上あたりまで−方向(熱膨張)に増加するが、温度
を下げる過程で1.0×109 dyn/cm2 程度+方
向にストレスが増加(体積の収縮)する。この変化は以
下のことを示唆する。120℃でCuが膨張した状態で
ボイド析出と結晶粒成長が行われている段階では、Cu
とバリアメタルの密着性は良好に保たれている。この
後、室温に戻す過程で体積の収縮した分だけストレス変
化が生じる。
As shown in FIG. 1A, the Cu film after Cu plating is -4.0 × 10 9 dyn / cm by heat treatment.
The stress increases in the negative direction (thermal expansion) up to about 2 or more, but the stress increases (shrinks in volume) in the positive direction by about 1.0 × 10 9 dyn / cm 2 in the process of lowering the temperature. This change suggests that: At the stage where void precipitation and crystal grain growth are performed while Cu is expanded at 120 ° C., Cu
The adhesion between the metal and the barrier metal is well maintained. Thereafter, in the process of returning to room temperature, a stress change occurs due to the contraction of the volume.

【0025】実際の多層配線形成プロセスでは、更にこ
の後に絶縁膜等の成長時における熱処理の影響を考える
必要がある。この条件1によるCuメッキ直後の200
℃以下の熱処理を行なわない場合には、400℃まで上
昇する過程で−5.0×109 dyn/cm2 程度まで
ストレス変化する。200℃まで温度が上昇するとCu
の早い拡散によりストレスの緩和が発生する。この過程
においてボイドの析出により、ビア孔の内部での断線が
発生している。メッキCu直後の熱処理を低温で行って
おくことにより、図1(b)に示すように、その後の熱
処理によるストレス量の変化が緩和され、多層配線形成
プロセス中の熱処理によるボイドの形成及び体積の縮小
が生じ難くなることがわかる。
In the actual multi-layer wiring formation process, it is necessary to consider the influence of the heat treatment during the growth of the insulating film and the like thereafter. 200 immediately after Cu plating under condition 1
If the heat treatment is not performed at a temperature of 400 ° C. or less, the stress changes to about −5.0 × 10 9 dyn / cm 2 during the process of raising the temperature to 400 ° C. When the temperature rises to 200 ° C, Cu
The rapid diffusion causes stress relief. In this process, disconnection occurs inside the via hole due to precipitation of voids. By performing the heat treatment immediately after the plating Cu at a low temperature, the change in the amount of stress due to the subsequent heat treatment is reduced, as shown in FIG. It can be seen that shrinkage hardly occurs.

【0026】Cuメッキ後に室温で放置した場合でも、
グレインの成長が見られることが知られているが、この
場合にはボイド形成を抑制する作用は見られない。これ
は先に示した、120℃で熱処理したときのストレス変
化を起こすような緻密化が生じないためによるものと考
えられる。
Even when left at room temperature after Cu plating,
It is known that grain growth is observed, but in this case, no effect of suppressing void formation is observed. This is considered to be due to the fact that densification that causes a stress change when heat treatment is performed at 120 ° C. does not occur as described above.

【0027】以上の考察から、条件1におけるCuメッ
キ膜形成直後の熱処理によりストレス量の変化が緩和さ
れ、実使用時における信頼性の向上を実現できることが
わかる。この場合、熱処理の適正温度範囲としては、室
温に戻した際に収縮によるストレス変化の見られる80
℃以上で、且つ早い拡散の発生しない200℃以下が好
適であり、ストレス変化の抑制を考慮して1分程度の短
時間で行なうことが好ましい。
From the above considerations, it is understood that the change in the amount of stress is reduced by the heat treatment immediately after the formation of the Cu plating film under the condition 1, and the reliability in actual use can be improved. In this case, as the appropriate temperature range for the heat treatment, a change in stress due to shrinkage when returning to room temperature is observed.
The temperature is preferably not lower than 200 ° C. and not higher than 200 ° C. at which rapid diffusion does not occur, and is preferably performed in a short time of about 1 minute in consideration of suppression of stress change.

【0028】−条件2の機能− 条件2は、言わば条件1の機能を補完するものである。
条件1の考察からも、Cuメッキ膜のCMPによる配線
形成後の層間絶縁膜形成に必要なアニールを代表とする
諸熱処理において、各処理温度を400℃以下に制御す
れば、ストレス量の変化が緩和されることが示唆され
る。なお、本例の例えば図2〜図8において、第1及び
第2の配線23,36のCu表面を浄化するための工程
等は、炉アニールのようにサーマルバジェットの大きい
処理を行うと効果が減少するので避けることが望まし
い。但し、エッチングダメージを除去するための最終ア
ニールはプロセスの終わりに適切な温度及び時間で行う
ようにし、多層配線形成の各工程でのサーマルバジェッ
トの低減化を図ることが望ましい。
-Function of Condition 2- Condition 2 complements the function of Condition 1 so to speak.
From the consideration of the condition 1, if various processing temperatures are controlled to 400 ° C. or less in various heat treatments typified by annealing necessary for forming an interlayer insulating film after forming a wiring by CMP of a Cu plating film, a change in the amount of stress is reduced. It is suggested to be mitigated. In addition, in this example, for example, in FIGS. 2 to 8, the process for purifying the Cu surface of the first and second wirings 23 and 36 is effective when a process having a large thermal budget such as furnace annealing is performed. It is desirable to avoid it as it will decrease. However, it is desirable that the final annealing for removing the etching damage be performed at an appropriate temperature and time at the end of the process to reduce the thermal budget in each step of forming the multilayer wiring.

【0029】−条件1と条件2の関係− 従来のデュアルダマシン法にメッキ法を適用したCu多
層配線の形成方法に条件2のみを付加した実験を行なっ
た。即ち、CMPによる配線形成後のアニールを行なわ
ず、層間絶縁膜形成時の処理温度を下げて(全て400
℃以下)多層配線を形成し、形成時の歩留まり及び実使
用時の信頼性を調べたところ、歩留まりの向上はみられ
たが、信頼性の回復は認められなかった。
-Relationship between Condition 1 and Condition 2- An experiment was conducted in which only the condition 2 was added to the method of forming a Cu multilayer wiring in which plating was applied to the conventional dual damascene method. That is, the annealing temperature after the formation of the interlayer insulating film is lowered without performing the annealing after the wiring formation by CMP (all 400
When the multilayer wiring was formed and the yield at the time of formation and the reliability at the time of actual use were examined, the yield was improved, but the reliability was not recovered.

【0030】そこで、従来のCu多層配線の形成方法に
条件1及び条件2の双方を付加した実験を行なったとこ
ろ、歩留まりの向上に加えて信頼性の大幅な回復が認め
られた。
Then, when an experiment was conducted in which both the condition 1 and the condition 2 were added to the conventional method of forming a Cu multilayer wiring, it was found that the reliability was greatly recovered in addition to the improvement of the yield.

【0031】このことから、条件1及び条件2の双方が
相まって、高い歩留まり及び信頼性を確保しつつ、短時
間の製造プロセスで低抵抗の多層配線を形成することが
可能となることがわかる。
From these facts, it can be understood that both of the conditions 1 and 2 make it possible to form a low-resistance multilayer wiring in a short manufacturing process while securing high yield and reliability.

【0032】(多層配線の形成方法)続いて、前述の条
件1,2を備えた本発明の主要構成をなす多層配線の形
成方法について説明する。図2〜図8は、デュアルダマ
シン法にメッキ法を適用して多層配線(ここでは2層)
を形成する工程を順に示す概略断面図である。
(Method of Forming Multilayer Wiring) Next, a method of forming a multilayer wiring forming the main structure of the present invention satisfying the above conditions 1 and 2 will be described. 2 to 8 show multilayer wiring (here, two layers) by applying a plating method to a dual damascene method.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view sequentially showing a step of forming a substrate.

【0033】先ず、図2(a)に示すように、半導体基
板(不図示)を覆うように層間絶縁膜11を堆積形成し
た後、層間絶縁膜11に下層配線と通じるビア孔12を
開孔形成する。次に、ビア孔12の内壁を覆うようにT
iN等の下地膜13を形成し、ビア孔12を埋め込む膜
厚にW膜を堆積形成して、このW膜を化学機械研磨(C
MP)してビア孔12のみにWが充填されてなるWプラ
グ14を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, after an interlayer insulating film 11 is deposited and formed so as to cover a semiconductor substrate (not shown), a via hole 12 communicating with a lower wiring is formed in the interlayer insulating film 11. Form. Next, T is applied to cover the inner wall of the via hole 12.
A base film 13 of iN or the like is formed, and a W film is deposited to a thickness to fill the via hole 12, and this W film is subjected to chemical mechanical polishing (C
MP) to form a W plug 14 in which only the via hole 12 is filled with W.

【0034】続いて、図2(b)に示すように、層間絶
縁膜11及びWプラグ14上にSi 3 4 膜15を膜厚
30nm程度に形成する。次に、Si3 4 膜15上に
FSG(fluoro-silicate glass )からなる層間絶縁膜
16を膜厚500nm程度に堆積形成した後、フォトリ
ソグラフィーの露光に対する反射防止膜17を形成す
る。
Subsequently, as shown in FIG.
Si on the edge film 11 and the W plug 14 ThreeNFourThe thickness of the film 15
It is formed to about 30 nm. Next, SiThreeNFourOn the membrane 15
Interlayer insulation film made of FSG (fluoro-silicate glass)
16 is deposited to a film thickness of about 500 nm,
Forming an anti-reflection film 17 for lithographic exposure
You.

【0035】続いて、図2(c)に示すように、フォト
レジスト18を塗布し、フォトリソグラフィーによりフ
ォトレジスト18を加工して、各Wプラグ14上で開口
する配線溝パターン18aを形成する。次に、フォトレ
ジスト18をマスクとし、Si3 4 膜15をエッチン
グストッパーとして、反射防止膜17及び層間絶縁膜1
6をドライエッチングする。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, a photoresist 18 is applied, and the photoresist 18 is processed by photolithography to form a wiring groove pattern 18a opened on each W plug 14. Next, using the photoresist 18 as a mask and the Si 3 N 4 film 15 as an etching stopper, the anti-reflection film 17 and the interlayer insulating film 1 are used.
6 is dry-etched.

【0036】続いて、図2(d)に示すように、フォト
レジスト18を灰化処理等により除去した後、更にSi
3 4 膜15をドライエッチングして層間絶縁膜11及
び各Wプラグ14の表面を露出させ、配線溝パターンに
倣った第1の配線溝19を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, after the photoresist 18 is removed by an ashing process or the like, the photoresist 18 is further removed.
The 3 N 4 film 15 is dry-etched to expose the surface of the interlayer insulating film 11 and the W plug 14, a first wiring groove 19 following the wiring trench pattern.

【0037】続いて、図3(a)に示すように、半導体
基板にH2 を含むプラズマ処理、ここではNH3 プラズ
マ処理を施して第1の配線溝19内を洗浄する。ここ
で、前記プラズマ処理としてはNH3 ガスの代わりにH
2 ガス、N2 −H2 混合ガス、H2 −Ar混合ガス等を
用いてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, the semiconductor substrate is subjected to a plasma treatment containing H 2 , here an NH 3 plasma treatment, to clean the inside of the first wiring groove 19. Here, as the plasma treatment, H 3 gas is used instead of NH 3 gas.
2 gas, N 2 -H 2 mixture gas, may be used H 2 -Ar mixed gas.

【0038】続いて、図3(b)に示すように、RF処
理として逆スパッタを熱酸化膜の膜厚換算で10nm程
度行って層間絶縁膜11を洗浄した後、TaNからなる
バリアメタル膜20を膜厚25nm程度に、更にシード
金属膜としてCu膜21を膜厚200nm程度にクラス
ター化されたスパッタ装置により真空中で連続的に堆積
形成する。ここで、RF処理とバリアメタル膜20及び
Cu膜21の形成は真空中で連続的に行なうことが望ま
しい。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, reverse sputtering is performed as RF processing to a thickness of about 10 nm in terms of the thickness of the thermal oxide film to wash the interlayer insulating film 11, and then the barrier metal film 20 made of TaN is formed. And a Cu film 21 as a seed metal film is continuously deposited and formed in a vacuum by a clustering apparatus having a thickness of about 200 nm. Here, it is desirable that the RF treatment and the formation of the barrier metal film 20 and the Cu film 21 be performed continuously in a vacuum.

【0039】続いて、図3(c)に示すように、バリア
メタル20を電極として、メッキ法により第1の配線溝
19内を埋め込む膜厚、ここでは1μm程度にCu膜2
2を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the Cu film 2 is buried in the first wiring groove 19 by plating using the barrier metal 20 as an electrode.
Form 2

【0040】続いて、図3(d)に示すように、Cu膜
22のメッキ形成直後に窒素雰囲気で満たされたホット
プレート上で80℃〜200℃の低温、ここでは150
℃で1分間の加熱処理を行う。この処理により、後述す
るようにCu膜22のストレス変化及びCuのグレイン
成長を促進させる。ここで、加熱処理としてはホットプ
レートを用いたベーク法以外にも、CVD装置を用いた
り、ランプやレーザ等を用いても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 3D, immediately after the plating of the Cu film 22, a low temperature of 80 ° C. to 200 ° C., here 150 ° C., on a hot plate filled with a nitrogen atmosphere.
Heat treatment at 1 ° C. for 1 minute. This process promotes a change in stress of the Cu film 22 and the growth of Cu grains as described later. Here, as the heat treatment, in addition to the baking method using a hot plate, a CVD apparatus, a lamp, a laser, or the like may be used.

【0041】続いて、図4(a)に示すように、ダマシ
ン法によるCu膜22の分離のため、CMP法によりC
u膜22(21)及びバリアメタル膜20を研磨して第
1の配線溝19内のみにCu膜22を残した後、ウェッ
ト処理により洗浄して第1の配線23を形成する。次
に、H2 を含むプラズマ処理、ここではNH3 プラズマ
処理を400℃以下の低温で短時間、ここでは350℃
で30秒間行い、露出した第1の配線23の表面を洗浄
・還元して表面酸化膜を除去する。ここで、前記プラズ
マ処理としてはNH3 ガスの代わりにH2 ガス、N2
2 混合ガス、H 2 −Ar混合ガス等を用いてもよい。
Subsequently, as shown in FIG.
To separate the Cu film 22 by the CMP method,
The u film 22 (21) and the barrier metal film 20 are polished to
After leaving the Cu film 22 only in the wiring groove 19 of FIG.
Then, the first wiring 23 is formed by cleaning by a heat treatment. Next
And HTwoPlasma treatment, here NH 3Threeplasma
The treatment is performed at a low temperature of 400 ° C. or less for a short time, here, 350 ° C.
For 30 seconds to clean the exposed surface of the first wiring 23
-Reduction to remove the surface oxide film. Where the plasm
NH treatmentThreeH instead of gasTwoGas, NTwo
HTwoMixed gas, H Two-Ar mixed gas or the like may be used.

【0042】続いて、図4(b)に示すように、NH3
プラズマ処理と同一のチャンバーにより当該処理と連続
した400℃以下の低温下で、第1の配線23の表面の
拡散バリア(パッシベーション)となるSi3 4 膜2
4を膜厚70nm程度に堆積形成する。次に、Si3
4 膜24上にFSGからなる層間絶縁膜25、Si3
4 膜26、FSGからなる層間絶縁膜27を膜厚700
nm程度、30nm程度、700nm程度に順次形成
し、更に反射防止膜28を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4 (b), NH 3
The Si 3 N 4 film 2 serving as a diffusion barrier (passivation) on the surface of the first wiring 23 at a low temperature of 400 ° C. or lower continuous with the plasma processing in the same chamber as the plasma processing.
4 is deposited to a thickness of about 70 nm. Next, Si 3 N
4 Interlayer insulating film 25 made of FSG on film 24, Si 3 N
4 film 26, an interlayer insulating film 27 of FSG having a thickness of 700
In this order, an anti-reflection film 28 is formed.

【0043】続いて、図4(c)に示すように、フォト
レジスト29を塗布し、フォトリソグラフィーによりフ
ォトレジスト29を加工して、各第1の配線23上で開
口する開孔パターン29aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, a photoresist 29 is applied, and the photoresist 29 is processed by photolithography to form an opening pattern 29a opened on each first wiring 23. I do.

【0044】続いて、図5(a)に示すように、フォト
レジスト29をマスクとし、Si34 膜24をエッチ
ングストッパーとして、反射防止膜28、層間絶縁膜2
7、Si3 4 膜26及び層間絶縁膜25をドライエッ
チングして、開孔パターン29aの形状に倣ったビア孔
30を形成する。次に、フォトレジスト29を灰化処理
等により除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, using the photoresist 29 as a mask, the Si 3 N 4 film 24 as an etching stopper, the anti-reflection film 28 and the interlayer insulating film 2.
7. Dry etching is performed on the Si 3 N 4 film 26 and the interlayer insulating film 25 to form a via hole 30 following the shape of the opening pattern 29a. Next, the photoresist 29 is removed by an ashing process or the like.

【0045】続いて、図5(b)に示すように、形成さ
れたビア孔30の下方部位に、第1の配線23の表面酸
化を防止する処置としてレジスト等からなる保護材料3
1を埋め込む。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, a protective material 3 made of a resist or the like is provided below the formed via hole 30 as a treatment for preventing surface oxidation of the first wiring 23.
Embed 1

【0046】続いて、図5(c)に示すように、フォト
レジスト32を塗布し、フォトリソグラフィーによりフ
ォトレジスト32を加工して、各ビア孔30上で開口す
る配線層パターン32aを形成する。次に、フォトレジ
スト32をマスクとし、Si 3 4 膜26をエッチング
ストッパーとして、反射防止膜28及び層間絶縁膜27
をドライエッチングして、配線層パターン32aの形状
に倣った第2の配線溝33を形成する。
Subsequently, as shown in FIG.
A resist 32 is applied, and photolithography is performed.
The photoresist 32 is processed and an opening is formed on each via hole 30.
The wiring layer pattern 32a is formed. Next, the photo cashier
With the strike 32 as a mask, Si ThreeNFourEtch film 26
Anti-reflection film 28 and interlayer insulating film 27 as stoppers
Is dry-etched to obtain the shape of the wiring layer pattern 32a.
A second wiring groove 33 is formed according to the above.

【0047】続いて、図6(a)に示すように、フォト
レジスト32及び保護材料31を灰化処理等により除去
した後、ビア孔30の底部に残るSi3 4 膜24及び
第2の配線溝33の底部に残るSi3 4 膜26を全面
ドライエッチングにより除去する。このとき、第2の配
線溝33とビア孔30とが一体となる。
Subsequently, as shown in FIG. 6A, after the photoresist 32 and the protective material 31 are removed by ashing, etc., the Si 3 N 4 film 24 remaining at the bottom of the via hole 30 and the second The Si 3 N 4 film 26 remaining at the bottom of the wiring groove 33 is entirely removed by dry etching. At this time, the second wiring groove 33 and the via hole 30 are integrated.

【0048】続いて、図6(b)に示すように、H2
含むプラズマ処理、ここではNH3プラズマ処理を40
0℃以下の低温で短時間、ここでは350℃で30秒間
行い、ビア孔30の底部に露出した第1の配線23の表
面を洗浄する。ここで、前記プラズマ処理としてはNH
3 ガスの代わりにH2 ガス、N2 −H2 混合ガス、H 2
−Ar混合ガス等を用いてもよい。
Subsequently, as shown in FIG.TwoTo
Including plasma treatment, here NHThree40 plasma treatments
Short time at a low temperature of 0 ° C or less, here at 350 ° C for 30 seconds
Of the first wiring 23 exposed at the bottom of the via hole 30.
Wash the surface. Here, NH3 is used as the plasma processing.
ThreeH instead of gasTwoGas, NTwo-HTwoMixed gas, H Two
-Ar mixed gas or the like may be used.

【0049】続いて、図7(a)に示すように、TaN
からなるバリアメタル膜34を膜厚25nm程度に、更
にシード金属膜としてCu膜(不図示)を膜厚200n
m程度にスパッタ装置により真空中で連続的に堆積形成
する。次に、バリアメタル34を電極として、メッキ法
により第2の配線溝33及びビア孔30内を埋め込む膜
厚、ここでは1μm程度にCu膜35を形成する。次
に、Cu膜35のメッキ形成直後に窒素雰囲気で満たさ
れたホットプレート上で200℃以下の低温、ここでは
150℃で1分間の加熱処理を行う。この処理により、
後述するようにCu膜35のストレス変化及びCuのグ
レイン成長を促進させる。
Subsequently, as shown in FIG.
A barrier metal film 34 of about 25 nm in thickness, and a Cu film (not shown) as a seed metal film having a thickness of 200 n.
It is continuously deposited and formed in a vacuum of about m by a sputtering apparatus. Next, using the barrier metal 34 as an electrode, a Cu film 35 is formed by plating so as to fill the second wiring groove 33 and the via hole 30 to a thickness of about 1 μm here. Next, a heat treatment is performed at a low temperature of 200 ° C. or less, here 150 ° C., for 1 minute on a hot plate filled with a nitrogen atmosphere immediately after the formation of the plating of the Cu film 35. With this process,
As described later, the change in stress of the Cu film 35 and the growth of Cu grains are promoted.

【0050】続いて、図7(b)に示すように、ダマシ
ン法によるCu膜22の分離のため、CMP法によりC
u膜35及びバリアメタル膜34を研磨して第2の配線
溝35及びビア孔30内のみにCu膜35を残した後、
ウェット処理により洗浄して第2の配線36を形成す
る。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, in order to separate the Cu film 22 by the damascene method, the C
After polishing the u film 35 and the barrier metal film 34 to leave the Cu film 35 only in the second wiring groove 35 and the via hole 30,
The second wiring 36 is formed by cleaning by wet processing.

【0051】続いて、図8(a)に示すように、H2
含むプラズマ処理、ここではNH3プラズマ処理を40
0℃以下の低温で短時間、ここでは350℃で30秒間
行い、露出した第2の配線36の表面を洗浄して表面酸
化膜を除去する。ここで、前記プラズマ処理としてはN
3 ガスの代わりにH2 ガス、N2 −H2 混合ガス、H
2 −Ar混合ガス等を用いてもよい。次に、NH3 プラ
ズマ処理と同一のチャンバーにより当該処理と連続した
400℃以下の低温下で、第2の配線36の表面の拡散
バリア(パッシベーション)となるSi3 4 膜37を
膜厚70nm程度に堆積形成する。更に、カバー膜とし
てシリコン酸化膜(SiO膜)38を膜厚400nm程
度に、Si3 4 膜39を膜厚300nm程度に順次形
成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, a plasma process including H 2 , here, an NH 3 plasma process is performed for 40 hours.
The process is performed at a low temperature of 0 ° C. or less for a short time, here at 350 ° C. for 30 seconds, and the exposed surface of the second wiring 36 is washed to remove the surface oxide film. Here, as the plasma processing, N
H 2 gas in place of H 3 gas, N 2 -H 2 mixture gas, H
A 2- Ar mixed gas may be used. Next, the Si 3 N 4 film 37 serving as a diffusion barrier (passivation) on the surface of the second wiring 36 is formed to a thickness of 70 nm in the same chamber as the NH 3 plasma treatment at a low temperature of 400 ° C. or lower, which is continuous with the treatment. Deposits are formed to an extent. Further, a silicon oxide film (SiO film) 38 and a Si 3 N 4 film 39 are sequentially formed to have a thickness of about 400 nm and a thickness of about 300 nm as a cover film.

【0052】続いて、図8(b)に示すように、パッド
電極を形成するためにフォトリソグラフィーを行い、フ
ォトレジストをマスクにSi3 4 膜37及びシリコン
酸化膜38をドライエッチングする。次に、フォトレジ
ストを除去した後、Si3 4 膜37をドライエッチン
グして第2の配線36の表面を露出させ、H2 を含むN
2 雰囲気下における400℃以下の低温下にて、最終の
アニール処理を施す。これにより、パッド電極の開口4
0を形成する。
Subsequently, as shown in FIG.
Perform photolithography to form electrodes and
Si with photoresist as maskThreeNFourFilm 37 and silicon
The oxide film 38 is dry-etched. Next, the photo cashier
After removing the strike, the SiThreeN FourDry etchin for membrane 37
To expose the surface of the second wiring 36,TwoN including
TwoIn the atmosphere at a low temperature of 400 ° C or less, the final
An annealing process is performed. Thereby, the opening 4 of the pad electrode is formed.
0 is formed.

【0053】しかる後、開口40に対するパッド電極の
形成やその他の後工程を経て、多層配線が完成する。
Thereafter, a multilayer wiring is completed through formation of a pad electrode for the opening 40 and other post-processes.

【0054】本実施形態の多層配線の形成方法によれ
ば、多層プロセス終了後の配線の断線による歩留まりの
低下を抑制でき、ストレスマイグレーション等に起因す
る不良の発生率を抑えて信頼性の大幅な向上に寄与す
る。先に示したチェーンコンタクトパターンの構造(L
/W=10/20μm,ビア孔径=0.28μm)を持
つチェーン数2000個のモニターにおいて、多層プロ
セス終了後のビア孔の歩留まりは本実施形態と従来の形
成方法との間でほぼ100%の歩留まりとなった。ま
た、同パターンを用いて200℃の加速条件でおこなっ
たストレスマイグレーションの評価結果では、メッキ後
の加熱を行わないものは1年以下の寿命となったが、本
例の方法では十分な寿命(少なくとも実使用条件で10
年以上)が得られた。
According to the method of forming a multilayer wiring of this embodiment, it is possible to suppress a decrease in yield due to disconnection of wiring after the completion of the multilayer process, to suppress the occurrence rate of defects due to stress migration and the like, and to significantly improve reliability. Contribute to improvement. The structure of the chain contact pattern (L
/ W = 10/20 μm, via hole diameter = 0.28 μm) In a monitor with 2000 chains, the yield of via holes after completion of the multilayer process is almost 100% between this embodiment and the conventional forming method. Yield. In addition, according to the evaluation result of stress migration performed under the acceleration condition of 200 ° C. using the same pattern, the one without heating after plating has a life of one year or less, but the method of this example has a sufficient life ( At least 10 under actual use conditions
Years).

【0055】以上説明したように、本例によれば、高い
歩留まり及び信頼性を確保しつつ、短時間の製造プロセ
スで低抵抗の多層配線を形成することができる。
As described above, according to this example, it is possible to form a low-resistance multilayer wiring by a short-time manufacturing process while securing high yield and reliability.

【0056】(多層配線を備えた半導体装置)具体的
に、半導体基板上に半導体素子、ここではMOSトラン
ジスタを形成し、続いて前述の各工程により多層配線を
形成した一例を図9に示す。
(Semiconductor Device with Multi-Layer Wiring) Specifically, FIG. 9 shows an example in which a semiconductor element, here a MOS transistor, is formed on a semiconductor substrate, and then a multi-layer wiring is formed by the above-described steps.

【0057】MOSトランジスタは、通常の方法、即
ち、シリコン半導体基板1上に薄いシリコン酸化膜及び
所定厚の多結晶シリコン膜を形成し、これらをフォトリ
ソグラフィー及びそれに続くドライエッチングによりパ
ターニングして、ゲート絶縁膜2及びゲート電極3を形
成する。続いて、ゲート電極3(又はフォトレジスト
等)をマスクとして半導体基板1と反対導電型の不純物
をイオン注入し、アニール処理することにより、ソース
/ドレイン4を形成する。そいて、各ソース/ドレイン
4と接続するようにWプラグ14を形成し、前述の各工
程により多層配線を形成する。
In the MOS transistor, a thin silicon oxide film and a polycrystalline silicon film having a predetermined thickness are formed on the silicon semiconductor substrate 1 and are patterned by photolithography and subsequent dry etching to form a gate. An insulating film 2 and a gate electrode 3 are formed. Subsequently, using the gate electrode 3 (or a photoresist or the like) as a mask, an impurity of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 1 is ion-implanted, and an annealing process is performed to form the source / drain 4. Then, a W plug 14 is formed so as to be connected to each source / drain 4, and a multilayer wiring is formed by the above-described steps.

【0058】本例によれば、高い歩留まり及び信頼性を
確保しつつ、短時間の製造プロセスで低抵抗の多層配線
を形成することができるため、従来では得られなかった
高性能の半導体装置を実現することが可能となる。
According to this example, a high-resistance semiconductor device, which could not be obtained conventionally, can be formed because a low-resistance multilayer wiring can be formed in a short manufacturing process while securing a high yield and reliability. It can be realized.

【0059】なお、以下の諸態様も本発明を構成する。The following embodiments also constitute the present invention.

【0060】態様1は、配線の形成方法であって、少な
くとも一部が露出した前記配線表面に、H2 を含む混合
ガスによるプラズマ処理を施して浄化することを特徴と
する。
Embodiment 1 is a method for forming a wiring, wherein at least a part of the wiring surface, which is exposed, is subjected to a plasma treatment with a mixed gas containing H 2 to purify the wiring.

【0061】態様2は、前記態様1に記載の配線の形成
方法であって、前記浄化に続いてプラズマ処理により前
記配線上にシリコン窒化膜、前記層間絶縁膜を順次形成
することを特徴とする。
A second aspect is the method for forming a wiring according to the first aspect, wherein a silicon nitride film and the interlayer insulating film are sequentially formed on the wiring by plasma treatment following the purification. .

【0062】態様3は、半導体装置の製造方法であっ
て、少なくとも前記各工程を含む一連のプロセスを経
て、前記配線を形成した後、形成された前記配線と開孔
を通じて電気的に接続されるように、前記一連のプロセ
スを所定回数繰り返して、多層配線を形成することを特
徴とする。
Embodiment 3 is a method of manufacturing a semiconductor device, in which the wiring is formed through a series of processes including at least the above-described steps, and is electrically connected to the formed wiring through an opening. As described above, the series of processes is repeated a predetermined number of times to form a multilayer wiring.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明によれば、高い歩留まり及び信頼
性を確保しつつ、短時間の製造プロセスで低抵抗の配
線、特に多層配線を形成することが可能となり、更には
当該多層配線を備えた高性能の半導体装置を実現するこ
とができる。
According to the present invention, it is possible to form low-resistance wirings, particularly multilayer wirings, in a short manufacturing process while securing high yield and reliability. A high-performance semiconductor device can be realized.

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

【図1】Cuメッキ膜形成後の熱処理によるストレス変
化を示す特性図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram showing a stress change due to a heat treatment after a Cu plating film is formed.

【図2】本実施形態による多層配線の形成方法を工程順
に示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a method for forming a multilayer wiring according to the present embodiment in the order of steps;

【図3】図2に引き続き、本実施形態による多層配線の
形成方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a method for forming the multilayer wiring according to the present embodiment in the order of steps, following FIG. 2;

【図4】図3に引き続き、本実施形態による多層配線の
形成方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the method for forming the multilayer wiring according to the present embodiment in the order of steps, following FIG. 3;

【図5】図4に引き続き、本実施形態による多層配線の
形成方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the method for forming the multilayer wiring according to the present embodiment in the order of steps, following FIG. 4;

【図6】図5に引き続き、本実施形態による多層配線の
形成方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a method for forming the multilayer wiring according to the present embodiment in the order of steps, following FIG. 5;

【図7】図6に引き続き、本実施形態による多層配線の
形成方法を工程順に示す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the method for forming the multilayer wiring according to the present embodiment in the order of steps, following FIG. 6;

【図8】図7に引き続き、本実施形態による多層配線の
形成方法を工程順に示す概略断面図である。
8 is a schematic sectional view, following FIG. 7, showing the method for forming the multilayer wiring according to the present embodiment in the order of steps; FIG.

【図9】本実施形態により製造されたMOSトランジス
タを示す概略断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a MOS transistor manufactured according to the present embodiment.

【図10】従来の配線の形成方法によるチェーンコンタ
クトの歩留まりを示す特性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a yield of chain contacts by a conventional wiring forming method.

【図11】従来の配線の形成方法によるチェーンコンタ
クトのワイブルプロットを示す特性図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a Weibull plot of a chain contact according to a conventional wiring forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン半導体基板 2 ゲート絶縁膜 3 ゲート電極 4 ソース/ドレイン 11,16,25,27,38 層間絶縁膜 14 Wプラグ 15,24,26,37,39 Si3 4 膜 19 第1の配線溝 20,34 バリアメタル膜 21 シードCu膜 22,35 Cu膜 23 第1の配線 30 ビア孔 31 保護材料 33 第2の配線溝 36 第2の配線Reference Signs List 1 silicon semiconductor substrate 2 gate insulating film 3 gate electrode 4 source / drain 11, 16, 25, 27, 38 interlayer insulating film 14 W plug 15, 24, 26, 37, 39 Si 3 N 4 film 19 first wiring groove 20, 34 Barrier metal film 21 Seed Cu film 22, 35 Cu film 23 First wiring 30 Via hole 31 Protective material 33 Second wiring groove 36 Second wiring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細田 勉 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5F033 HH11 HH32 JJ19 JJ33 KK01 KK11 KK32 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 PP33 QQ09 QQ10 QQ11 QQ21 QQ25 QQ37 QQ48 QQ73 QQ92 QQ98 RR06 RR11 TT02 VV16 WW03 XX02 XX06  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Tsutomu Hosoda 4-1-1, Kamidadanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term within Fujitsu Limited (reference) 5F033 HH11 HH32 JJ19 JJ33 KK01 KK11 KK32 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 PP33 QQ09 QQ10 QQ11 QQ21 QQ25 QQ37 QQ48 QQ73 QQ92 QQ98 RR06 RR11 TT02 VV16 WW03 XX02 XX06

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の上層に形成された第1の絶
縁膜に所定の配線溝を形成する工程と、 前記配線溝を埋め込むように金属膜をメッキ形成する工
程と、 前記金属膜を研磨し、前記配線溝内のみを充填するよう
に前記金属膜を残して配線を形成する工程と、 少なくとも前記配線上に第2の絶縁膜を形成する工程と
を含み、 前記金属膜の形成直後に当該金属膜に所定温度の熱処理
を施すとともに、前記第2の絶縁膜の形成温度を含む前
記配線形成後の諸工程の処理温度を所定の低温度以下に
制御することを特徴とする配線の形成方法。
A step of forming a predetermined wiring groove in a first insulating film formed on an upper layer of a semiconductor substrate; a step of plating a metal film so as to fill the wiring groove; and a step of polishing the metal film. And forming a wiring while leaving the metal film so as to fill only the wiring groove; and at least forming a second insulating film on the wiring, Performing a heat treatment at a predetermined temperature on the metal film and controlling processing temperatures of various steps after forming the wiring including a formation temperature of the second insulating film to a predetermined low temperature or less. Method.
【請求項2】 前記金属膜の形成直後における前記熱処
理の前記所定温度を80℃〜200℃の範囲内の温度と
することを特徴とする請求項1に記載の配線の形成方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the predetermined temperature of the heat treatment immediately after the formation of the metal film is set to a temperature in a range of 80 ° C. to 200 ° C.
【請求項3】 前記配線形成後の諸工程の処理温度を4
00℃以下とすることを特徴とする請求項1に記載の配
線の形成方法。
3. The processing temperature of each step after forming the wiring is set at 4
2. The method for forming a wiring according to claim 1, wherein the temperature is set to not more than 00.degree.
【請求項4】 少なくとも前記各工程を含む一連のプロ
セスを経て、前記配線を形成した後、 形成された前記配線と開孔を通じて電気的に接続される
ように、前記一連のプロセスを所定回数繰り返して、多
層配線を形成することを特徴とする請求項1に記載の配
線の形成方法。
4. After forming the wiring through a series of processes including at least the above steps, the series of processes is repeated a predetermined number of times so as to be electrically connected to the formed wiring through an opening. 2. The method according to claim 1, wherein a multilayer wiring is formed.
【請求項5】 半導体基板上に所定の半導体素子を形成
し、前記半導体素子の上層に当該半導体素子と電気的に
接続するように配線を形成する半導体装置の製造方法で
あって、 前記配線を形成するに際して、 前記半導体素子の上層に形成された第1の絶縁膜に所定
の配線溝を形成する工程と、 前記配線溝を埋め込むように低抵抗の金属膜をメッキ形
成する工程と、 前記金属膜を研磨し、前記配線溝内のみを充填するよう
に前記金属膜を残して配線を形成する工程と、 少なくとも前記配線上に第2の絶縁膜を形成する工程と
を含み、 前記金属膜の形成直後に当該金属膜に所定温度の熱処理
を施すとともに、前記第2の絶縁膜の形成温度を含む前
記配線形成後の諸工程の処理温度を所定の低温度以下に
制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a predetermined semiconductor element on a semiconductor substrate; and forming a wiring on an upper layer of the semiconductor element so as to be electrically connected to the semiconductor element. A step of forming a predetermined wiring groove in a first insulating film formed on an upper layer of the semiconductor element; a step of plating and forming a low-resistance metal film so as to fill the wiring groove; Polishing a film to form a wiring while leaving the metal film so as to fill only the wiring groove; and forming at least a second insulating film on the wiring, Immediately after the formation, the metal film is subjected to a heat treatment at a predetermined temperature, and the processing temperatures of various steps after the formation of the wiring, including the formation temperature of the second insulating film, are controlled to a predetermined low temperature or lower. Manufacturing of semiconductor devices Construction method.
JP34107699A 1999-11-30 1999-11-30 Wiring forming method and semiconductor device manufacturing method Expired - Lifetime JP3634994B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34107699A JP3634994B2 (en) 1999-11-30 1999-11-30 Wiring forming method and semiconductor device manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34107699A JP3634994B2 (en) 1999-11-30 1999-11-30 Wiring forming method and semiconductor device manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001160590A true JP2001160590A (en) 2001-06-12
JP3634994B2 JP3634994B2 (en) 2005-03-30

Family

ID=18343035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34107699A Expired - Lifetime JP3634994B2 (en) 1999-11-30 1999-11-30 Wiring forming method and semiconductor device manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3634994B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068850A (en) * 2001-08-29 2003-03-07 Tokyo Electron Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2003068741A (en) * 2001-06-13 2003-03-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
US6770977B2 (en) 2001-06-13 2004-08-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method for fabricating the same
US6777323B2 (en) * 2002-03-14 2004-08-17 Fujitsu Limited Lamination structure with copper wiring and its manufacture method
US6881666B2 (en) 2002-03-20 2005-04-19 Nec Electronics Corporation Method of fabricating semiconductor device
JP2006287022A (en) * 2005-04-01 2006-10-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
US7666782B2 (en) 2005-05-20 2010-02-23 Sharp Kabushiki Kaisha Wire structure and forming method of the same
JP2011091241A (en) * 2009-10-23 2011-05-06 Stanley Electric Co Ltd Optical semiconductor element, method of manufacturing the same, and method of manufacturing optical semiconductor device
US8168532B2 (en) 2007-11-14 2012-05-01 Fujitsu Limited Method of manufacturing a multilayer interconnection structure in a semiconductor device
US9087762B2 (en) 2013-12-18 2015-07-21 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing semiconductor device

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068741A (en) * 2001-06-13 2003-03-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
US6770977B2 (en) 2001-06-13 2004-08-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method for fabricating the same
US6963139B2 (en) 2001-06-13 2005-11-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device including a layer having a β-crystal structure
JP2003068850A (en) * 2001-08-29 2003-03-07 Tokyo Electron Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
US6777323B2 (en) * 2002-03-14 2004-08-17 Fujitsu Limited Lamination structure with copper wiring and its manufacture method
US6881666B2 (en) 2002-03-20 2005-04-19 Nec Electronics Corporation Method of fabricating semiconductor device
JP2006287022A (en) * 2005-04-01 2006-10-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP4655725B2 (en) * 2005-04-01 2011-03-23 パナソニック株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
US7666782B2 (en) 2005-05-20 2010-02-23 Sharp Kabushiki Kaisha Wire structure and forming method of the same
US8168532B2 (en) 2007-11-14 2012-05-01 Fujitsu Limited Method of manufacturing a multilayer interconnection structure in a semiconductor device
US9559058B2 (en) 2007-11-14 2017-01-31 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2011091241A (en) * 2009-10-23 2011-05-06 Stanley Electric Co Ltd Optical semiconductor element, method of manufacturing the same, and method of manufacturing optical semiconductor device
US9087762B2 (en) 2013-12-18 2015-07-21 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3634994B2 (en) 2005-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW483105B (en) A semiconductor integrated circuit device and a method of manufacturing the same
JP3973467B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US8629560B2 (en) Self aligned air-gap in interconnect structures
JP3588275B2 (en) Method for forming semiconductor device
US6706626B2 (en) Method of fabricating contact plug
US20070145591A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method therof
JP4647184B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3500564B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR20000048295A (en) Interconnect structure of semiconductor device and method for manufacturing same
JP2001160590A (en) Method of forming wiring and method of manufacturing semiconductor device
EP1330842B1 (en) Low temperature hillock suppression method in integrated circuit interconnects
US7897508B2 (en) Method to eliminate Cu dislocation for reliability and yield
US6500754B1 (en) Anneal hillock suppression method in integrated circuit interconnects
JP4219215B2 (en) Manufacturing method of electronic device
US20040038526A1 (en) Thermal process for reducing copper via distortion and crack
US6727172B1 (en) Process to reduce chemical mechanical polishing damage of narrow copper lines
KR100755524B1 (en) Method of forming copper interconnects structures on semiconductor substrates
JPH09162281A (en) Flattened multilayer interconnection and manufacture thereof
JP2004079835A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3282496B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US6841471B2 (en) Fabrication method of semiconductor device
JP2004289009A (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR20100036008A (en) Method for forming metal wiring of semiconductor device
JP3269490B2 (en) Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing the same
KR100467803B1 (en) Fabrication method of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20041221

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20041227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3634994

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080107

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090107

Year of fee payment: 4

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090107

Year of fee payment: 4

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100107

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110107

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110107

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120107

Year of fee payment: 7

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120107

Year of fee payment: 7

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140107

Year of fee payment: 9

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term