JP2004241641A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP2004241641A
JP2004241641A JP2003029753A JP2003029753A JP2004241641A JP 2004241641 A JP2004241641 A JP 2004241641A JP 2003029753 A JP2003029753 A JP 2003029753A JP 2003029753 A JP2003029753 A JP 2003029753A JP 2004241641 A JP2004241641 A JP 2004241641A
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Yukio Takigawa
幸雄 瀧川
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the manufacturing method of a semiconductor device capable of removing foreign matters on a copper surface without the need of executing complicated processes. <P>SOLUTION: An object to be processed is prepared in which copper or a material whose main component is the copper occupies at least a part of a surface. The surface of the object to be processed is exposed to a gas containing steam and the anticorrosive of the copper to clean the surface. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に銅または銅を主成分とする配線を有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現代の情報化社会を具現化し支えている大きな技術の一つにシリコンをベースとした半導体素子をはじめとする種々の電子素子の製造技術が挙げられる。これらの電子素子においては、さらなる高機能化、高速化を図るべく、素子を構成する種々の膜の厚さがますます薄くなっており、薄いものでは数分子層程度の厚さになっている。
【0003】
形成された微細なトランジスタ等の素子間を接続するために、それらの薄膜を貫通するビアホールが形成される。このビアホールの直径は0.1μm程度と細く、またビアホールの深さを直径で除したアスペクト比は10程度であり、ますます大きくなってきている。
【0004】
このように、高性能の電子素子の製造に、高品質な薄膜形成技術、及びその薄膜にビアホールを形成する高精度エッチング技術等の総合的な微細加工技術が要求されている。このような微細加工を可能ならしめる技術の一つとして、種々の薄膜を成長させる前の被成長表面の洗浄技術が挙げられる。この技術に課せられた課題は、種々の薄膜形成前の表面に存在する異物や不純物を除去するとともに、表面に形成されている酸化物等を除去して成膜前の表面状態の清浄性を保障することである。
【0005】
特許文献1に、水蒸気を異物に浸透させ、浸透した水蒸気がミスト化することにより、異物を除去する方法が開示されている。高温の水蒸気がビアホールの底に露出した銅配線に接触すると、銅の表面が酸化され、さらには腐食する場合がある。特許文献1に記載された方法では、銅配線の表面に予め銅の不導体(酸化銅)膜を形成し、銅の腐食を防止している。酸化銅膜は、表面洗浄後に還元して除去する必要がある。異物除去のために、銅表面の不導体化、異物除去、及び銅不導体膜の還元という3段階の煩雑な工程が必要とされる。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−271192号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、煩雑な工程を実施する必要が無く、銅表面の異物を除去することが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、(a)銅または銅を主成分とする材料が表面の少なくとも一部を占める被処理物を準備する工程と、(b)前記被処理物の表面を、水蒸気及び銅の防蝕剤を含む気体に晒す工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【0009】
水蒸気により、銅表面を含む被処理物の表面を洗浄することができる。洗浄気体中に銅の防蝕剤が含まれているため、洗浄中における銅の腐食を防止することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1(A)に示すように、シリコン基板10の表面に素子分離用トレンチを形成し、酸化シリコン等の絶縁物を埋め込んでシャロートレンチアイソレーション(STI)11を形成する。なお、必要に応じてSTI11の形成の前または後にイオン注入を行い、シリコン基板10の表面に所望のウエル領域を形成する。STI11に囲まれた多数の活性領域が画定される。
【0011】
シリコン基板10の活性領域の表面に、ゲート絶縁膜14、多結晶シリコンゲート電極15、シリサイド電極16の積層からなるゲート電極構造Gを作製する。ゲート電極の両側壁上には、酸化シリコン等のサイドウォールスペーサ17が形成される。ゲート電極構造Gの両側には、サイドウォールスペーサ17の作製前後に所望のイオン注入が行われ、エクステンション付のソース/ドレイン領域が形成される。nチャネルトランジスタとpチャネルトランジスタとを作り分けることにより、CMOSトランジスタ回路が形成される。
【0012】
MOSトランジスタ等の半導体素子形成後、化学気相成長(CVD)により厚さ約1.5μmのホスホシリケートガラス(PSG、燐ガラス)膜18を、例えば基板温度600℃で成膜する。成膜されたPSG膜18は、ゲート電極などの下地構造を反映した凹凸を有する。PSG膜18の表面を化学機械研磨(CMP)により平坦化する。平坦化した表面上に、パッシベーション膜として、厚さ約50nmのSiC膜19を、例えばノベラス社(Noveluss社)より入手可能な登録商標ESL3を用い、プラズマCVDにより成膜する。得られるSiC膜19の表面は疎水性である。このSiC膜19は、この上に形成される銅配線に対し、銅原子の下方への拡散を防止する銅拡散防止機能も有する。
【0013】
SiC膜19の表面上に、レジストパターンPR1を形成する。レジストパターンPR1は、半導体素子の電極取り出し領域にビアホールを形成するための開口部を有する。レジストパターンPR1をエッチングマスクとし、SiC膜19及びPSG膜18をエッチングして、ビアホールを形成する。
【0014】
図1(B)に示すように、ビアホールの内壁を覆うように、バリアメタルとしてTiN、Ta等の金属膜をスパッタリングにより堆積した後、CVDによりタングステン(W)膜を成膜する。SiC膜19の上に堆積した不要の金属膜をCMPにより除去する。このようにして、ビアホールを埋め、SiC膜19の表面とほぼ面一の表面を有する導電性(コンタクト)プラグPが形成される。
【0015】
図1(C)に示すように、SiC膜19の表面上に、厚さ約150nmのいわゆるLow−K材料からなる低誘電率絶縁膜LK1を、例えばダウケミカル社より入手可能な登録商標SiLK−J150を塗付することによって形成する。低誘電率絶縁膜LK1は、塗布後のベーキングによって溶媒を蒸発させ、熱処理によって硬化させることにより形成される。低誘電率絶縁膜LK1の上に、例えば酸化シリコン(SiO)からなる厚さ約100nmのキャップ膜20を、例えばCVDにより成膜する。
【0016】
キャップ膜20の表面上に、レジストパターンPR2を形成する。レジストパターンPR2は、第1層目配線層の配線パターンに相当する開口部を有する。レジストパターンPR2をエッチングマスクとし、キャップ膜20、低誘電率絶縁膜LK1をエッチングして、配線溝を形成する。その後、レジストパターンPR2を除去する。
【0017】
図2(D)に示すように、導電性プラグPの頭部を露出した配線用溝に、例えば窒化タンタル(TaN)からなる厚さ約30nmのバリアメタル層BM、及び銅からなる厚さ約30nmのシードメタル層SMをスパッタリングにより形成する。
【0018】
図2(E)に示すように、シードメタル層SMの上に、銅配線層PMをメッキにより成膜する。その後、CMPを行い、キャップ膜20の表面上の不要の金属膜を除去する。
【0019】
図2(F)に示すように、配線溝内に第1層目配線W1が残る。キャップ膜20の表面上にSiCからなる例えば厚さ50nmの銅拡散防止膜21を前述同様のプラズマCVDで形成する。
【0020】
図3(G)に示すように、銅拡散防止膜21の表面上に、例えば厚さ約400nmの低誘電率絶縁膜LK2を、例えばダウケミカル社より入手可能な登録商標SiLK−J350を用い、塗布法により成膜する。液体材料を塗布した後、ベーキング、加熱キュア処理を行うことにより低誘電率絶縁膜LK2が形成される。低誘電率絶縁膜LK2の表面上に、SiOからなる例えば厚さ約100nmのキャップ膜23、窒化シリコン(SiN)からなる厚さ約50nmのハードマスク膜24をCVDで成膜する。
【0021】
図3(H)に示すように、ハードマスク膜24、キャップ膜23、低誘電率絶縁膜LK2、銅拡散防止膜21内にデュアルダマシン配線29を埋め込む。以下、配線29を形成するまでの工程を説明する。
【0022】
レジストマスクを用いてハードマスク24に配線用溝を画定する開口を形成した後、他のレジストマスクを用いて銅拡散防止膜21に達するビアホールを形成する。その後、ハードマスク膜24をエッチングマスクとし、キャップ膜23、低誘電率絶縁膜LK2をエッチングして配線用溝を形成する。さらに、ビアホールの底に露出している銅拡散防止膜21をエッチングすることにより、デュアルダマシン配線用凹部28を完成する。次に、配線用凹部28の内面を洗浄する。
【0023】
図5に、洗浄装置の概略図を示す。洗浄容器70内に、処理台71が配置され、その上に洗浄される基板72が載置される。処理台71にはヒータ87が取り付けられており、処理台71に保持された基板72を加熱することができる。
【0024】
容器75内に純水80が満たされている。容器76内に、銅の防蝕剤81が充填されている。容器75内に満たされている純水80は、ヒータ85により加熱される。容器76内に充填されている防蝕剤81は、ヒータ86により加熱される。加熱されて気化した水蒸気及び防蝕剤が、配管77を通って洗浄容器70内に導入される。洗浄容器70内に導入されたこれらの気体は、排気口78を通って外部に排出される。
【0025】
図3(H)に示した配線用凹部28を形成した基板を、図5の洗浄装置の処理台71上に載置する。洗浄容器70内の圧力を約133Paとし、基板を300℃まで加熱して、その表面を水蒸気と防蝕剤とが混合された気体に晒し、表面洗浄を行う。防蝕剤として、例えば、2−メルカプトベンゾチアゾール、2,5−メルカプトベンゾチアゾール、ベンズイミダゾール、ベンズイミダゾールチオール、ベンズオキサゾールチオール、メルカプトチアゾリン等を使用することができる。
【0026】
次に、図2(E)を参照して説明した工程と同様に、バリアメタル層、シードメタル層、メッキ層を積層し、ハードマスク膜24上の不要部をCMPにより除去することにより、第2層目の配線29を完成する。ハードマスク膜24は、CMP時に除去してもよい。
【0027】
図3(I)に示すように、ハードマスク膜24の上に、SiCからなる例えば厚さ50nmの銅拡散防止膜31をプラズマCVDにより成膜する。
図4(J)に示すように、銅拡散防止膜31の上に、登録商標SiLK−J350を用い、前述同様の工程により厚さ約450nmの低誘電率絶縁膜LK3を塗布法により成膜する。さらに、低誘電率絶縁膜LK3の表面上に、SiOからなる厚さ約100nmのキャップ膜33、SiNからなる厚さ約50nmのハードマスク膜34を成膜する。前述同様の工程により、第3層目の配線層をハードマスク膜34、キャップ膜33、低誘電率絶縁膜LK3、銅拡散防止膜31を貫通して形成する。同様の工程を繰り返すことにより、例えば5層の配線層を形成する。
【0028】
図4(K)は、5層の配線層の構成例を示す。第3層目の層間絶縁膜に第3層目の配線39が埋め込まれ、その上に銅拡散防止膜41、低誘電率絶縁膜LK4、キャップ膜43、ハードマスク膜44が積層されている。これらの膜の積層からなる第4層目の層間絶縁膜に、第4層目の配線49が埋め込まれる。
【0029】
第4層目の配線49上に、さらに銅拡散防止膜51、低誘電率絶縁膜LK5、キャップ膜53、ハードマスク膜54が成膜されている。これらの膜の積層からなる第5層目の層間絶縁膜に、第5層目の配線59が埋め込まれる。第5層目の配線59を覆って、例えばSiCからなるキャップ膜60が成膜される。さらに、その上にSiO膜を形成して層間絶縁膜とし、アルミニウムパッドが形成される。
【0030】
上記実施例では、図3(H)に示した配線用凹部28の内面を、水蒸気と防蝕剤とを含有する気体に晒して洗浄を行う。水蒸気の作用により、凹部28の底面に露出した銅配線W1の表面の異物を除去することができる。水蒸気に銅の防蝕剤が含有されているため、銅配線W1の表面の酸化及び腐食を防止することができる。十分な異物除去効果を得るために、洗浄時の基板温度を300℃以上とすることが好ましい。
【0031】
銅の腐食を防止するために、気体中の防蝕剤の濃度を10ppm以上とすることが好ましい。また、水蒸気による洗浄効果を十分に確保するために、防蝕剤の濃度を10重量%以下とすることが好ましい。水蒸気の流量と防蝕剤の流量とを独立に制御することにより、防蝕剤の濃度を所望の値に設定することができる。
【0032】
上記実施例では、ダマシン配線用凹部の底面に露出している銅配線の表面を洗浄する場合を説明したが、その他、銅または銅を主成分とする材料が表面の少なくとも一部を占める基板の表面洗浄を行う際に、上記実施例による洗浄方法が有効である。
【0033】
上記実施例では、低誘電率絶縁材料としてSiLKを用いたが、他の有機系絶縁材料であるFLAR(ハネウェル社の登録商標)を用いてもよい。また、無機メチル基等を有するポーラスシリカや、Coral(ノベラス社の登録商標)やBlack Diamond(AMAT社の登録商標)を用いることも可能である。
【0034】
上記実施例で使用したSiC膜19、SiCからなる銅拡散防止膜21及び31は疎水性である。このような疎水性の膜上に、低誘電率絶縁膜LK1、LK2、及びLK3を形成すると、膜の密着性が低くなる。密着性を高めるために、SiC膜の上に低誘電率絶縁膜を形成する前に、表面処理を行うことが好ましい。
以下、表面処理の方法について説明する。
【0035】
SiC膜の表面に、シラノール基及び官能性反応基を有する化合物を含む処理液をスピン塗布する。この処理液は、アルコキシ基と反応性官能基を有するシランカップリング剤を加水分解し、生成されたアルコールを除去することにより生成される。
【0036】
図6(A)に示すように、一般的に、プラズマCVDにより成膜されたSiC膜19の表面のシリコン原子は水素原子で終端されている。すなわち、SiC膜19の表面にはSiH基が現れている。このSiHの水素原子と、処理液に含まれる化合物のシラノール基の水素原子とが脱離し、水素ガスが発生する。
【0037】
図6(B)に示すように、SiC膜19の表面のシリコン原子に、処理液に含まれる化合物の−O−Si−R原子団が結合する。ここで、Rは、処理液に含まれる化合物中の反応性官能基を表す。この反応は室温でも生ずるが、加熱することにより反応時間を短くすることができる。この反応後、SiC膜19の表面を水洗し、スピン乾燥させる。
【0038】
シランカップリング剤を加水分解し、アルコールを除去した処理液を用いてSiC膜の表面処理を行うと、表面処理時には、図6(A)に示したように、水素ガスのみが発生し、アルコールが発生しない。これにより、アルコールが残留することによる誘電率上昇や絶縁膜の剥離を防止することができる。
【0039】
加水分解前のシランカップリング剤として、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ−n−プロポキシシラン、ビニルトリ−i−プロポキシシラン、ビニルトリ−n−ブトキシシラン、ビニルトリ−i−ブトキシシラン、ビニルトリ−sec−ブトキシシラン、ビニルトリ−t−ブトキシシラン、ジビニルジメトキシシラン、ジビニルジエトキシシラン、ジビニルジ−n−プロポキシシラン、ジビニルジ−i−プロポキシシラン、ジビニルジ−n−ブトキシシラン、ジビニルジ−i−ブトキシシラン、ジビニルジ−sec−ブトキシシラン、ジビニルジ−t−ブトキシシラン、トリビニルメトキシシラン、トリビニルエトキシシラン、トリビニル−n−プロポキシシラン、トリビニル−i−プロポキシシラン、トリビニル−n−ブトキシシラン、トリビニル−i−ブトキシシラン、トリビニル−sec−ブトキシシラン、トリビニル−t−ブトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ジビニルビス(2−メトキシエトキシ)シラン、トリビニル(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルエチルジメトキシシラン、ビニルエチルジエトキシシラン、ビニルフェニルジメトキシシラン、ビニルフェニルジエトキシシラン、ジビニルメチルメトキシシラン、ジビニルメチルエトキシシラン、ジビニルエチルメトキシシラン、ジビニルエチルエトキシシラン、ジビニルフェニルメトキシシラン、ジビニルフェニルエトキシシラン、1,3−ジビニルテトラメトキシシロキサン、1,3−ジビニルテトラエトキシシロキサン、1,3−ジビニル−1,3−ジメチルジメトキシシロキサン、1,3−ジビニル−1,3−ジメチルジエトキシシロキサン、ビニルトリアセトキシシラン、ジビニルジアセトキシシラン、トリビニルアセトキシシラン、ビニルメチルジアセトキシシラン、ビニルエチルジアセトキシシラン、ビニルフェニルジアセトキシシラン、ジビニルメチルアセトキシシラン、ジビニルエチルアセトキシシラン、ジビニルフェニルアセトキシシラン、1,3−ジビニルテトラアセトキシシロキサン、1,3−ジビニル−1,3−ジメチルジアセトキシシロキサン、(3−アクリロキシプロピル)ジメチルメトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)ジメチルエトキシシラン、N−3−(アクリロキシ−2−ヒドロプロピル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−3−(アクリロキシ−2−ヒドロプロピル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)メチルジメトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)メチルジエトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)トリメトキシシラン、(3−アクリロキシプロピル)トリエトキシシラン、3−(N−アリルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、3−(N−アリルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、アリルジメトキシシラン、アリルジエトキシシラン、エチニルトリメトキシシラン、エチニルトリエトキシラン、エチニルトリ−n−プロポキシシラン、エチニルトリ−i−プロポキシシラン、エチニルトリ−n−ブトキシシラン、エチニルトリ−i−ブトキシシラン、エチニルトリ−sec−ブトキシシラン、エチニルトリ−t−ブトキシシラン、ジエチニルジメトキシシラン、ジエチニルジエトキシシラン、ジエチニルジ−n−プロポキシシラン、ジエチニルジ−i−プロポキシシラン、ジエチニルジ−n−ブトキシシラン、ジエチニルジ−i−ブトキシシラン、ジエチニルジ−sec−ブトキシシラン、ジエチニルジ−t−ブトキシシラン、トリエチニルメトキシシラン、トリエチニルエトキシシラン、トリエチニル−n−プロポキシシラン、トリエチニル−i−プロポキシシラン、トリエチニル−n−ブトキシシラン、トリエチニル−i−ブトキシシラン、トリエチニル−sec−ブトキシシラン、トリエチニル−t−ブトキシシラン、エチニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ジエチニルビス(2−メトキシエトキシ)シラン、トリエチニル(2−メトキシエトキシ)シラン、エチニルメチルジメトキシシラン、エチニルメチルジエトキシシラン、エチニルエチルジメトキシシラン、エチニルエチルジエトキシシラン、エチニルフェニルジメトキシシラン、エチニルフェニルジエトキシシラン、ジエチニルメチルメトキシシラン、ジエチニルメチルエトキシシラン、ジエチニルエチルメトキシシラン、ジエチニルエチルエトキシシラン、ジエチニルフェニルメトキシシラン、ジエチニルフェニルエトキシシラン、1,3−ジエチニルテトラメトキシシロキサン、1,3−ジエチニルテトラエトキシシロキサン、1,3−ジエチニル−1,3−ジメチルジメトキシシロキサン、1,3−ジエチニル−1,3−ジメチルジエトキシシロキサン、エチニルトリアセトキシシラン、ジエチニルジアセトキシシラン、トリエチニルアセトキシシラン、エチニルメチルジアセトキシシラン、エチニルエチルジアセトキシシラン、エチニルフェニルジアセトキシシラン、ジエチニルメチルアセトキシシラン、ジエチニルエチルアセトキシシラン、ジエチニルフェニルアセトキシシラン、1,3−ジエチニルテトラアセトキシシロキサン、1,3−ジエチニル1,3−ジメチルジアセトキシシロキサン、(フェニルエチニル)トリメトキシシラン、(フェニルエチニル)トリエトキシシラン、(フェニルエチニル)トリ−n−プロポキシシラン、(フェニルエチニル)トリ−i−プロポキシシラン、(フェニルエチニル)トリ−n−ブトキシシラン、(フェニルエチニル)トリ−i−ブトキシシラン、(フェニルエチニル)トリ−sec−ブトキシシラン、(フェニルエチニル)トリ−t−ブトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)ジメトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)ジエトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)ジ−n−プロポキシシラン、ビス(フェニルエチニル)ジ−i−プロポキシシラン、ビス(フェニルエチニル)ジ−n−ブトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)ジ−i−ブトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)ジ−sec−ブトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)ジ−t−ブトキシシラン、トリス(フェニルエチニル)メトキシシラン、トリス(フェニルエチニル)エトキシシラン、トリス(フェニルエチニル)−n−プロポキシシラン、トリス(フェニルエチニル)−i−プロポキシシラン、トリス(フェニルエチニル)−n−ブトキシシラン、トリス(フェニルエチニル)−i−ブトキシシラン、トリス(フェニルエチニル)−sec−ブトキシシラン、トリス(フェニルエチニル)−t−ブトキシシラン、(フェニルエチニル)トリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ビス(フェニルエチニル)ビス(2−メトキシエトキシ)シラン、トリス(フェニルエチニル)(2−メトキシエトキシ)シラン、(フェニルエチニル)メチルジメトキシシラン、(フェニルエチニル)メチルジエトキシシラン、(フェニルエチニル)エチルジメトキシシラン、(フェニルエチニルエチル)ジエトキシシラン、(フェニルエチニル)フェニルジメトキシシラン、(フェニルエチニル)フェニルジエトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)メチルメトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)メチルエトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)エチルメトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)エチルエトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)フェニルメトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)フェニルエトキシシラン、1,3−ビス(フェニルエチニル)テトラメトキシシロキサン、1,3−ビス(フェニルエチニル)テトラエトキシシロキサン、1,3−ビス(フェニルエチニル)−1,3−ジメチルジメトキシシロキサン、1,3−ビス(フェニルエチニル)−1,3−ジメチルジエトキシシロキサン、(フェニルエチニル)トリアセトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)ジアセトキシシラン、トリス(フェニルエチニル)アセトキシシラン、(フェニルエチニル)メチルジアセトキシシラン、(フェニルエチニル)エチルジアセトキシシラン、(フェニルエチニル)フェニルジアセトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)メチルアセトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)エチルアセトキシシラン、ビス(フェニルエチニル)フェニルアセトキシシラン、1,3−ビス(フェニルエチニル)テトラアセトキシシロキサン、1,3−ビス(フェニルエチニル)−1,3−ジメチルジアセトキシシロキサン、ビス(トリメトキシシリル)アセチレン、ビス(トリエトキシシリル)アセチレン、p−トリルトリメトキシシラン、p−トリルトリエトキシシラン、p−トリルトリ−n−プロポキシシラン、p−トリルトリ−i−プロポキシシラン、m−トリルトリメトキシシラン、m−トリルトリエトキシシラン、m−トリルトリ−n−プロポキシシラン、m−トリルトリ−i−プロポキシシラン、p−トリルトリアセトキシシラン、m−トリルトリアセトキシシランなどを挙げることができる。
【0040】
シランカップリング剤の1分子中に複数のアルコキシ基が含まれる場合には、シランカップリング剤を加水分解して、全てのアルコキシ基がヒドロキシ基に変わるようにすることが好ましい。アルコキシ基が残っていると、SiC膜の表面処理時にアルコールが生成される場合があるからである。
【0041】
全てのアルコキシ基をヒドロキシ基に変えるために、シランカップリング剤の加水分解時に、アルコキシ基1モルに対して、1モル以上の水を加えることが好ましい。例えば、シランカップリング剤としてビニルトリメトキシシランを使用する場合には、シランカップリング剤1モル中に、3モルのメトキシ基が含まれている。従って、シランカップリング剤1モルに、3モル以上の水を加えて加水分解することが好ましい。
【0042】
同様に、シランカップリング剤がアセトキシ基を含む場合には、アセトキシ基1モルに対して、1モル以上の水を加えて加水分解することが好ましい。
上記実施例では、銅拡散防止膜としてSiC膜を用いる場合を説明したが、銅拡散防止膜としてSiOC膜を用いた場合にも密着性の向上が期待できる。また、シリコンを含む絶縁材料であって、表面のシリコン原子が水素原子で終端されている絶縁膜の表面上に、登録商標SiLK等からなる低誘電率絶縁膜を形成する場合にも、密着性の向上が期待できる。
【0043】
また、上記実施例では、低誘電率絶縁膜材料として、登録商標SiLKを用いる場合を説明したが、炭素原子同士の二重結合または三重結合を含む有機系絶縁材料を用いても同様の結果が得られるであろう。
【0044】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表面の一部を銅部材が占める基板の表面を、水蒸気と銅の防蝕剤とを含む気体に晒して洗浄することにより、銅部材の表面の腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による半導体装置の製造方法を説明するための基板の断面図(その1)である。
【図2】本発明の実施例による半導体装置の製造方法を説明するための基板の断面図(その2)である。
【図3】本発明の実施例による半導体装置の製造方法を説明するための基板の断面図(その3)である。
【図4】本発明の実施例による半導体装置の製造方法を説明するための基板の断面図(その4)である。
【図5】実施例で用いられる洗浄装置の概略図である。
【図6】実施例による表面処理時の化学反応の様子、及び基板表面における化学構造式を示す図である。
【符号の説明】
10 シリコン基板
11 STI(シャロートレンチアイソレーション)
18 PSG膜
19 SiC膜
21、31、41、51 銅拡散防止膜
23、33、43、53 キャップ膜
24、34、44、54 ハードマスク膜
29、39、49、59 配線
70 洗浄容器
71 処理台
72 基板
75、76 容器
78 排出口
80 純水
81 防蝕剤
85、86、87 ヒータ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having copper or a wiring containing copper as a main component.
[0002]
[Prior art]
One of the major technologies that embody and support the modern information society is a technology for manufacturing various electronic devices including a silicon-based semiconductor device. In these electronic devices, the thickness of various films constituting the devices is becoming increasingly thinner in order to achieve higher functions and higher speeds. .
[0003]
In order to connect the formed elements such as fine transistors, via holes are formed through the thin films. The diameter of the via hole is as small as about 0.1 μm, and the aspect ratio obtained by dividing the depth of the via hole by the diameter is about 10, which is increasing.
[0004]
As described above, in order to manufacture a high-performance electronic element, a comprehensive fine processing technique such as a high-quality thin film forming technique and a high-precision etching technique for forming a via hole in the thin film is required. As one of the techniques enabling such fine processing, there is a technique of cleaning a surface to be grown before growing various thin films. The problem imposed on this technology is to remove foreign substances and impurities present on the surface before forming various thin films and to remove oxides and the like formed on the surface to improve the cleanliness of the surface state before film formation. It is to guarantee.
[0005]
Patent Literature 1 discloses a method for removing foreign matters by infiltrating water vapor into foreign matters and converting the permeated steam into mist. When hot steam contacts the copper wiring exposed at the bottom of the via hole, the copper surface may be oxidized and further corroded. In the method described in Patent Literature 1, a copper nonconductor (copper oxide) film is formed in advance on the surface of a copper wiring to prevent corrosion of copper. The copper oxide film needs to be reduced and removed after surface cleaning. In order to remove the foreign matter, three complicated steps are required, such as making the copper surface nonconductive, removing the foreign matter, and reducing the copper nonconductive film.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-271192 A
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of removing foreign matters on a copper surface without performing complicated steps.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, (a) a step of preparing an object to be processed in which copper or a material containing copper as a main component occupies at least a part of the surface; and (b) water vapor and Exposing the semiconductor device to a gas containing an anticorrosive agent of copper.
[0009]
The surface of the object to be processed including the copper surface can be cleaned with the steam. Since the cleaning gas contains a corrosion inhibitor of copper, copper corrosion during cleaning can be prevented.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As shown in FIG. 1A, a shallow trench isolation (STI) 11 is formed by forming an element isolation trench on the surface of a silicon substrate 10 and embedding an insulator such as silicon oxide. In addition, before or after the formation of the STI 11, ion implantation is performed as necessary to form a desired well region on the surface of the silicon substrate 10. A number of active regions surrounded by STI 11 are defined.
[0011]
On the surface of the active region of the silicon substrate 10, a gate electrode structure G composed of a stacked layer of a gate insulating film 14, a polycrystalline silicon gate electrode 15, and a silicide electrode 16 is formed. Sidewall spacers 17 such as silicon oxide are formed on both side walls of the gate electrode. On both sides of the gate electrode structure G, desired ion implantation is performed before and after the formation of the sidewall spacers 17, so that source / drain regions with extensions are formed. By separately forming the n-channel transistor and the p-channel transistor, a CMOS transistor circuit is formed.
[0012]
After forming a semiconductor element such as a MOS transistor, a phosphosilicate glass (PSG, phosphor glass) film 18 having a thickness of about 1.5 μm is formed at a substrate temperature of 600 ° C., for example, by chemical vapor deposition (CVD). The formed PSG film 18 has irregularities reflecting a base structure such as a gate electrode. The surface of the PSG film 18 is planarized by chemical mechanical polishing (CMP). On the flattened surface, a SiC film 19 having a thickness of about 50 nm is formed as a passivation film by plasma CVD using, for example, ESL3 (registered trademark) available from Novellus. The surface of the obtained SiC film 19 is hydrophobic. The SiC film 19 also has a copper diffusion preventing function for preventing copper atoms from being diffused downward with respect to the copper wiring formed thereon.
[0013]
A resist pattern PR1 is formed on the surface of the SiC film 19. The resist pattern PR1 has an opening for forming a via hole in an electrode extraction region of the semiconductor element. Using the resist pattern PR1 as an etching mask, the SiC film 19 and the PSG film 18 are etched to form via holes.
[0014]
As shown in FIG. 1B, a metal film such as TiN or Ta is deposited as a barrier metal by sputtering so as to cover the inner wall of the via hole, and then a tungsten (W) film is formed by CVD. An unnecessary metal film deposited on the SiC film 19 is removed by CMP. Thus, a conductive (contact) plug P having a surface substantially flush with the surface of the SiC film 19 is formed by filling the via hole.
[0015]
As shown in FIG. 1C, a low dielectric constant insulating film LK1 made of a so-called Low-K material having a thickness of about 150 nm is formed on the surface of the SiC film 19 by, for example, a registered trademark SiLK- available from Dow Chemical Company. It is formed by applying J150. The low-dielectric-constant insulating film LK1 is formed by evaporating the solvent by baking after application and curing by heat treatment. On the low dielectric constant insulating film LK1, a cap film 20 made of, for example, silicon oxide (SiO) and having a thickness of about 100 nm is formed by, for example, CVD.
[0016]
A resist pattern PR2 is formed on the surface of the cap film 20. The resist pattern PR2 has an opening corresponding to the wiring pattern of the first wiring layer. Using the resist pattern PR2 as an etching mask, the cap film 20 and the low dielectric constant insulating film LK1 are etched to form wiring grooves. After that, the resist pattern PR2 is removed.
[0017]
As shown in FIG. 2 (D), a barrier metal layer BM made of, for example, tantalum nitride (TaN) having a thickness of about 30 nm and a thickness made of copper having a thickness of about 30 nm are formed in the wiring groove exposing the head of the conductive plug P. A 30 nm seed metal layer SM is formed by sputtering.
[0018]
As shown in FIG. 2E, a copper wiring layer PM is formed on the seed metal layer SM by plating. After that, the unnecessary metal film on the surface of the cap film 20 is removed by performing CMP.
[0019]
As shown in FIG. 2F, the first-layer wiring W1 remains in the wiring groove. On the surface of the cap film 20, a copper diffusion prevention film 21 made of SiC and having a thickness of, for example, 50 nm is formed by the same plasma CVD as described above.
[0020]
As shown in FIG. 3G, a low dielectric constant insulating film LK2 having a thickness of, for example, about 400 nm is formed on the surface of the copper diffusion preventing film 21 using, for example, a registered trademark SiLK-J350 available from Dow Chemical Company. The film is formed by a coating method. After applying the liquid material, baking and heat curing are performed to form the low dielectric constant insulating film LK2. On the surface of the low dielectric constant insulating film LK2, a cap film 23 of, for example, about 100 nm in thickness made of SiO and a hard mask film 24 of about 50 nm in thickness made of silicon nitride (SiN) are formed by CVD.
[0021]
As shown in FIG. 3H, a dual damascene wiring 29 is embedded in the hard mask film 24, the cap film 23, the low dielectric constant insulating film LK2, and the copper diffusion preventing film 21. Hereinafter, steps required until a wiring 29 is formed will be described.
[0022]
After forming an opening for defining a wiring groove in the hard mask 24 using a resist mask, a via hole reaching the copper diffusion prevention film 21 is formed using another resist mask. Thereafter, using the hard mask film 24 as an etching mask, the cap film 23 and the low dielectric constant insulating film LK2 are etched to form wiring trenches. Further, the copper diffusion preventing film 21 exposed at the bottom of the via hole is etched to complete the dual damascene wiring concave portion 28. Next, the inner surface of the wiring recess 28 is cleaned.
[0023]
FIG. 5 shows a schematic diagram of the cleaning device. A processing table 71 is arranged in the cleaning container 70, and a substrate 72 to be cleaned is placed thereon. A heater 87 is attached to the processing table 71, and can heat the substrate 72 held on the processing table 71.
[0024]
The container 75 is filled with pure water 80. The container 76 is filled with a copper corrosion inhibitor 81. The pure water 80 filled in the container 75 is heated by the heater 85. The corrosion inhibitor 81 filled in the container 76 is heated by the heater 86. The heated vaporized vapor and the corrosion inhibitor are introduced into the cleaning container 70 through the pipe 77. These gases introduced into the cleaning container 70 are discharged to the outside through the exhaust port 78.
[0025]
The substrate on which the wiring recess 28 shown in FIG. 3H is formed is placed on the processing table 71 of the cleaning apparatus in FIG. The pressure in the cleaning container 70 is set to about 133 Pa, the substrate is heated to 300 ° C., and its surface is exposed to a gas in which steam and an anticorrosive agent are mixed to perform surface cleaning. As the anticorrosive, for example, 2-mercaptobenzothiazole, 2,5-mercaptobenzothiazole, benzimidazole, benzimidazole thiol, benzoxazole thiol, mercaptothiazoline and the like can be used.
[0026]
Next, as in the process described with reference to FIG. 2E, a barrier metal layer, a seed metal layer, and a plating layer are stacked, and unnecessary portions on the hard mask film 24 are removed by CMP. The second-layer wiring 29 is completed. The hard mask film 24 may be removed during the CMP.
[0027]
As shown in FIG. 3I, on the hard mask film 24, a copper diffusion prevention film 31 made of SiC and having a thickness of, for example, 50 nm is formed by plasma CVD.
As shown in FIG. 4J, a low-dielectric-constant insulating film LK3 having a thickness of about 450 nm is formed on the copper diffusion preventing film 31 by a coating method using a registered trademark SiLK-J350 by the same process as described above. . Further, on the surface of the low dielectric constant insulating film LK3, a cap film 33 made of SiO and having a thickness of about 100 nm and a hard mask film 34 made of SiN and having a thickness of about 50 nm are formed. The third wiring layer is formed through the hard mask film 34, the cap film 33, the low-dielectric-constant insulating film LK3, and the copper diffusion preventing film 31 by the same process as described above. By repeating the same steps, for example, five wiring layers are formed.
[0028]
FIG. 4K shows a configuration example of five wiring layers. A third layer wiring 39 is buried in the third interlayer insulating film, and a copper diffusion preventing film 41, a low dielectric constant insulating film LK4, a cap film 43, and a hard mask film 44 are laminated thereon. A fourth-layer wiring 49 is embedded in a fourth-layer interlayer insulating film composed of a stack of these films.
[0029]
On the fourth wiring 49, a copper diffusion prevention film 51, a low dielectric constant insulating film LK5, a cap film 53, and a hard mask film 54 are further formed. A fifth-layer wiring 59 is buried in a fifth-layer interlayer insulating film composed of a stack of these films. A cap film 60 made of, for example, SiC is formed to cover the fifth-layer wiring 59. Further, an SiO 2 film is formed thereon to form an interlayer insulating film, and an aluminum pad is formed.
[0030]
In the above embodiment, cleaning is performed by exposing the inner surface of the wiring recess 28 shown in FIG. 3H to a gas containing water vapor and an anticorrosive agent. The foreign matter on the surface of the copper wiring W1 exposed on the bottom surface of the concave portion 28 can be removed by the action of the water vapor. Since the steam contains the corrosion inhibitor of copper, oxidation and corrosion of the surface of the copper wiring W1 can be prevented. In order to obtain a sufficient foreign matter removing effect, it is preferable that the substrate temperature during cleaning be 300 ° C. or higher.
[0031]
In order to prevent corrosion of copper, the concentration of the corrosion inhibitor in the gas is preferably set to 10 ppm or more. Further, in order to sufficiently secure the cleaning effect by steam, the concentration of the anticorrosive is preferably set to 10% by weight or less. By independently controlling the flow rate of the water vapor and the flow rate of the anticorrosive, the concentration of the anticorrosive can be set to a desired value.
[0032]
In the above embodiment, the case where the surface of the copper wiring exposed on the bottom surface of the damascene wiring concave portion was cleaned was described, but other than that, copper or a material containing copper as a main component occupies at least a part of the surface of the substrate. When performing surface cleaning, the cleaning method according to the above embodiment is effective.
[0033]
In the above embodiment, SiLK was used as the low dielectric constant insulating material, but FLAR (registered trademark of Honeywell), which is another organic insulating material, may be used. It is also possible to use porous silica having an inorganic methyl group or the like, Coral (registered trademark of Novelas) or Black Diamond (registered trademark of AMAT).
[0034]
The SiC film 19 and the copper diffusion preventing films 21 and 31 made of SiC used in the above embodiment are hydrophobic. When the low dielectric constant insulating films LK1, LK2, and LK3 are formed on such a hydrophobic film, the adhesion of the films is reduced. In order to enhance the adhesion, it is preferable to perform a surface treatment before forming the low dielectric constant insulating film on the SiC film.
Hereinafter, the surface treatment method will be described.
[0035]
A treatment liquid containing a compound having a silanol group and a functional reactive group is spin-coated on the surface of the SiC film. This treatment liquid is generated by hydrolyzing a silane coupling agent having an alkoxy group and a reactive functional group, and removing generated alcohol.
[0036]
As shown in FIG. 6A, generally, silicon atoms on the surface of the SiC film 19 formed by plasma CVD are terminated with hydrogen atoms. That is, SiH groups appear on the surface of the SiC film 19. The hydrogen atoms of this SiH and the hydrogen atoms of the silanol groups of the compound contained in the treatment liquid are eliminated, and hydrogen gas is generated.
[0037]
As shown in FIG. 6B, the —O—Si—R atomic group of the compound contained in the processing solution is bonded to silicon atoms on the surface of the SiC film 19. Here, R represents a reactive functional group in the compound contained in the treatment liquid. Although this reaction occurs even at room temperature, the reaction time can be shortened by heating. After this reaction, the surface of the SiC film 19 is washed with water and spin-dried.
[0038]
When the surface treatment of the SiC film is performed using the treatment liquid from which the silane coupling agent is hydrolyzed and the alcohol is removed, only hydrogen gas is generated at the time of the surface treatment as shown in FIG. Does not occur. This can prevent an increase in the dielectric constant and peeling of the insulating film due to the remaining alcohol.
[0039]
As a silane coupling agent before hydrolysis, for example, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltri-n-propoxysilane, vinyltri-i-propoxysilane, vinyltri-n-butoxysilane, vinyltri-i-butoxysilane, Vinyltri-sec-butoxysilane, vinyltri-t-butoxysilane, divinyldimethoxysilane, divinyldiethoxysilane, divinyldi-n-propoxysilane, divinyldi-i-propoxysilane, divinyldi-n-butoxysilane, divinyldi-i-butoxysilane , Divinyl di-sec-butoxy silane, divinyl di-t-butoxy silane, trivinyl methoxy silane, trivinyl ethoxy silane, trivinyl n-propoxy silane, trivinyl i-propoxy , Trivinyl-n-butoxysilane, trivinyl-i-butoxysilane, trivinyl-sec-butoxysilane, trivinyl-t-butoxysilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, divinylbis (2-methoxyethoxy) silane, trivinyl ( 2-methoxyethoxy) silane, vinylmethyldimethoxysilane, vinylmethyldiethoxysilane, vinylethyldimethoxysilane, vinylethyldiethoxysilane, vinylphenyldimethoxysilane, vinylphenyldiethoxysilane, divinylmethylmethoxysilane, divinylmethylethoxysilane, Divinylethylmethoxysilane, divinylethylethoxysilane, divinylphenylmethoxysilane, divinylphenylethoxysilane, 1,3-divinyltetramethoxy Loxane, 1,3-divinyltetraethoxysiloxane, 1,3-divinyl-1,3-dimethyldimethoxysiloxane, 1,3-divinyl-1,3-dimethyldiethoxysiloxane, vinyltriacetoxysilane, divinyldiacetoxysilane, Trivinylacetoxysilane, vinylmethyldiacetoxysilane, vinylethyldiacetoxysilane, vinylphenyldiacetoxysilane, divinylmethylacetoxysilane, divinylethylacetoxysilane, divinylphenylacetoxysilane, 1,3-divinyltetraacetoxysiloxane, 1,3 -Divinyl-1,3-dimethyldiacetoxysiloxane, (3-acryloxypropyl) dimethylmethoxysilane, (3-acryloxypropyl) dimethylethoxysilane, N-3- (acrylic) Roxy-2-hydropropyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-3- (acryloxy-2-hydropropyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, (3-acryloxypropyl) methyldimethoxysilane, (3 -Acryloxypropyl) methyldiethoxysilane, (3-acryloxypropyl) trimethoxysilane, (3-acryloxypropyl) triethoxysilane, 3- (N-allylamino) propyltrimethoxysilane, 3- (N-allylamino ) Propyltriethoxysilane, allyldimethoxysilane, allyldiethoxysilane, ethynyltrimethoxysilane, ethynyltriethoxysilane, ethynyltri-n-propoxysilane, ethynyltri-i-propoxysilane, ethynyltri-n-butoxysilane, e Niltri-i-butoxysilane, ethynyltri-sec-butoxysilane, ethynyltri-t-butoxysilane, diethynyldimethoxysilane, diethynyldiethoxysilane, diethynyldi-n-propoxysilane, diethynyldi-i-propoxysilane, diethynyldi-n- Butoxysilane, diethynyldi-i-butoxysilane, diethynyldi-sec-butoxysilane, diethynyldi-t-butoxysilane, triethynylmethoxysilane, triethynylethoxysilane, triethynyl-n-propoxysilane, triethynyl-i-propoxysilane, triethynyl- n-butoxysilane, triethynyl-i-butoxysilane, triethynyl-sec-butoxysilane, triethynyl-t-butoxysilane, ethynyltris (2-methoxy Ethoxy) silane, diethynylbis (2-methoxyethoxy) silane, triethynyl (2-methoxyethoxy) silane, ethynylmethyldimethoxysilane, ethynylmethyldiethoxysilane, ethynylethyldimethoxysilane, ethynylethyldiethoxysilane, ethynylphenyldimethoxysilane, ethynyl Phenyldiethoxysilane, diethynylmethylmethoxysilane, diethynylmethylethoxysilane, diethynylethylmethoxysilane, diethynylethylethoxysilane, diethynylphenylmethoxysilane, diethynylphenylethoxysilane, 1,3-diethynyltetramethoxysiloxane 1,3-diethynyltetraethoxysiloxane, 1,3-diethynyl-1,3-dimethyldimethoxysiloxane, 1,3-diethynyl- 1,3-dimethyldiethoxysiloxane, ethynyltriacetoxysilane, diethynyldiacetoxysilane, triethynylacetoxysilane, ethynylmethyldiacetoxysilane, ethynylethyldiacetoxysilane, ethynylphenyldiacetoxysilane, diethynylmethylacetoxysilane, Ethynylethylacetoxysilane, diethynylphenylacetoxysilane, 1,3-diethynyltetraacetoxysiloxane, 1,3-diethynyl1,3-dimethyldiacetoxysiloxane, (phenylethynyl) trimethoxysilane, (phenylethynyl) triethoxysilane , (Phenylethynyl) tri-n-propoxysilane, (phenylethynyl) tri-i-propoxysilane, (phenylethynyl) tri-n-butoxysilane, (Nylethynyl) tri-i-butoxysilane, (phenylethynyl) tri-sec-butoxysilane, (phenylethynyl) tri-t-butoxysilane, bis (phenylethynyl) dimethoxysilane, bis (phenylethynyl) diethoxysilane, bis ( (Phenylethynyl) di-n-propoxysilane, bis (phenylethynyl) di-i-propoxysilane, bis (phenylethynyl) di-n-butoxysilane, bis (phenylethynyl) di-i-butoxysilane, bis (phenylethynyl) ) Di-sec-butoxysilane, bis (phenylethynyl) di-t-butoxysilane, tris (phenylethynyl) methoxysilane, tris (phenylethynyl) ethoxysilane, tris (phenylethynyl) -n-propoxysilane, tris (phenyl) (Ethynyl) -i-propoxysilane, tris (phenylethynyl) -n-butoxysilane, tris (phenylethynyl) -i-butoxysilane, tris (phenylethynyl) -sec-butoxysilane, tris (phenylethynyl) -t-butoxy Silane, (phenylethynyl) tris (2-methoxyethoxy) silane, bis (phenylethynyl) bis (2-methoxyethoxy) silane, tris (phenylethynyl) (2-methoxyethoxy) silane, (phenylethynyl) methyldimethoxysilane, (Phenylethynyl) methyldiethoxysilane, (phenylethynyl) ethyldimethoxysilane, (phenylethynylethyl) diethoxysilane, (phenylethynyl) phenyldimethoxysilane, (phenylethynyl) phenyldiethoxy Silane, bis (phenylethynyl) methylmethoxysilane, bis (phenylethynyl) methylethoxysilane, bis (phenylethynyl) ethylmethoxysilane, bis (phenylethynyl) ethylethoxysilane, bis (phenylethynyl) phenylmethoxysilane, bis (phenyl) (Ethynyl) phenylethoxysilane, 1,3-bis (phenylethynyl) tetramethoxysiloxane, 1,3-bis (phenylethynyl) tetraethoxysiloxane, 1,3-bis (phenylethynyl) -1,3-dimethyldimethoxysiloxane, 1,3-bis (phenylethynyl) -1,3-dimethyldiethoxysiloxane, (phenylethynyl) triacetoxysilane, bis (phenylethynyl) diacetoxysilane, tris (phenylethynyl) acetate Sisilane, (phenylethynyl) methyldiacetoxysilane, (phenylethynyl) ethyldiacetoxysilane, (phenylethynyl) phenyldiacetoxysilane, bis (phenylethynyl) methylacetoxysilane, bis (phenylethynyl) ethylacetoxysilane, bis (phenyl) (Ethynyl) phenylacetoxysilane, 1,3-bis (phenylethynyl) tetraacetoxysiloxane, 1,3-bis (phenylethynyl) -1,3-dimethyldiacetoxysiloxane, bis (trimethoxysilyl) acetylene, bis (triethoxy) (Silyl) acetylene, p-tolyltrimethoxysilane, p-tolyltriethoxysilane, p-tolyltri-n-propoxysilane, p-tolyltri-i-propoxysilane, m-tolyltrimethoxy Orchids, m- tolyl triethoxysilane, m- Torirutori -n- propoxysilane, m- Torirutori -i- propoxysilane, p- tolyl triacetoxy silane, and the like m- tolyl triacetoxy silane.
[0040]
When one molecule of the silane coupling agent contains a plurality of alkoxy groups, it is preferable to hydrolyze the silane coupling agent so that all the alkoxy groups are changed to hydroxy groups. If the alkoxy group remains, alcohol may be generated during the surface treatment of the SiC film.
[0041]
In order to convert all the alkoxy groups into hydroxy groups, it is preferable to add 1 mol or more of water to 1 mol of the alkoxy group during the hydrolysis of the silane coupling agent. For example, when vinyltrimethoxysilane is used as a silane coupling agent, one mole of the silane coupling agent contains 3 moles of methoxy groups. Therefore, it is preferable to add 3 moles or more of water to 1 mole of the silane coupling agent for hydrolysis.
[0042]
Similarly, when the silane coupling agent contains an acetoxy group, it is preferable to add one or more moles of water to one mole of the acetoxy group to perform hydrolysis.
In the above embodiment, the case where the SiC film is used as the copper diffusion preventing film has been described. However, the improvement of the adhesion can be expected also when the SiOC film is used as the copper diffusion preventing film. In addition, when an insulating material containing silicon, in which a low dielectric constant insulating film made of SiLK or the like is formed on the surface of the insulating film in which silicon atoms on the surface are terminated with hydrogen atoms, adhesion is also high. Can be expected to improve.
[0043]
Further, in the above-described embodiment, the case where the registered trademark SiLK is used as the low dielectric constant insulating film material has been described. However, the same result can be obtained by using an organic insulating material including a double bond or a triple bond between carbon atoms. Will be obtained.
[0044]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the surface of the substrate is occupied by the copper member. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view (part 1) of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view (part 2) of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view (part 3) of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view (part 4) of a substrate for describing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a cleaning device used in the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a state of a chemical reaction at the time of surface treatment according to an example and a chemical structural formula on a substrate surface.
[Explanation of symbols]
10 silicon substrate 11 STI (shallow trench isolation)
18 PSG film 19 SiC film 21, 31, 41, 51 Copper diffusion prevention film 23, 33, 43, 53 Cap film 24, 34, 44, 54 Hard mask film 29, 39, 49, 59 Wiring 70 Cleaning container 71 Processing table 72 Substrate 75, 76 Container 78 Outlet 80 Pure water 81 Corrosion inhibitor 85, 86, 87 Heater

Claims (5)

(a)銅または銅を主成分とする材料が表面の少なくとも一部を占める被処理物を準備する工程と、
(b)前記被処理物の表面を、水蒸気及び銅の防蝕剤を含む気体に晒す工程とを有する半導体装置の製造方法。
(A) preparing an object to be treated in which copper or a copper-based material occupies at least a part of the surface;
(B) exposing the surface of the object to be processed to a gas containing water vapor and a corrosion inhibitor of copper.
前記工程(b)において、前記被処理物の温度を300℃以上にして、該被処理物を前記気体に晒す請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein in the step (b), the temperature of the object is set to 300 ° C. or higher, and the object is exposed to the gas. 前記防蝕剤が、2−メルカプトベンゾチアゾール、2,5−メルカプトベンゾチアゾール、ベンズイミダゾール、ベンズイミダゾールチオール、ベンズオキサゾールチオール、メルカプトチアゾリンからなる群より選択された少なくとも1つを含む請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。The method according to claim 1, wherein the anticorrosive comprises at least one selected from the group consisting of 2-mercaptobenzothiazole, 2,5-mercaptobenzothiazole, benzimidazole, benzimidazolethiol, benzoxazolethiol, and mercaptothiazoline. 4. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above. 前記工程(b)で用いられる気体中の前記防蝕剤の濃度が、10ppm〜10重量%である請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of the corrosion inhibitor in the gas used in the step (b) is 10 ppm to 10% by weight. 5. 前記工程(a)が、
表面上に銅または銅を主成分とする第1の配線が形成された半導体基板上に、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、前記第1の配線の一部が露出するようにダマシン配線用凹部を形成する工程とを含み、
前記工程(b)の後に、さらに、前記ダマシン配線用凹部内に、第2の配線を充填する工程を有する請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The step (a) comprises:
Forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate on which copper or a first wiring containing copper as a main component is formed;
Forming a damascene wiring recess in the interlayer insulating film such that a part of the first wiring is exposed;
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising, after the step (b), a step of filling a second wiring in the damascene wiring recess.
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