JP2006060011A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2006060011A
JP2006060011A JP2004240239A JP2004240239A JP2006060011A JP 2006060011 A JP2006060011 A JP 2006060011A JP 2004240239 A JP2004240239 A JP 2004240239A JP 2004240239 A JP2004240239 A JP 2004240239A JP 2006060011 A JP2006060011 A JP 2006060011A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
plating
opening
current density
insulating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004240239A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fumito Shoji
史人 庄子
Shinichi Ogawa
真一 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2004240239A priority Critical patent/JP2006060011A/en
Publication of JP2006060011A publication Critical patent/JP2006060011A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a void due to concentration of point defect from being formed inside a Cu wiring. <P>SOLUTION: The method has insulating film formation steps (S102 to S110) for forming an insulating film on a base; an opening formation step (S112) for forming an opening in the insulating film; a seed film formation step (S116) for forming a seed film in the surface of the insulating film and the opening; a first plating step (S118) for making a current which becomes a first current density flow using the seed film as an electrode, and depositing a conductive material in the opening by a plating method; a second plating step (S120) for making a current of a second current density smaller than the first current density flow after the first plating process, and for depositing the conductive material on the insulating film surface by a plating method; and an annealing step (S124) for performing annealing treatment for the base wherein the conductive material is deposited after the second plating process. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、めっき法による銅等を用いた配線形成に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to wiring formation using copper or the like by plating.

低抵抗で高いエレクトロマイグレーション(EM)耐性を有する銅(Cu)配線は、高集積化し微細化されたLSI配線用の高信頼性材料として期待されている。   Copper (Cu) wiring having low resistance and high electromigration (EM) resistance is expected as a highly reliable material for highly integrated and miniaturized LSI wiring.

半導体集積回路の高集積化・高動作速度化に伴い、半導体素子間の配線を伝播する信号の遅延が集積回路の動作速度を律則するようになってきた。
特に、最近は、かかるLSIの高速性能化を達成するために、配線技術を従来のアルミ(Al)合金から低抵抗のCu或いはCu合金(以下、まとめてCuと称する。)に代える動きが進んでいる。Cuは、Al合金配線の形成において頻繁に用いられたドライエッチング法による微細加工が困難であるので、溝加工が施された絶縁膜上にCu膜を堆積し、溝内に埋め込まれた部分以外のCu膜を化学機械研磨(CMP)により除去して埋め込み配線を形成する、いわゆるダマシン(damascene)法が主に採用されている。Cu膜はスパッタ法などで薄いシード層を形成した後に電解めっき法により数100nm程度の厚さの積層膜を形成することが一般的である。
As semiconductor integrated circuits become highly integrated and operate at higher speeds, the delay of signals propagating through wiring between semiconductor elements has been governed by the operating speed of integrated circuits.
In particular, recently, in order to achieve high-speed performance of such LSI, there has been a movement to replace the wiring technology from conventional aluminum (Al) alloy to low resistance Cu or Cu alloy (hereinafter collectively referred to as Cu). It is out. Since Cu is difficult to finely process by the dry etching method frequently used in the formation of Al alloy wiring, Cu film is deposited on the insulating film subjected to the groove processing, and other than the portion embedded in the groove A so-called damascene method, in which the Cu film is removed by chemical mechanical polishing (CMP) to form a buried wiring, is mainly employed. In general, a Cu film is formed by forming a thin seed layer by sputtering or the like and then forming a laminated film having a thickness of about several hundreds of nanometers by electrolytic plating.

また、Cuは、Si系絶縁膜中へ容易に拡散するために、Cuの周囲は拡散防止膜で覆わなければならない。そのため、上述したように、ダマシンプロセスを用いてCu配線を形成する場合には、絶縁膜中に形成した溝または孔といった開口部パターンに、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、或いはその窒化物、またはその合金といった高融点金属膜を成膜する。そして高融点金属膜を成膜した後に、Cu埋め込みを行い、Cu配線の周囲にCu拡散防止を目的とした高融点金属膜によるバリアメタル膜を配置することが一般的である。   Further, since Cu easily diffuses into the Si-based insulating film, the periphery of Cu must be covered with a diffusion preventing film. Therefore, as described above, when a Cu wiring is formed using the damascene process, titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W) is formed in an opening pattern such as a groove or a hole formed in the insulating film. Alternatively, a refractory metal film such as a nitride or an alloy thereof is formed. In general, after forming a refractory metal film, Cu is buried and a barrier metal film made of a refractory metal film for preventing Cu diffusion is disposed around the Cu wiring.

さらに、最近は層間絶縁膜として比誘電率の低い低誘電率(low−k)膜を用いることが検討されている。すなわち、比誘電率kが、約4.2のシリコン酸化膜(SiO膜)から比誘電率kが例えば3.5以下のlow−k膜を用いることにより、配線間の寄生容量を低減することが試みられている。このようなlow−k膜とCu配線を組み合わせた多層配線構造を有する半導体装置の製造方法は次のようなものである。 Further, recently, it has been studied to use a low dielectric constant (low-k) film having a low relative dielectric constant as an interlayer insulating film. That is, by using a low-k film having a relative dielectric constant k of 3.5 or less from a silicon oxide film (SiO 2 film) having a relative dielectric constant k of about 4.2, the parasitic capacitance between wirings is reduced. It has been tried. A method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which such a low-k film and a Cu wiring are combined is as follows.

図13は、従来のlow−k膜とCu配線を組み合わせた多層配線構造を有する半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
図13では、デバイス部分等の形成方法は省略している。
図13(a)において、シリコン基板による基体200上にCVD(化学気層成長)等の方法により第1の絶縁膜221を成膜する。
図13(b)において、写真製版とドライエッチングにより、Cu金属配線或いはCuコンタクトプラグを形成するための溝構造(開口部H)を第1の絶縁膜221に形成する。
図13(c)において、第1の絶縁膜221上に、PVD或いはCVDによりバリアメタル膜240、Cuシード膜を、そして、めっき法によりCu膜260をかかる順序で形成して、150℃から400℃の温度で約30分間アニール処理する。
図13(d)において、Cu膜260とバリアメタル膜240をCMPにより除去し、平坦化を行なうことにより、溝である開口部Hに、Cuによる埋め込み配線を形成する。
図13(e)において、前記Cu膜260表面に還元性プラズマ処理を施した後に第2の絶縁膜281を成膜する。
さらに、多層Cu配線を形成する場合は、これらの工程を繰り返して積層していくのが一般的である。ここで、第1の絶縁膜221と第2の絶縁膜281の大半がlow−k膜となる。
FIG. 13 is a process cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which a conventional low-k film and a Cu wiring are combined.
In FIG. 13, a method for forming a device portion or the like is omitted.
In FIG. 13A, a first insulating film 221 is formed on a substrate 200 made of a silicon substrate by a method such as CVD (chemical vapor deposition).
In FIG. 13B, a groove structure (opening H) for forming a Cu metal wiring or a Cu contact plug is formed in the first insulating film 221 by photolithography and dry etching.
In FIG. 13C, a barrier metal film 240 and a Cu seed film are formed on the first insulating film 221 by PVD or CVD, and a Cu film 260 is formed in this order by plating. Annealing is performed at a temperature of about 30 minutes.
In FIG. 13D, the Cu film 260 and the barrier metal film 240 are removed by CMP and planarized to form a buried wiring made of Cu in the opening H that is a groove.
In FIG. 13E, a second insulating film 281 is formed after the surface of the Cu film 260 is subjected to reducing plasma treatment.
Furthermore, when forming multilayer Cu wiring, it is common to repeat these processes and to laminate. Here, most of the first insulating film 221 and the second insulating film 281 are low-k films.

また、めっき法に関して、トレンチやビア穴への埋め込み完了前にトレンチやビア穴の口が閉じてしまうことを防止するため、トレンチやビア穴への埋め込み途中でめっき電流を遮断したり小さくしたりする技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   Also, regarding the plating method, in order to prevent the opening of the trench or via hole from being closed before the trench or via hole is completely filled, the plating current is interrupted or reduced during the filling of the trench or via hole. The technique to do is disclosed (for example, refer patent document 1).

その他、ボイドの発生を防止するため、最初に低い電流でめっきし、配線溝内部まで金属を析出させ、その後、電流を高めて所定の膜厚までめっきする技術が開示されている(例えば、特許文献2、3参照)。また、ビア穴への埋め込み途中でめっき電流を徐々に増加させるとする技術が開示されている(例えば、特許文献4参照)。
特開2000−195822号公報 特開2000−80496号公報 特開2003−110241号公報 特開2003−318544号公報
In addition, in order to prevent the generation of voids, a technique is disclosed in which plating is first performed at a low current, metal is deposited inside the wiring trench, and then plating is performed to a predetermined film thickness by increasing the current (for example, patents). References 2 and 3). In addition, a technique is disclosed in which the plating current is gradually increased during the embedding in the via hole (see, for example, Patent Document 4).
JP 2000-195822 A JP 2000-80496 A JP 2003-110241 A JP 2003-318544 A

図14は、従来、用いられるめっきの処理シーケンス図である。
めっき工程は通常、配線溝への埋め込みステップと、その上に一定の膜厚を成膜するオーバープレートステップの2ステップから構成される。第1ステップとして、微細な配線溝やビアホールの中に金属膜を埋め込む。アノード電極から基板に流れる電流を低く抑えることで、溝やビアホールの側壁でのCu析出速度を遅くし底部からのボトムアップ成長により埋め込みを行う。この後、第2ステップとして、その上に所望の膜厚だけ成膜するのであるが、このステップで使用する電流は、埋め込みステップで使用する電流と同じであるかもしくはそれよりも高い。しかしながら、めっき電流はめっき後の金属の粒成長に影響を及ぼし、電流が高いほど粒成長の進行が早く、また成長が完了し安定化するまでの時間も短い。
FIG. 14 is a processing sequence diagram of plating used conventionally.
The plating process is usually composed of two steps: an embedding step in a wiring groove and an overplate step for forming a certain film thickness thereon. As a first step, a metal film is embedded in fine wiring grooves and via holes. By keeping the current flowing from the anode electrode to the substrate low, the Cu deposition rate on the side walls of the trenches and via holes is slowed down, and embedding is performed by bottom-up growth from the bottom. Thereafter, as a second step, a desired film thickness is formed thereon, and the current used in this step is the same as or higher than the current used in the embedding step. However, the plating current affects the grain growth of the metal after plating. The higher the current, the faster the grain growth proceeds, and the shorter the time until the growth is completed and stabilized.

図15、埋め込みステップで使用するめっき電流のみの1ステップ、オーバープレートステップで使用する電流のみの1ステップでそれぞれ成膜した場合の、めっき直後及びセルフアニール後の金属の平均粒径を比較したグラフである。
めっき直後では埋め込み電流による成膜、オーバープレート電流による成膜共に粒径は同じであった。これに対し、一定の時間セルフアニールを加えた後では、オーバープレート電流による成膜の方が、粒成長が早く、めっき直後に比べ約10倍の粒径であった。
FIG. 15 is a graph comparing the average particle size of metal immediately after plating and after self-annealing when the film is formed in one step of only the plating current used in the embedding step and one step of only the current used in the overplate step. It is.
Immediately after plating, the film size was the same for both the deposition with the embedded current and the deposition with the overplate current. On the other hand, after self-annealing for a certain period of time, the film formation by the overplate current had a faster grain growth, and the grain size was about 10 times that immediately after plating.

図16、埋め込みステップとオーバープレートステップとの2ステップでめっきして形成される半導体装置を説明するための断面図である。
図16(a)には、孔等の開口部に埋め込みステップとオーバープレートステップとの2ステップでめっきした状態を示している。Cu膜中には、SEM(走査型電子顕微鏡)で観察できないような、例えば5nm以下の小さな空孔状の点欠陥が存在する。そして、複数の電流ステップの場合、比較的高い電流で成膜されたオーバープレートステップの膜の方が埋め込みステップの膜よりも粒成長しやすく早く安定化するため、埋め込みステップの膜内に存在する空孔を効率良く膜外に移動させることができず、一定の時間セルフアニールを加えた後では、埋め込みステップ領域に存在した点欠陥が、粒成長したオーバープレートステップ領域に移動できない。そのため、図16(b)に示すように、埋め込みステップ領域に存在した点欠陥が、集合し、空隙、いわゆるボイドを形成してしまう。そして、CMPにより平坦化した後、図16(c)に示すように、Cu配線内にかかるボイドが残ってしまう。従って、このボイドに起因した埋め込み不良、導通不良を引き起こしてしまう。
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device formed by plating in two steps of an embedding step and an overplate step.
FIG. 16A shows a state where plating is performed in two steps of an embedding step and an overplate step in an opening such as a hole. In the Cu film, there are small vacant point defects of, for example, 5 nm or less, which cannot be observed with an SEM (scanning electron microscope). In the case of a plurality of current steps, the overplate step film formed at a relatively high current is more likely to grow and stabilize faster than the embedding step film, and therefore exists in the embedding step film. The vacancies cannot be efficiently moved out of the film, and after the self-annealing for a certain period of time, the point defects existing in the buried step region cannot move to the overplate step region where the grains have grown. For this reason, as shown in FIG. 16B, the point defects existing in the embedding step region gather and form voids, so-called voids. Then, after flattening by CMP, voids remain in the Cu wiring as shown in FIG. Therefore, the embedding failure and conduction failure caused by the voids are caused.

以上のように、従来のめっき方法では、めっき工程は埋め込みステップとオーバープレートステップの2ステップから構成され、オーバープレートステップで使用するめっき電流は、埋め込みステップで使用する電流と同じであるかもしくはそれよりも高い。そのためオーバープレートステップで成膜しためっき金属膜の方が、埋め込みステップの膜よりも粒成長の進行が早く、また成長が完了し安定化するまでの時間も短いため、埋め込みステップの膜内に存在する空孔を効率良く膜外に移動させることができず、従ってこの空孔に起因した埋め込み不良、導通不良を引き起こしてしまうという問題があった。   As described above, in the conventional plating method, the plating process is composed of the embedding step and the overplate step, and the plating current used in the overplate step is the same as or equal to the current used in the embedding step. Higher than. Therefore, the plated metal film formed in the overplate step is faster in the grain growth than the film in the embedding step, and it takes less time to complete and stabilize, so it exists in the film in the embedding step. Therefore, there is a problem in that the vacancies to be moved cannot be efficiently moved out of the film, and therefore, the embedding defect and the conduction defect due to the vacancies are caused.

本発明は、上述した問題点を克服し、かかるボイドがCu配線内に形成しないようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to overcome the above-described problems and prevent such voids from being formed in the Cu wiring.

本発明の半導体装置の製造方法は、
基体上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記絶縁膜表面と前記開口部とにシード膜を形成するシード膜形成工程と、
前記シード膜を電極として第1の電流密度となる電流を流し、前記開口部に導電性材料をめっき法により堆積させる第1のめっき工程と、
前記第1のめっき工程後、前記第1の電流密度より小さい第2の電流密度となる電流を流し、前記絶縁膜表面上に前記導電性材料をめっき法により堆積させる第2のめっき工程と、
前記第2のめっき工程後、前記導電性材料が堆積した基体をアニール処理するアニール工程と、
を備えたことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes:
An insulating film forming step of forming an insulating film on the substrate;
An opening forming step of forming an opening in the insulating film;
A seed film forming step of forming a seed film on the insulating film surface and the opening;
A first plating step of flowing a current having a first current density using the seed film as an electrode and depositing a conductive material in the opening by a plating method;
A second plating step of depositing the conductive material on the surface of the insulating film by a plating method by passing a current having a second current density lower than the first current density after the first plating step;
An annealing step of annealing the substrate on which the conductive material is deposited after the second plating step;
It is provided with.

第1のめっき工程による前記開口部への導電性材料埋め込み後、前記第1の電流密度より小さい第2の電流密度となるめっき電流に変更することにより、前記開口部に埋め込まれた導電性材料膜の上に粒成長の進行の遅い導電性材料膜を形成することができる。よって、前記開口部に埋め込まれた導電性材料膜内に存在する点欠陥である空孔を効率良く上部へ移動させ、結果として膜外に移動させることができる。   After the conductive material is embedded in the opening by the first plating step, the conductive material embedded in the opening is changed to a plating current having a second current density lower than the first current density. A conductive material film with slow progress of grain growth can be formed on the film. Therefore, it is possible to efficiently move the vacancies, which are point defects existing in the conductive material film embedded in the opening, to the upper portion, and as a result, move out of the film.

さらに、前記第2のめっき工程において、前記第2の電流密度を前記第1の電流密度の25〜40%とすると特に有効である。   Furthermore, in the second plating step, it is particularly effective that the second current density is 25 to 40% of the first current density.

電流密度で示すとすれば、前記第1の電流密度を2〜5A/cmとし、前記第2の電流密度を1.5〜3A/cmとすると特に有効である。 In terms of current density, it is particularly effective when the first current density is 2 to 5 A / cm 2 and the second current density is 1.5 to 3 A / cm 2 .

前記半導体装置の製造方法は、前記第2のめっき工程後、前記第2の電流密度より大きい第3の電流密度となる電流を流し、前記絶縁膜表面上に前記導電性材料をめっき法により堆積させる第3のめっき工程をさらに備えたことを特徴とする。   In the method of manufacturing the semiconductor device, after the second plating step, a current having a third current density higher than the second current density is passed, and the conductive material is deposited on the insulating film surface by a plating method. A third plating step is further provided.

前記第2の電流密度より大きい第3の電流密度となるめっき電流で前記導電性材料を堆積させることにより、前記第2のめっき工程により空孔の逃げ場を確保しつつ所望する膜厚を形成する際の全体でのめっき時間を短縮することができる。   By depositing the conductive material with a plating current having a third current density higher than the second current density, a desired film thickness is formed while ensuring a void escape field by the second plating step. The entire plating time can be shortened.

前記第3のめっき工程において、前記第3の電流密度を前記第2の電流密度の2倍以上とすると特に有効である。   In the third plating step, it is particularly effective to set the third current density to be twice or more the second current density.

さらに、前記第3のめっき工程において、前記第3の電流密度を前記第1の電流密度より大きくすることを特徴とする。   Furthermore, in the third plating step, the third current density is made larger than the first current density.

前記第3の電流密度を、前記第2の電流密度より大きい前記第1の電流密度よりさらに大きくすることにより、めっき時間をより短縮することができる。   The plating time can be further shortened by making the third current density larger than the first current density, which is larger than the second current density.

さらに、前記第2のめっき工程において、堆積後に、前記絶縁膜表面上に堆積した前記導電性材料の膜厚が、前記開口部の深さに相当する値以上の膜厚となるように前記導電性材料を堆積させることを特徴とする。   Furthermore, in the second plating step, after the deposition, the conductive material deposited on the surface of the insulating film has a thickness equal to or greater than a value corresponding to the depth of the opening. It is characterized by depositing a functional material.

前記開口部の深さに相当する値以上の膜厚となるように前記導電性材料を堆積させることにより、前記開口部において前記開口部の外部に、前記第2のめっき工程によりめっきされた膜を存在させることができる。前記第2のめっき工程によりめっきされた膜を存在させることができるので、前記開口部に堆積した導電性材料膜内の空孔が開口部の外部に移動することができる。   A film plated by the second plating step outside the opening in the opening by depositing the conductive material so as to have a film thickness equal to or greater than a value corresponding to the depth of the opening. Can exist. Since the film plated by the second plating step can be present, the holes in the conductive material film deposited in the opening can move to the outside of the opening.

前記第3のめっき工程において、堆積後に、前記絶縁膜表面上に堆積した前記導電性材料の膜厚が、前記開口部の深さに相当する値の2倍以上の膜厚となるように、さらに、前記第2のめっき工程後、前記絶縁膜表面上に前記導電性材料を堆積させることを特徴とする。   In the third plating step, after deposition, the film thickness of the conductive material deposited on the surface of the insulating film is twice or more the value corresponding to the depth of the opening. Further, the conductive material is deposited on the surface of the insulating film after the second plating step.

前記第1と第2と第3のめっき終了後に、前記絶縁膜表面上に堆積した前記導電性材料の膜厚が、前記開口部の深さに相当する値の2倍以上の膜厚となるようにすることで、半導体装置の完成時において前記開口部への充填漏れを防ぐことができる。   After the first, second, and third plating, the conductive material deposited on the surface of the insulating film has a film thickness that is twice or more the value corresponding to the depth of the opening. By doing so, filling leakage to the opening can be prevented when the semiconductor device is completed.

前記第1のめっき工程により前記開口部全体に前記導電性材料を堆積後、前記第2のめっき工程に移行することを特徴とする。   After the conductive material is deposited on the entire opening by the first plating step, the process proceeds to the second plating step.

電流密度の大きいめっき電流を用いた前記第1のめっき工程により前記開口部全体に前記導電性材料を堆積後、電流密度の小さいめっき電流を用いた前記第2のめっき工程に移行することにより、開口部の外部に空孔の逃げ場を形成すると共に、めっき時間を短縮することができる。   By depositing the conductive material over the entire opening by the first plating step using a plating current having a high current density, the process proceeds to the second plating step using a plating current having a low current density, It is possible to form a hole escape field outside the opening and to shorten the plating time.

前記第1のめっき工程において、前記開口部に前記導電性材料を堆積後、さらに、所定の膜厚の前記導電性材料を前記絶縁膜表面上に堆積させることを特徴とする。   In the first plating step, after depositing the conductive material in the opening, the conductive material having a predetermined thickness is further deposited on the surface of the insulating film.

所定の膜厚の前記導電性材料をさらに前記絶縁膜表面上に堆積させることで、寸法の異なる開口部が存在していた場合でも、前記第1のめっき工程によるかかる寸法の異なる開口部への充填漏れを防ぐことができる。   By further depositing the conductive material having a predetermined film thickness on the surface of the insulating film, even when openings having different dimensions exist, the openings to the openings having different dimensions by the first plating step are provided. Filling leakage can be prevented.

本発明によれば、前記開口部に埋め込まれた導電性材料膜内に存在する点欠陥である空孔を効率良く上部へ移動させ、結果として膜外に移動させることができるので、開口部内において点欠陥の集合によるボイドの形成を抑制することができる。ボイドの形成を抑制することができるので、埋め込み不良、導通不良を低減させることができる。   According to the present invention, it is possible to efficiently move the vacancies, which are point defects existing in the conductive material film embedded in the opening, to the upper portion, and as a result, move out of the film. Formation of voids due to the collection of point defects can be suppressed. Since the formation of voids can be suppressed, poor filling and poor conduction can be reduced.

実施の形態1.
実施の形態1では、埋め込みステップの後に低電流ステップを設けためっき方法を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
図1は、実施の形態1における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
図1において、本実施の形態では、絶縁膜形成工程として、SiO膜を形成するSiO膜形成工程(S102)、SiC膜を形成するSiC膜形成工程(S104)、多孔質の絶縁性材料を用いたlow−k膜を形成するlow−k膜形成工程(S106)、low−k膜表面をプラズマ処理するヘリウム(He)プラズマ処理工程(S108)、SiO膜を形成するSiO膜形成工程(S110)と、開口部を形成する開口部形成工程(S112)と、導電性材料を堆積させる導電性材料堆積工程として、バリアメタル膜形成工程(S114)、シード膜形成工程(S116)、第1のめっき工程(S118)、第2のめっき工程(S120)、第3のめっき工程(S122)と、アニール工程(S124)と、
平坦化工程(S126)という一連の工程を実施する。
Embodiment 1 FIG.
In the first embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device using a plating method in which a low current step is provided after an embedding step will be described.
FIG. 1 is a flowchart showing the main part of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment.
In Figure 1, in this embodiment, as the insulating film formation step, the SiO 2 film forming step (S102) of forming the SiO 2 film, SiC film forming step (S104) of forming a SiC film, a porous insulating material A low-k film forming step (S106) for forming a low-k film using Hf, a helium (He) plasma processing step (S108) for plasma-treating the surface of the low-k film, and an SiO 2 film forming step for forming an SiO 2 film As a step (S110), an opening forming step (S112) for forming an opening, and a conductive material deposition step for depositing a conductive material, a barrier metal film forming step (S114), a seed film forming step (S116), A first plating step (S118), a second plating step (S120), a third plating step (S122), an annealing step (S124),
A series of steps called a planarization step (S126) is performed.

図2は、図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図2では、図1のSiO膜形成工程(S102)からSiO膜形成工程(S110)までを示している。それ以降の工程は後述する。
FIG. 2 is a process sectional view showing a process performed corresponding to the flowchart of FIG.
FIG. 2 shows from the SiO 2 film forming step (S102) to the SiO 2 film forming step (S110) in FIG. Subsequent steps will be described later.

図2(a)において、SiO膜形成工程として、基体200上にCVD法によって、例えば、膜厚500nmの下地SiO膜を堆積し、SiO膜210を形成する。ここでは、CVD法によって成膜しているが、その他の方法を用いても構わない。基体200として、例えば、直径300ミリのシリコンウェハ等の基板を用いる。ここでは、デバイス部分の形成を省略している。SiO膜210の代わりに、金属配線またはコンタクトプラグ等、デバイス部分が形成された層が形成されていても構わない。或いは、その他の層が形成されていても構わない。同様に、基体200にも金属配線またはコンタクトプラグ等、デバイス部分が形成された層が形成されていても構わない。或いは、その他の層が形成されていても構わない。 In FIG. 2A, as a SiO 2 film formation step, a base SiO 2 film having a film thickness of, for example, 500 nm is deposited on the substrate 200 by a CVD method to form a SiO 2 film 210. Here, the film is formed by the CVD method, but other methods may be used. As the substrate 200, for example, a substrate such as a silicon wafer having a diameter of 300 mm is used. Here, the formation of the device portion is omitted. Instead of the SiO 2 film 210, a layer in which a device portion is formed, such as a metal wiring or a contact plug, may be formed. Alternatively, other layers may be formed. Similarly, a layer in which a device portion is formed, such as a metal wiring or a contact plug, may be formed on the base body 200. Alternatively, other layers may be formed.

図2(b)において、SiC膜形成工程として、SiO膜210の上に、CVD法によって、SiCを用いた膜厚25nmの下地SiC膜を堆積し、SiC膜212を形成する。ここでは、CVD法によって成膜しているが、その他の方法を用いても構わない。SiC膜212は、エッチングストッパとしての機能も有する。SiC膜を生成するのは難しいためSiC膜の代わりに炭酸化シリコン(SiOC)膜を用いても構わない。或いは、炭窒化シリコン(SiCN)膜、窒化シリコン(SiN)膜を用いることができる。 In FIG. 2B, as a SiC film forming step, a base SiC film having a film thickness of 25 nm using SiC is deposited on the SiO 2 film 210 by a CVD method to form a SiC film 212. Here, the film is formed by the CVD method, but other methods may be used. The SiC film 212 also has a function as an etching stopper. Since it is difficult to generate the SiC film, a silicon carbonate (SiOC) film may be used instead of the SiC film. Alternatively, a silicon carbonitride (SiCN) film or a silicon nitride (SiN) film can be used.

図2(c)において、low−k膜形成工程として、基体200の上に形成された前記SiC絶縁膜形成工程により形成されたSiC膜212の上に多孔質の絶縁性材料を用いたlow−k膜220を200nmの厚さで形成する。low−k膜220を形成することで、比誘電率kが3.5よりも低い層間絶縁膜を得ることができる。low−k膜220の材料としては、例えば、多孔質のメチルシルセスキオキサン(methyl silsequioxane:MSQ)を用いることができる。また、その形成方法としては、例えば、溶液をスピンコートし熱処理して薄膜を形成するSOD(spin on dielectic coating号と氏名又は名称、代理人の氏名、)法を用いることができる。例えば、スピナーの回転数は900min−1(900rpm)で成膜する。このウェハをホットプレート上で窒素雰囲気中250℃の温度でベークを行い、最終的にホットプレート上で窒素雰囲気中450℃の温度で10分間のキュアを行なう。MSQの材料や形成条件などを適宜調節することにより、所定の物性値を有する多孔質の絶縁膜が得られる。例えば、密度が0.7g/cmで比誘電率kが1.8となる。low−k膜のSiとOとCの組成比は、Siが25から35%の範囲、Oが45から57%の範囲、Cが13から24%の範囲にある物性値を有するlow−k膜220が得られる。 In FIG. 2C, as a low-k film forming step, a low-k using a porous insulating material on the SiC film 212 formed by the SiC insulating film forming step formed on the substrate 200. The k film 220 is formed with a thickness of 200 nm. By forming the low-k film 220, an interlayer insulating film having a relative dielectric constant k lower than 3.5 can be obtained. As a material of the low-k film 220, for example, porous methyl silsesquioxane (MSQ) can be used. As the formation method, for example, a SOD (spin on selective coating number and name, name of agent) method of forming a thin film by spin-coating a solution and heat-treating can be used. For example, the film is formed at a rotation speed of the spinner of 900 min −1 (900 rpm). The wafer is baked on a hot plate at a temperature of 250 ° C. in a nitrogen atmosphere, and finally cured on a hot plate at a temperature of 450 ° C. in a nitrogen atmosphere for 10 minutes. A porous insulating film having a predetermined physical property value can be obtained by appropriately adjusting the MSQ material, formation conditions, and the like. For example, the density is 0.7 g / cm 3 and the relative dielectric constant k is 1.8. The composition ratio of Si, O, and C in the low-k film is low-k having a physical property value in which Si is in the range of 25 to 35%, O is in the range of 45 to 57%, and C is in the range of 13 to 24%. A membrane 220 is obtained.

そして、Heプラズマ処理工程として、このlow−k膜220表面をCVD装置内でヘリウム(He)プラズマ照射によって表面改質する。Heプラズマ照射によって表面が改質されることで、low−k膜220とlow−k膜220上に形成する後述するキャップ膜としてのCVD−SiO膜222との接着性を改善することができる。例えば、ガス流量は1.7Pa・m/s(1000sccm)、ガス圧力は1000Pa、高周波パワーは500W、低周波パワーは400W、温度は400℃とする。キャップCVD膜をlow−k膜上に成膜する際は、low−k膜表面にプラズマ処理を施すことがキャップCVD膜との接着性を改善する上で有効である。プラズマガスの種類としてはアンモニア(NH)、亜酸化窒素(NO)、水素(H)、He、酸素(O)、シラン(SiH)、アルゴン(Ar)、窒素(N)などがあり、これらの中でもHeプラズマはlow−k膜へのダメージが少ないために特に有効である。また、プラズマガスはこれらのガスを混合したものでも良い。例えば、Heガスは他のガスと混合して用いると効果的である。 Then, as a He plasma treatment step, the surface of the low-k film 220 is modified by helium (He) plasma irradiation in a CVD apparatus. By modifying the surface by He plasma irradiation, the adhesion between the low-k film 220 and a CVD-SiO 2 film 222 as a cap film to be described later formed on the low-k film 220 can be improved. . For example, the gas flow rate is 1.7 Pa · m 3 / s (1000 sccm), the gas pressure is 1000 Pa, the high frequency power is 500 W, the low frequency power is 400 W, and the temperature is 400 ° C. When the cap CVD film is formed on the low-k film, it is effective to improve the adhesion with the cap CVD film by subjecting the surface of the low-k film to plasma treatment. As types of plasma gas, ammonia (NH 3 ), nitrous oxide (N 2 O), hydrogen (H 2 ), He, oxygen (O 2 ), silane (SiH 4 ), argon (Ar), nitrogen (N 2 ) Among these, He plasma is particularly effective because it causes little damage to the low-k film. The plasma gas may be a mixture of these gases. For example, it is effective to use He gas mixed with other gases.

図2(d)において、SiO膜形成工程として、前記Heプラズマ処理を行った後、キャップ膜として、CVD法によってlow−k膜220上にSiOを膜厚100nm堆積することで、SiO膜222を形成する。SiO膜222を形成することで、直接リソグラフィを行うことができないlow−k膜220を保護し、low−k膜220にパターンを形成することができる。かかるキャップCVD膜は、SiO膜、SiC膜、SiOC膜、SiCN膜などがあるが、ダメージ低減の観点からはSiO膜が優れ、低誘電率化の観点からはSiOC膜が、耐圧向上の観点からはSiC膜やSiCN膜が優れている。さらに、SiO膜とSiC膜の積層膜、もしくはSiO膜とSiCO膜の積層膜、もしくはSiO膜とSiCN膜の積層膜を用いることができる。さらにキャップCVD膜の一部、もしくは全てが後述する平坦化工程においてCMPにより除去されても良い。キャップ膜を除去することで誘電率をさらに低減することができる。キャップ膜の厚さとしては10nmから150nmが良く、10nmから50nmが実効的な比誘電率を低減する上で効果的である。 In FIG. 2 (d), the as SiO 2 film forming step, said after the He plasma treatment, as a cap film, the SiO 2 by a thickness of 100nm is deposited on the low-k film 220 by the CVD method, SiO 2 A film 222 is formed. By forming the SiO 2 film 222, the low-k film 220 that cannot be directly lithographically protected can be protected, and a pattern can be formed in the low-k film 220. Such cap CVD films include SiO 2 films, SiC films, SiOC films, SiCN films, etc., but from the viewpoint of reducing damage, the SiO 2 film is excellent, and from the viewpoint of reducing the dielectric constant, the SiOC film has improved breakdown voltage. From the viewpoint, the SiC film and the SiCN film are excellent. Furthermore, it is possible to use SiO 2 film and the SiC film laminated film of, or SiO 2 film and the SiCO film laminated film of, or a laminated film of SiO 2 film and SiCN film. Further, a part or all of the cap CVD film may be removed by CMP in a planarization step described later. The dielectric constant can be further reduced by removing the cap film. The thickness of the cap film is preferably 10 nm to 150 nm, and 10 nm to 50 nm is effective in reducing the effective relative dielectric constant.

以上の説明において、下層配線における層間絶縁膜は、比誘電率が3.5以下のlow−k膜でなくても構わないが、low−k膜を含む場合に特に有効である。
また、ここでは、埋め込みステップの後に低電流ステップを設けためっき方法の効果を確認するための試料としてSiO膜222とlow−k膜220と下地SiC膜212とで構成する絶縁膜の合計膜厚を325nmとしているが、絶縁膜の下層に別途配線層やデバイス等が形成された半導体装置としては、絶縁膜の合計膜厚が150〜250nm程度が望ましい。
In the above description, the interlayer insulating film in the lower layer wiring may not be a low-k film having a relative dielectric constant of 3.5 or less, but is particularly effective when a low-k film is included.
Further, here, as a sample for confirming the effect of the plating method in which the low current step is provided after the embedding step, the total film of the insulating film composed of the SiO 2 film 222, the low-k film 220 and the base SiC film 212. Although the thickness is 325 nm, the total thickness of the insulating film is desirably about 150 to 250 nm for a semiconductor device in which a wiring layer, a device, or the like is separately formed below the insulating film.

図3は、図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図3では、図1の開口部形成工程(S112)からシード膜形成工程(S116)までを示している。それ以降の工程は後述する。
FIG. 3 is a process sectional view showing a process performed corresponding to the flowchart of FIG.
FIG. 3 shows from the opening forming step (S112) to the seed film forming step (S116) in FIG. Subsequent steps will be described later.

図3(a)において、開口部形成工程として、リソグラフィ工程とドライエッチング工程でダマシン配線を作製するための配線溝構造である開口部150をSiO膜222とlow−k膜220と下地SiC膜212内に形成する。図示していないレジスト塗布工程、写真製版によりレジストパターンを形成する等のリソグラフィ工程を経てSiO膜222の上にレジスト膜が形成された基体200に対し、露出したSiO膜222とその下層に位置するlow−k膜220を、下地SiC膜212をエッチングストッパとして異方性エッチング法により除去し、開口部150を形成すればよい。異方性エッチング法を用いることで、基体200の表面に対し、略垂直に開口部150を形成することができる。例えば、一例として、反応性イオンエッチング法により開口部150を形成すればよい。ここでは、開口部150としてビアホールを形成した。ビアホールの直径は底部で100nmとした。ドライエッチングの条件にはSiC膜でほぼ停止するような条件を選ぶことにより、最上層のSi酸化膜及びlow−k膜220に深さ300nmのビアホールを制御性良く形成することができた。以上により、ビアホールが100nm、深さが300nmのビアホールを形成した。半導体装置として、下地SiC膜212の下層に別途、配線やデバイス部分等が存在する場合には、その後、さらに、下地SiC膜212をエッチングして開口部150を形成すればよい。 In FIG. 3A, as the opening forming process, the opening 150 which is a wiring groove structure for producing a damascene wiring by a lithography process and a dry etching process is formed by using an SiO 2 film 222, a low-k film 220, and a base SiC film. 212. An exposed SiO 2 film 222 and its underlying layer are formed on a substrate 200 on which a resist film is formed on the SiO 2 film 222 through a resist coating process (not shown) and a lithography process such as forming a resist pattern by photolithography. The opening 150 may be formed by removing the positioned low-k film 220 by anisotropic etching using the underlying SiC film 212 as an etching stopper. By using the anisotropic etching method, the opening 150 can be formed substantially perpendicular to the surface of the substrate 200. For example, as an example, the opening 150 may be formed by a reactive ion etching method. Here, a via hole is formed as the opening 150. The diameter of the via hole was 100 nm at the bottom. By selecting dry etching conditions such that the SiC film almost stops, via holes having a depth of 300 nm can be formed in the uppermost Si oxide film and low-k film 220 with good controllability. Thus, a via hole having a via hole of 100 nm and a depth of 300 nm was formed. When a wiring, a device portion, or the like is separately provided below the underlying SiC film 212 as the semiconductor device, the underlying SiC film 212 may be further etched to form the opening 150 thereafter.

図3(b)において、バリアメタル膜形成工程として、前記開口部形成工程により形成された開口部150及びSiO膜222表面にバリアメタル材料を用いたバリアメタル膜240を形成する。物理気相成長法(physical vapor deposition:PVD)法の1つであるスパッタ法を用いるスパッタリング装置内で窒化タンタル(TaN)とタンタル(Ta)膜との積層膜を膜厚13nm堆積し、バリアメタル膜240を形成する。TaN膜とTa膜とを積層することで、TaN膜によりCuのlow−k膜220への拡散防止を図り、Ta膜によりCuの密着性向上を図ることができる。バリアメタル材料の堆積方法としては、例えば、原子層気相成長(atomic layer deposition:ALD法、あるいは、atomic layer chemical vapor deposition:ALCVD法)やCVD法などを用いることができる。PVD法を用いる場合より被覆率を良くすることができる。 In FIG. 3B, as a barrier metal film forming step, a barrier metal film 240 using a barrier metal material is formed on the surface of the opening 150 and the SiO 2 film 222 formed by the opening forming step. A laminated film of tantalum nitride (TaN) and tantalum (Ta) film is deposited in a thickness of 13 nm in a sputtering apparatus using a sputtering method which is one of physical vapor deposition (PVD) methods, and a barrier metal A film 240 is formed. By stacking the TaN film and the Ta film, the TaN film can prevent diffusion of Cu into the low-k film 220, and the Ta film can improve the adhesion of Cu. As a deposition method of the barrier metal material, for example, an atomic layer deposition (ALD method or an atomic layer chemical vapor deposition: ALCVD method), a CVD method, or the like can be used. The coverage can be improved as compared with the case of using the PVD method.

図3(c)において、シード膜形成工程として、スパッタ等の物理気相成長(PVD)法により、次の工程である電解めっき工程のカソード極となるCu薄膜をシード膜250としてバリアメタル膜240が形成された開口部150内壁及び基体200表面に堆積(形成)させる。ここでは、シード膜250を膜厚75nm堆積させた。   In FIG. 3C, as a seed film forming process, a barrier metal film 240 is formed by using a Cu thin film serving as a cathode electrode in an electroplating process as a next process as a seed film 250 by a physical vapor deposition (PVD) method such as sputtering. Are deposited (formed) on the inner wall of the opening 150 and the surface of the substrate 200. Here, the seed film 250 is deposited to a thickness of 75 nm.

図4は、図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図4では、図1の第1のめっき工程(S118)からアニール工程(S124)までを示している。それ以降の工程は後述する。
FIG. 4 is a process sectional view showing a process performed corresponding to the flowchart of FIG.
FIG. 4 shows from the first plating step (S118) to the annealing step (S124) in FIG. Subsequent steps will be described later.

図4(a)において、第1のめっき工程である埋め込みステップとして、シード膜250をカソード極として、電解めっき等の電気化学成長によりCu膜260を開口部150及び基体200表面に堆積させる。ここでは、例えば、電流密度が3A/cmでめっきする。電流密度は、2〜5A/cmが望ましい。めっき時間は、50〜60秒が望ましい。電流密度は、2〜5A/cmでCuを埋め込むことで、開口部の口が先に閉じてしまうことなく開口部内にCuを埋め込むことができる。 In FIG. 4A, as a filling step which is a first plating process, a Cu film 260 is deposited on the surface of the opening 150 and the base 200 by electrochemical growth such as electrolytic plating using the seed film 250 as a cathode electrode. Here, for example, plating is performed at a current density of 3 A / cm 2 . The current density is desirably 2 to 5 A / cm 2 . The plating time is desirably 50 to 60 seconds. By burying Cu at a current density of 2 to 5 A / cm 2 , Cu can be embedded in the opening without first closing the mouth of the opening.

図4(b)において、第2のめっき工程である低電流ステップとして、第1のめっき工程に続いて電流密度を小さくして電解めっき等の電気化学成長によりCu膜262を開口部150に堆積したCu膜260上及び基体200表面上に堆積させる。ここでは、第1のめっき工程の電流密度より小さい、例えば、電流密度が2A/cmでめっきする。電流密度は、第1のめっき工程の電流密度より小さい電流密度であり、さらに、1.5〜3A/cmが望ましい。めっき時間は、120〜300秒が望ましい。第1のめっき工程の電流密度より小さい電流密度でめっきすることにより、第1のめっき工程で形成されたCu膜260内の点欠陥である空孔の逃げ場を形成することができる。よって、第2のめっき工程で形成されるCu膜262の層は、開口部の上部であり、かつ開口部の外に形成されることが望ましいが、Cu膜262の層が開口部の内部に一部かかっていたとしても構わない。Cu膜262の層が開口部の内部に一部かかっていたとしても、開口部の上部であり、かつ開口部の外にCu膜262の層が存在すれば、Cu膜260内の点欠陥である空孔の逃げ場を形成することができる。 In FIG. 4B, as a low current step which is the second plating step, a Cu film 262 is deposited on the opening 150 by electrochemical growth such as electrolytic plating by reducing the current density following the first plating step. Deposited on the Cu film 260 and the surface of the substrate 200. Here, plating is performed at a current density smaller than the current density in the first plating step, for example, at a current density of 2 A / cm 2 . The current density is smaller than the current density in the first plating step, and is preferably 1.5 to 3 A / cm 2 . The plating time is desirably 120 to 300 seconds. By plating at a current density smaller than the current density of the first plating step, a void escape field that is a point defect in the Cu film 260 formed in the first plating step can be formed. Therefore, it is desirable that the layer of the Cu film 262 formed in the second plating step is formed above the opening and outside the opening, but the layer of the Cu film 262 is formed inside the opening. It doesn't matter if it takes some. Even if the layer of the Cu film 262 partially covers the inside of the opening, if the layer of the Cu film 262 exists above the opening and outside the opening, a point defect in the Cu film 260 may occur. It is possible to form an escape space for a certain hole.

低電流ステップでは、低電流ステップによりCuを堆積させた後の基体上(SiO膜222表面上)の合計膜厚(埋め込みステップ及び低電流ステップでのSiO膜222表面上の膜厚)が開口部150の深さと同等な値以上の膜厚となるように、めっきすることが望ましい。開口部の幅や径によっては、開口部150の深さと同等な値以上の膜厚を開口部以外の基体上に堆積させなければ、開口部全体が埋まらない場合がある。よって、開口部150の深さと同等な値以上の膜厚を開口部以外の基体上に堆積させることにより開口部の外に低電流ステップによるCu膜262の層を存在させることができる。例えば、実行性のある半導体装置の開口部の深さとして150〜250nmを想定し、SiO膜222表面上に150〜250nmの膜厚のCuが形成されるようにするのが望ましい。 In the low current step, the total film thickness (the film thickness on the surface of the SiO 2 film 222 in the embedding step and the low current step) on the substrate (on the surface of the SiO 2 film 222) after Cu is deposited by the low current step is Plating is desirable so that the film thickness is equal to or greater than the depth of the opening 150. Depending on the width and diameter of the opening, the entire opening may not be filled unless a film thickness equal to or greater than the depth of the opening 150 is deposited on the substrate other than the opening. Therefore, by depositing a film thickness equal to or greater than the depth of the opening 150 on the substrate other than the opening, a layer of the Cu film 262 by the low current step can exist outside the opening. For example, assuming that the opening depth of a viable semiconductor device is 150 to 250 nm, it is desirable that Cu having a thickness of 150 to 250 nm is formed on the surface of the SiO 2 film 222.

図4(c)において、第3のめっき工程であるオーバープレートステップとして、第2のめっき工程に続いて電流密度を大きくして電解めっき等の電気化学成長によりCu膜264を開口部150および基体200表面上に堆積したCu膜262上に堆積させる。ここでは、第1と第2のめっき工程の電流密度より大きい、例えば、電流密度が6A/cmでめっきする。電流密度は、第1のめっき工程の電流密度より小さい電流密度であり、さらに、6A/cm以上が望ましい。めっき時間は、30〜40秒が望ましい。第2のめっき工程の電流密度より大きい電流密度でめっきすることにより、めっき時間の短縮を図ることができる。さらに、第1のめっき工程の電流密度より大きい電流密度でめっきすることにより、さらに、めっき時間の短縮を図ることができる。第2のめっき工程によりCu膜260内の点欠陥である空孔の逃げ場が既に形成されているので、ここでは、めっき時間が短縮するため、電流密度を大きくすることが望ましい。オーバープレートステップには、開口部に完全にCuが堆積した後に移行することが有効である。 In FIG. 4C, as an overplate step which is the third plating step, the Cu film 264 is formed in the opening 150 and the substrate by electrochemical growth such as electrolytic plating by increasing the current density following the second plating step. It is deposited on the Cu film 262 deposited on the surface of 200. Here, the plating is performed at a current density higher than that of the first and second plating steps, for example, a current density of 6 A / cm 2 . The current density is smaller than the current density in the first plating step, and is preferably 6 A / cm 2 or more. The plating time is preferably 30 to 40 seconds. Plating time can be shortened by plating at a current density higher than that of the second plating step. Furthermore, the plating time can be further shortened by plating at a current density higher than that of the first plating step. Since the evacuation field of vacancies as point defects in the Cu film 260 has already been formed by the second plating step, it is desirable here to increase the current density in order to reduce the plating time. In the overplate step, it is effective to move after Cu is completely deposited in the opening.

実効性半導体装置の製造工程では、オーバープレートステップにおいて、堆積後に、絶縁膜表面上に堆積したCu膜260とCu膜262とCu膜264との合計膜厚が、前記開口部の深さに相当する値の2倍以上の膜厚となるように、さらに、低電流ステップ後、前記絶縁膜表面上にCu膜264を堆積させることが望ましい。合計膜厚が、前記開口部の深さに相当する値の2倍以上の膜厚となるようにすることで、半導体装置の完成時において前記開口部へのCu充填漏れを防ぐことができる。例えば、実行性のある半導体装置の開口部の深さとして150〜250nmを想定し、SiO膜222表面上に最終めっき後において300〜500nmの膜厚のCuが形成されるようにするのが望ましい。 In the manufacturing process of the effective semiconductor device, the total film thickness of the Cu film 260, the Cu film 262, and the Cu film 264 deposited on the surface of the insulating film after the deposition in the overplate step corresponds to the depth of the opening. Further, it is desirable to deposit a Cu film 264 on the surface of the insulating film after the low current step so that the film thickness is twice or more the value to be applied. By making the total film thickness at least twice the value corresponding to the depth of the opening, it is possible to prevent Cu filling leakage into the opening when the semiconductor device is completed. For example, assuming that the opening depth of a viable semiconductor device is 150 to 250 nm, Cu having a thickness of 300 to 500 nm is formed on the surface of the SiO 2 film 222 after the final plating. desirable.

図5は、めっき装置の構成を示す概念図である。
めっき装置は、略円筒状で内部にめっき液670が入っためっき槽650と、めっき槽650の上方に配置され、めっき面を下に向けた基板101を着脱自在に保持するホルダ652とを備えている。めっき液670は、硫酸銅を主成分として、添加剤を加えた液を用いるとよい。図5(a)では、ホルダ652が基板101をめっき液670の液面より上昇させた位置で保持している状態を示している。めっき槽650のめっき液670底部には、上面をめっき液670に晒したアノード電極654が配置されている。アノード電極654として、例えば、含リン銅等の溶解性アノードを用いるとよい。めっき槽650内へは、液噴射ノズル660からめっき液670が供給される。液噴射ノズル660は、円周方向に等間隔で配置されるとよい。めっき槽650内では、液噴射ノズル660から噴射しためっき液670がめっき槽の中央部で衝突し、上昇する流れを形成する。めっき槽650内からオーバーフローして溢れ出ためっき液は、排出口666から排出される。排出口666と液噴射ノズル660は、図示していないめっき液管理装置に接続し、排出口666から排出されためっき液は、めっき液管理装置で再度、成分調整後、液噴射ノズル660からめっき槽650内へと循環する。ホルダ652には、基板101の外周部がめっき液に触れないように、つば状の部材が基板101の外周部に接触したパッキン684が配置され、めっき液に触れない領域でシード層が形成された基板101の外周部に陰極側の接点が接続されている。そして、図5(b)に示すように、基板101を回転させながらめっき液670に表面を浸し、アノード電極654を陽極、めっき面となる基板101を陰極として所定の電流密度の電流を流し、電解めっきを行なう。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the configuration of the plating apparatus.
The plating apparatus includes a plating tank 650 having a substantially cylindrical shape and containing a plating solution 670 therein, and a holder 652 disposed above the plating tank 650 and detachably holding the substrate 101 with the plating surface facing downward. ing. As the plating solution 670, a solution containing copper sulfate as a main component and an additive may be used. FIG. 5A shows a state in which the holder 652 holds the substrate 101 at a position raised from the liquid surface of the plating solution 670. An anode electrode 654 having an upper surface exposed to the plating solution 670 is disposed at the bottom of the plating solution 670 in the plating tank 650. As the anode electrode 654, for example, a soluble anode such as phosphorous copper may be used. A plating solution 670 is supplied from the liquid injection nozzle 660 into the plating tank 650. The liquid injection nozzles 660 are preferably arranged at equal intervals in the circumferential direction. In the plating tank 650, the plating solution 670 sprayed from the liquid spray nozzle 660 collides at the central portion of the plating tank and forms a rising flow. The plating solution overflowing from the inside of the plating tank 650 is discharged from the discharge port 666. The discharge port 666 and the liquid injection nozzle 660 are connected to a plating solution management device (not shown), and the plating solution discharged from the discharge port 666 is subjected to component adjustment again by the plating solution management device and then plated from the liquid injection nozzle 660. Circulate into tank 650. The holder 652 is provided with a packing 684 in which a collar-shaped member is in contact with the outer peripheral portion of the substrate 101 so that the outer peripheral portion of the substrate 101 does not come into contact with the plating solution, and a seed layer is formed in an area where the plating solution does not touch the plating solution. A cathode side contact is connected to the outer periphery of the substrate 101. Then, as shown in FIG. 5 (b), the surface is immersed in the plating solution 670 while rotating the substrate 101, an anode electrode 654 is used as an anode, and a substrate 101 serving as a plating surface is used as a cathode, and a current having a predetermined current density is passed. Electrolytic plating is performed.

図6は、本実施の形態1におけるめっきの処理シーケンス図である。
図6に示すように、埋め込みステップと埋め込みステップより低電流密度の低電流ステップと埋め込みステップより高電流密度のオーバープレートステップとの3段階で電流密度を変化させながらめっきする。
FIG. 6 is a plating processing sequence diagram according to the first embodiment.
As shown in FIG. 6, plating is performed while changing the current density in three steps: an embedding step, a low current step having a lower current density than the embedding step, and an overplate step having a higher current density than the embedding step.

ここでは、低電流ステップの効果を確認する目的で、Cu膜厚は溝の底面から溝に形成されたCu膜の上面までの厚さが、トータル膜厚500nmのCuをめっきにより形成した。すなわち、開口部を埋め込んだ後、約200nmの膜厚のCuを低電流ステップとオーバープレートステップとにより堆積させた。かかる約200nmの内、約半分を低電流ステップで埋め込むようにするとよい。同様に、低電流ステップを除いた埋め込みステップとオーバープレートステップのみでめっきした試料も用意した。   Here, for the purpose of confirming the effect of the low current step, the Cu film was formed by plating Cu having a total film thickness of 500 nm from the bottom surface of the groove to the top surface of the Cu film formed in the groove. That is, after filling the opening, Cu having a thickness of about 200 nm was deposited by a low current step and an overplate step. Of such about 200 nm, about half may be embedded at a low current step. Similarly, a sample plated by only the embedding step and the overplate step excluding the low current step was also prepared.

そして、アニール工程として、温度が150℃で、3%水素(H)/窒素(N)雰囲気下で熱処理を行った。アニール工程では、150℃から400℃の温度で処理をおこなうことが望ましい。 Then, as an annealing step, heat treatment was performed at a temperature of 150 ° C. in a 3% hydrogen (H 2 ) / nitrogen (N 2 ) atmosphere. In the annealing step, it is desirable to perform the treatment at a temperature of 150 ° C. to 400 ° C.

図7は、図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図7では、図1の平坦化工程(S126)を示している。平坦化工程として、CMP法によって、開口部以外にSiO膜222の表面に堆積された導電部としての配線層となるCu膜264、Cu膜262、Cu膜260、シード膜250、及びバリアメタル膜240を研磨除去することにより、平坦化し、図7に表したようなCu配線となる埋め込み構造を形成する。
FIG. 7 is a process sectional view showing a process performed corresponding to the flowchart of FIG.
FIG. 7 shows the planarization step (S126) of FIG. As a planarization step, a Cu film 264, a Cu film 262, a Cu film 260, a seed film 250, and a barrier metal serving as a wiring layer as a conductive portion deposited on the surface of the SiO 2 film 222 in addition to the opening by CMP. By polishing and removing the film 240, the film 240 is planarized to form a buried structure that becomes a Cu wiring as shown in FIG.

図8は、埋め込みステップとオーバープレートステップとの2ステップでめっきして形成される半導体装置を説明するための断面図である。
図8(a)には、孔等の開口部に埋め込みステップと低電流ステップとオーバープレートステップとの3ステップでめっきした状態を示している。めっきされたCu膜中には、SEM(走査型電子顕微鏡)で観察できないような、例えば5nm以下の小さな空孔状の点欠陥が存在する。そして、複数の電流ステップの場合、比較的低い電流で成膜された低電流ステップの膜の方が埋め込みステップの膜よりも粒成長しにくく遅く安定化するため、図8(b)に示すように、埋め込みステップの膜内に存在する空孔を効率良く膜外に移動させることができ、一定の時間セルフアニールを加えた後では、埋め込みステップ領域に存在した点欠陥が、粒成長しにくい低電流ステップ領域に移動する。そのため、埋め込みステップ領域に存在した点欠陥が、集合し、空隙、いわゆるボイドを形成してしまうことなく、CMPにより平坦化した後、図8(c)に示すように、Cu配線内にかかるボイドの形成を抑制することができる。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device formed by plating in two steps of an embedding step and an overplate step.
FIG. 8A shows a state where plating is performed in three steps of an embedding step, a low current step, and an overplate step in an opening such as a hole. In the plated Cu film, there exist small vacant point defects of, for example, 5 nm or less that cannot be observed with an SEM (scanning electron microscope). In the case of a plurality of current steps, the film of the low current step formed with a relatively low current is less likely to grow the grains than the film of the embedding step and is stabilized later, and as shown in FIG. In addition, vacancies existing in the film of the embedding step can be efficiently moved out of the film, and the point defects existing in the embedding step region are less likely to grow after self-annealing for a certain period of time. Move to the current step region. Therefore, after the point defects existing in the embedding step region are gathered and flattened by CMP without forming voids, so-called voids, voids are formed in the Cu wiring as shown in FIG. The formation of can be suppressed.

図9は、本実施の形態における試料のボイド発生率を示す図である。
図9(a)に示すように、低電流ステップを導入しない従来の場合、図9(b)に示す基板の中心部のボイド発生率は1%、端部のボイド発生率は2%であった。
図10は、ボイドの発生箇所を比較するための図である。
低電流ステップを導入しない従来の場合、図10(a)に示すように、中心部、端部共にボイドの発生箇所はビアホール開口面部付近であり、またビアホールの側壁ではなく中心であった。これに対し低電流ステップを導入した場合、図10(b)に示すように、中心部、端部共にボイド発生率は0%であり、良好なCuのめっき埋め込みが達成できた。
FIG. 9 is a diagram showing the void generation rate of the sample in the present embodiment.
As shown in FIG. 9A, in the conventional case where the low current step is not introduced, the void generation rate at the center portion of the substrate shown in FIG. 9B is 1%, and the void generation rate at the end portion is 2%. It was.
FIG. 10 is a diagram for comparing the occurrence locations of voids.
In the conventional case in which the low current step is not introduced, as shown in FIG. 10 (a), the void is generated at the center portion and at the end portion in the vicinity of the opening surface of the via hole and not at the side wall of the via hole. On the other hand, when the low current step was introduced, as shown in FIG. 10B, the void generation rate was 0% at both the center and the end, and satisfactory Cu plating embedding could be achieved.

図11は、低電流ステップの有無によるめっきした結果を示す図である。
ここでは、径が100nmのビアで比較した。図11(a)に示すように、低電流ステップを導入しない従来の場合、ボイドが形成された。これに対し、図11(b)に示すように、低電流ステップを導入した場合、ボイドが観察されなかった。
FIG. 11 is a diagram showing the results of plating with and without low current steps.
Here, a comparison was made with vias having a diameter of 100 nm. As shown in FIG. 11A, in the conventional case where a low current step is not introduced, a void is formed. In contrast, as shown in FIG. 11B, no void was observed when the low current step was introduced.

これらの結果は、以下のように説明できる。低電流ステップを導入しない場合、埋め込みステップで成膜されためっき膜の直上に、オーバープレートステップでより高い電流で成膜された膜が存在する。オーバープレートステップの膜の方が粒成長が早く進み、また早く安定化するため、粒成長が遅い埋め込みステップの膜内に存在する空孔は上方に移動することができなくなり、膜内つまりビアホール内に留まってしまう。熱処理により粒成長が促されても、空孔が集まりボイドとして残ってしまう。一方低電流ステップを導入した場合は、埋め込みステップで成膜されためっき膜の直上が、より低い電流で成膜された膜となる。埋め込みステップの膜内の空孔は上方に移動することが可能となり、結果的にはビアホール内の空孔は減少させることができる。ビアホール内の空孔は減少させることができるので、かかる空孔の集合であるボイドを発生させないようにすることができる。   These results can be explained as follows. When the low current step is not introduced, there is a film formed at a higher current in the overplate step immediately above the plating film formed in the embedding step. Grain growth progresses faster and stabilizes faster in the overplate step film, so that the vacancies existing in the embedding step film where the grain growth is slow cannot move upward, so that the film is in the film, that is, in the via hole. Will stay on. Even if grain growth is promoted by the heat treatment, vacancies gather and remain as voids. On the other hand, when the low current step is introduced, the film formed at a lower current is directly above the plating film formed in the embedding step. The holes in the film of the embedding step can be moved upward, and as a result, the holes in the via hole can be reduced. Since the number of holes in the via hole can be reduced, it is possible to prevent generation of a void which is a set of such holes.

以上のように、配線溝への埋め込みステップが完了した後、埋め込みステップで使用しためっき電流値よりも低い電流で成膜した膜を導入することにより、めっき後の金属膜内の空孔を効率良く膜外に移動させ、膜内空孔に起因した不良を防止することができる。   As described above, after the filling step into the wiring trench is completed, by introducing a film formed with a current lower than the plating current value used in the filling step, the vacancies in the metal film after plating are made efficient. It is possible to move well out of the membrane and prevent defects due to intra-membrane vacancies.

実施の形態2.
実施の形態2では、広い溝と微細な溝とが同じ層に存在する場合の半導体装置の製造方法を説明する。
図12は、実施の形態2におけるCuがめっきされた状態の半導体装置を説明するための断面図である。
図12では、下層配線8の上に、ビア層と上層配線層とを形成する。ここでは、ビアホールが、上層配線層に位置する狭い溝11と共にデュアルダマシン法により埋め込まれる場合を示している。また、上層配線層には、幅が狭い溝11と広い溝10とが形成される場合を示している。下層配線層は、下地膜となるSiC膜212とlow−k膜220とキャップ膜となるSiO膜222とで構成された絶縁膜に下層配線8が形成される。ビア層は、下地膜となるSiC膜275とlow−k膜280とキャップ膜となるSiC膜286とで構成された絶縁膜にビアホールが形成される。上層配線層には、下地膜となるビア層のSiC膜275上にlow−k膜285とキャップ膜となるSiO膜290とで構成された絶縁膜に、幅が狭い溝11と広い溝10とが形成される。そして、狭い溝11と広い溝10と狭い溝11の下のビアホールとには、バリアメタル膜242とシード膜252が形成され、デュアルダマシン法によりCuが埋め込まれる。製造方法は、デュアルダマシン法を用いたこと以外は、実施の形態1で説明した内容と同様で構わないので省略する。
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device in the case where a wide groove and a fine groove are present in the same layer will be described.
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the semiconductor device in which Cu is plated in the second embodiment.
In FIG. 12, a via layer and an upper wiring layer are formed on the lower wiring 8. Here, the case where the via hole is buried by the dual damascene method together with the narrow groove 11 located in the upper wiring layer is shown. Moreover, the case where the narrow groove | channel 11 and the wide groove | channel 10 are formed in the upper wiring layer is shown. In the lower wiring layer, the lower wiring 8 is formed on an insulating film composed of an SiC film 212 serving as a base film, a low-k film 220, and an SiO 2 film 222 serving as a cap film. In the via layer, a via hole is formed in an insulating film composed of an SiC film 275 and a low-k film 280 as a base film and an SiC film 286 as a cap film. In the upper wiring layer, an insulating film composed of a low-k film 285 and a SiO 2 film 290 serving as a cap film on a SiC film 275 serving as a via layer serving as a base film, a narrow groove 11 and a wide groove 10 are formed. And are formed. A barrier metal film 242 and a seed film 252 are formed in the narrow groove 11, the wide groove 10, and the via hole under the narrow groove 11, and Cu is buried by a dual damascene method. Since the manufacturing method may be the same as that described in the first embodiment except that the dual damascene method is used, the description thereof is omitted.

第1のめっき工程、すなわち、埋め込みステップとして、電流密度が2〜5A/cmでCuを埋め込む。かかる場合、狭い溝11を埋め込んだ後、狭い溝11上にさらに所定の膜厚を堆積させるとよい。例えば、狭い溝11がホール形状の孔である場合、ホール径が100〜200nmに対して幅が3μm程度の広い溝10を埋めるためには、狭い溝11上にさらに100〜150nmの膜厚を堆積させるとよい。 As a first plating step, that is, an embedding step, Cu is embedded at a current density of 2 to 5 A / cm 2 . In such a case, a predetermined film thickness may be further deposited on the narrow groove 11 after the narrow groove 11 is buried. For example, when the narrow groove 11 is a hole-shaped hole, in order to fill the wide groove 10 having a width of about 3 μm with respect to the hole diameter of 100 to 200 nm, a film thickness of 100 to 150 nm is further formed on the narrow groove 11. It is good to deposit.

第2のめっき工程、すなわち、低電流ステップとして、電流密度が1.5〜3A/cmでCuを埋め込む。かかる場合に、低電流ステップ終了時点において、低電流ステップにより堆積したCuの上面が、広い溝10の外部、言い換えれば、広い溝10を完全に埋め込んで、さらに、その開口面より上方にも形成されているようにするとよい。広い溝10の開口面より上方にも形成されることで、埋め込みステップにより広い溝10内部に堆積したCu内の点欠陥である空孔が外部に移動するための領域を形成することができる。 As a second plating step, that is, a low current step, Cu is embedded at a current density of 1.5 to 3 A / cm 2 . In such a case, at the end of the low current step, the upper surface of Cu deposited by the low current step completely fills the outside of the wide groove 10, in other words, the wide groove 10 and further forms above the opening surface. It would be nice to have it. By forming also above the opening surface of the wide groove | channel 10, the area | region for the void | hole which is a point defect in Cu deposited inside the wide groove | channel 10 by the embedding step to move outside can be formed.

そして、第3のめっき工程、すなわち、オーバープレートステップとして、電流密度が6A/cm以上でCuを埋め込む。 Then, as a third plating step, that is, an overplate step, Cu is embedded at a current density of 6 A / cm 2 or more.

以上のように、埋め込みステップにおいて、広い溝10の開口部内すべてをCuで満たすことが望ましいが、図12に示すように、低電流ステップにより堆積したCuの上面が、広い溝10の開口面より上方にも形成されていれば、低電流ステップでCuを満たしても構わない。   As described above, in the filling step, it is desirable to fill the entire opening of the wide groove 10 with Cu. However, as shown in FIG. 12, the upper surface of Cu deposited by the low current step is larger than the opening of the wide groove 10. If it is also formed on the upper side, Cu may be filled at a low current step.

ここで、上記各実施の形態におけるバリアメタルとして、TaNやTaの他、炭化窒化タンタル(TaCN)、窒化タングステン(WN)、炭化窒化タングステン(WCN)、窒化チタン(TiN)等の高融点金属の窒化膜或いは窒化炭素膜、或いは、チタン(Ti)、タングステン(W)単体であっても構わない。或いは、WSiN等であっても構わない。或いはジルコニウム(Zr)系のバリアメタル膜であっても構わない。或いは、これらの複数の材料による積層膜であっても構わない。   Here, as the barrier metal in each of the above embodiments, in addition to TaN and Ta, refractory metals such as tantalum carbonitride (TaCN), tungsten nitride (WN), tungsten carbonitride (WCN), titanium nitride (TiN), etc. A nitride film or a carbon nitride film, or titanium (Ti) or tungsten (W) alone may be used. Alternatively, WSiN or the like may be used. Alternatively, a zirconium (Zr) -based barrier metal film may be used. Alternatively, a laminated film made of a plurality of these materials may be used.

ここで、上記各実施の形態における配線層の材料として、Cu以外に、Cu−Sn合金、Cu−Ti合金、Cu−Al合金等の、半導体産業で用いられるCuを主成分とする材料を用いて同様の効果が得られる。   Here, as a material of the wiring layer in each of the above embodiments, a material mainly containing Cu used in the semiconductor industry, such as a Cu—Sn alloy, a Cu—Ti alloy, and a Cu—Al alloy, is used in addition to Cu. The same effect can be obtained.

以上、具体例を参照しつつ各実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。   The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.

例えば、各実施の形態で層間絶縁膜が形成された基体200は、図示しない各種の半導体素子あるいは構造を有するものとすることができる。また、半導体基板ではなく、層間絶縁膜と配線層とを有する配線構造の上に、さらに層間絶縁膜を形成してもよい。開口部も半導体基板が露出するように形成してもよいし、配線構造の上に形成してもよい。   For example, the substrate 200 on which an interlayer insulating film is formed in each embodiment can have various semiconductor elements or structures not shown. Further, an interlayer insulating film may be further formed on a wiring structure having an interlayer insulating film and a wiring layer instead of the semiconductor substrate. The opening may be formed so that the semiconductor substrate is exposed, or may be formed on the wiring structure.

さらに、層間絶縁膜の膜厚や、開口部のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。   Further, the film thickness of the interlayer insulating film and the size, shape, number, and the like of the opening can be appropriately selected from those required in the semiconductor integrated circuit and various semiconductor elements.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置の製造方法は、本発明の範囲に包含される。   In addition, any semiconductor device manufacturing method that includes the elements of the present invention and whose design can be changed as appropriate by those skilled in the art is included in the scope of the present invention.

また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれることは言うまでもない。   In addition, for the sake of simplicity of explanation, techniques usually used in the semiconductor industry, such as a photolithography process, cleaning before and after processing, are omitted, but it goes without saying that these techniques are included.

実施の形態1における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。3 is a flowchart showing a main part of a method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment. 図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。It is process sectional drawing showing the process implemented corresponding to the flowchart of FIG. 図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。It is process sectional drawing showing the process implemented corresponding to the flowchart of FIG. 図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。It is process sectional drawing showing the process implemented corresponding to the flowchart of FIG. めっき装置の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of a plating apparatus. 本実施の形態1におけるめっきの処理シーケンス図である。It is a processing sequence diagram of plating in the first embodiment. 図1のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。It is process sectional drawing showing the process implemented corresponding to the flowchart of FIG. 埋め込みステップとオーバープレートステップとの2ステップでめっきして形成される半導体装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the semiconductor device formed by plating in two steps, an embedding step and an overplate step. 本実施の形態における試料のボイド発生率を示す図である。It is a figure which shows the void generation rate of the sample in this Embodiment. ボイドの発生箇所を比較するための図である。It is a figure for comparing the generation | occurrence | production location of a void. 低電流ステップの有無によるめっきした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of plating by the presence or absence of a low current step. 実施の形態2におけるCuがめっきされた状態の半導体装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the semiconductor device of the state plated with Cu in Embodiment 2. FIG. 従来のlow−k膜とCu配線を組み合わせた多層配線構造を有する半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which has the multilayer wiring structure which combined the conventional low-k film | membrane and Cu wiring. 従来、用いられるめっきの処理シーケンス図である。It is a processing sequence figure of plating used conventionally. 埋め込みステップで使用するめっき電流のみの1ステップ、オーバープレートステップで使用する電流のみの1ステップでそれぞれ成膜した場合の、めっき直後及びセルフアニール後の金属の平均粒径を比較したグラフである。It is the graph which compared the average particle diameter of the metal immediately after plating and the self-annealing at the time of forming into a film by 1 step of only the plating current used at an embedding step, and 1 step of only the current used at an overplate step, respectively. 埋め込みステップとオーバープレートステップとの2ステップでめっきして形成される半導体装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the semiconductor device formed by plating in two steps, an embedding step and an overplate step.

符号の説明Explanation of symbols

8 下層配線
10,11 溝
101 基板
150 開口部
200 基体
210,222 SiO
212,275,286 SiC膜
220,280,285 low−k膜
221,281 絶縁膜
240,242 バリアメタル膜
250 シード膜
260,262,264 Cu膜
650 めっき槽
652 ホルダ
654 アノード電極
660 液噴射ノズル
666 排出口
670 めっき液
684 パッキン
8 Lower layer wiring 10, 11 Groove 101 Substrate 150 Opening 200 Base 210, 222 SiO 2 film 212, 275, 286 SiC film 220, 280, 285 Low-k film 221, 281 Insulating film 240, 242 Barrier metal film 250 Seed film 260, 262, 264 Cu film 650 Plating tank 652 Holder 654 Anode electrode 660 Liquid injection nozzle 666 Discharge port 670 Plating liquid 684 Packing

Claims (10)

基体上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記絶縁膜表面と前記開口部とにシード膜を形成するシード膜形成工程と、
前記シード膜を電極として第1の電流密度となる電流を流し、前記開口部に導電性材料をめっき法により堆積させる第1のめっき工程と、
前記第1のめっき工程後、前記第1の電流密度より小さい第2の電流密度となる電流を流し、前記絶縁膜表面上に前記導電性材料をめっき法により堆積させる第2のめっき工程と、
前記第2のめっき工程後、前記導電性材料が堆積した基体をアニール処理するアニール工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
An insulating film forming step of forming an insulating film on the substrate;
An opening forming step of forming an opening in the insulating film;
A seed film forming step of forming a seed film on the insulating film surface and the opening;
A first plating step of flowing a current having a first current density using the seed film as an electrode and depositing a conductive material in the opening by a plating method;
A second plating step of depositing the conductive material on the surface of the insulating film by a plating method by passing a current having a second current density lower than the first current density after the first plating step;
An annealing step of annealing the substrate on which the conductive material is deposited after the second plating step;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第2のめっき工程において、前記第2の電流密度を前記第1の電流密度の25〜40%とすることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein, in the second plating step, the second current density is set to 25 to 40% of the first current density. 前記第1の電流密度を2〜5A/cmとし、前記第2の電流密度を1.5〜3A/cmとすることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first current density is 2 to 5 A / cm < 2 > and the second current density is 1.5 to 3 A / cm < 2 >. 前記第2のめっき工程後、前記第2の電流密度より大きい第3の電流密度となる電流を流し、前記絶縁膜表面上に前記導電性材料をめっき法により堆積させる第3のめっき工程をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   A third plating step of depositing the conductive material on the surface of the insulating film by a plating method by passing a current having a third current density higher than the second current density after the second plating step; 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: 前記第3のめっき工程において、前記第3の電流密度を前記第2の電流密度の2倍以上とすることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein, in the third plating step, the third current density is set to be twice or more the second current density. 前記第3のめっき工程において、前記第3の電流密度を前記第1の電流密度より大きくすることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein, in the third plating step, the third current density is made larger than the first current density. 前記第2のめっき工程において、堆積後に、前記絶縁膜表面上に堆積した前記導電性材料の膜厚が、前記開口部の深さに相当する値以上の膜厚となるように前記導電性材料を堆積させることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   In the second plating step, after deposition, the conductive material deposited on the surface of the insulating film has a thickness equal to or greater than a value corresponding to the depth of the opening. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein: is deposited. 前記第3のめっき工程において、堆積後に、前記絶縁膜表面上に堆積した前記導電性材料の膜厚が、前記開口部の深さに相当する値の2倍以上の膜厚となるように、さらに、前記第2のめっき工程後、前記絶縁膜表面上に前記導電性材料を堆積させることを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。   In the third plating step, after deposition, the film thickness of the conductive material deposited on the surface of the insulating film is twice or more the value corresponding to the depth of the opening. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising depositing the conductive material on the surface of the insulating film after the second plating step. 前記第1のめっき工程により前記開口部全体に前記導電性材料を堆積後、前記第2のめっき工程に移行することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive material is deposited on the entire opening by the first plating step, and then the process proceeds to the second plating step. 前記第1のめっき工程において、前記開口部に前記導電性材料を堆積後、さらに、所定の膜厚の前記導電性材料を前記絶縁膜表面上に堆積させることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。   10. The method according to claim 9, wherein, in the first plating step, after the conductive material is deposited in the opening, the conductive material having a predetermined thickness is further deposited on the surface of the insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
JP2004240239A 2004-08-20 2004-08-20 Method of manufacturing semiconductor device Pending JP2006060011A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004240239A JP2006060011A (en) 2004-08-20 2004-08-20 Method of manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004240239A JP2006060011A (en) 2004-08-20 2004-08-20 Method of manufacturing semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006060011A true JP2006060011A (en) 2006-03-02

Family

ID=36107233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004240239A Pending JP2006060011A (en) 2004-08-20 2004-08-20 Method of manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006060011A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008112772A (en) * 2006-10-30 2008-05-15 Toshiba Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2011023487A (en) * 2009-07-14 2011-02-03 Renesas Electronics Corp Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same
US8038864B2 (en) 2006-07-27 2011-10-18 Renesas Electronics Corporation Method of fabricating semiconductor device, and plating apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8038864B2 (en) 2006-07-27 2011-10-18 Renesas Electronics Corporation Method of fabricating semiconductor device, and plating apparatus
JP2008112772A (en) * 2006-10-30 2008-05-15 Toshiba Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2011023487A (en) * 2009-07-14 2011-02-03 Renesas Electronics Corp Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4679193B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
US20070059919A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
US8119519B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
US9177858B1 (en) Methods for fabricating integrated circuits including barrier layers for interconnect structures
JP4921945B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP2008300652A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2009026989A (en) Semiconductor device, manufacturing method of the semiconductor device
JP2008153480A (en) Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device
US7955971B2 (en) Hybrid metallic wire and methods of fabricating same
US8878364B2 (en) Method for fabricating semiconductor device and semiconductor device
JP2005203569A (en) Fabrication process of semiconductor device and semiconductor device
JP4746443B2 (en) Manufacturing method of electronic parts
JP2008263097A (en) Semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device
JP2006060011A (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP2005340460A (en) Process for forming semiconductor device
JP4447433B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP2005340601A (en) Process for fabricating semiconductor device and semiconductor device
JP2005203568A (en) Fabrication process of semiconductor device, and semiconductor device
KR100386628B1 (en) Method for forming interconnect structures of semiconductor device
JP2011142169A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009117673A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2006049534A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR20210025498A (en) Amorphous layers for reducing copper diffusion and method forming same
JP2006049655A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2005340604A (en) Process for fabricating semiconductor device