JP2004031637A - Method of forming wiring structure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置等の電子デバイスにおける、低誘電率絶縁膜を有したデュアルダマシン配線構造の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路装置、特にLSIにおいては、素子の動作速度の高速化に伴い、配線抵抗の低減及び配線の信頼性向上を目的に、銅配線を用いたデュアルダマシン配線が用いられてきている。また同時に低誘電率絶縁膜を用いることにより、配線層間の容量を低減することが必須となってきた。
【0003】
従来方法において、配線構造の形成方法について、特開2001−326278号公報に記載されている方法がある。以下より、図13〜15を参照しながら説明する。
【0004】
まず、図13(a)に示すように、半導体基板1上に層間絶縁膜2を形成し、その上に下部配線3を形成する。その後、下部配線3を覆うように第1のストッパー膜4を形成し、下部配線間絶縁膜5、第2のストッパー膜6、上部層間絶縁膜7を順次形成する。
【0005】
次に、図13(b)に示すように、上部層間絶縁膜7上にレジストパターン(図示せず)をパターンニングし、これをマスクとして上部層間絶縁膜7、溝用ストッパー膜6、下部層間絶縁膜5を順次エッチングして接続孔開口用ストッパー膜4にいたる接続孔9を開口する。
【0006】
その後、図13(c)に示すように、レジストパターン(図示せず)を除去して、接続孔9を完成する。
【0007】
続いて、図14(a)に示すように、接続孔9内に有機化合物10を埋め込む。
【0008】
次に、図14(b)に示すように、上部層間絶縁膜7上にレジストパターン11をパターニングする。
【0009】
その後、図14(c)に示すように、レジストパターン11をマスクとして、上部層間絶縁膜7が溝用ストッパー6に対して、エッチング選択比が10以上となるドライエッチングを行い、配線溝12を形成する。
【0010】
続いて、図15(a)に示すように、レジストパターン11、有機化合物10、エッチングデポ膜14を同時に除去する。更に、溝用ストッパー膜6及び接続孔開口用ストッパー膜4をウェット処理で除去する。
【0011】
次に、図15(b)に示すように、全面に上部配線材料13を形成し、CMP(化学的機械研磨)法等により、接続孔9及び配線溝12内に埋め込んで配線を完成する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
近年、配線間隔の微細化に伴い、配線間容量の低下が必要となり、層間絶縁膜として低誘電率膜(有機化合物膜)の利用が必要不可欠となってきた。しかし、接続孔に埋め込まれた有機化合物膜は、層間絶縁膜である低誘電率膜に比べてエッチング速度が遅い。
【0013】
具体的には、図11(a)に示すように、基板上に(図示せず)形成された第1絶縁膜101中に、第1バリアメタル102A、第1金属膜である102Bからなる下層配線層102を形成し、その上にバリア絶縁膜103が堆積されている。更にその上に、低誘電率膜104が堆積され、低誘電率膜104の中には、ヴィアホール内及び低誘電率膜104上に有機ARC107が形成されている。ここで、有機ARC107は低誘電率膜104に比べてエッチング速度が遅いため、従来方法によるとエッチング時に段差が発生し、そこにデポ物109が堆積される。
【0014】
その結果、図11(b)に示されるように、フェンス110が発生する。
【0015】
その後そのまま配線を形成すると、図11(c)に示されるように、フェンス上部Aではバリア膜のカバレージが低下し、フェンス上部BではCu膜の断面積が低下し、ホール底部Cではバリア膜のカバレージが低下する、若しくはCu膜の埋め込み不良等が発生する。
【0016】
よって本発明は、低誘電率膜を用いた場合でもフェンスが発生しない、デュアルダマシン配線構造の形成方法を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明では、低誘電率膜に第1の溝を形成する工程と、第1の溝の内壁にある低誘電率膜の表面部分に変質層を形成する工程と、第1の溝中に、低誘電率膜と選択除去可能な材料からなるプラグを形成する工程と、低誘電率膜及び変質層を一部除去し、低誘電率膜に第1の溝を一部分含む第2の溝を形成する工程と、プラグ及び変質層を選択的に除去し、低誘電率膜内にヴィアホール及びトレンチを形成する工程と、を備えた配線構造の形成方法を提供する。
【0018】
その結果、低誘電率膜を用いた場合でも、改質層からなるフェンスを形成することが出来るので、フェンスが発生しても容易に除去することが出来、最終的にはフェンスは存在せず、バリア膜のカバレージが低下しない、Cu膜の埋め込み性のよいデュアルダマシン構造を形成することが出来る。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0020】
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る配線構造の形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【0021】
まず、図1(a)に示すように、半導体基板(図示せず)上に形成された絶縁膜101の中に第1配線層用トレンチパターン(例えば深さ225nm)を形成し、TaとTaN膜を積層にした第1バリアメタル102A(例えばTa(上)/TaN(下)=10nm/10nm)とシード用のCu膜(図示せず。例えばCu=80nm)をスパッタ法により成膜する。
【0022】
次に、電界メッキ法によりCuを主成分とした第1金属膜である102Bを形成し、化学機械研磨法(以下CMP法)により、トレンチ部分以外の不要なCu膜、Ta膜、TaN膜を除去し、第1配線層102を形成する。
【0023】
その後、NH3プラズマ処理によりCu膜102上の自然酸化膜を還元・除去した後、SiCからなるCuのバリア絶縁膜103(例えば50nm)と、有機ケイ酸塩ガラス(SiOC)からなる低誘電率膜104(例えば650nm)を成膜する。
【0024】
続いて、CMP法により、低誘電率膜104の一部(例えば150nm)を除去し平坦化する。次に、フォトリソグラフィー及びドライエッチングを順に行い、ヴィアホール105を形成しアッシング、及び洗浄により残ったレジストや残さを除去する。
【0025】
その後、図1(b)に示すように、NH3ガスを用いたプラズマ処理を行うことにより、ヴィアホール105側壁部の炭素(C)成分を一部抜いた変質層106を形成する。この変質層106は、シリコン(Si)と酸素(O)を主成分としている。この際ヴィアホール105側壁部の変質層106は、後の工程であるトレンチエッチング時に形成される、フェンス110の幅以上の膜厚である必要がある。また変質層106はSiOC膜104の表面上にも形成される。
【0026】
なお、プラズマ処理におけるガスは、NH3以外にO2プラズマ等でも良く、低誘電率膜104のC成分を抜くことができる処理であれば、プラズマ処理に限らず他の方法でも良い。
【0027】
次に、図1(c)に示すように、有機ARC(有機反射防止膜)107を塗布し、ヴィアホール105を埋め込み、その後レジストを塗布し、リソグラフィー法により第2配線トレンチパターン108を形成する。ここで有機ARC膜107を塗布するのは、露光時の反射を防止することにより、リソグラフィー時の寸法ばらつき等を抑制することが出来るためである。
【0028】
次に、図2(a)に示すように、異方性ドライエッチングによりトレンチ111を形成する。この際、ドライエッチングは異方性であるため、ドライエッチング中における反応副生成物であるデポ物109が、トレンチ111の側壁及びレジストプラグの側壁に隣接するフェンス110の側壁に生成される。この側壁に付着したデポ物109により側壁が保護され、デポ物109が付着している部分はサイドエッチングが抑制される。
【0029】
この現象において、図1(b)で形成した変質層106の効果が発揮される。この点については後ほど詳述する。
【0030】
その後、図2(b)に示すように、アッシング及び洗浄により、有機ARC107、レジストパターン108、デポ物109を除去する。
【0031】
続いて、図2(c)に示すように、弗酸(HF)系のガスを用いたエッチングにより、変質層106及び変質層106よりなるフェンス110を除去する。この際HF系のガスでは、SiOCからなる低誘電率膜104、及びヴィアホール底部にあるSiCよりなるバリア絶縁膜103は、ほとんどエッチングされない。
【0032】
次に、図3(a)に示すように、全面をエッチングすることによりヴィアホール105底部のバリア絶縁膜103を除去する。
【0033】
その後、図3(b)に示すように、アルゴン(Ar)スパッタエッチングによりヴィアホール105底部のCu自然酸化膜等を除去する。続いて、スパッタ法によりタンタル(Ta)と窒化タンタル(TaN)膜を積層にした第2バリアメタル112A(例えばTa(上)/TaN(下)=10nm/10nm)及びシードCu膜(図示せず)を形成し、メッキ法によりCuを主成分とした第2金属膜112Bを成膜する。
【0034】
最後に、CMP法によりトレンチ111部分以外の不要なCu膜、Ta膜、TaN膜を除去し、第2配線層112を形成する。
【0035】
ここで、本実施形態の特徴である、変質層106の効果について説明する。
【0036】
まず、フェンス110が発生する理由について、図12を用いて説明する。
【0037】
有機ARC107は、低誘電率膜104に比べてエッチング速度が遅い。
【0038】
従って、図12(a)に示すように、第2配線層トレンチパターン108をマスクとして、低誘電率膜104をエッチングしていくと、その過程において有機ARC107プラグと低誘電率膜104底部の間で段差が発生し、ヴィアホール105内の有機ARC107プラグの側壁と、トレンチ111及び低誘電率膜104上にあるARC膜107プラグの側壁部分に、デポ物109が形成される。
【0039】
一旦段差が形成されると、図12(b)に示すように、その段差部で露出したヴィアホール105内の有機ARC107プラグの側壁部にデポ物109がより形成される。このデポ物109はエッチングされないため、このデポ物109がマスクとなり、図12(b)に示すように、デポ物109の下では低誘電率膜104がエッチングされずに残存してしまい、デポ物のつかないトレンチ底の平坦部との間で更に段差が形成されてしまう。
【0040】
その後エッチングを続けると、図12(c)に示すように、エッチングされない領域が徐々に拡がっていき、フェンス110が形成される。
【0041】
このように形成されるフェンス110の存在により、図11(c)に示すように、フェンス上部Aに示されるような鋭角形状により、局所的な電界集中が発生しバリア性が劣化する。また、フェンス上部Bに示されるようにCu膜の断面積が低下するため、配線抵抗が上昇し、電流集中等によるエレクトロマイグレーション耐性が劣化する。さらに、ホール底部Cに示されるようにフェンス発生によりヴィアホール105の実効的な深さが増大し、第2のバリア膜のカバレージ劣化によるCu配線の埋め込み不良が発生する。
【0042】
本実施形態によると、変質層106を用いることにより、先のフェンス110を除去し、以上の課題を解決することが出来る。その方法について、次に説明する。
【0043】
図2(a)のエッチング工程において、デポ物109は必ず発生し、フェンス110の形成は避けられない。そこで、図1(b)において、シリコン(Si)と酸素(O)を主成分とする、有機ケイ酸塩ガラス(SiOC)から炭素(C)を除去することにより、変質層106を形成する。この変質層106は、少なくとも後の工程でフェンス110となる部分に形成される。その結果、実際に発生するフェンス110は変質層106の一部であり、弗酸(HF)系のガスを用いたエッチングにより容易に除去出来る。
【0044】
一方、HF系のガスでは、SiOCからなる低誘電率膜104、及びヴィアホール105底部にあるSiCよりなる絶縁膜103は、ほとんどエッチングされない。
【0045】
よって、ヴィアホール105、トレンチ111を順に形成した後、バリア膜112Aを堆積する前に、発生したフェンス110のみを除去することが出来るため、バリア膜112Aを密着性良く且つ均一に堆積し、Cu配線形成時における不良の発生を防ぐことが出来る。
【0046】
以上より、本実施形態によると、トレンチエッチング時に形成されるフェンス110は容易に除去され、バリア膜のカバレージが低下せず、Cu膜の埋め込み性のよいデュアルダマシン配線構造を得ることが出来る。
【0047】
なお、図1(b)において、ヴィアホール105側壁部に変質層106を形成する際に、変質層106に対して上が厚く下が薄いテーパ形状になるように、NH3プラズマ処理を行うことも出来る。この場合、ウェットエッチングで変質層106を除去すると、ヴィアホール105は自己整合的にテーパ形状になる。その結果図3(b)に示すように、その後のスパッタ法による第2バリア膜112A及びシードCuの成膜や、電界メッキによるCuを主成分とした第2金属膜112B成膜時の均一なカバレージや埋め込み性を向上させることが出来る。
【0048】
さらに、本実施形態に関しては、図1(c)に示した有機ARC107の埋め込み以外に、図4(a)に示すように、レジスト埋め込み後、全面エッチングすることにより形成したレジストプラグ113を用いることも出来る。また、図1(c)に示した有機ARC107の埋め込み以外の方法として、図4(b)に示すように、図4(a)で形成したレジストプラグ113の上に、そのまま有機ARC107膜を堆積する方法も、用いることが出来る。
【0049】
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る配線構造の形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【0050】
まず図5(a)に示すように、第1の実施形態と同様に、半導体基板(図示せず)上に形成された絶縁膜101の中に第1配線層用トレンチパターンと、TaとTaN膜を積層にした第1バリアメタル102Aと、シード用のCu(図示せず)と、Cuを主成分とした第1金属膜102Bからなる第1配線層102を形成する。
【0051】
その後、NH3プラズマ処理を行い、Cu膜102上の自然酸化膜を還元・除去した後、SiCからなるCuのバリア絶縁膜103と、SiOCからなる低誘電率膜104を成膜する。続いて、低誘電率膜104の上面を、CMP法により平坦化する。
【0052】
次に、フォトリソグラフィーによりヴィアパターン121を形成し、それをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、ヴィアホール105を形成する。
【0053】
その後、図5(b)に示すように、ヴィアパターン121をそのままマスクとして、NH3プラズマ処理を行う。その結果、ヴィアホール105側壁部のC成分を一部抜いた、SiとOを主成分とした変質層106を形成することが出来る。
【0054】
一方、ここでは実施形態1とは異なり、ヴィアパターン121がマスクになっているため、SiOC膜104表面には変質層106は形成されない。この際、ヴィアホール105側壁部の変質層106は、後のトレンチエッチング時に形成されるフェンス110の幅以上の膜厚を有している必要がある。
【0055】
なお、NH3プラズマ処理以外でも、O2プラズマ等の低誘電率膜104よりC成分を抜くことができれば、他の方法でも良い。
【0056】
その後、アッシング及び洗浄によりヴィアパターン121を除去する。
【0057】
続いて、図5(c)に示すように、有機ARC膜107を塗布し、ヴィアホール105を埋め込むと共に、絶縁膜104の表面にもARCを形成する。その後、レジストを塗布し、リソグラフィーにより第2配線トレンチパターン108を形成する。
【0058】
続いて、実施形態1と同様の方法を用いて、配線を完成する。
【0059】
具体的にはまず、図6(a)に示すように、異方性ドライエッチングによりトレンチパターン108を形成する。この際、ドライエッチングの反応副生成物であるデポ物109と、それに起因したヴィアホール105側壁部のフェンス110が形成される。この時形成されるフェンス110は、変質層106で形成されている。図5(b)に示す工程において、先にフェンス110の膜厚以上になるようにヴィアホール105の側壁部を変質させておいたためである。
【0060】
次に、図6(b)に示すように、アッシング及び洗浄により、有機ARC膜107、トレンチパターン108、デポ物109を順に除去する。
【0061】
その後、図6(c)に示すように、HF系ガスを用いてエッチングを行い、変質層よりなるフェンス110を除去する。この際、HF系ではSiOCからなる低誘電率膜104及びヴィアホール105底部にあるSiCよりなるバリア絶縁膜103は、ほとんどエッチングされない。
【0062】
続いて、実施形態1と同様に、図7(a)に示すように、全面エッチングによりヴィアホール105底部のバリア絶縁膜103を除去し、図7(b)に示すように、第2バリアメタル112A、及びCuを主成分とした第2金属膜112Bからなる第2配線層112を形成する。
【0063】
以上本実施形態に従えば、実施形態1と同様に、フェンス110を変質層106で構成することにより、HF系のガスを用いて、低誘電率膜104とバリア絶縁膜103をエッチングすることなく、フェンス110を除去でき、フェンスの無いデュアルダマシンの配線構造が実現できる。
【0064】
また、ヴィアパターン121をマスクとして、そのままNH3プラズマ処理を行っているため、低誘電率膜104表面上に変質層106が形成されない。従って、変質層106除去時のエッチングにより低誘電率膜104表面が受けるダメージを抑えることが出来、かつ工程数を増加させることなく、良質な低誘電率膜を形成することが出来る。
【0065】
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態に係る配線構造の形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【0066】
まず、図8(a)に示すように、半導体基板(図示せず)上に第1絶縁膜を堆積し、その上に第1配線層102を形成する。その後、バリア絶縁膜103、SiOCからなる低誘電率膜104を順に成膜する。続いて、CMP法により低誘電率膜104表面を平坦化し、その上に例えばTEOSにより成膜される酸化膜(SiO2)等のキャップ膜131を形成する。
【0067】
ここでは実施形態1と異なり、この「キャップ膜131を変質層形成時のマスクとして用いる」点に、本実施形態の特徴がある。
【0068】
その後、フォトリソグラフィー及びドライエッチ、アッシング、洗浄によりヴィアホール105を形成する。
【0069】
次に、図8(b)に示すように、NH3プラズマ処理を行うことにより、ヴィアホール105側壁部のC成分を一部抜いた、SiとOを主成分とした変質層106を形成する。この際、ヴィアホール105側壁部の変質層106は、後のトレンチエッチング時に形成されるフェンス110の幅以上の膜厚である必要がある。一方、キャップ膜131がマスクとなり、低誘電率膜(SiOC)104表面には変質層106は形成されない。
【0070】
なお、NH3プラズマ処理以外でも、O2プラズマ等の低誘電率膜104よりC成分を抜くことができる処理であれば、他の方法でも良い。
【0071】
その後、図8(c)に示すように、有機ARC107を塗布してヴィアホール105を埋め込むとともに、キャップ膜131の表面にも有機ARC107を形成する。その後レジストを塗布し、リソグラフィーにより第2配線トレンチパターン108を形成する。
【0072】
続いて、図9(a)に示すように、異方性ドライエッチングによりトレンチパターン108を形成する。この際ドライエッチングの反応副生成物であるデポ物109と、それに起因したヴィアホール側壁部のフェンス110が形成される。図8(b)の工程でフェンス110のサイズ以上になるように変質層106を形成してあるので、このフェンス110は、ヴィアホール105側壁部の変質層106で形成されている。
【0073】
次に、図9(b)に示すように、アッシング及び洗浄によりヴィアホール105中の有機ARC107、レジストパターン108、デポ物109を除去する。
【0074】
その後、図9(c)に示すように、HF系のエッチングで変質層106及び変質層よりなるフェンス110及びキャップ膜131を除去する。この際HF系のガスでは、SiOCからなる低誘電率膜104及びヴィアホール105底部のSiCよりなるバリア絶縁膜103は、ほとんどエッチングされない。
【0075】
続いて、図10(a)に示すように、全面エッチングによりヴィアホール105底部のバリア絶縁膜103を除去し、図10(b)に示すように、第2バリアメタル112A、及びCuを主成分とした第2金属膜112Bからなる第2配線層112を形成する。
【0076】
以上より本実施形態に従えば、第1の実施形態と同様に、フェンス110を変質層106で構成することにより、HF系のガスを用いて、低誘電率膜104とバリア絶縁膜103をエッチングすることなく、フェンス110を除去でき、フェンスの無いデュアルダマシンの配線構造が実現できる。
【0077】
また、あらかじめ形成した低誘電率膜104上のキャップ膜131が、変質層106形成時のNH3プラズマ処理、及びトレンチエッチング後の第2配線トレンチパターン108を除去する際のアッシング時にもマスクとなる。よって、低誘電率膜104表面に変質層106が形成されず、低誘電率膜104表面部分へのアッシング時のダメージも少ないため、良質な低誘電率膜104を形成することが出来る。さらに、キャップ膜131はSiO2からなるために、変質層106を除去する際に同時に除去することが出来、工程数を増やすこともない。
【0078】
また、同じマスクとして利用する場合であっても、第2の実施形態のようにヴィアホール105エッチング後のレジストをそのままマスクとした場合では、NH3プラズマ処理後ヴィアホール105側壁部にヴィアホールエッチング時のデポ物が一部残存し、十分な膜厚の変質層106を形成しにくい場合がある。
【0079】
しかし、本実施形態ではヴィアホールパターンを除去した後にNH3プラズマ処理を行うので、レジスト材料起因のデポ物109が発生しない。よって、容易に十分な膜厚の変質層106を形成することが可能である。
【0080】
【発明の効果】
本発明によると、フェンスは改質層により形成される。よって、例えばHF系のウェットエッチング処理を行うことにより、低誘電率膜とバリア絶縁膜をエッチングすることなく、容易にフェンスを除去することが出来る。
【0081】
その結果、バリア膜のカバレージが良くなり、Cu膜の埋め込み配線において、局所的な電界集中の発生や、ヴィアホールの実効的な深さの増大を防ぐことが出来る。よって、エレクトロマイグレーション耐性が劣化しにくい、Cu膜の埋め込み性の良いデュアルダマシン配線構造を実現出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態における工程断面図
【図2】第1の実施形態における工程断面図
【図3】第1の実施形態における工程断面図
【図4】第1の実施形態における工程断面図
【図5】第2の実施形態における工程断面図
【図6】第2の実施形態における工程断面図
【図7】第2の実施形態における工程断面図
【図8】第3の実施形態における工程断面図
【図9】第3の実施形態における工程断面図
【図10】第3の実施形態における工程断面図
【図11】従来方法の問題点を示す図
【図12】フェンス形成の詳細部を示す断面図
【図13】従来方法の工程断面図
【図14】従来方法の工程断面図
【図15】従来方法の工程断面図
【符号の説明】
101 第1絶縁膜
102 第1配線層
102A 第1バリアメタル
102B 第1金属膜
103 バリア絶縁膜
104 低誘電率膜
105 ヴィアホール
106 変質層
107 有機ARC
108 第2配線層トレンチパターン
109 デポ物
110 フェンス
111 トレンチ
112 第2配線層
112A 第2バリアメタル
112B 第2金属膜
113 レジストプラグ
121 ヴィアパターン
131 キャップ膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a dual damascene wiring structure having a low dielectric constant insulating film in an electronic device such as a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in a semiconductor integrated circuit device, in particular, an LSI, dual damascene wiring using copper wiring has been used for the purpose of reducing wiring resistance and improving wiring reliability with an increase in the operating speed of elements. . At the same time, it has become essential to reduce the capacitance between wiring layers by using a low dielectric constant insulating film.
[0003]
In the conventional method, there is a method described in JP-A-2001-326278 as a method of forming a wiring structure. Hereinafter, description will be made with reference to FIGS.
[0004]
First, as shown in FIG. 13A, an interlayer
[0005]
Next, as shown in FIG. 13B, a resist pattern (not shown) is patterned on the upper
[0006]
After that, as shown in FIG. 13C, the resist pattern (not shown) is removed to complete the
[0007]
Subsequently, as shown in FIG. 14A, the
[0008]
Next, as shown in FIG. 14B, a
[0009]
Thereafter, as shown in FIG. 14C, using the
[0010]
Subsequently, as shown in FIG. 15A, the
[0011]
Next, as shown in FIG. 15B, an
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, along with miniaturization of wiring intervals, it has become necessary to reduce the capacitance between wirings, and it has become essential to use a low dielectric constant film (organic compound film) as an interlayer insulating film. However, the etching rate of the organic compound film buried in the connection hole is lower than that of the low dielectric constant film which is an interlayer insulating film.
[0013]
Specifically, as shown in FIG. 11A, in a first
[0014]
As a result, a
[0015]
After that, when the wiring is formed as it is, as shown in FIG. 11C, the coverage of the barrier film is reduced at the fence upper part A, the cross-sectional area of the Cu film is reduced at the fence upper part B, and the barrier film is formed at the hole bottom part C. The coverage is reduced, or a burying failure of the Cu film or the like occurs.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of forming a dual damascene wiring structure in which a fence does not occur even when a low dielectric constant film is used.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, a step of forming a first groove in a low dielectric constant film and a step of forming an altered layer on a surface portion of the low dielectric constant film on the inner wall of the first groove Forming a plug made of a low-dielectric-constant film and a material that can be selectively removed in the first groove; Forming a second groove partially including a step of forming a via hole and a trench in a low dielectric constant film by selectively removing a plug and a deteriorated layer. I do.
[0018]
As a result, even when a low dielectric constant film is used, a fence made of a modified layer can be formed, so that even if a fence occurs, it can be easily removed, and finally, the fence does not exist. In addition, a dual damascene structure in which the coverage of the barrier film does not decrease and the Cu film can be easily embedded can be formed.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
(1st Embodiment)
A method for forming a wiring structure according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
[0021]
First, as shown in FIG. 1A, a first wiring layer trench pattern (for example, a depth of 225 nm) is formed in an insulating
[0022]
Next, 102B, which is a first metal film containing Cu as a main component, is formed by an electroplating method, and an unnecessary Cu film, Ta film, and TaN film other than the trench portion are formed by a chemical mechanical polishing method (hereinafter, CMP method). Then, the
[0023]
Then, after reducing and removing the natural oxide film on the
[0024]
Subsequently, a part (for example, 150 nm) of the low dielectric
[0025]
Thereafter, as shown in FIG. 1B, by performing a plasma treatment using NH 3 gas, an altered
[0026]
Note that the gas in the plasma processing may be O 2 plasma or the like in addition to NH 3, and other processing may be used instead of the plasma processing as long as the processing can remove the C component of the low dielectric
[0027]
Next, as shown in FIG. 1C, an organic ARC (organic antireflection film) 107 is applied, the via
[0028]
Next, as shown in FIG. 2A, a
[0029]
In this phenomenon, the effect of the altered
[0030]
Thereafter, as shown in FIG. 2B, the
[0031]
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the altered
[0032]
Next, as shown in FIG. 3A, the
[0033]
Thereafter, as shown in FIG. 3B, the Cu natural oxide film and the like at the bottom of the via
[0034]
Finally, unnecessary portions of the Cu film, the Ta film, and the TaN film other than the portion of the
[0035]
Here, the effect of the altered
[0036]
First, the reason why the
[0037]
The
[0038]
Therefore, as shown in FIG. 12A, when the low dielectric
[0039]
Once the step is formed, as shown in FIG. 12B, a
[0040]
When the etching is continued thereafter, as shown in FIG. 12C, the non-etched region gradually expands, and the
[0041]
Due to the presence of the
[0042]
According to the present embodiment, by using the altered
[0043]
In the etching step of FIG. 2A, the
[0044]
On the other hand, the HF-based gas hardly etches the low dielectric
[0045]
Therefore, after the via
[0046]
As described above, according to the present embodiment, the
[0047]
In FIG. 1B, when the altered
[0048]
Further, in this embodiment, in addition to the embedding of the
[0049]
(Second embodiment)
A method for forming a wiring structure according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
[0050]
First, as shown in FIG. 5A, similarly to the first embodiment, a first wiring layer trench pattern, Ta and TaN are formed in an insulating
[0051]
Thereafter, an NH 3 plasma process is performed to reduce and remove the natural oxide film on the
[0052]
Next, a via
[0053]
Thereafter, as shown in FIG. 5B, NH 3 plasma processing is performed using the via
[0054]
On the other hand, here, unlike the first embodiment, since the via
[0055]
In addition, other than the NH 3 plasma processing, another method may be used as long as the C component can be removed from the low dielectric
[0056]
After that, the via
[0057]
Subsequently, as shown in FIG. 5C, an
[0058]
Subsequently, the wiring is completed using the same method as in the first embodiment.
[0059]
Specifically, first, as shown in FIG. 6A, a
[0060]
Next, as shown in FIG. 6B, the
[0061]
Thereafter, as shown in FIG. 6C, etching is performed using an HF-based gas to remove the
[0062]
Subsequently, as in the first embodiment, as shown in FIG. 7A, the
[0063]
According to the present embodiment, similarly to the first embodiment, by forming the
[0064]
Further, since the NH 3 plasma treatment is performed as it is using the via
[0065]
(Third embodiment)
A method for forming a wiring structure according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0066]
First, as shown in FIG. 8A, a first insulating film is deposited on a semiconductor substrate (not shown), and a
[0067]
Here, unlike the first embodiment, the present embodiment is characterized in that this “
[0068]
Then, via
[0069]
Next, as shown in FIG. 8B, by performing NH 3 plasma treatment, an altered
[0070]
In addition, other than the NH 3 plasma processing, other methods may be used as long as the processing can remove the C component from the low dielectric
[0071]
Thereafter, as shown in FIG. 8C, the
[0072]
Subsequently, as shown in FIG. 9A, a
[0073]
Next, as shown in FIG. 9B, the
[0074]
Thereafter, as shown in FIG. 9C, the altered
[0075]
Subsequently, as shown in FIG. 10A, the
[0076]
As described above, according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, by forming the
[0077]
Further, the
[0078]
Even when the same mask is used, if the resist after etching the via
[0079]
However, in the present embodiment, since the NH 3 plasma treatment is performed after the via hole pattern is removed, the
[0080]
【The invention's effect】
According to the invention, the fence is formed by a modified layer. Therefore, for example, by performing an HF wet etching process, the fence can be easily removed without etching the low dielectric constant film and the barrier insulating film.
[0081]
As a result, the coverage of the barrier film is improved, and it is possible to prevent local electric field concentration and an increase in the effective depth of the via hole in the embedded wiring of the Cu film. Therefore, it is possible to realize a dual damascene wiring structure in which the electromigration resistance does not easily deteriorate and the Cu film can be easily embedded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a process in a first embodiment; FIG. 2 is a sectional view of a process in a first embodiment; FIG. 3 is a sectional view of a process in a first embodiment; FIG. FIG. 5 is a process sectional view in the second embodiment. FIG. 6 is a process sectional view in the second embodiment. FIG. 7 is a process sectional view in the second embodiment. FIG. 8 is a third embodiment. FIG. 9 is a process cross-sectional view in the third embodiment. FIG. 10 is a process cross-sectional view in the third embodiment. FIG. 11 is a diagram showing a problem of the conventional method. 13 is a cross-sectional view of a process in a conventional method. FIG. 14 is a cross-sectional view of a process in a conventional method. FIG. 15 is a cross-sectional view of a process in a conventional method.
108 second wiring
Claims (7)
前記第1の溝の内壁にある前記低誘電率膜の表面部分に変質層を形成する工程と、
前記第1の溝中に、前記低誘電率膜と選択除去可能な材料からなるプラグを形成する工程と、
前記低誘電率膜及び前記変質層を一部除去し、前記低誘電率膜に前記第1の溝を一部含む第2の溝を形成する工程と、
前記プラグ及び前記変質層を選択的に除去し、前記低誘電率膜にヴィアホール及びトレンチを形成する工程と、
を備えたことを特徴とする配線構造の形成方法。Forming a first groove in the low dielectric constant film;
Forming an altered layer on a surface portion of the low dielectric constant film on an inner wall of the first groove;
Forming a plug made of a material that can be selectively removed with the low dielectric constant film in the first groove;
Forming a second groove partially including the first groove in the low dielectric constant film by partially removing the low dielectric constant film and the altered layer;
Selectively removing the plug and the altered layer to form via holes and trenches in the low dielectric constant film;
A method for forming a wiring structure, comprising:
その変質層を除去することにより、順テーパ形状の前記ヴィアホールを形成することを特徴とする、請求項1記載の配線構造の形成方法。The altered layer is formed as a forward tapered shape in which the upper part is thicker than the lower part,
2. The method for forming a wiring structure according to claim 1, wherein the via hole having a forward tapered shape is formed by removing the altered layer.
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