JP2005303191A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device which suppresses a progression of a corrosion of a wiring including a copper. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the semiconductor device comprises steps of: forming a lower wiring 3 having a top face 3a and including the copper; forming a diffusion preventing film 4 so as to cover the top face 3a; forming a contact hole 8 reaching the top face 3a in the diffusion preventing film 4 by etching processing a part of the diffusion preventing film 4 with the use of an etchant including a fluorocarbon system gas; and plasma processing the lower wiring 3 exposing from the contact hole 8 with the use of a gas including at least one type selected from a group comprising nitrogen, argon, and hydrogen after the step of forming the contact hole 8. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、一般的には、半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、ダマシン法を用いて銅配線を形成する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention generally relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device in which a copper wiring is formed using a damascene method.

半導体装置の微細化や高速化に伴って、近年、配線材料として電気抵抗の低い銅が用いられようとしている。ダマシン法を利用して銅配線を作製する場合、たとえば、銅配線膜、拡散防止膜、有機低誘電率膜およびSiO膜を順次、基板上に堆積する。SiO膜上に所定位置に開口を有するレジスト膜を形成し、そのレジスト膜をマスクとして、SiO膜および有機低誘電率膜をエッチングする。レジスト膜を除去した後、SiO膜をマスクとして、さらに拡散防止膜をエッチングすることで、銅配線膜に達するコンタクトホールを形成する。そのコンタクトホールを導電膜で充填し、銅配線膜に接続されるコンタクトプラグを形成する。 With the miniaturization and speeding up of semiconductor devices, copper having a low electrical resistance has recently been used as a wiring material. When copper wiring is manufactured using the damascene method, for example, a copper wiring film, a diffusion prevention film, an organic low dielectric constant film, and a SiO 2 film are sequentially deposited on the substrate. Forming a resist film having an opening in a predetermined position on the SiO 2 film, using the resist film as a mask, to etch the SiO 2 film and the organic low dielectric constant film. After removing the resist film, the diffusion preventing film is further etched using the SiO 2 film as a mask to form a contact hole reaching the copper wiring film. The contact hole is filled with a conductive film to form a contact plug connected to the copper wiring film.

また別に、特開2003−303811号公報には、上述の拡散防止膜として設けられたバリア膜のエッチング処理時に、塩素成分あるいは臭素成分を含むガスと、酸素ガスと、還元性ガスとを含む混合ガスをエッチングガスとして用いるプラズマエッチング処理方法が開示されている(特許文献1)。また、特開平11−297678号公報には、チタンを含むバリアメタル膜およびタングステン膜をエッチングする際に、不要な生成物の再付着を防止することを目的した半導体装置の製造方法が開示されている(特許文献2)。特許文献2に開示された半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜上に形成されたバリアメタル膜およびタングステン膜をエッチングした後、エッチング装置内にアルゴン等の不活性ガスを導入し、半導体基板をプラズマに晒す。   In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-303811 discloses a mixture containing a chlorine component or bromine component gas, an oxygen gas, and a reducing gas at the time of etching the barrier film provided as the diffusion preventing film. A plasma etching method using a gas as an etching gas is disclosed (Patent Document 1). Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-297678 discloses a method for manufacturing a semiconductor device for preventing re-deposition of unnecessary products when etching a barrier metal film and a tungsten film containing titanium. (Patent Document 2). According to the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 2, after etching a barrier metal film and a tungsten film formed on an interlayer insulating film, an inert gas such as argon is introduced into the etching apparatus, and the semiconductor Expose the substrate to plasma.

さらに、特開平4−273442号公報には、Cu系材料層のドライエッチング後において、形成されたパターンの酸化を防止することを目的した配線形成方法が開示されている(特許文献3)。特許文献3に開示された配線形成方法によれば、NOガスを用いたドライエッチングによりCu電極パターンを作製した後、Cu電極パターンの側壁部に形成された酸素含有層を、NHガス等を用いたプラズマ処理により還元除去する。
特開2003−303811号公報 特開平11−297678号公報 特開平4−273442号公報
Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 4-273442 discloses a wiring formation method for preventing oxidation of a formed pattern after dry etching of a Cu-based material layer (Patent Document 3). According to the wiring forming method disclosed in Patent Document 3, after a Cu electrode pattern is produced by dry etching using NO 2 gas, an oxygen-containing layer formed on the side wall portion of the Cu electrode pattern is replaced with NH 3 gas or the like. Reduced and removed by plasma treatment using
JP 2003-303811 A JP 11-297678 A JP-A-4-273442

銅配線膜上に形成された拡散防止膜をエッチングする場合、そのエッチングによって露出した銅配線膜がエッチャントに晒される。この際、銅配線膜を構成する銅の腐食が進行するため、銅配線の抵抗が増大したり、銅配線とコンタクトプラグとのコンタクト抵抗が増大するという問題が生じる。   When etching the diffusion barrier film formed on the copper wiring film, the copper wiring film exposed by the etching is exposed to the etchant. At this time, since corrosion of copper constituting the copper wiring film proceeds, there arises a problem that the resistance of the copper wiring increases or the contact resistance between the copper wiring and the contact plug increases.

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、銅を含む配線の腐食の進行を抑制する半導体装置の製造方法を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a semiconductor device manufacturing method that suppresses the progress of corrosion of wiring containing copper.

この発明に従った半導体装置の製造方法は、表面を有し、銅を含む配線を形成する工程と、その表面を覆うように拡散防止膜を形成する工程と、フロロカーボン系ガスを含むエッチャントを用いて拡散防止膜の一部をエッチング処理し、配線の表面に達する孔を拡散防止膜に形成する工程と、孔を形成する工程の後、窒素、アルゴンおよび水素からなる群より選ばれた少なくとも一種を含むガスを用いて、孔から露出する配線をプラズマ処理する工程とを備える。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention uses a step of forming a wiring having a surface and containing copper, a step of forming a diffusion prevention film so as to cover the surface, and an etchant containing a fluorocarbon-based gas. And etching at least part of the diffusion prevention film to form a hole reaching the surface of the wiring in the diffusion prevention film, and after forming the hole, at least one selected from the group consisting of nitrogen, argon and hydrogen And a step of plasma-treating the wiring exposed from the hole by using a gas containing gas.

この発明に従えば、銅を含む配線の腐食の進行を抑制する半導体装置の製造方法を提供することができる。   According to this invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device that suppresses the progress of corrosion of wiring containing copper.

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、この発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を用いて作製された半導体装置を示す断面図である。図1を参照して、半導体装置は、頂面1aを有する層間絶縁膜1と、層間絶縁膜1に形成された下部配線3と、頂面1a上に順次堆積された拡散防止膜4および層間絶縁膜5と、層間絶縁膜5に形成され、下部配線3に接続されたコンタクトプラグ10とを備える。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a semiconductor device includes an interlayer insulating film 1 having a top surface 1a, a lower wiring 3 formed on the interlayer insulating film 1, a diffusion prevention film 4 and an interlayer deposited sequentially on the top surface 1a. An insulating film 5 and a contact plug 10 formed in the interlayer insulating film 5 and connected to the lower wiring 3 are provided.

層間絶縁膜1には、図1を示す紙面の奥行き方向に延びる溝12が形成されている。溝12には、その内壁を覆うように拡散防止膜2が形成されている。拡散防止膜2は、たとえば、タンタル(Ta)と窒化タンタル(TaN)との積層体から形成されている。拡散防止膜2上には、溝12の内部を充填するように下部配線3が形成されている。下部配線3は、銅(Cu)から形成されており、層間絶縁膜1の頂面1aと同一平面上に連なる頂面3aを有する。   A groove 12 extending in the depth direction of the paper surface shown in FIG. 1 is formed in the interlayer insulating film 1. A diffusion preventing film 2 is formed in the groove 12 so as to cover the inner wall thereof. The diffusion prevention film 2 is formed of a laminated body of tantalum (Ta) and tantalum nitride (TaN), for example. A lower wiring 3 is formed on the diffusion prevention film 2 so as to fill the inside of the groove 12. The lower wiring 3 is made of copper (Cu) and has a top surface 3 a that is continuous with the top surface 1 a of the interlayer insulating film 1 on the same plane.

頂面1aおよび3a上には、拡散防止膜4が形成されており、拡散防止膜4上には、さらに層間絶縁膜5が形成されている。拡散防止膜4は、たとえば、SiC、SiCNまたはSiNなどから形成されている。層間絶縁膜1および5は、たとえば、シリコン酸化膜、TEOS(tetra etyle ortho silicate)、SiOFおよびSOG(スピン・オン・グラス)などから形成されている。また、低誘電率材料(Low-k材料)から形成されていても良い。   A diffusion prevention film 4 is formed on the top surfaces 1 a and 3 a, and an interlayer insulating film 5 is further formed on the diffusion prevention film 4. The diffusion prevention film 4 is made of, for example, SiC, SiCN, SiN, or the like. The interlayer insulating films 1 and 5 are made of, for example, a silicon oxide film, TEOS (tetra etyle orthosilicate), SiOF, SOG (spin on glass), or the like. Further, it may be made of a low dielectric constant material (Low-k material).

層間絶縁膜5および拡散防止膜4には、層間絶縁膜5が有する頂面5a側に開口し、下部配線3の頂面3aに達するコンタクトホール8が形成されている。コンタクトホール8には、その内壁を覆うように拡散防止膜6が形成されている。拡散防止膜6は、たとえば、タンタルと窒化タンタルとの積層体から形成されている。拡散防止膜6上には、コンタクトホール8の内部を充填するようにコンタクトプラグ10が形成されている。コンタクトプラグ10は、銅から形成されている。なお、コンタクトホール8に替えてトレンチが形成されていても良い。   In the interlayer insulating film 5 and the diffusion preventing film 4, a contact hole 8 is formed which opens to the top surface 5 a side of the interlayer insulating film 5 and reaches the top surface 3 a of the lower wiring 3. A diffusion barrier film 6 is formed in the contact hole 8 so as to cover the inner wall thereof. The diffusion preventing film 6 is formed from, for example, a laminate of tantalum and tantalum nitride. A contact plug 10 is formed on the diffusion prevention film 6 so as to fill the inside of the contact hole 8. The contact plug 10 is made of copper. A trench may be formed in place of the contact hole 8.

続いて、本実施の形態における半導体装置の製造方法により、図1中の半導体装置を製造する工程について説明を行なう。図2および図3は、図1中の半導体装置を製造する方法の各工程を示す断面図である。   Next, a process for manufacturing the semiconductor device in FIG. 1 by the method for manufacturing the semiconductor device in the present embodiment will be described. 2 and 3 are cross-sectional views showing respective steps of the method of manufacturing the semiconductor device in FIG.

図2を参照して、通常のダマシン法により、層間絶縁膜1に、拡散防止膜2および下部配線3からなる下部配線層を形成する。次に、層間絶縁膜1の頂面1a上に、拡散防止膜4および層間絶縁膜5を順次形成する。   Referring to FIG. 2, a lower wiring layer including diffusion prevention film 2 and lower wiring 3 is formed in interlayer insulating film 1 by a normal damascene method. Next, the diffusion preventing film 4 and the interlayer insulating film 5 are sequentially formed on the top surface 1 a of the interlayer insulating film 1.

図3を参照して、層間絶縁膜5の頂面5a上に図示しないレジスト膜を形成する。その図示しないレジスト膜をマスクとして層間絶縁膜5をエッチングし、その後、レジスト膜を除去する。続いて、半導体装置を所定の処理室内に配置し、エッチングされた層間絶縁膜5をマスクとして、拡散防止膜4をエッチングする。これにより、層間絶縁膜5および拡散防止膜4に、下部配線3の頂面3aに達するコンタクトホール8を形成する。この際、拡散防止膜4のエッチングには、フロロカーボン系ガスであるCFガスをエッチャントとして用いる。また、CFガスの他、CHFガス、CHガスおよびCHFガスや、これらの混合ガスを用いることもできる。SiC、SiCNまたはSiNなどから形成されている拡散防止膜4のエッチングにこれらのガスを用いた場合、エッチングレートやエッチングの形状制御性を向上させることができる。 Referring to FIG. 3, a resist film (not shown) is formed on top surface 5 a of interlayer insulating film 5. The interlayer insulating film 5 is etched using the resist film (not shown) as a mask, and then the resist film is removed. Subsequently, the semiconductor device is placed in a predetermined processing chamber, and the diffusion preventing film 4 is etched using the etched interlayer insulating film 5 as a mask. Thereby, a contact hole 8 reaching the top surface 3 a of the lower wiring 3 is formed in the interlayer insulating film 5 and the diffusion preventing film 4. At this time, CF 4 gas, which is a fluorocarbon-based gas, is used as an etchant for etching the diffusion prevention film 4. In addition to CF 4 gas, CHF 3 gas, CH 2 F 2 gas, CH 3 F gas, or a mixed gas thereof can also be used. When these gases are used for etching the diffusion prevention film 4 formed of SiC, SiCN, SiN, or the like, the etching rate and the shape controllability of etching can be improved.

上述のエッチング処理工程が完了後、エッチング処理工程を実施した処理室と同一の処理室内において、窒素(N)ガスを用いたプラズマ処理を実施する。この際、プラズマ処理条件を、窒素ガスの流量:200sccmから800sccm、処理雰囲気の圧力:3Paから10Pa、イオンエネルギー:50eVから500eVとする。なお、単位sccmとは、標準状態(1013hPa、273K)におけるガスの流量(cm/min)を表わす。 After the above etching process is completed, a plasma process using nitrogen (N 2 ) gas is performed in the same process chamber as the process chamber in which the etching process is performed. At this time, the plasma treatment conditions are as follows: nitrogen gas flow rate: 200 sccm to 800 sccm, treatment atmosphere pressure: 3 Pa to 10 Pa, ion energy: 50 eV to 500 eV. The unit sccm represents the gas flow rate (cm 3 / min) in the standard state (1013 hPa, 273 K).

フロロカーボン系ガスを用いたエッチング処理により、コンタクトホール8から露出した下部配線3の頂面3a上には、フッ素(F)が残留する。そこで、窒素ガスを用いたプラズマ処理を実施することによって、頂面3a上に残留するフッ素の濃度を低減させ、頂面3a上を洗浄することができる。これにより、下部配線3を構成する銅とフッ素とが反応してCuF等が形成されることを防止できる。なお、頂面3a上のフッ素濃度は、10原子%以下とされていることが好ましい。 Fluorine (F) remains on the top surface 3a of the lower wiring 3 exposed from the contact hole 8 by etching using a fluorocarbon-based gas. Therefore, by performing a plasma treatment using nitrogen gas, the concentration of fluorine remaining on the top surface 3a can be reduced and the top surface 3a can be cleaned. Thereby, it is possible to prevent CuF 2 and the like from being formed by the reaction between copper and fluorine constituting the lower wiring 3. The fluorine concentration on the top surface 3a is preferably 10 atomic% or less.

さらに本実施の形態では、エッチング処理工程と同一処理室内でプラズマ処理工程が実施されるため、エッチング処理工程とプラズマ処理工程との間において、半導体装置が大気中に晒されるということがない。これにより、下部配線3を構成する銅や銅とフッ素との反応物が、大気中に存在する酸素(O)や水蒸気(HO)と反応して、CuO等が形成されることを防止できる。また、プラズマ処理工程とエッチング処理工程とを、同一処理室内で実施した場合には、これらの工程間において半導体装置を移動させる必要がないため、半導体装置の生産効率を向上させることができる。 Furthermore, in this embodiment mode, since the plasma processing step is performed in the same processing chamber as the etching processing step, the semiconductor device is not exposed to the atmosphere between the etching processing step and the plasma processing step. Thereby, the reaction product of copper or copper and fluorine constituting the lower wiring 3 reacts with oxygen (O 2 ) or water vapor (H 2 O) present in the atmosphere to form Cu 2 O or the like. Can be prevented. Further, when the plasma treatment step and the etching treatment step are performed in the same treatment chamber, it is not necessary to move the semiconductor device between these steps, so that the production efficiency of the semiconductor device can be improved.

図1を参照して、次に、コンタクトホール8の内壁から層間絶縁膜5の頂面5aに渡る範囲を覆うように、拡散防止膜6を形成する。さらに、その拡散防止膜6上に、コンタクトホール8の内部を充填するように、銅膜を形成する。CMP(chemical mechanical polishing)により、頂面5a上の銅膜および拡散防止膜を除去し、コンタクトホール8の内部にコンタクトプラグ10を形成する。以上の工程により、図1中に示す半導体装置が完成する。   Referring to FIG. 1, next, a diffusion prevention film 6 is formed so as to cover a range from the inner wall of the contact hole 8 to the top surface 5 a of the interlayer insulating film 5. Further, a copper film is formed on the diffusion prevention film 6 so as to fill the inside of the contact hole 8. The copper film and the diffusion preventing film on the top surface 5 a are removed by CMP (chemical mechanical polishing), and a contact plug 10 is formed inside the contact hole 8. Through the above steps, the semiconductor device shown in FIG. 1 is completed.

なお、上述の製造工程では、プラズマ処理時に窒素ガスを用いたが、これに限定されず、アルゴン(Ar)ガスや水素(H)ガスを用いても良い。 In the above-described manufacturing process, nitrogen gas is used at the time of plasma treatment. However, the present invention is not limited to this, and argon (Ar) gas or hydrogen (H 2 ) gas may be used.

また、エッチング処理する処理室とプラズマ処理する処理室とが同一でない場合であっても、これらの工程の間において、半導体装置を大気中に晒さない状態に保持できる方法がある。図4は、図1中の半導体装置を製造するための半導体製造装置を示す平面図である。図4を参照して、半導体製造装置は、半導体ウェハが収容されたカセットをセッティングするロードポート23と、エッチング処理を実施するための処理室21と、プラズマ処理を実施するための処理室22と、これらの部屋の間に設けられたバッファ室24とを備える。バッファ室24には、搬送用のロボットが配置されており、その室内は、真空状態に保持されている。このようなバッファ室24が設けられた半導体製造装置により、処理室21でエッチング処理工程が終了した半導体装置を、大気中に晒すことなく、プラズマ処理が行なわれる処理室22に搬送することができる。   In addition, there is a method in which the semiconductor device can be kept in a state where the semiconductor device is not exposed to the atmosphere between these steps even when the processing chamber for etching and the processing chamber for plasma processing are not the same. FIG. 4 is a plan view showing a semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing the semiconductor device in FIG. Referring to FIG. 4, the semiconductor manufacturing apparatus includes a load port 23 for setting a cassette in which semiconductor wafers are accommodated, a processing chamber 21 for performing an etching process, and a processing chamber 22 for performing a plasma process. And a buffer chamber 24 provided between these rooms. A transfer robot is arranged in the buffer chamber 24, and the chamber is kept in a vacuum state. With the semiconductor manufacturing apparatus provided with such a buffer chamber 24, the semiconductor device that has been subjected to the etching process in the processing chamber 21 can be transferred to the processing chamber 22 where plasma processing is performed without being exposed to the atmosphere. .

この発明に従った半導体装置の製造方法は、表面としての頂面3aを有し、銅を含む配線としての下部配線3を形成する工程と、頂面3aを覆うように拡散防止膜4を形成する工程と、フロロカーボン系ガスを含むエッチャントを用いて拡散防止膜4の一部をエッチング処理し、頂面3aに達する孔としてのコンタクトホール8を拡散防止膜4に形成する工程と、コンタクトホール8を形成する工程の後、窒素、アルゴンおよび水素からなる群より選ばれた少なくとも一種を含むガスを用いて、コンタクトホール8から露出する下部配線3をプラズマ処理する工程とを備える。   The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a lower wiring 3 having a top surface 3a as a surface and a copper-containing wiring, and forming a diffusion prevention film 4 so as to cover the top surface 3a. A step of etching part of the diffusion preventing film 4 using an etchant containing a fluorocarbon-based gas to form a contact hole 8 as a hole reaching the top surface 3a in the diffusion preventing film 4, and a contact hole 8 And a step of plasma-treating the lower wiring 3 exposed from the contact hole 8 using a gas containing at least one selected from the group consisting of nitrogen, argon and hydrogen.

なお、半導体装置に実施するプラズマ処理は、平行平板型の容量結合方式のプラズマ処理装置のほか、これ以外のプラズマ処理装置、たとえば、有磁場電磁波放射放電方式のプラズマ処理装置や誘導結合型のプラズマ処理装置など他の放電方式を利用したプラズマ処理装置に適用することも可能である。   In addition to the parallel plate type capacitively coupled plasma processing apparatus, the plasma processing performed on the semiconductor device includes other plasma processing apparatuses such as a magnetic field electromagnetic radiation discharge type plasma processing apparatus and an inductively coupled plasma. The present invention can also be applied to a plasma processing apparatus using another discharge method such as a processing apparatus.

続いて、本発明における半導体装置の製造方法の実施例について説明を行なう。なお、半導体装置のプラズマ処理には、平行平板型の容量結合方式のプラズマ処理装置を用いた。   Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. Note that a parallel plate type capacitively coupled plasma processing apparatus was used for plasma processing of the semiconductor device.

図5は、プラズマ処理時間とフッ素濃度との関係を示すグラフである。ガス流量を400sccm、処理雰囲気の圧力を5.3Pa、イオンエネルギーを500eVとして、窒素ガスを用いたプラズマ処理を実施し、下部配線3の頂面3a上に残留するフッ素濃度を測定した。この際、処理時間を変化させることによって、プラズマ処理時間とフッ素濃度との関係を求めた。図5を参照して分かるように、短時間のプラズマ処理で、フッ素濃度を10原子%以下の水準まで低減させることができた。また、処理時間が10秒の段階で、下部配線3に腐食が発生しないことを確認できた。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between plasma processing time and fluorine concentration. Plasma treatment using nitrogen gas was performed at a gas flow rate of 400 sccm, a processing atmosphere pressure of 5.3 Pa, ion energy of 500 eV, and the fluorine concentration remaining on the top surface 3 a of the lower wiring 3 was measured. At this time, the relationship between the plasma processing time and the fluorine concentration was determined by changing the processing time. As can be seen with reference to FIG. 5, the fluorine concentration could be reduced to a level of 10 atomic% or less with a short plasma treatment. Further, it was confirmed that the lower wiring 3 was not corroded when the processing time was 10 seconds.

図6は、イオンエネルギーの大きさとフッ素濃度との関係を示すグラフである。ガス流量を400sccm、処理雰囲気の圧力を5.3Pa、処理時間を60秒として、窒素ガスを用いたプラズマ処理を実施し、下部配線3の頂面3a上に残留するフッ素濃度を測定した。この際、イオンエネルギーの大きさを変化させることによって、イオンエネルギーの大きさとフッ素濃度との関係を求めた。図6を参照して分かるように、イオンエネルギーが高い方が、フッ素濃度を効果的に低減させることができた。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the magnitude of ion energy and the fluorine concentration. Plasma treatment using nitrogen gas was performed at a gas flow rate of 400 sccm, a treatment atmosphere pressure of 5.3 Pa, a treatment time of 60 seconds, and the fluorine concentration remaining on the top surface 3a of the lower wiring 3 was measured. At this time, the relationship between the magnitude of the ion energy and the fluorine concentration was determined by changing the magnitude of the ion energy. As can be seen with reference to FIG. 6, the higher the ion energy, the more effective the fluorine concentration could be reduced.

図7は、イオンエネルギーが高すぎた場合の、プラズマ処理後における半導体装置を示す断面図である。図7を参照して、上述のように、フッ素濃度の低減に関して言えば、イオンエネルギーを高くした方が有利であるが、イオンエネルギーが高すぎた場合には、層間絶縁膜5の頂面5aからコンタクトホール8の内壁にかけての肩部8mが大きく削れたり、コンタクトホール8の底面8nが下部配線3の内側深くに形成されてしまうおそれが生じる。この場合、隣接する配線間で短絡が起こったり、配線の信頼性が低下するという問題が発生する。したがって、低イオンエネルギーでプラズマ処理するのが好ましく、たとえば、500eV未満のイオンエネルギーでプラズマ処理するのが好ましい。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing the semiconductor device after plasma processing when ion energy is too high. Referring to FIG. 7, as described above, it is advantageous to increase the ion energy when it comes to reducing the fluorine concentration. However, when the ion energy is too high, the top surface 5a of the interlayer insulating film 5 is used. There is a possibility that the shoulder 8m from the contact hole 8 to the inner wall of the contact hole 8 may be greatly shaved or the bottom surface 8n of the contact hole 8 may be formed deep inside the lower wiring 3. In this case, there arises a problem that a short circuit occurs between adjacent wirings and the reliability of the wirings is lowered. Therefore, it is preferable to perform plasma processing with low ion energy, for example, it is preferable to perform plasma processing with ion energy of less than 500 eV.

図8は、異なる処理ガスを用いた場合の残留するフッ素濃度を示すグラフである。ガス流量を400sccm、イオンエネルギーを500eV、処理雰囲気の圧力を5.3Pa、処理時間を60秒として、窒素ガスを用いたプラズマ処理を実施し、下部配線3の頂面3a上に残留するフッ素濃度を測定した。この際、窒素ガス、アルゴンガスおよび水素ガスの3種類の処理ガスを用い、それぞれの処理ガスでプラズマ処理した場合に残留するフッ素濃度を求めた。図8を参照して分かるように、窒素ガスを用いた場合に、フッ素濃度を最も低減させることができた。また、プラズマ処理しなかった場合には、配線上に腐食が観察されたが、プラズマ処理すると、いずれの処理ガスを用いて場合であっても、腐食は認められなかった。   FIG. 8 is a graph showing the residual fluorine concentration when different processing gases are used. Plasma treatment using nitrogen gas was performed at a gas flow rate of 400 sccm, an ion energy of 500 eV, a processing atmosphere pressure of 5.3 Pa, a processing time of 60 seconds, and a fluorine concentration remaining on the top surface 3a of the lower wiring 3 Was measured. At this time, three types of processing gases, nitrogen gas, argon gas, and hydrogen gas, were used, and the residual fluorine concentration when the plasma processing was performed with each processing gas was determined. As can be seen with reference to FIG. 8, the fluorine concentration was most reduced when nitrogen gas was used. Further, when the plasma treatment was not performed, corrosion was observed on the wiring. However, when the plasma treatment was performed, no corrosion was observed in any of the processing gases.

このように構成された半導体装置の製造方法によれば、エッチング処理工程の後に所定のガスを用いたプラズマ処理を実施することにより、エッチング処理によって露出した下部配線3の頂面3a上において、フッ化が進行することを抑制できる。また、これらの工程の間に半導体装置を大気に晒されない状態に保持することによって、下部配線3の頂面3a上で酸化が進行することをさらに抑制できる。これらフッ化および酸化の進行の抑制により、下部配線3が腐食することを防止できる。これによって、下部配線3の電気抵抗が増大することを防止し、下部配線3とコンタクトプラグ10とのコンタクト抵抗が増大することを防止できる。   According to the method of manufacturing a semiconductor device configured as described above, the plasma processing using a predetermined gas is performed after the etching processing step, so that the top surface 3a of the lower wiring 3 exposed by the etching processing is hooked. It is possible to suppress the progress of conversion. Further, by keeping the semiconductor device not exposed to the atmosphere during these steps, it is possible to further suppress the progress of oxidation on the top surface 3a of the lower wiring 3. By suppressing the progress of the fluorination and oxidation, the lower wiring 3 can be prevented from being corroded. As a result, the electrical resistance of the lower wiring 3 can be prevented from increasing, and the contact resistance between the lower wiring 3 and the contact plug 10 can be prevented from increasing.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を用いて作製された半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device produced using the manufacturing method of the semiconductor device in embodiment of this invention. 図1中の半導体装置を製造する方法の第1工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st process of the method of manufacturing the semiconductor device in FIG. 図1中の半導体装置を製造する方法の第2工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd process of the method of manufacturing the semiconductor device in FIG. 図1中の半導体装置を製造するための半導体製造装置を示す平面図である。It is a top view which shows the semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing the semiconductor device in FIG. プラズマ処理時間とフッ素濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between plasma processing time and fluorine concentration. イオンエネルギーの大きさとフッ素濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the magnitude | size of ion energy, and a fluorine concentration. イオンエネルギーが高すぎた場合の、プラズマ処理後における半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device after a plasma process when ion energy is too high. 異なる処理ガスを用いた場合の残留するフッ素濃度を示すグラフである。It is a graph which shows the residual fluorine density | concentration at the time of using different process gas.

符号の説明Explanation of symbols

1,5 層間絶縁膜、1a,3a 頂面、3 下部配線、4 拡散防止膜、8 コンタクトホール、10 コンタクトプラグ。   1,5 interlayer insulation film, 1a, 3a top surface, 3 lower wiring, 4 diffusion prevention film, 8 contact hole, 10 contact plug.

Claims (4)

表面を有し、銅を含む配線を形成する工程と、
前記表面を覆うように拡散防止膜を形成する工程と、
フロロカーボン系ガスを含むエッチャントを用いて前記拡散防止膜の一部をエッチング処理し、前記表面に達する孔を前記拡散防止膜に形成する工程と、
前記孔を形成する工程の後、窒素、アルゴンおよび水素からなる群より選ばれた少なくとも一種を含むガスを用いて、前記孔から露出する前記配線をプラズマ処理する工程とを備える、半導体装置の製造方法。
Forming a wiring having a surface and including copper;
Forming a diffusion barrier film so as to cover the surface;
Etching a part of the diffusion preventing film using an etchant containing a fluorocarbon-based gas, and forming a hole reaching the surface in the diffusion preventing film;
And a step of plasma-treating the wiring exposed from the hole using a gas containing at least one selected from the group consisting of nitrogen, argon and hydrogen after the step of forming the hole. Method.
前記拡散防止膜は、SiC、SiCNおよびSiNからなる群より選ばれた少なくとも一種を含み、前記エッチャントは、CF、CHF、CHおよびCHFからなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The diffusion preventing film includes at least one selected from the group consisting of SiC, SiCN, and SiN, and the etchant is at least one selected from the group consisting of CF 4 , CHF 3 , CH 2 F 2, and CH 3 F. The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 1 containing this. 前記孔を形成する工程と前記プラズマ処理する工程との間において、エッチング処理された前記配線を大気雰囲気から遮断した状態に保持する、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the etching-processed wiring is maintained in a state of being cut off from an air atmosphere between the step of forming the hole and the step of performing the plasma treatment. 前記孔を形成する工程は、所定の処理室内でエッチング処理する工程を含み、
前記プラズマ処理する工程は、前記所定の処理室内でプラズマ処理する工程を含む、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the hole includes a step of etching in a predetermined processing chamber,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the plasma processing includes a plasma processing in the predetermined processing chamber.
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