JP2005217320A - Method for forming wiring, fabrication process of semiconductor device and process for manufacturing semiconductor packaging equipment - Google Patents

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誠一 近藤
Kaori Misawa
佳居 実沢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress stripping of a low dielectric constant film in polishing a conductive film. <P>SOLUTION: A diffusion prevention film 2 is formed on a silicon substrate 1 and a low dielectric constant film 3 having a dielectric constant not larger than 3 is formed. The low dielectric constant film 3 is then removed by a removal width A from the edge 10 of the silicon substrate 1. A cap film 4 is formed on the low dielectric constant film 3 and a trench 5 for wiring is formed in the cap film 4, the low dielectric constant film 3 and the diffusion prevention film 2. After a barrier film 6 and a Cu film 7 are formed, the Cu film 7 is removed from the edge 10 by a removal width B which is different from the removal width A by 1 mm or more. The unnecessary Cu film 7 and the barrier metal film 6 on the cap film 4 are removed by CMP. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、配線の形成方法、半導体装置の製造方法並びに半導体実装装置の製造方法に係り、特に低誘電率膜とCu配線とを組み合わせた埋め込み配線の形成に関する。   The present invention relates to a method of forming a wiring, a method of manufacturing a semiconductor device, and a method of manufacturing a semiconductor mounting device, and more particularly to formation of a buried wiring combining a low dielectric constant film and a Cu wiring.

半導体集積回路(以下「LSI」という。)の高集積化及び高性能化に伴い、新たな微細加工技術が提案されている。その1つとして化学機械研磨(以下「CMP」という。)法があり、特に、多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグの形成、埋め込み配線の形成に利用されている(例えば、特許文献1参照。)。
近年、配線の信号遅延が問題となっており、配線材料を従来のAl合金から低抵抗のCu合金に変更する動きが進んでいる。Cu合金はドライエッチングによる微細加工が困難であるため、絶縁膜内に溝を形成し、該溝内にCu膜を堆積させ、溝以外の不要なCu膜をCMP法を用いて除去することにより埋め込みCu配線を形成する、いわゆるダマシン法が採用されている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、配線間の寄生容量を低減するため、SiO膜よりも比誘電率が低い低誘電率膜(以下「low−k膜」ともいう。)を層間絶縁膜として用いたLSIが開発されている。すなわち、比誘電率kが約4.2であるSiO膜に代えて、kが1.5〜3.5である低誘電率膜が用いられている。また、kが2.5以下である低誘電率膜材料の開発も進められている。このkが2.5以下である材料は、空孔(ポア)が導入されたポーラスlow−k膜材料であることが多い。
Along with higher integration and higher performance of semiconductor integrated circuits (hereinafter referred to as “LSI”), new microfabrication techniques have been proposed. One of them is a chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as “CMP”) method, which is particularly used for flattening an interlayer insulating film, forming a metal plug, and forming a buried wiring in a multilayer wiring forming process (for example, (See Patent Document 1).
In recent years, signal delay of wiring has become a problem, and the movement to change the wiring material from a conventional Al alloy to a low-resistance Cu alloy is progressing. Since Cu alloy is difficult to finely process by dry etching, a groove is formed in the insulating film, a Cu film is deposited in the groove, and unnecessary Cu film other than the groove is removed by CMP. A so-called damascene method for forming a buried Cu wiring is employed (see, for example, Patent Document 2).
Further, in order to reduce the parasitic capacitance between wirings, an LSI using a low dielectric constant film (hereinafter also referred to as “low-k film”) having a relative dielectric constant lower than that of the SiO 2 film has been developed. Yes. That is, a low dielectric constant film having k of 1.5 to 3.5 is used in place of the SiO 2 film having a relative dielectric constant k of about 4.2. Development of a low dielectric constant film material having k of 2.5 or less is also underway. The material of which k is 2.5 or less is often a porous low-k film material into which pores are introduced.

しかし、低誘電率膜はSiO膜と比較して機械的強度が弱い。このため、低誘電率膜とCu配線とを組み合わせた多層配線構造を形成する際、CMPの研磨荷重によって低誘電率膜に構造的破壊が発生する問題や、低誘電率膜と接するキャップ膜又は下地絶縁膜が剥離する問題があった。特に、ヤング率や硬度が低い低誘電率膜材料や、キャップ膜に対する接着性が低い低誘電率膜材料を用いた場合、上記問題が顕著に発生してしまう。特に低誘電率膜のヤング率が5GPa以下になると剥離が発生しやすい結果が報告されている(例えば、非特許文献1参照。)。
このようなCu−CMP中に起こる低誘電率膜の剥離は、ウェハエッジが起点になっていることが多い(例えば、非特許文献2参照。)。また、研磨時間が長くなるにつれて、ウェハの中心方向に向かって剥離面積が拡大する傾向がある。
However, the low dielectric constant film has a lower mechanical strength than the SiO 2 film. For this reason, when forming a multilayer wiring structure in which a low dielectric constant film and a Cu wiring are combined, there is a problem that structural breakdown occurs in the low dielectric constant film due to the polishing load of CMP, or a cap film in contact with the low dielectric constant film or There was a problem that the base insulating film peeled off. In particular, when a low dielectric constant film material having a low Young's modulus and hardness, or a low dielectric constant film material having a low adhesiveness to the cap film is used, the above-described problem occurs remarkably. In particular, it has been reported that peeling occurs easily when the Young's modulus of the low dielectric constant film is 5 GPa or less (for example, see Non-Patent Document 1).
Such peeling of the low dielectric constant film that occurs during Cu-CMP often starts at the wafer edge (see, for example, Non-Patent Document 2). Further, as the polishing time becomes longer, the peeling area tends to increase toward the center of the wafer.

そこで、従来は、CMPの研磨荷重を下げることにより、低誘電率膜の剥離を低減していた。一方、ヤング率や硬度が高い低誘電率膜材料を用いることは、低誘電率膜の剥離抑制に有効である。   Therefore, conventionally, peeling of the low dielectric constant film has been reduced by lowering the polishing load of CMP. On the other hand, the use of a low dielectric constant film material having a high Young's modulus and hardness is effective in suppressing peeling of the low dielectric constant film.

米国特許第4,944,836号明細書US Pat. No. 4,944,836 特開平2−278822号公報JP-A-2-278822 Simon Lin、外11名、“Low-k Dielectrics Characterization for Damascene Integration”、2001年、IITC2001Simon Lin, 11 others, “Low-k Dielectrics Characterization for Damascene Integration”, 2001, IITC2001 Stan Tsai、外6名、“Copper CMP at Low Shear Force for Low-k Compatibility”、2002年、IITC2002Stan Tsai, 6 others, “Copper CMP at Low Shear Force for Low-k Compatibility”, 2002, IITC2002

しかしながら、CMPの研磨荷重を下げると、研磨速度が低下し、スループットが下がってしまう問題があった。また、ヤング率や硬度を高くすると、比誘電率kが増加してしまうという問題があった。
Cu−CMP中の低誘電率膜の剥離はCu配線開発において大きな問題となっており、剥離面積は小さくなってもウェハエッジでの低誘電率膜の剥離はほとんど解決されていなかった。
However, when the polishing load of CMP is lowered, there is a problem that the polishing rate is lowered and the throughput is lowered. Further, when the Young's modulus and hardness are increased, there is a problem that the relative dielectric constant k increases.
The peeling of the low dielectric constant film during Cu-CMP has become a big problem in Cu wiring development, and even if the peeling area is reduced, the peeling of the low dielectric constant film at the wafer edge has hardly been solved.

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、導電膜を研磨する際の低誘電率膜の剥離を抑制することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to suppress peeling of a low dielectric constant film when a conductive film is polished.

本発明に係る配線形成方法は、低誘電率膜内に埋め込み配線を形成する方法であって、
下地上に比誘電率が3以下の低誘電率膜を形成する工程と、
前記下地のエッジから第1の幅で前記低誘電率膜を除去する工程と、
前記第1の幅で前記低誘電率膜を除去した後、前記低誘電率膜上にキャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜及び前記低誘電率膜内に溝を形成する工程と、
前記溝の内部及び前記キャップ膜上に導電膜を形成する工程と、
前記下地のエッジから前記第1の幅とは1mm以上異なる第2の幅で前記導電膜を除去する工程と、
前記第2の幅で前記導電膜を除去した後、前記キャップ膜上に形成された不要な前記導電膜を研磨する工程とを含むことを特徴とするものである。
A wiring forming method according to the present invention is a method of forming a buried wiring in a low dielectric constant film,
Forming a low dielectric constant film having a relative dielectric constant of 3 or less on the ground;
Removing the low dielectric constant film with a first width from the underlying edge;
Forming a cap film on the low dielectric constant film after removing the low dielectric constant film in the first width;
Forming a groove in the cap film and the low dielectric constant film;
Forming a conductive film inside the groove and on the cap film;
Removing the conductive film from the edge of the base with a second width different from the first width by 1 mm or more;
And polishing the unnecessary conductive film formed on the cap film after removing the conductive film with the second width.

本発明に係る配線形成方法において、前記第1の幅が4mm以上15mm以下であることが好適である。   In the wiring formation method according to the present invention, it is preferable that the first width is not less than 4 mm and not more than 15 mm.

本発明に係る配線形成方法において、前記第2の幅が前記第1の幅よりも小さいことが好適である。   In the wiring formation method according to the present invention, it is preferable that the second width is smaller than the first width.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に拡散層を有する半導体素子を形成する工程と、
前記半導体素子を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に前記拡散層と接続するコンタクトを形成する工程と、
前記コンタクト及び層間絶縁膜上に比誘電率が3以下の低誘電率膜を形成する工程と、
前記基板のエッジから第1の幅で前記低誘電率膜を除去する工程と、
前記低誘電率膜を除去した後、前記低誘電率膜上にキャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜及び前記低誘電率膜内に、前記コンタクトの表面に達する溝を形成する工程と、
前記溝の内部及び前記キャップ上に導電膜を形成する工程と、
前記基板のエッジから前記第1の幅とは1mm以上異なる第2の幅で前記導電膜を除去する工程と、
前記導電膜を除去した後、前記キャップ膜上に形成された不要な前記導電膜を研磨する工程とを含むことを特徴とするものである。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a semiconductor element having a diffusion layer on a substrate,
Forming an interlayer insulating film covering the semiconductor element;
Forming a contact connected to the diffusion layer in the interlayer insulating film;
Forming a low dielectric constant film having a relative dielectric constant of 3 or less on the contact and the interlayer insulating film;
Removing the low dielectric constant film with a first width from an edge of the substrate;
Forming a cap film on the low dielectric constant film after removing the low dielectric constant film;
Forming a groove reaching the surface of the contact in the cap film and the low dielectric constant film;
Forming a conductive film inside the groove and on the cap;
Removing the conductive film with a second width different from the first width by 1 mm or more from the edge of the substrate;
And polishing the unnecessary conductive film formed on the cap film after removing the conductive film.

本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第1の幅が4mm以上15mm以下であることが好適である。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is preferable that the first width is not less than 4 mm and not more than 15 mm.

本発明に係る半導体装置の製造方法において、前記第2の幅が前記第1の幅よりも小さいことが好適である。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is preferable that the second width is smaller than the first width.

本発明に係る半導体実装装置の製造方法は、半導体素子を有する半導体装置上に比誘電率が3以下の低誘電率膜を形成する工程と、
前記半導体装置のエッジから第1の幅で前記低誘電率膜を除去する工程と、
前記低誘電率膜を除去した後、前記低誘電率膜上にキャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜及び前記低誘電率膜内に溝を形成する工程と、
前記溝の内部及び前記キャップ上に導電膜を形成する工程と、
前記半導体装置のエッジから前記第1の幅とは1mm以上異なる第2の幅で前記導電膜を除去する工程と、
前記導電膜を除去した後、前記キャップ膜上に形成された不要な前記導電膜を研磨する工程とを含むことを特徴とするものである。
A method of manufacturing a semiconductor mounting device according to the present invention includes a step of forming a low dielectric constant film having a relative dielectric constant of 3 or less on a semiconductor device having a semiconductor element;
Removing the low dielectric constant film with a first width from an edge of the semiconductor device;
Forming a cap film on the low dielectric constant film after removing the low dielectric constant film;
Forming a groove in the cap film and the low dielectric constant film;
Forming a conductive film inside the groove and on the cap;
Removing the conductive film with a second width different from the first width by 1 mm or more from an edge of the semiconductor device;
And polishing the unnecessary conductive film formed on the cap film after removing the conductive film.

本発明に係る半導体実装装置の製造方法において、前記第1の幅が4mm以上15mm以下であることが好適である。   In the method for manufacturing a semiconductor mounting device according to the present invention, it is preferable that the first width is not less than 4 mm and not more than 15 mm.

本発明に係る半導体実装装置の製造方法において、前記第2の幅が前記第1の幅よりも小さいことが好適である。   In the method for manufacturing a semiconductor mounting device according to the present invention, it is preferable that the second width is smaller than the first width.

本発明によれば、以上説明したように、導電膜の除去幅と低誘電率膜の除去幅とを1mm以上異ならしめることにより、導電膜を研磨する際の低誘電率膜の剥離を抑制することができる。   According to the present invention, as described above, the removal width of the conductive film and the removal width of the low dielectric constant film are made different by 1 mm or more, thereby suppressing the peeling of the low dielectric constant film when the conductive film is polished. be able to.

本発明者は、先ず、Cu−CMPにおけるlow−k膜の剥離の正確な起点を調査した。この調査によれば、low−k膜の剥離起点は、ウェハ外周部においてlow−k膜が成膜されているところ、すなわちlow−k膜のエッジ部分であった。詳細には、low−k膜をスピン塗布した直後に、ウェハエッジから約2mmの幅でlow−k膜を除去しているため、実際の剥離の起点はウェハエッジから2mm内側に入ったところである。このように、low−k膜をウェハエッジで除去する理由は、ウェハのノッチやオリフラ周辺において発生するlow−k膜の塗布むらを除去する目的と、ウェハエッジに成膜されたlow−k膜がウェハケースやウェハキャリアなどに接触した際に剥離してパーティクルを発生することを防ぐ目的の2つがある。従って、low−k膜のウェハエッジ除去は必要であるが、そこがCu−CMPにおけるlow−k膜の剥離の起点となっていた。   The inventor first investigated the precise starting point of the low-k film peeling in Cu-CMP. According to this investigation, the starting point of the low-k film peeling was where the low-k film was formed on the outer periphery of the wafer, that is, at the edge of the low-k film. More specifically, since the low-k film is removed with a width of about 2 mm from the wafer edge immediately after the low-k film is spin-coated, the actual peeling start point is 2 mm inside the wafer edge. As described above, the reason for removing the low-k film at the wafer edge is that the unevenness of the low-k film generated around the notch or orientation flat of the wafer is removed and the low-k film formed on the wafer edge is removed from the wafer. There are two purposes for preventing particles from peeling off when contacting a case or wafer carrier. Therefore, it is necessary to remove the wafer edge of the low-k film, but this is the starting point of peeling of the low-k film in Cu-CMP.

low−k膜だけでなく、電解メッキ法により形成するCu膜もウェハエッジでは約2mmの幅で除去している。その理由は、ウェハエッジにCu膜が形成されていると、ウェハケースやウェハキャリアにCuが付着し、それがプロセス中に他のウェハに移り最終的に金属汚染の問題を引き起こすからである。また、電解メッキ法により形成されたCu膜はメッキ電極よりも外側では形成されないが、スパッタリング法により形成されたシードCu膜はウェハ最外周まで形成されているため、メッキ電極よりも1mm程度内側ではメッキCu膜の膜厚が不均一となり、その部分をメッキ後に除去することによりCu−CMP工程において研磨残りが発生しないようにしていた。
従って、low−k膜とCu膜は共にウェハエッジから約2mmの距離まで除去されており、Cu−CMPにおいてウェハエッジから約2mm内側に入った部分からlow−k膜の剥離が発生していた。
Not only the low-k film, but also the Cu film formed by the electrolytic plating method is removed with a width of about 2 mm at the wafer edge. The reason is that if a Cu film is formed on the wafer edge, Cu adheres to the wafer case or the wafer carrier, which moves to another wafer during the process, and finally causes a problem of metal contamination. In addition, the Cu film formed by the electrolytic plating method is not formed outside the plating electrode, but the seed Cu film formed by the sputtering method is formed up to the outermost periphery of the wafer. The film thickness of the plated Cu film becomes non-uniform, and this portion is removed after plating so that no polishing residue is generated in the Cu-CMP process.
Therefore, both the low-k film and the Cu film were removed to a distance of about 2 mm from the wafer edge, and the low-k film was peeled off from the portion that was about 2 mm inside from the wafer edge in Cu-CMP.

Cu−CMP中にはウェハのエッジ部に強いストレスが加わる。例えば、研磨荷重を3psiに設定してCu−CMPを行っても、ウェハエッジから約2mmの領域においては3.5psi〜7psiの荷重が加わっている。これは、ウェハエッジ部分が研磨パッドに対して強く押し付けられているからである。このウェハエッジから約2mmの領域にlow−k膜のエッジがあると、low−k膜を実質的に高い研磨荷重で研磨していることになり、容易にlow−k膜の剥離が発生する。また、low−k膜のエッジにはlow−k膜の膜厚に相当する段差があるため、研磨荷重が集中することになる。low−k膜の剥離がいったん始まると、剥離面積は研磨時間とともに拡大していき、最終的にはウェハ中心部まで剥がれてしまう。
一方、CMP中にはCu膜に対しても強いストレスが加わる。特に、ウェハエッジから約2mmの領域にあるCu膜エッジではCMPのストレスが集中する。Cu膜エッジと同じ位置にlow−k膜エッジが存在すると、low−k膜の剥離は容易に発生することになる。また、Cu膜のエッジではCu膜の膜厚に相当する段差が生じるため、CMP荷重が集中することになる。さらにそこにlow−k膜のエッジが存在するとlow−k膜とCu膜の合計の膜厚に相当する段差がウェハエッジに存在することになり、CMPのストレスはその段差部分に極度に集中することになる。つまり、ウェハ最外周部では実質的に高い研磨荷重で研磨していることになり、容易にlow−k膜の剥離が発生する。low−k膜の剥離がいったん始まると、剥離面積は研磨時間とともに拡大していき、最終的にはウェハ中心部まで全て剥がれてしまう。
A strong stress is applied to the edge portion of the wafer during Cu-CMP. For example, even when Cu-CMP is performed with the polishing load set to 3 psi, a load of 3.5 psi to 7 psi is applied in an area of about 2 mm from the wafer edge. This is because the wafer edge portion is strongly pressed against the polishing pad. If there is an edge of the low-k film in an area of about 2 mm from the wafer edge, the low-k film is polished with a substantially high polishing load, and the low-k film is easily peeled off. Further, since there is a step corresponding to the film thickness of the low-k film at the edge of the low-k film, the polishing load is concentrated. Once the low-k film is peeled off, the peeled area increases with the polishing time and finally peels off to the center of the wafer.
On the other hand, a strong stress is applied to the Cu film during CMP. In particular, CMP stress is concentrated at the Cu film edge in an area of about 2 mm from the wafer edge. When the low-k film edge exists at the same position as the Cu film edge, the low-k film is easily peeled off. Further, since a step corresponding to the film thickness of the Cu film is generated at the edge of the Cu film, the CMP load is concentrated. Furthermore, if the edge of the low-k film exists there, a step corresponding to the total film thickness of the low-k film and the Cu film exists on the wafer edge, and the stress of CMP is extremely concentrated on the step portion. become. That is, the outermost peripheral portion of the wafer is polished with a substantially high polishing load, and the low-k film is easily peeled off. Once the low-k film is peeled off, the peeled area expands with the polishing time, and finally the whole wafer is peeled off.

本発明は、low−k膜を塗布した後のlow−k膜のウェハエッジ除去幅と、Cu膜を電解メッキにより堆積させた後のCu膜のウェハエッジ除去幅とを離間させて、Cu−CMPにおけるlow−k膜の剥離を抑制するものである。   In the present invention, the wafer edge removal width of the low-k film after applying the low-k film is separated from the wafer edge removal width of the Cu film after the Cu film is deposited by electrolytic plating. It suppresses peeling of the low-k film.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による配線形成方法を説明するための工程断面図である。
図1(a)に示すように、下地1としての基板上に、CVD法により拡散防止膜2を、例えば、30nm〜200nmの膜厚で形成する。下地1としては、例えば、シリコン基板のような基板以外に、プリント基板や半導体チップ等を用いることができる。拡散防止膜2としては、例えば、SiO膜、SiC膜、SiCN膜、SiCO膜、SiN膜を用いることができる。
次に、拡散防止膜2上に、スピン塗布法によりlow−k膜3を、例えば、100nm〜1000mmの膜厚で形成する。その直後、薬液により基板外周部分のlow−k膜3を幅Aだけ除去する。除去幅A、すなわち基板エッジ10からlow−k膜3エッジまでの長さは、4mm以上15mm以下が好適である。low−k膜3の除去後、不活性ガス雰囲気中でベーク処理及びキュアを行い、さらにHeプラズマを照射することによりlow−k膜13の表面改質処理を行う。low−k膜3としては、例えば、MSQ(Methyl Silsesquioxane)膜、HSQ(Hydrogen Silsesquioxane)膜若しくはポリマー(例えば、ダウケミカル社製のSiLK(登録商標))、又はそれらに空孔が導入されたもの、又はそれらの積層膜を用いることができる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a process sectional view for explaining the wiring forming method according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1A, a diffusion prevention film 2 is formed with a film thickness of, for example, 30 nm to 200 nm on a substrate as a base 1 by a CVD method. For example, a printed circuit board or a semiconductor chip can be used as the base 1 in addition to a substrate such as a silicon substrate. As the diffusion preventing film 2, for example, a SiO 2 film, a SiC film, a SiCN film, a SiCO film, or a SiN film can be used.
Next, the low-k film 3 is formed with a film thickness of, for example, 100 nm to 1000 mm on the diffusion prevention film 2 by spin coating. Immediately thereafter, the low-k film 3 on the outer peripheral portion of the substrate is removed by a width A with a chemical solution. The removal width A, that is, the length from the substrate edge 10 to the low-k film 3 edge is preferably 4 mm or more and 15 mm or less. After the removal of the low-k film 3, baking treatment and curing are performed in an inert gas atmosphere, and further, surface modification of the low-k film 13 is performed by irradiating He plasma. As the low-k film 3, for example, an MSQ (Methyl Silsesquioxane) film, an HSQ (Hydrogen Silsesquioxane) film, or a polymer (for example, SiLK (registered trademark) manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), or a film in which pores are introduced is used. Alternatively, a stacked film of them can be used.

次に、図1(b)に示すように、low−k膜3上に、CVD法によりキャップ膜4を、例えば、30nm〜200nmの膜厚で形成する。キャップ膜4としては、SiO膜、SiC膜、SiCN膜、SiCO膜若しくはSiN膜、又はそれらの積層膜を用いることができる。
そして、リソグラフィ技術とドライエッチングにより、キャップ膜4、low−k膜3及び拡散防止膜4内にダマシン配線用の溝5を形成する。そして、溝5の内壁及びキャップ膜4上にスパッタリング法によりバリアメタル膜6を形成し、該バリアメタル膜6上にスパッタリング法によりシードCu膜を形成する。バリアメタル膜6としては、例えば、Ta膜、Ti膜、TaN膜、TiN膜、WN膜若しくはWSiN膜、又はそれらの積層膜を用いることができる。さらに、シードCu膜上に電解メッキ法によりCu膜7を形成する。その後、アニール処理を行う。これにより、溝5の内部が、バリアメタル膜6、シードCu膜及びCu膜7からなる導電膜により埋め込まれる。なお、アニール処理は、Cu膜7の薬液除去後に行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 1B, a cap film 4 is formed on the low-k film 3 by a CVD method to a film thickness of, for example, 30 nm to 200 nm. As the cap film 4, a SiO 2 film, a SiC film, a SiCN film, a SiCO film, a SiN film, or a laminated film thereof can be used.
Then, a damascene wiring groove 5 is formed in the cap film 4, the low-k film 3, and the diffusion prevention film 4 by lithography and dry etching. Then, a barrier metal film 6 is formed on the inner wall of the groove 5 and the cap film 4 by a sputtering method, and a seed Cu film is formed on the barrier metal film 6 by a sputtering method. As the barrier metal film 6, for example, a Ta film, a Ti film, a TaN film, a TiN film, a WN film, a WSiN film, or a laminated film thereof can be used. Further, a Cu film 7 is formed on the seed Cu film by electrolytic plating. Thereafter, annealing is performed. Thereby, the inside of the trench 5 is filled with the conductive film made of the barrier metal film 6, the seed Cu film, and the Cu film 7. The annealing treatment may be performed after removing the chemical solution from the Cu film 7.

次に、図1(c)に示すように、薬液により基板外周部分のCu膜7(シードCu膜を含む。以下同様とする。)を除去する。Cu膜7の除去幅B、すなわち基板エッジ10からCu膜7エッジまでの長さは、上述した除去幅Aよりも1mm以上大きくする。   Next, as shown in FIG. 1C, the Cu film 7 (including the seed Cu film; hereinafter the same) is removed from the outer periphery of the substrate with a chemical solution. The removal width B of the Cu film 7, that is, the length from the substrate edge 10 to the Cu film 7 edge is made 1 mm or more larger than the above-described removal width A.

次に、図1(d)に示すように、オービタル方式のCMP装置(図示せず)を用いて、キャップ膜4上に形成された不要なCu膜7及びバリアメタル膜6を除去する。上述したように除去幅Bを除去幅Aよりも1mm以上大きくしているため、高いCMP荷重がlow−k膜3エッジに加わることを回避することができる。なお、low−k膜3エッジよりも外側に残存するCu膜7は、薬液により除去してもよい。
以上の工程を経ることにより、low−k膜3内にCuダマシン配線が形成される。
Next, as shown in FIG. 1D, the unnecessary Cu film 7 and barrier metal film 6 formed on the cap film 4 are removed using an orbital CMP apparatus (not shown). As described above, since the removal width B is 1 mm or more larger than the removal width A, it is possible to avoid applying a high CMP load to the edge of the low-k film 3. The Cu film 7 remaining outside the edge of the low-k film 3 may be removed with a chemical solution.
Through the above steps, Cu damascene wiring is formed in the low-k film 3.

(実施例1)
次に、実施の形態1による配線形成方法を更に詳細に説明した実施例1について述べる。本実施例1の説明は、図1を参照して行う。
先ず、図1(a)に示すように、直径300mmのシリコン基板1上に、CVD法によりSiC膜2を50nmの膜厚で形成する。そして、SiC膜2上に、スピン塗布法によりMSQ膜3を250nmの膜厚で形成する。基板回転数は900rpmとした。MSQ膜3の塗布直後に、ウェハ外周にN−メチル−2−ピロリジノン(CHNCO)を滴下して、ウェハエッジ部分のMSQ膜3を除去幅Aだけ除去する。
ここで、MSQ膜3のウェハエッジ10からの除去幅Aを2mmから15mmまで1mmずつ変えて設定した14種類のサンプルを作成した。これら全てのサンプルを、ホットプレートを用い窒素雰囲気中250℃でベークを行い、その後ホットプレートを用い窒素雰囲気中450℃で10分間キュアを行った。また、除去幅Aが同じで、MSQ膜3のヤング率を2GPaから14GPaまで1GPaずつ変えたものを更に用意した。ヤング率は、MSQ膜3のポロシティ(空孔率)を変化させることにより変えた。なお、MSQ膜3の化学的組成は全て同一とした。
ベーク及びキュアの後、CVD装置を用いてこれらのMSQ膜3にヘリウムプラズマを照射した。これにより、MSQ膜3の表面改質を行った。該Heプラズマ処理により、MSQ膜3と、次に述べるSiO膜4との密着性を改善することができる。
(Example 1)
Next, Example 1 which explains the wiring formation method according to the first embodiment in more detail will be described. The first embodiment will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 1A, an SiC film 2 having a thickness of 50 nm is formed on a silicon substrate 1 having a diameter of 300 mm by a CVD method. Then, the MSQ film 3 is formed with a film thickness of 250 nm on the SiC film 2 by spin coating. The substrate rotation speed was 900 rpm. Immediately after the application of the MSQ film 3, N-methyl-2-pyrrolidinone (CH 3 NC 4 H 6 O) is dropped on the outer periphery of the wafer to remove the MSQ film 3 at the wafer edge portion by the removal width A.
Here, 14 types of samples were prepared by changing the removal width A of the MSQ film 3 from the wafer edge 10 by 1 mm from 2 mm to 15 mm. All these samples were baked at 250 ° C. in a nitrogen atmosphere using a hot plate, and then cured at 450 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere using a hot plate. Further, a film having the same removal width A and changing the Young's modulus of the MSQ film 3 by 1 GPa from 2 GPa to 14 GPa was further prepared. The Young's modulus was changed by changing the porosity (porosity) of the MSQ film 3. The chemical composition of the MSQ film 3 was all the same.
After baking and curing, these MSQ films 3 were irradiated with helium plasma using a CVD apparatus. Thereby, the surface modification of the MSQ film 3 was performed. By the He plasma treatment, the adhesion between the MSQ film 3 and the SiO 2 film 4 described below can be improved.

次に、図1(b)に示すように、MSQ膜3上に、CVD法によりSiO膜4を50nmの膜厚で形成する。続いて、リソグラフィ技術及びドライエッチングにより、SiO膜4、MSQ膜3及びSiC膜2内に、ダマシン配線用の溝5を形成する。次に、溝5内及びSiO膜4上に、スパッタリング法によりTaN膜/Ta膜6をそれぞれ10nm/15nmの膜厚で形成し、その上にスパッタリング法によりシードCu膜(図示省略。以下同様とする。)を75nmの膜厚で形成する。そして、シードCu膜上に電解メッキ法によりCu膜7を形成する。その後、250℃の温度で30分間アニール処理を行う。 Next, as shown in FIG. 1B, a SiO 2 film 4 having a thickness of 50 nm is formed on the MSQ film 3 by a CVD method. Subsequently, a groove 5 for damascene wiring is formed in the SiO 2 film 4, the MSQ film 3, and the SiC film 2 by lithography and dry etching. Next, a TaN film / Ta film 6 having a thickness of 10 nm / 15 nm is formed in the trench 5 and on the SiO 2 film 4 by a sputtering method, respectively, and a seed Cu film (not shown; the same applies hereinafter) is formed thereon by a sputtering method. Is formed with a film thickness of 75 nm. Then, a Cu film 7 is formed on the seed Cu film by electrolytic plating. Thereafter, annealing is performed at a temperature of 250 ° C. for 30 minutes.

次に、図1(c)に示すように、3%HFと30%Hとを含む水溶液を用いて、ウェハエッジ10近傍のCu膜7をウェハエッジ10から除去幅Bだけ除去する。このCu膜7の除去幅Bは、MSQ膜3の除去幅Aよりも1mm大きくする。 Next, as shown in FIG. 1C, the Cu film 7 in the vicinity of the wafer edge 10 is removed from the wafer edge 10 by the removal width B using an aqueous solution containing 3% HF and 30% H 2 O 2 . The removal width B of the Cu film 7 is made 1 mm larger than the removal width A of the MSQ film 3.

次に、図1(d)に示すように、SiO膜4上の不要なCu膜7及びTaN膜/Ta膜6をCMP法により除去する。CMP装置は、オービタル方式のもの(例えば、ノベラス社のMomentum300)を用い、研磨パッドはロデール社のIC1000、CMPスラリは日立化成工業製の砥粒フリースラリー(HS-C430-TU)を用いた。研磨条件は、CMP荷重:1.5psi、オービタル回転数:600rpm、ヘッド回転数:24rpm、スラリ供給速度:300cc/分とした。 Next, as shown in FIG. 1D, the unnecessary Cu film 7 and TaN film / Ta film 6 on the SiO 2 film 4 are removed by CMP. The CMP apparatus used was an orbital type (for example, Momentum300 manufactured by Novellus), the polishing pad used was IC1000 manufactured by Rodale, and the CMP slurry used was abrasive-free slurry (HS-C430-TU) manufactured by Hitachi Chemical. The polishing conditions were CMP load: 1.5 psi, orbital rotation speed: 600 rpm, head rotation speed: 24 rpm, and slurry supply speed: 300 cc / min.

この条件でCu−CMPを行った結果、MSQ膜3の除去幅Aが広いほど、Cu−CMP時のMSQ膜3の剥離を抑制することが出来ることが分かった。例えば、ヤング率が3GPaであるMSQ膜3を有する試料の場合、以下のような結果が得られた。
MSQ膜3の除去幅Aが2mmの場合、Cu−CMP開始直後わずか10秒でMSQ膜3が剥離した。これに対し、除去幅Aが3mmの場合、Cu−CMP開始後50秒までMSQ膜3は剥離しなかった。さらに、除去幅Aが4mmの場合、Cu−CMP開始後100秒までMSQ膜3は剥離しなかった。さらに、除去幅Aが5mm,6mm,7mm,8mm,9mmと長くなるにつれ、Cu−CMP開始からMSQ膜3が剥離するまでの時間は500秒,1000秒、5000秒、10000秒、50000秒と長くなった。そして、除去幅Aが10mm以上の場合には、最終的にMSQ膜3は剥離しなかった。
As a result of performing Cu-CMP under these conditions, it was found that the larger the removal width A of the MSQ film 3, the more the peeling of the MSQ film 3 during Cu-CMP can be suppressed. For example, in the case of a sample having the MSQ film 3 having a Young's modulus of 3 GPa, the following results were obtained.
When the removal width A of the MSQ film 3 was 2 mm, the MSQ film 3 was peeled off in just 10 seconds immediately after the start of Cu-CMP. On the other hand, when the removal width A was 3 mm, the MSQ film 3 was not peeled until 50 seconds after the start of Cu-CMP. Furthermore, when the removal width A was 4 mm, the MSQ film 3 was not peeled until 100 seconds after the start of Cu-CMP. Furthermore, as the removal width A is increased to 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, and 9 mm, the time from the start of Cu-CMP to the separation of the MSQ film 3 is 500 seconds, 1000 seconds, 5000 seconds, 10000 seconds, and 50000 seconds. It became long. When the removal width A was 10 mm or more, the MSQ film 3 was not finally peeled off.

また、ヤング率が10GPaであるMSQ膜3を有する試料の場合、MSQ膜3の除去幅Aが3mm以上であれば、Cu−CMP時のMSQ膜3の剥離を抑制することができた。そして、ヤング率が9GPaであるMSQ膜3を有する試料の場合、除去幅Aが4mm以上であれば、Cu−CMP時のMSQ膜3の剥離を抑制することができた。さらに、MSQ膜3のヤング率が8GPa,7GPa,6GPa,5GPa,4GPa,3GPaと低くなった場合、除去幅Aをそれぞれ5mm以上,6mm以上,7mm以上,8mm以上,9mm以上,10mm以上とすることにより、Cu−CMP時のMSQ膜3の剥離を抑制することができた。
従って、low−k膜のヤング率や研磨時間を考慮すれば、除去幅Aを4mm以上にすることが好適である。また、チップの収率の観点からは、除去幅Aを15mm以内にすることが好適である。
In the case of the sample having the MSQ film 3 having a Young's modulus of 10 GPa, if the removal width A of the MSQ film 3 is 3 mm or more, peeling of the MSQ film 3 during Cu-CMP can be suppressed. In the case of the sample having the MSQ film 3 having a Young's modulus of 9 GPa, if the removal width A is 4 mm or more, peeling of the MSQ film 3 during Cu-CMP can be suppressed. Furthermore, when the Young's modulus of the MSQ film 3 is as low as 8 GPa, 7 GPa, 6 GPa, 5 GPa, 4 GPa, and 3 GPa, the removal width A is 5 mm or more, 6 mm or more, 7 mm or more, 8 mm or more, 9 mm or more, 10 mm or more, respectively. As a result, peeling of the MSQ film 3 during Cu-CMP could be suppressed.
Accordingly, considering the Young's modulus of the low-k film and the polishing time, the removal width A is preferably 4 mm or more. Further, from the viewpoint of chip yield, it is preferable that the removal width A is within 15 mm.

(実施例2)
上記実施例1では、Cu膜7の除去幅Bを、MSQ膜3の除去幅Aより1mm大きくなるようにした。本実施例2では、MSQ膜3の除去幅Aに対してCu膜7の除去幅Bを相対的に変えて、Cu−CMPにおけるMSQ膜3の剥離について調べた。以下、実施例1との相違点を中心に説明する。
(Example 2)
In Example 1 described above, the removal width B of the Cu film 7 was made 1 mm larger than the removal width A of the MSQ film 3. In Example 2, the removal width B of the Cu film 7 was relatively changed with respect to the removal width A of the MSQ film 3, and the peeling of the MSQ film 3 in Cu-CMP was examined. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described.

本実施例2では、MSQ膜3のウェハエッジ10からの除去幅Aを2mm,4mm,6mm,8mmと設定した4種類のサンプルを作成した。また、実施例1と同様に、MSQ膜3のポロシティ(空孔率)を変化させることにより、除去幅Aが同じで、MSQ膜3のヤング率を2GPaから14GPaまで1GPaずつ変えたものを更に用意した。また、Cu膜7の除去幅Bを2mmから15mmまで1mmずつ変えたものを用意した。その他の方法は、実施例1と同様である。   In Example 2, four types of samples were prepared in which the removal width A of the MSQ film 3 from the wafer edge 10 was set to 2 mm, 4 mm, 6 mm, and 8 mm. Further, as in Example 1, by changing the porosity (porosity) of the MSQ film 3, the removal width A is the same and the Young's modulus of the MSQ film 3 is changed by 1 GPa from 2 GPa to 14 GPa. Prepared. Moreover, what removed the removal width | variety B of Cu film | membrane 7 1 mm each from 2 mm to 15 mm was prepared. Other methods are the same as those in the first embodiment.

ヤング率が3GPaであるMSQ膜3を有する試料を1分間Cu−CMPした場合、以下のような結果が得られた。
MSQ膜3の除去幅AとCu膜7の除去幅Bとが等しい場合に、ウェハエッジ10からのMSQ膜3の剥離面積が大きくなることが分かった。また、除去幅A,Bが2mmの場合に最大の剥離面積となり、除去幅A,Bが4mm,6mm,8mmと大きくなるにつれて剥離面積は小さくなった。
これに対して、Cu膜7の除去幅BをMSQ膜3の除去幅Aよりも1mm以上大きくした場合には、Cu−CMP時のMSQ膜3の剥離が抑制されることが分かった。除去幅Aと除去幅Bとの差(以下「エッジ除去幅差」という。)が1mmの場合、MSQ膜3のヤング率が10GPaの試料をCu−CMPする際にMSQ膜3の剥離を抑制することができた。また、エッジ除去幅差が2mmの場合、MSQ膜3のヤング率が6GPaの試料をCu−CMPする際にMSQ膜3の剥離を抑制することができた。さらに、エッジ除去幅差が3mm,4mm,5mmと大きくなるにつれて、MSQ膜3のヤング率が5GPa,4GPa,3GPaの試料をCu−CMPする際にMSQ膜3の剥離を抑制することができた。
When a sample having the MSQ film 3 having a Young's modulus of 3 GPa was subjected to Cu-CMP for 1 minute, the following results were obtained.
It was found that when the removal width A of the MSQ film 3 and the removal width B of the Cu film 7 are equal, the peeling area of the MSQ film 3 from the wafer edge 10 increases. Further, when the removal widths A and B were 2 mm, the maximum peeling area was obtained, and as the removal widths A and B were increased to 4 mm, 6 mm, and 8 mm, the peeling area was reduced.
In contrast, it was found that when the removal width B of the Cu film 7 was made 1 mm or more larger than the removal width A of the MSQ film 3, peeling of the MSQ film 3 during Cu-CMP was suppressed. When the difference between the removal width A and the removal width B (hereinafter referred to as “edge removal width difference”) is 1 mm, peeling of the MSQ film 3 is suppressed when Cu-CMP is performed on a sample whose MSQ film 3 has a Young's modulus of 10 GPa. We were able to. In addition, when the edge removal width difference was 2 mm, it was possible to suppress peeling of the MSQ film 3 when Cu-CMP was performed on a sample whose MSQ film 3 had a Young's modulus of 6 GPa. Further, as the edge removal width difference becomes large as 3 mm, 4 mm, and 5 mm, it was possible to suppress the peeling of the MSQ film 3 when Cu-CMP was performed on the samples whose Young's modulus of the MSQ film 3 was 5 GPa, 4 GPa, and 3 GPa. .

以上説明したように、本実施の形態1では、low−k膜3の除去幅AとCu膜7の除去幅Bとの差を1mm以上とすることにより、low−k膜3エッジと、Cu膜7エッジとの距離を従来よりも広くすることとした。これにより、Cu−CMPにおいてlow−k膜3エッジに加わるCMP荷重を大幅に低減することができ、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を飛躍的に抑制することができる。また、low−k膜3の除去幅Aを4mm以上にすることにより、low−k膜3の剥離を更に抑制することができる。   As described above, in the first embodiment, by setting the difference between the removal width A of the low-k film 3 and the removal width B of the Cu film 7 to 1 mm or more, the edge of the low-k film 3 and the Cu The distance to the edge of the film 7 was made wider than before. Thereby, the CMP load applied to the edge of the low-k film 3 in Cu-CMP can be significantly reduced, and the peeling of the low-k film 3 in Cu-CMP can be remarkably suppressed. Further, when the removal width A of the low-k film 3 is set to 4 mm or more, peeling of the low-k film 3 can be further suppressed.

なお、本実験をデバイスが搭載されたウェハに対して実施しても同様の結果が得られた。また、本発明は、第1層目のCu配線層だけでなく、第2層目以上のCu配線層に対しても適用することができる。上層の配線層の方がlow−k膜の剥離が生じやすいため、本発明は、上層のCu配線層を形成する際に特に好適である。
また、本実施の形態1では、単層で塗布したlow−k膜を用いたが、塗布low−k膜とCVD法により形成したlow−k膜との積層膜を用いてもよい。
Similar results were obtained when this experiment was performed on a wafer on which a device was mounted. The present invention can be applied not only to the first Cu wiring layer but also to the second and higher Cu wiring layers. Since the upper wiring layer is more likely to peel off the low-k film, the present invention is particularly suitable for forming the upper Cu wiring layer.
In the first embodiment, a low-k film applied as a single layer is used, but a laminated film of a applied low-k film and a low-k film formed by a CVD method may be used.

実施の形態2.
上記実施の形態1では、Cu膜7の除去幅Bをlow−k膜3の除去幅Aよりも大きくする場合、すなわちlow−k膜3エッジがCu膜7エッジよりも基板外周側になる場合について説明した。本実施の形態2では、Cu膜7の除去幅Bをlow−k膜3の除去幅Aよりも小さくする場合、すなわちlow−k膜3エッジがCu膜7エッジよりも基板中心側になる場合について説明する。それ以外については実施の形態1と同様であるため、以下、図2を参照して実施の形態1との相違点を中心に説明する。図2は、本発明の実施の形態2による配線形成方法を説明するための工程断面図である。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, when the removal width B of the Cu film 7 is larger than the removal width A of the low-k film 3, that is, when the edge of the low-k film 3 is closer to the outer periphery of the substrate than the edge of the Cu film 7. Explained. In the second embodiment, the removal width B of the Cu film 7 is made smaller than the removal width A of the low-k film 3, that is, the edge of the low-k film 3 is closer to the substrate center than the edge of the Cu film 7. Will be described. Since other than that is the same as that of Embodiment 1, it demonstrates below centering on difference with Embodiment 1 with reference to FIG. FIG. 2 is a process sectional view for explaining a wiring forming method according to the second embodiment of the present invention.

先ず、図2(a),(b)に示すように、実施の形態1において図1(a),(b)で説明した工程を行う。
次に、図2(c)に示すように、薬液により基板外周部分のCu膜7を除去する。Cu膜7の除去幅Bは、low−k膜3の除去幅Aよりも1mm以上小さくする。
First, as shown in FIGS. 2A and 2B, the steps described in FIGS. 1A and 1B in the first embodiment are performed.
Next, as shown in FIG. 2C, the Cu film 7 on the outer periphery of the substrate is removed with a chemical solution. The removal width B of the Cu film 7 is 1 mm or more smaller than the removal width A of the low-k film 3.

その後、図2(d)に示すように、実施の形態1と同様にオービタル方式のCMP装置を用いて、キャップ膜4上に形成された不要なCu膜7及びバリアメタル膜6を除去する。上述したように、除去幅Bを除去幅Aよりも1mm以上小さくしているため、高いCMP荷重がlow−k膜3エッジに加わることを回避することができる。
以上の工程経ることにより、low−k膜3内にCuダマシン配線が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, the unnecessary Cu film 7 and the barrier metal film 6 formed on the cap film 4 are removed using an orbital CMP apparatus as in the first embodiment. As described above, since the removal width B is 1 mm or more smaller than the removal width A, it is possible to avoid a high CMP load from being applied to the edge of the low-k film 3.
Through the above steps, Cu damascene wiring is formed in the low-k film 3.

本実施の形態2においても、実施の形態1と同様にlow−k膜3の除去幅AとCu膜7の除去幅Bとの差を1mm以上とすることにより、low−k膜3エッジと、Cu膜7エッジとの距離を従来よりも広くすることとした。これにより、実施の形態1と同様に、Cu−CMPにおいてlow−k膜3エッジに加わるCMP荷重を大幅に低減することができ、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を飛躍的に抑制することができる。また、low−k膜3の除去幅Aを4mm以上にすることにより、low−k膜3の剥離を更に抑制することができる。
また、本実施の形態2では、Cu膜7を薬液除去した時点で、low−k膜3エッジよりもCu膜7エッジが外側に位置する。すなわち、Cu−CMPにおいてlow−k膜3エッジがCu膜7により覆われている。よって、アンカー効果により、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を実施の形態1よりも更に抑制することができる。
Also in the second embodiment, the difference between the removal width A of the low-k film 3 and the removal width B of the Cu film 7 is set to 1 mm or more in the same manner as in the first embodiment. The distance from the edge of the Cu film 7 is made wider than before. As a result, similar to the first embodiment, the CMP load applied to the edge of the low-k film 3 in Cu-CMP can be greatly reduced, and the peeling of the low-k film 3 in Cu-CMP is remarkably suppressed. can do. Further, when the removal width A of the low-k film 3 is set to 4 mm or more, peeling of the low-k film 3 can be further suppressed.
In the second embodiment, when the Cu film 7 is removed with the chemical solution, the edge of the Cu film 7 is located outside the edge of the low-k film 3. That is, the edge of the low-k film 3 is covered with the Cu film 7 in Cu-CMP. Therefore, peeling of the low-k film 3 in Cu-CMP can be further suppressed than in the first embodiment due to the anchor effect.

実施の形態3.
本発明の実施の形態3は、上述した実施の形態1の配線形成方法を、半導体装置の第1層目のCu配線に適用したものである。
図3は、本発明の実施の形態3による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
先ず、図3(a)に示すように、基板1上にMISトランジスタのような拡散層を有する半導体素子を形成する。詳細な説明は省略するが、基板1としてのシリコン基板上にゲート絶縁膜11と導電膜12を形成した後、これらの膜12,11をパターニングしてゲート電極12を形成する。ゲート電極12をマスクとして基板1に不純物を注入することにより低濃度拡散層(エクステンション領域)14を形成し、ゲート電極12の側壁にサイドウォール13を形成する。サイドウォール13及びゲート電極12をマスクとして基板1に不純物を注入することにより高濃度拡散層(ソース/ドレイン領域)15を形成する。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment of the present invention, the wiring formation method of the first embodiment described above is applied to the first-layer Cu wiring of the semiconductor device.
FIG. 3 is a process sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
First, as shown in FIG. 3A, a semiconductor element having a diffusion layer such as a MIS transistor is formed on a substrate 1. Although a detailed description is omitted, after a gate insulating film 11 and a conductive film 12 are formed on a silicon substrate as the substrate 1, the films 12 and 11 are patterned to form the gate electrode 12. A low concentration diffusion layer (extension region) 14 is formed by implanting impurities into the substrate 1 using the gate electrode 12 as a mask, and a sidewall 13 is formed on the side wall of the gate electrode 12. High concentration diffusion layers (source / drain regions) 15 are formed by implanting impurities into the substrate 1 using the sidewalls 13 and the gate electrodes 12 as masks.

このような工程を行うことにより形成されたトランジスタを覆うように絶縁膜16を形成し、この絶縁膜16内に高濃度拡散層15と接続するコンタクト17を形成する。
次に、絶縁膜16及びコンタクト17上に、CVD法により拡散防止膜2を、例えば、30nm〜200nmの膜厚で形成する。拡散防止膜2としては、例えば、SiO膜、SiC膜、SiCN膜、SiCO膜、SiN膜を用いることができる。
By performing such a process, an insulating film 16 is formed so as to cover the formed transistor, and a contact 17 connected to the high concentration diffusion layer 15 is formed in the insulating film 16.
Next, the diffusion prevention film 2 is formed with a film thickness of, for example, 30 nm to 200 nm on the insulating film 16 and the contact 17 by a CVD method. As the diffusion preventing film 2, for example, a SiO 2 film, a SiC film, a SiCN film, a SiCO film, or a SiN film can be used.

次に、拡散防止膜2上に、スピン塗布法によりlow−k膜3を、例えば、100nm〜1000mmの膜厚で形成する。その直後、薬液により基板外周部分のlow−k膜3を幅Aだけ除去する。除去幅A、すなわち基板エッジ10からlow−k膜3エッジまでの長さは、3mm以上が好適である。low−k膜3除去後、不活性ガス雰囲気中でベーク処理及びキュアを行い、さらにHeプラズマを照射することによりlow−k膜13の表面改質処理を行う。low−k膜3としては、例えば、MSQ(Methyl Silsesquioxane)膜、HSQ(Hydrogen Silsesquioxane)膜若しくはポリマー(例えば、ダウケミカル社製のSiLK(登録商標))、又はそれらに空孔が導入されたもの、又はそれらの積層膜を用いることができる。   Next, the low-k film 3 is formed with a film thickness of, for example, 100 nm to 1000 mm on the diffusion prevention film 2 by spin coating. Immediately thereafter, the low-k film 3 on the outer peripheral portion of the substrate is removed by a width A with a chemical solution. The removal width A, that is, the length from the substrate edge 10 to the edge of the low-k film 3 is preferably 3 mm or more. After the low-k film 3 is removed, baking and curing are performed in an inert gas atmosphere, and surface modification of the low-k film 13 is performed by irradiation with He plasma. As the low-k film 3, for example, an MSQ (Methyl Silsesquioxane) film, an HSQ (Hydrogen Silsesquioxane) film, or a polymer (for example, SiLK (registered trademark) manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), or a film in which pores are introduced is used. Alternatively, a stacked film of them can be used.

次に、図3(b)に示すように、low−k膜3上に、CVD法によりキャップ膜4を、例えば、30nm〜200nmの膜厚で形成する。キャップ膜4としては、SiO膜、SiC膜、SiCN膜、SiCO膜若しくはSiN膜、又はそれらの積層膜を用いることができる。
そして、リソグラフィ技術とドライエッチングにより、キャップ膜4、low−k膜3及び拡散防止膜2内にダマシン配線用の溝5を形成する。そして、溝5の内壁及びキャップ膜4上にスパッタリング法によりバリアメタル膜6を形成し、該バリアメタル膜6上にスパッタリング法によりシードCu膜を形成する。バリアメタル膜6としては、例えば、Ta膜、Ti膜、TaN膜、TiN膜、WN膜若しくはWSiN膜、又はそれらの積層膜を用いることができる。さらに、シードCu膜上に電解メッキ法によりCu膜7を形成する。その後、アニール処理を行う。これにより、溝5の内部が、バリアメタル膜6、シードCu膜及びCu膜7からなる導電膜により埋め込まれる。なお、アニール処理は、Cu膜7の薬液除去後に行ってもよい。
Next, as illustrated in FIG. 3B, the cap film 4 is formed on the low-k film 3 with a film thickness of, for example, 30 nm to 200 nm by the CVD method. As the cap film 4, a SiO 2 film, a SiC film, a SiCN film, a SiCO film, a SiN film, or a laminated film thereof can be used.
Then, a damascene wiring groove 5 is formed in the cap film 4, the low-k film 3, and the diffusion prevention film 2 by lithography and dry etching. Then, a barrier metal film 6 is formed on the inner wall of the groove 5 and the cap film 4 by a sputtering method, and a seed Cu film is formed on the barrier metal film 6 by a sputtering method. As the barrier metal film 6, for example, a Ta film, a Ti film, a TaN film, a TiN film, a WN film, a WSiN film, or a laminated film thereof can be used. Further, a Cu film 7 is formed on the seed Cu film by electrolytic plating. Thereafter, annealing is performed. Thereby, the inside of the trench 5 is filled with the conductive film made of the barrier metal film 6, the seed Cu film, and the Cu film 7. The annealing treatment may be performed after removing the chemical solution from the Cu film 7.

次に、図3(c)に示すように、薬液により基板外周部分のCu膜7を除去する。Cu膜7の除去幅B、すなわち基板エッジ10からCu膜7エッジまでの長さは、上述した除去幅Aよりも1mm以上大きくする。   Next, as shown in FIG. 3C, the Cu film 7 on the outer periphery of the substrate is removed with a chemical solution. The removal width B of the Cu film 7, that is, the length from the substrate edge 10 to the Cu film 7 edge is set to be 1 mm or more larger than the removal width A described above.

次に、図3(d)に示すように、実施の形態1と同様にオービタル方式のCMP装置を用いて、キャップ膜4上に形成された不要なCu膜7及びバリアメタル膜6を除去する。以上の工程を経ることにより、コンタクト7を介して拡散層15と電気的に接続される第1層目のCuダマシン配線が形成される。   Next, as shown in FIG. 3D, the unnecessary Cu film 7 and barrier metal film 6 formed on the cap film 4 are removed using an orbital CMP apparatus as in the first embodiment. . Through the above steps, a first-layer Cu damascene wiring that is electrically connected to the diffusion layer 15 via the contact 7 is formed.

以上説明したように、本実施の形態3では、low−k膜3の除去幅AとCu膜7の除去幅Bとの差を1mm以上とすることにより、low−k膜3エッジと、Cu膜7エッジとの距離を従来よりも広くすることとした。これにより、第1層目Cu配線用のCu−CMPにおいてlow−k膜3エッジに加わるCMP荷重を大幅に低減することができ、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を飛躍的に抑制することができる。また、low−k膜3の除去幅Aを4mm以上にすることにより、low−k膜3の剥離を更に抑制することができる。よって、半導体装置の歩留まりを向上させることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。   As described above, in the third embodiment, the difference between the removal width A of the low-k film 3 and the removal width B of the Cu film 7 is set to 1 mm or more, so that the edge of the low-k film 3 and the Cu The distance to the edge of the film 7 was made wider than before. As a result, the CMP load applied to the edge of the low-k film 3 in the Cu-CMP for the first layer Cu wiring can be greatly reduced, and the peeling of the low-k film 3 in the Cu-CMP is remarkably suppressed. can do. Further, when the removal width A of the low-k film 3 is set to 4 mm or more, peeling of the low-k film 3 can be further suppressed. Therefore, the yield of the semiconductor device can be improved and the reliability of the semiconductor device can be improved.

なお、本実施の形態3は、第1層目のCu配線層だけでなく、第2層目以上のCu配線層に対しても適用することができる。上層の配線層の方がlow−k膜の剥離が生じやすいため、本発明は、上層のCu配線層を形成する際に特に好適である(後述する実施の形態4についても同様)。   The third embodiment can be applied not only to the first Cu wiring layer but also to the second and higher Cu wiring layers. Since the lower wiring layer is more likely to peel off the low-k film, the present invention is particularly suitable when forming the upper Cu wiring layer (the same applies to the fourth embodiment described later).

実施の形態4.
本発明の実施の形態4は、上述した実施の形態2の配線形成方法を、半導体装置の第1層目のCu配線に適用したものである。
上記実施の形態3では、Cu膜7の除去幅Bをlow−k膜3の除去幅Aよりも大きくする場合、すなわちlow−k膜3エッジがCu膜7エッジよりも基板外周側になる場合について説明した。本実施の形態4では、low−k膜3の除去幅AをCu膜7の除去幅Bよりも大きくする場合、すなわちlow−k膜3エッジがCu膜7エッジよりも基板中心側になる場合について説明する。それ以外については実施の形態3と同様であるため、以下、図4を参照して実施の形態3との相違点を中心に説明する。図4は、本発明の実施の形態4による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment of the present invention, the wiring forming method of the second embodiment described above is applied to the first-layer Cu wiring of the semiconductor device.
In the third embodiment, when the removal width B of the Cu film 7 is larger than the removal width A of the low-k film 3, that is, when the edge of the low-k film 3 is closer to the outer peripheral side of the substrate than the edge of the Cu film 7. Explained. In the fourth embodiment, when the removal width A of the low-k film 3 is larger than the removal width B of the Cu film 7, that is, when the edge of the low-k film 3 is closer to the substrate center than the edge of the Cu film 7. Will be described. Since the other points are the same as in the third embodiment, the following description will focus on the differences from the third embodiment with reference to FIG. FIG. 4 is a process sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

先ず、図4(a),(b)に示すように、実施の形態3において図3(a),(b)で説明した工程を行う。
次に、図4(c)に示すように、薬液により基板外周部分のCu膜7を除去する。Cu膜7の除去幅Bは、low−k膜3の除去幅Aよりも1mm以上小さくする。
First, as shown in FIGS. 4A and 4B, the steps described in FIGS. 3A and 3B in the third embodiment are performed.
Next, as shown in FIG. 4C, the Cu film 7 on the outer periphery of the substrate is removed with a chemical solution. The removal width B of the Cu film 7 is 1 mm or more smaller than the removal width A of the low-k film 3.

その後、図2(d)に示すように、実施の形態1と同様にオービタル方式のCMP装置を用いて、キャップ膜4上に形成された不要なCu膜7及びバリアメタル膜6を除去する。上述したように、除去幅Bを除去幅Aよりも1mm以上小さくしているため、高いCMP荷重がlow−k膜3エッジに加わることを回避することができる。
以上の工程経ることにより、low−k膜3内にCuダマシン配線が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, the unnecessary Cu film 7 and the barrier metal film 6 formed on the cap film 4 are removed using an orbital CMP apparatus as in the first embodiment. As described above, since the removal width B is 1 mm or more smaller than the removal width A, it is possible to avoid a high CMP load from being applied to the edge of the low-k film 3.
Through the above steps, Cu damascene wiring is formed in the low-k film 3.

本実施の形態4においても、実施の形態3と同様にlow−k膜3の除去幅AとCu膜7の除去幅Bとの差を1mm以上とすることにより、low−k膜3エッジと、Cu膜7エッジとの距離を従来よりも広くすることとした。これにより、実施の形態3と同様に、第1層目Cu配線用のCu−CMPにおいてlow−k膜3エッジに加わるCMP荷重を大幅に低減することができ、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を飛躍的に抑制することができる。また、low−k膜3の除去幅Aを4mm以上にすることにより、low−k膜3の剥離を更に抑制することができる。よって、半導体装置の歩留まりを向上させることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態4では、Cu膜7を薬液除去した時点で、low−k膜3エッジよりもCu膜7エッジが外側に位置する。すなわち、Cu−CMPにおいてlow−k膜3エッジがCu膜7により覆われている。よって、アンカー効果により、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を実施の形態3よりも更に抑制することができる。
Also in the fourth embodiment, as in the third embodiment, the difference between the removal width A of the low-k film 3 and the removal width B of the Cu film 7 is 1 mm or more, so that the edge of the low-k film 3 The distance from the edge of the Cu film 7 is made wider than before. As a result, similar to the third embodiment, the CMP load applied to the edge of the low-k film 3 in Cu-CMP for the first layer Cu wiring can be greatly reduced, and the low-k film in Cu-CMP can be reduced. 3 can be remarkably suppressed. Further, when the removal width A of the low-k film 3 is set to 4 mm or more, peeling of the low-k film 3 can be further suppressed. Therefore, the yield of the semiconductor device can be improved and the reliability of the semiconductor device can be improved.
In the fourth embodiment, when the Cu film 7 is removed with the chemical solution, the edge of the Cu film 7 is positioned outside the edge of the low-k film 3. That is, the edge of the low-k film 3 is covered with the Cu film 7 in Cu-CMP. Therefore, peeling of the low-k film 3 in Cu-CMP can be further suppressed than in the third embodiment due to the anchor effect.

実施の形態5.
本発明の実施の形態5は、上述した実施の形態1の配線形成方法を、半導体実装装置のCu配線に適用したものである。具体的には、半導体チップをモジュールにパッケージングする際において、半導体チップ上のCu配線に適用したものである。
図5は、本発明の実施の形態5による半導体実装装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
先ず、図5(a)に示すように、基板21上に多層の配線層23a,23b,23c,23dとそれらを接続するビアコンタクト24a,24b,24cとを絶縁膜内に有する多層配線構造22を備えた半導体チップ(半導体装置)20を形成する。なお、多層配線構造22における半導体素子(例えば、MISトランジスタ)は実施の形態3で説明したものであり、図示並びに説明を省略する。
Embodiment 5 FIG.
In the fifth embodiment of the present invention, the wiring forming method of the first embodiment described above is applied to Cu wiring of a semiconductor mounting apparatus. Specifically, the semiconductor chip is applied to Cu wiring on the semiconductor chip when the semiconductor chip is packaged into a module.
FIG. 5 is a process sectional view for explaining the method for manufacturing a semiconductor mounting apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
First, as shown in FIG. 5A, a multilayer wiring structure 22 having multilayer wiring layers 23a, 23b, 23c, and 23d on a substrate 21 and via contacts 24a, 24b, and 24c for connecting them in an insulating film. A semiconductor chip (semiconductor device) 20 provided with is formed. The semiconductor element (for example, MIS transistor) in the multilayer wiring structure 22 is the same as that described in the third embodiment, and illustration and description thereof are omitted.

次に、多層配線構造22上に、CVD法により拡散防止膜2を、例えば、30nm〜200nmの膜厚で形成する。拡散防止膜2としては、例えば、SiO膜、SiC膜、SiCN膜、SiCO膜、SiN膜を用いることができる。
次に、拡散防止膜2上に、スピン塗布法によりlow−k膜3を、例えば、100nm〜1000mmの膜厚で形成する。その直後、薬液により基板外周部分のlow−k膜3を幅Aだけ除去する。除去幅A、すなわち基板エッジ21aからlow−k膜3エッジまでの長さは、3mm以上が好適である。low−k膜3除去後、不活性ガス雰囲気中でベーク処理及びキュアを行い、さらにHeプラズマを照射することによりlow−k膜13の表面改質処理を行う。low−k膜3としては、例えば、MSQ(Methyl Silsesquioxane)膜、HSQ(Hydrogen Silsesquioxane)膜若しくはポリマー(例えば、ダウケミカル社製のSiLK(登録商標))、又はそれらに空孔が導入されたもの、又はそれらの積層膜を用いることができる。
Next, the diffusion barrier film 2 is formed on the multilayer wiring structure 22 with a film thickness of, for example, 30 nm to 200 nm by the CVD method. As the diffusion preventing film 2, for example, a SiO 2 film, a SiC film, a SiCN film, a SiCO film, or a SiN film can be used.
Next, the low-k film 3 is formed with a film thickness of, for example, 100 nm to 1000 mm on the diffusion prevention film 2 by spin coating. Immediately thereafter, the low-k film 3 on the outer peripheral portion of the substrate is removed by a width A with a chemical solution. The removal width A, that is, the length from the substrate edge 21a to the edge of the low-k film 3 is preferably 3 mm or more. After the low-k film 3 is removed, baking treatment and curing are performed in an inert gas atmosphere, and further, surface modification of the low-k film 13 is performed by irradiating He plasma. As the low-k film 3, for example, an MSQ (Methyl Silsesquioxane) film, an HSQ (Hydrogen Silsesquioxane) film, or a polymer (for example, SiLK (registered trademark) manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), or a film in which pores are introduced is used. Alternatively, a stacked film of them can be used.

次に、low−k膜3上に、CVD法によりキャップ膜4を、例えば、30nm〜200nmの膜厚で形成する。キャップ膜4としては、SiO膜、SiC膜、SiCN膜、SiCO膜若しくはSiN膜、又はそれらの積層膜を用いることができる。
そして、リソグラフィ技術とドライエッチングにより、キャップ膜4、low−k膜3及び拡散防止膜2内にダマシン配線用の溝5を形成する。そして、溝5の内壁及びキャップ膜4上にスパッタリング法によりバリアメタル膜6を形成し、該バリアメタル膜6上にスパッタリング法によりシードCu膜を形成する。バリアメタル膜6としては、例えば、Ta膜、Ti膜、TaN膜、TiN膜、WN膜若しくはWSiN膜、又はそれらの積層膜を用いることができる。さらに、シードCu膜上に電解メッキ法によりCu膜7を形成する。その後、アニール処理を行う。これにより、溝5の内部が、バリアメタル膜6、シードCu膜及びCu膜7からなる導電膜により埋め込まれる。なお、アニール処理は、Cu膜7の薬液除去後に行ってもよい。
Next, the cap film 4 is formed with a film thickness of, for example, 30 nm to 200 nm on the low-k film 3 by the CVD method. As the cap film 4, a SiO 2 film, a SiC film, a SiCN film, a SiCO film, a SiN film, or a laminated film thereof can be used.
Then, a damascene wiring groove 5 is formed in the cap film 4, the low-k film 3, and the diffusion prevention film 2 by lithography and dry etching. Then, a barrier metal film 6 is formed on the inner wall of the groove 5 and the cap film 4 by a sputtering method, and a seed Cu film is formed on the barrier metal film 6 by a sputtering method. As the barrier metal film 6, for example, a Ta film, a Ti film, a TaN film, a TiN film, a WN film, a WSiN film, or a laminated film thereof can be used. Further, a Cu film 7 is formed on the seed Cu film by electrolytic plating. Thereafter, annealing is performed. Thereby, the inside of the trench 5 is filled with the conductive film made of the barrier metal film 6, the seed Cu film, and the Cu film 7. The annealing treatment may be performed after removing the chemical solution from the Cu film 7.

次に、薬液により基板外周部分のCu膜7を除去する。Cu膜7の除去幅B、すなわち基板エッジ21aからCu膜7エッジまでの長さは、上述した除去幅Aよりも1mm以上大きくする。   Next, the Cu film 7 on the outer periphery of the substrate is removed with a chemical solution. The removal width B of the Cu film 7, that is, the length from the substrate edge 21a to the Cu film 7 edge is made 1 mm or more larger than the removal width A described above.

次に、図5(b)に示すように、実施の形態1と同様にオービタル方式のCMP装置を用いて、キャップ膜4上に形成された不要なCu膜7及びバリアメタル膜6を除去する。以上の工程を経ることにより、半導体チップ20上に、配線層23aと電気的に接続されるCuダマシン配線が形成される。   Next, as shown in FIG. 5B, the unnecessary Cu film 7 and barrier metal film 6 formed on the cap film 4 are removed using an orbital CMP apparatus as in the first embodiment. . Through the above steps, a Cu damascene wiring electrically connected to the wiring layer 23a is formed on the semiconductor chip 20.

以上説明したように、本実施の形態5では、low−k膜3の除去幅AとCu膜7の除去幅Bとの差を1mm以上とすることにより、low−k膜3エッジと、Cu膜7エッジとの距離を従来よりも広くすることとした。これにより、半導体チップ20上に形成されるCu配線用のCu−CMPにおいてlow−k膜3エッジに加わるCMP荷重を大幅に低減することができ、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を飛躍的に抑制することができる。また、low−k膜3の除去幅Aを4mm以上にすることにより、low−k膜3の剥離を更に抑制することができる。よって、半導体実装装置の歩留まりを向上させることができ、半導体実装装置の信頼性を向上させることができる。   As described above, in the fifth embodiment, by setting the difference between the removal width A of the low-k film 3 and the removal width B of the Cu film 7 to 1 mm or more, the edge of the low-k film 3 and the Cu The distance to the edge of the film 7 was made wider than before. As a result, the CMP load applied to the edge of the low-k film 3 in Cu-CMP for Cu wiring formed on the semiconductor chip 20 can be greatly reduced, and peeling of the low-k film 3 in Cu-CMP can be reduced. It can be drastically suppressed. Further, when the removal width A of the low-k film 3 is set to 4 mm or more, peeling of the low-k film 3 can be further suppressed. Therefore, the yield of the semiconductor mounting apparatus can be improved, and the reliability of the semiconductor mounting apparatus can be improved.

なお、本実施の形態5では半導体チップ20上の第1層のCu配線層を形成する場合について説明したが、多層のCu配線層を形成する場合に対しても適用することができる。上層の配線層の方がlow−k膜の剥離が生じやすいため、本発明は、上層のCu配線層を形成する際に特に好適である(後述する実施の形態6についても同様)。   Although the case of forming the first Cu wiring layer on the semiconductor chip 20 has been described in the fifth embodiment, the present invention can also be applied to the case of forming a multilayer Cu wiring layer. Since the upper wiring layer is more likely to peel off the low-k film, the present invention is particularly suitable when forming the upper Cu wiring layer (the same applies to Embodiment 6 described later).

実施の形態6.
本発明の実施の形態6は、上述した実施の形態2の配線形成方法を、半導体実装装置のCu配線に適用したものである。
上記実施の形態5では、Cu膜7の除去幅Bをlow−k膜3の除去幅Aよりも大きくする場合、すなわちlow−k膜3エッジがCu膜7エッジよりも基板外周側になる場合について説明した。本実施の形態6では、low−k膜3の除去幅AをCu膜7の除去幅Bよりも大きくする場合、すなわちlow−k膜3エッジがCu膜7エッジよりも基板中心側になる場合について説明する。それ以外については実施の形態5と同様であるため、以下、図6を参照して実施の形態5との相違点を中心に説明する。図6は、本発明の実施の形態6による半導体実装装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
Embodiment 6 FIG.
In the sixth embodiment of the present invention, the wiring forming method of the second embodiment described above is applied to Cu wiring of a semiconductor mounting apparatus.
In the fifth embodiment, when the removal width B of the Cu film 7 is larger than the removal width A of the low-k film 3, that is, when the edge of the low-k film 3 is closer to the substrate outer side than the edge of the Cu film 7. Explained. In the sixth embodiment, when the removal width A of the low-k film 3 is larger than the removal width B of the Cu film 7, that is, when the edge of the low-k film 3 is closer to the substrate center than the edge of the Cu film 7. Will be described. Since the other points are the same as those in the fifth embodiment, the following description will focus on differences from the fifth embodiment with reference to FIG. FIG. 6 is a process sectional view for explaining the method for manufacturing the semiconductor mounting apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.

先ず、図6(a)に示すように、実施の形態5と同様の方法を用いて、Cu膜7の形成まで行う。
次に、薬液により基板外周部分のCu膜7を除去する。Cu膜7の除去幅Bは、low−k膜3の除去幅Aよりも1mm以上小さくする。
First, as shown in FIG. 6A, the formation of the Cu film 7 is performed using the same method as in the fifth embodiment.
Next, the Cu film 7 on the outer periphery of the substrate is removed with a chemical solution. The removal width B of the Cu film 7 is 1 mm or more smaller than the removal width A of the low-k film 3.

その後、図6(b)に示すように、実施の形態1と同様にオービタル方式のCMP装置を用いて、キャップ膜4上に形成された不要なCu膜7及びバリアメタル膜6を除去する。上述したように、除去幅Bを除去幅Aよりも1mm以上小さくしているため、高いCMP荷重がlow−k膜3エッジに加わることを回避することができる。
以上の工程経ることにより、半導体チップ20上に、配線層23aと電気的に接続されるCuダマシン配線が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 6B, the unnecessary Cu film 7 and the barrier metal film 6 formed on the cap film 4 are removed using an orbital CMP apparatus as in the first embodiment. As described above, since the removal width B is 1 mm or more smaller than the removal width A, it is possible to avoid a high CMP load from being applied to the edge of the low-k film 3.
Through the above steps, a Cu damascene wiring electrically connected to the wiring layer 23a is formed on the semiconductor chip 20.

本実施の形態6においても、実施の形態5と同様にlow−k膜3の除去幅AとCu膜7の除去幅Bとの差を1mm以上とすることにより、low−k膜3エッジと、Cu膜7エッジとの距離を従来よりも広くすることとした。これにより、実施の形態5と同様に、半導体チップ20上に形成されるCu配線用のCu−CMPにおいてlow−k膜3エッジに加わるCMP荷重を大幅に低減することができ、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を飛躍的に抑制することができる。また、low−k膜3の除去幅Aを4mm以上にすることにより、low−k膜3の剥離を更に抑制することができる。よって、半導体実装装置の歩留まりを向上させることができ、半導体実装装置の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態6では、Cu膜7を薬液除去した時点で、low−k膜3エッジよりもCu膜7エッジが外側に位置する。すなわち、Cu−CMPにおいてlow−k膜3エッジがCu膜7により覆われている。よって、アンカー効果により、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を実施の形態5よりも更に抑制することができる。
Also in the sixth embodiment, as in the fifth embodiment, the difference between the removal width A of the low-k film 3 and the removal width B of the Cu film 7 is set to 1 mm or more, so that the edges of the low-k film 3 and The distance from the edge of the Cu film 7 is made wider than before. As a result, as in the fifth embodiment, the CMP load applied to the edge of the low-k film 3 in Cu-CMP for Cu wiring formed on the semiconductor chip 20 can be significantly reduced. The peeling of the low-k film 3 can be remarkably suppressed. Further, when the removal width A of the low-k film 3 is set to 4 mm or more, peeling of the low-k film 3 can be further suppressed. Therefore, the yield of the semiconductor mounting apparatus can be improved, and the reliability of the semiconductor mounting apparatus can be improved.
In the sixth embodiment, when the Cu film 7 is removed with the chemical solution, the edge of the Cu film 7 is located outside the edge of the low-k film 3. That is, the edge of the low-k film 3 is covered with the Cu film 7 in Cu-CMP. Therefore, peeling of the low-k film 3 in Cu-CMP can be further suppressed by the anchor effect as compared with the fifth embodiment.

実施の形態7.
本発明の実施の形態7は、上述した実施の形態1又は2の配線形成方法を、多層基板で構成される半導体実装装置のCu配線に適用したものである。図7は、実施の形態7による半導体実装装置の製造方法により製造された半導体実装装置を説明するための断面図である。
Embodiment 7 FIG.
In the seventh embodiment of the present invention, the wiring forming method of the first or second embodiment described above is applied to Cu wiring of a semiconductor mounting apparatus configured with a multilayer substrate. FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor mounting apparatus manufactured by the semiconductor mounting apparatus manufacturing method according to the seventh embodiment.

図7に示すように、半導体実装装置は、基板31と多層配線構造32とを有する1層目の半導体チップ(以下「チップ」と略称する。)、基板33と多層配線構造34とを有する2層目のチップ、及び、基板35と多層配線構造36とを有する3層目のチップを積層したものである。1層目のチップと2層目のチップとはlow−k膜42を接着層としてFace-to-Face接続し、2層目のチップと3層目のチップとはlow−k膜45を接着層としてFace-to-Back接続されている。また、low−k膜42,45の下層及び上層には、それぞれ拡散防止膜として機能する絶縁層41,43と絶縁層44,46が形成されている。また、絶縁膜44内には配線層52が形成されている。また、該配線層52と接続するブリッジビア51が1層目及び2層目のチップ内に形成され、ブリッジビア53が3層目のチップ内に形成されることにより、3層に積層されたチップが電気的接続される。   As shown in FIG. 7, the semiconductor mounting apparatus includes a first layer semiconductor chip (hereinafter abbreviated as “chip”) having a substrate 31 and a multilayer wiring structure 32, a substrate 33 and a multilayer wiring structure 34. A layer chip and a third layer chip having a substrate 35 and a multilayer wiring structure 36 are stacked. The first-layer chip and the second-layer chip are face-to-face connected using a low-k film 42 as an adhesive layer, and the low-k film 45 is bonded to the second-layer chip and the third-layer chip. Face-to-back connection as a layer. Insulating layers 41 and 43 and insulating layers 44 and 46 functioning as diffusion preventing films are formed below and above the low-k films 42 and 45, respectively. A wiring layer 52 is formed in the insulating film 44. Further, the bridge via 51 connected to the wiring layer 52 is formed in the first and second layer chips, and the bridge via 53 is formed in the third layer chip, so that the three layers are stacked. The chip is electrically connected.

上記実施の形態5,6と同様の方法を用いることにより、3層目のチップ上に、ブリッジビア53と電気的に接続されるCuダマシン配線が形成される。   By using the same method as in the fifth and sixth embodiments, Cu damascene wiring electrically connected to the bridge via 53 is formed on the third layer chip.

本実施の形態7においても、実施の形態5,6と同様に、low−k膜3の除去幅AとCu膜7の除去幅Bとの差を1mm以上とすることにより、3層目のチップ上に形成されるCu配線用のCu−CMPにおいてlow−k膜3エッジに加わるCMP荷重を大幅に低減することができ、Cu−CMPにおけるlow−k膜3の剥離を飛躍的に抑制することができる。また、low−k膜3の除去幅Aを4mm以上にすることにより、low−k膜3の剥離を更に抑制することができる。よって、半導体実装装置の歩留まりを向上させることができ、半導体実装装置の信頼性を向上させることができる。   Also in the seventh embodiment, as in the fifth and sixth embodiments, the difference between the removal width A of the low-k film 3 and the removal width B of the Cu film 7 is set to 1 mm or more, so that the third layer In Cu-CMP for Cu wiring formed on a chip, the CMP load applied to the edge of the low-k film 3 can be greatly reduced, and the peeling of the low-k film 3 in Cu-CMP is remarkably suppressed. be able to. Further, when the removal width A of the low-k film 3 is set to 4 mm or more, peeling of the low-k film 3 can be further suppressed. Therefore, the yield of the semiconductor mounting apparatus can be improved, and the reliability of the semiconductor mounting apparatus can be improved.

本発明の実施の形態1による配線形成方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the wiring formation method by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2による配線形成方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the wiring formation method by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4による半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device by Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5による半導体実装装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor mounting apparatus by Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6による半導体実装装置の製造方法を説明するための工程断面図である。It is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor mounting apparatus by Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7による半導体実装装置の製造方法により製造された半導体実装装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the semiconductor mounting apparatus manufactured by the manufacturing method of the semiconductor mounting apparatus by Embodiment 7 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 下地、基板
2 拡散防止膜
3 low−k膜(MSQ膜)
4 キャップ膜
5 溝
6 バリアメタル膜
7 Cu膜
10 ウェハエッジ
11 ゲート絶縁膜
12 ゲート電極
13 サイドウォール
14 低濃度拡散層
15 高濃度拡散層
16 絶縁膜
17 コンタクト
20 半導体装置(半導体チップ)
21 基板
21a 基板エッジ
22 多層配線構造
23a,23b,23c,23d, 配線層
24a,24b,24c ビアコンタクト
31,33,35 基板
32,34,36 多層配線構造
41,43,44,46 絶縁層
42,44 low−k膜
51,53 ブリッジビア
52 配線層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate, substrate 2 Diffusion prevention film 3 Low-k film (MSQ film)
4 Cap film 5 Groove 6 Barrier metal film 7 Cu film 10 Wafer edge 11 Gate insulating film 12 Gate electrode 13 Side wall 14 Low concentration diffusion layer 15 High concentration diffusion layer 16 Insulating film 17 Contact 20 Semiconductor device (semiconductor chip)
21 substrate 21a substrate edge 22 multilayer wiring structure 23a, 23b, 23c, 23d, wiring layer 24a, 24b, 24c via contact 31, 33, 35 substrate 32, 34, 36 multilayer wiring structure 41, 43, 44, 46 insulating layer 42 44 low-k film 51, 53 Bridge via 52 Wiring layer

Claims (9)

低誘電率膜内に埋め込み配線を形成する方法であって、
下地上に比誘電率が3以下の低誘電率膜を形成する工程と、
前記下地のエッジから第1の幅で前記低誘電率膜を除去する工程と、
前記第1の幅で前記低誘電率膜を除去した後、前記低誘電率膜上にキャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜及び前記低誘電率膜内に溝を形成する工程と、
前記溝の内部及び前記キャップ膜上に導電膜を形成する工程と、
前記下地のエッジから前記第1の幅とは1mm以上異なる第2の幅で前記導電膜を除去する工程と、
前記第2の幅で前記導電膜を除去した後、前記キャップ膜上に形成された不要な前記導電膜を研磨する工程とを含むことを特徴とする配線形成方法。
A method of forming a buried wiring in a low dielectric constant film,
Forming a low dielectric constant film having a relative dielectric constant of 3 or less on the ground;
Removing the low dielectric constant film with a first width from the underlying edge;
Forming a cap film on the low dielectric constant film after removing the low dielectric constant film in the first width;
Forming a groove in the cap film and the low dielectric constant film;
Forming a conductive film inside the groove and on the cap film;
Removing the conductive film with a second width different from the first width by 1 mm or more from the edge of the foundation;
And a step of polishing the unnecessary conductive film formed on the cap film after removing the conductive film with the second width.
請求項1に記載の配線形成方法において、
前記第1の幅が4mm以上15mm以下であることを特徴とする配線形成方法。
In the wiring formation method according to claim 1,
The wiring forming method, wherein the first width is 4 mm or more and 15 mm or less.
請求項1又は2に記載の配線形成方法において、
前記第2の幅が前記第1の幅よりも小さいことを特徴とする配線形成方法。
In the wiring formation method according to claim 1 or 2,
The wiring forming method, wherein the second width is smaller than the first width.
基板上に拡散層を有する半導体素子を形成する工程と、
前記半導体素子を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜内に前記拡散層と接続するコンタクトを形成する工程と、
前記コンタクト及び層間絶縁膜上に比誘電率が3以下の低誘電率膜を形成する工程と、
前記基板のエッジから第1の幅で前記低誘電率膜を除去する工程と、
前記低誘電率膜を除去した後、前記低誘電率膜上にキャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜及び前記低誘電率膜内に、前記コンタクトの表面に達する溝を形成する工程と、
前記溝の内部及び前記キャップ上に導電膜を形成する工程と、
前記基板のエッジから前記第1の幅とは1mm以上異なる第2の幅で前記導電膜を除去する工程と、
前記導電膜を除去した後、前記キャップ膜上に形成された不要な前記導電膜を研磨する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a semiconductor element having a diffusion layer on a substrate;
Forming an interlayer insulating film covering the semiconductor element;
Forming a contact connected to the diffusion layer in the interlayer insulating film;
Forming a low dielectric constant film having a relative dielectric constant of 3 or less on the contact and the interlayer insulating film;
Removing the low dielectric constant film with a first width from an edge of the substrate;
Forming a cap film on the low dielectric constant film after removing the low dielectric constant film;
Forming a groove reaching the surface of the contact in the cap film and the low dielectric constant film;
Forming a conductive film inside the groove and on the cap;
Removing the conductive film with a second width different from the first width by 1 mm or more from the edge of the substrate;
And polishing the unnecessary conductive film formed on the cap film after removing the conductive film.
請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1の幅が4mm以上15mm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first width is not less than 4 mm and not more than 15 mm.
請求項4又は5に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2の幅が前記第1の幅よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4 or 5,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second width is smaller than the first width.
半導体素子を有する半導体装置上に比誘電率が3以下の低誘電率膜を形成する工程と、
前記半導体装置のエッジから第1の幅で前記低誘電率膜を除去する工程と、
前記低誘電率膜を除去した後、前記低誘電率膜上にキャップ膜を形成する工程と、
前記キャップ膜及び前記低誘電率膜内に溝を形成する工程と、
前記溝の内部及び前記キャップ上に導電膜を形成する工程と、
前記半導体装置のエッジから前記第1の幅とは1mm以上異なる第2の幅で前記導電膜を除去する工程と、
前記導電膜を除去した後、前記キャップ膜上に形成された不要な前記導電膜を研磨する工程とを含むことを特徴とする半導体実装装置の製造方法。
Forming a low dielectric constant film having a relative dielectric constant of 3 or less on a semiconductor device having a semiconductor element;
Removing the low dielectric constant film with a first width from an edge of the semiconductor device;
Forming a cap film on the low dielectric constant film after removing the low dielectric constant film;
Forming a groove in the cap film and the low dielectric constant film;
Forming a conductive film inside the groove and on the cap;
Removing the conductive film with a second width different from the first width by 1 mm or more from an edge of the semiconductor device;
And a step of polishing the unnecessary conductive film formed on the cap film after removing the conductive film.
請求項7に記載の半導体実装装置の製造方法において、
前記第1の幅が4mm以上15mm以下であることを特徴とする半導体実装装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor mounting device according to claim 7,
The method for manufacturing a semiconductor mounting device, wherein the first width is 4 mm or more and 15 mm or less.
請求項7又は8に記載の半導体実装装置の製造方法において、
前記第2の幅が前記第1の幅よりも小さいことを特徴とする半導体実装装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor mounting device according to claim 7 or 8,
The method for manufacturing a semiconductor mounting device, wherein the second width is smaller than the first width.
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