JP2006294770A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、配線材料の銅を配線溝やビアホール内に埋め込むように形成する化学的機械研磨(以下、CMPという)時に絶縁膜の剥がれを発生しないようにした半導体装置の製造方法およびその製造方法により製造された半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a method of manufacturing the same, in which peeling of an insulating film does not occur at the time of chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) in which copper as a wiring material is embedded in a wiring groove or via hole. The present invention relates to a semiconductor device manufactured by:
多層配線構造の半導体装置の製造方法では、配線間を電気的に絶縁する絶縁膜を2種類以上の絶縁膜を積層した構造に形成している。特に、絶縁膜の誘電率(k)の値を小さくするために、従来から使用されていた酸化シリコン膜や窒化シリコン膜に比べ、密着性の弱い種々の絶縁膜が使われている。 In the manufacturing method of a semiconductor device having a multilayer wiring structure, an insulating film that electrically insulates between wirings is formed in a structure in which two or more kinds of insulating films are stacked. In particular, in order to reduce the value of dielectric constant (k) of the insulating film, various insulating films having weaker adhesion than those of conventionally used silicon oxide films and silicon nitride films are used.
上記多層配線構造を製造する技術としては、絶縁層に形成した溝および穴に導電材料となる銅を埋め込んで形成する、いわゆるデュアルダマシン方法について開示されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1に開示されている絶縁層は積層構造であり、特許文献1の図3および明細書の段落番号0032に「誘電絶縁層2、3および4を付着させて高導電率の相互接続を形成するプロセスを開始する。1対の絶縁層はECR、スパッタリング、プラズマCVD、CVD、スピンコーティング、またはこれらの方法の任意の組み合わせによって付着させることができる。たとえば、これらの絶縁層はポリイミド、窒化シリコン、アルミナ、二酸化シリコン、リンケイ酸ガラス、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、エアロゲル、またはこれらの材料の任意の組み合わせで作ることができる」ことが記載されている。
As a technique for manufacturing the multilayer wiring structure, there is disclosed a so-called dual damascene method in which copper serving as a conductive material is embedded in grooves and holes formed in an insulating layer (see, for example, Patent Document 1). The insulating layer disclosed in
また、配線(ライン)層の絶縁膜とビア層の絶縁膜との積層構造を有し、ビア層の絶縁膜がTEOS酸化膜/有機ポリマー系スピンオン材料膜の積層膜であり、配線層の絶縁膜がTEOS酸化膜/有機ポリマー系スピンオン材料膜の積層膜である半導体装置が開示されている(例えば、非特許文献1参照。)。 Also, it has a laminated structure of an insulating film of a wiring (line) layer and an insulating film of a via layer, the insulating film of the via layer is a laminated film of a TEOS oxide film / organic polymer spin-on material film, and insulation of the wiring layer A semiconductor device in which the film is a laminated film of a TEOS oxide film / organic polymer spin-on material film is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1).
また、配線(ライン)層の絶縁膜とビア層の絶縁膜との積層構造を有し、さらに配線層の絶縁膜が積層構造である半導体装置が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。具体的には、ビア層の絶縁膜として、パッシベーション膜111を窒化シリコン膜で形成し、その上に第1の層間絶縁膜112を酸化シリコン膜で形成すること、および配線層の絶縁膜として、第2の層間絶縁膜114を有機ポリマーで形成することおよびマスク層115を酸化シリコン膜で形成することが開示されている。 Also disclosed is a semiconductor device having a laminated structure of an insulating film of a wiring (line) layer and an insulating film of a via layer, and further having an insulating film of a wiring layer having a laminated structure (see, for example, Patent Document 2). ). Specifically, as the insulating film for the via layer, the passivation film 111 is formed of a silicon nitride film, the first interlayer insulating film 112 is formed of a silicon oxide film thereon, and the insulating film of the wiring layer is It is disclosed that the second interlayer insulating film 114 is formed of an organic polymer and the mask layer 115 is formed of a silicon oxide film.
このような密着性の弱い膜を積層して用いた場合、半導体装置製造工程における機械的な力、または熱工程において、剥がれが発生する問題が生じていた。密着性が問題となる工程としては、具体的には、酸化膜を平坦化するためのCMP工程、配線を溝に埋め込んで形成する溝配線構造を形成するためのCMP工程、低誘電率膜(半導体プロセス技術の当業者間ではLow−k膜ともいう)を架橋するためのアニール工程、銅膜をアニールする工程、パッケージング工程などが上げられる。 When such thin films having low adhesion are used in a stacked manner, there has been a problem that peeling occurs in the mechanical force in the semiconductor device manufacturing process or the thermal process. Specifically, as a process in which adhesion is a problem, a CMP process for planarizing an oxide film, a CMP process for forming a trench wiring structure in which wiring is embedded in a trench, and a low dielectric constant film ( Among those skilled in the semiconductor process technology, there are an annealing step for crosslinking (also referred to as a low-k film), a copper film annealing step, a packaging step, and the like.
中でもCMP工程では、膜に機械的な力がかかるため、剥がれを回避することが困難であり、低誘電率化が進み、比誘電率k<3.0の領域に入ってくるにともなって大きな問題となってきた。このような膜剥がれを抑制する方法として、以下に示す解決方法が提案されている。 In particular, in the CMP process, it is difficult to avoid peeling because a mechanical force is applied to the film, and as the dielectric constant is reduced and the relative dielectric constant k <3.0 is entered, it becomes large. It has become a problem. As a method for suppressing such film peeling, the following solutions have been proposed.
その解決方法は、SiO2とSiOCHの絶縁膜の密着性を改善する方法であって、SiO2とSiOCHの間に、膜中の炭素(C)濃度と水素(H)濃度が低く酸素(O)濃度が高いSiOCH膜を有することで密着性を改善する技術が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。 Its solution is a method of improving the adhesion of the insulating film of SiO 2 and SiOCH, between SiO 2 and SiOCH, carbon (C) concentration and the hydrogen (H) concentration is low oxygen in the film (O ) A technique for improving adhesion by having a SiOCH film having a high concentration is disclosed (for example, see Patent Document 3).
しかしながら、一般的に膜中の炭素濃度と水素濃度が低く酸素濃度が高いSiOCH膜は、通常のSiOCH膜に比べ比誘電率(k)値が上昇することが知られている。特許文献3の図4(a)、(b)、(c)およびその関連記載の明細書の段落番号0041には、一酸化二窒素(N2O)、アンモニア(NH3)、水素(H2)等のプラズマを用いて下地SiOCH膜を改質することによって上記SiOCH膜を形成した場合には、比誘電率値の上昇があることが記載されている。また、特許文献3の請求項25には、上記SiOCHを形成する方法として、ヘリウム(He)またはアルゴン(Ar)を含み、酸素(O)、水素(H)、窒素(N)を含まないガスを用いたプラズマ雰囲気で処理する工程とその後、酸素(O)を含むガスを用いた雰囲気で熱処理を行う工程を用いて、下地のSiOCHを変質させることが記載されている。この効果として、特許文献3の明細書の段落番号0024、また特許文献3の明細書の段落番号0041に記載されているように、改質の反応を、下地SiOCHの20nm程度のみに抑えることによって、深さ方向の制御を容易に行うことができるため、比誘電率値の上昇が抑えられることが開示されている。
However, it is generally known that a SiOCH film having a low carbon concentration and a low hydrogen concentration and a high oxygen concentration in the film has a higher relative dielectric constant (k) value than a normal SiOCH film. Paragraph No. 0041 of FIGS. 4 (a), (b), (c) and related description of
このように、上記特許文献3に開示された技術では、プラズマ処理によって比誘電率値の上昇を引き起こさないようプラズマのガス種を選択する必要があった。したがって、絶縁膜の選択によっては、十分な密着性が確保できないこともあり得る。また、改質層が20nmであっても、改質層で比誘電率値は上昇しており、半導体装置の微細化にともなう縦構造寸法の微細化、さらなる低誘電率化の際には、たとえ20nmの厚さといえども問題となってくる。
As described above, in the technique disclosed in
また、SiO2膜とSiOCH膜の密着性を改善する別の方法が開示されている(例えば、特許文献4参照。)。この特許文献4には、上記特許文献3とほぼ同様に、SiO2膜とSiOC膜の間に、下地SiOCに比べてC濃度が10%〜90%の中間層を挿入する方法が開示されている。中間層(改質層に相当)の膜厚については、特許文献4の明細書の段落番号0029、0030に、10nm以上で十分な膜剥がれを抑制でき、50nm以下であればリーク電流の増加が抑制されることが記載されている。上記中間層の形成方法としては、特許文献4の明細書の段落番号0033に、HeガスまたはArガス等の希ガスを用いたプラズマ処理が記載されている。また、酸素および窒素の活性種(イオン,ラジカル)(例えば、O2、N2O)を含むプラズマ処理により処理した場合は、改質層が増加し、リーク電流が増加することが示唆されている。
Another method for improving the adhesion between the SiO 2 film and the SiOCH film is disclosed (for example, see Patent Document 4). This
このように、特許文献4で開示された技術は、プラズマ処理によってリーク電流増大を引き起こさないようプラズマのガス種を選択する必要があった。また、今後半導体装置の微細化にともなう配線間距離の縮小、低誘電率化にともなう絶縁膜のプラズマ耐性の悪化にともなって、十分な効果が得られなくなる。
As described above, in the technique disclosed in
また、有機系材料を使った場合のCMP時の膜剥がれを改善する方法が開示されている(例えば、特許文献5参照。)。この特許文献5には、ウェハ周辺部における有機絶縁材料を硬化させることで、CMP時の膜剥がれを改善する方法が開示されていて、有機絶縁材料を硬化させる方法として紫外線照射が開示されている。しかしながら、無機絶縁材料の場合には、紫外線照射では密着性を向上させる効果は発生しないという問題がある。
In addition, a method for improving film peeling at the time of CMP when an organic material is used is disclosed (for example, see Patent Document 5). This
解決しようとする問題点は、CMP工程で絶縁膜が剥がれる点である。特に、CMP時に圧力が集中するウエハのエッジ近傍または絶縁膜のエッジ近傍での絶縁膜の剥がれを防止することができない点である。 The problem to be solved is that the insulating film is peeled off in the CMP process. In particular, it is impossible to prevent the peeling of the insulating film near the edge of the wafer or the edge of the insulating film where pressure is concentrated during CMP.
上記問題点に鑑み、本発明では製品となるチップ形成領域に悪影響を及ぼすことなくCMP時に膜剥がれを起こさない半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device that do not cause film peeling during CMP without adversely affecting a chip formation region that is a product.
本発明の半導体装置は、基板上に多層配線構造を有する半導体装置において、前記多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜は第1絶縁膜と第2絶縁膜とを積層したものからなり、前記基板周辺部上で前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜との間の第1絶縁膜上にプラズマ照射領域が形成されていることを最も主要な特徴とする。 The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having a multilayer wiring structure on a substrate, and the insulating film that electrically insulates between the wirings of the multilayer wiring structure is formed by laminating a first insulating film and a second insulating film. The main feature is that a plasma irradiation region is formed on the first insulating film between the first insulating film and the second insulating film on the periphery of the substrate.
本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に多層配線構造が形成される半導体装置の製造方法において、前記多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜を形成する工程は、前記第1絶縁膜を形成する工程と、前記基板周辺部上の前記第1絶縁膜のみにプラズマを照射する工程と、前記第1絶縁膜上に前記第2絶縁膜を形成する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is the method of manufacturing a semiconductor device in which a multilayer wiring structure is formed on a substrate, wherein the step of forming an insulating film that electrically insulates the wirings of the multilayer wiring structure Forming a first insulating film, irradiating only the first insulating film on the periphery of the substrate with plasma, and forming the second insulating film on the first insulating film. Is the most important feature.
本発明の半導体装置は、多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜は、第1絶縁膜と第2絶縁膜を積層したものからなり、基板周辺部上で第1絶縁膜と第2絶縁膜との間の第1絶縁膜上にプラズマ照射領域が形成されているため、第1絶縁膜のプラズマ照射領域の密着性が高められ、しかも基板周辺部上の第1絶縁膜のみにプラズマ照射領域を形成しているので、製品チップが形成される領域にはプラズマが照射されていない。このため、第1絶縁膜の製品チップが形成される領域は、比誘電率が増加することがないので配線間容量の増加の問題が発生しなくなり、またプラズマ照射により脆弱になることがないのでリーク電流が増加するという問題の発生がなくなるという利点がある。さらに、基板周辺部のみにプラズマ照射を行って、基板周辺部における第1絶縁膜と第2絶縁膜との間の密着性を高めていることにより、研磨圧力が集中する基板周辺部を起点として発生するCMP時の膜剥がれが防止されている。さらに、本発明の製造方法では、第1絶縁膜は有機絶縁膜であっても無機絶縁膜であっても同様な効果が得られるという利点がある。 In the semiconductor device of the present invention, the insulating film that electrically insulates the wirings of the multilayer wiring structure is formed by stacking the first insulating film and the second insulating film, and the first insulating film and the second insulating film are formed on the periphery of the substrate. Since the plasma irradiation region is formed on the first insulating film between the two insulating films, the adhesion of the first insulating film to the plasma irradiation region is enhanced, and only on the first insulating film on the periphery of the substrate. Since the plasma irradiation region is formed, the region where the product chip is formed is not irradiated with plasma. For this reason, in the region where the product chip of the first insulating film is formed, the relative dielectric constant does not increase, so the problem of increase in inter-wiring capacitance does not occur, and it is not weakened by plasma irradiation. There is an advantage that the problem of an increase in leakage current is eliminated. Furthermore, plasma irradiation is performed only on the peripheral part of the substrate to improve the adhesion between the first insulating film and the second insulating film in the peripheral part of the substrate, so that the peripheral part of the substrate where the polishing pressure is concentrated is the starting point. The film peeling at the time of CMP which generate | occur | produces is prevented. Furthermore, the manufacturing method of the present invention has an advantage that the same effect can be obtained regardless of whether the first insulating film is an organic insulating film or an inorganic insulating film.
本発明の半導体装置の製造方法は、多層配線構造の配線間を絶縁する絶縁膜を形成する工程が、前記第1絶縁膜を形成する工程と、前記基板周辺部上の前記第1絶縁膜のみにプラズマを照射する工程と、前記第1絶縁膜上に前記第2絶縁膜を形成する工程とからなるため、第1絶縁膜のプラズマを照射した部分の膜質が改質されて密着性の高いものとなり、しかも基板周辺部上の第1絶縁膜のみにプラズマを照射しているので、製品チップが形成される領域にはプラズマが照射されていない。このため、製品チップが形成される領域の第1絶縁膜は、比誘電率が増加することがないので配線間容量の増加の問題が発生しなくなり、またプラズマ照射により脆弱になることがないのでリーク電流が増加するという問題の発生がなくなるという利点がある。さらに、CMP時の膜剥がれは、研磨圧力が集中する基板周辺部を起点として発生するため、基板周辺部のみにプラズマ照射を行って、基板周辺部における第1絶縁膜と第2絶縁膜との間の密着性を高めることにより、絶縁膜全面の剥がれを防止することができる。さらに、本発明の製造方法では、第1絶縁膜は有機絶縁膜であっても無機絶縁膜であっても同様なる効果が得られるという利点がある。 In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of forming an insulating film that insulates the wirings of the multilayer wiring structure includes the step of forming the first insulating film and the first insulating film on the periphery of the substrate. And the step of forming the second insulating film on the first insulating film, the film quality of the portion of the first insulating film irradiated with the plasma is modified, and the adhesiveness is high. In addition, since only the first insulating film on the periphery of the substrate is irradiated with plasma, the region where the product chip is formed is not irradiated with plasma. For this reason, the first dielectric film in the region where the product chip is formed does not increase in relative dielectric constant, so that the problem of increase in inter-wiring capacitance does not occur and is not weakened by plasma irradiation. There is an advantage that the problem of an increase in leakage current is eliminated. Furthermore, film peeling during CMP occurs from the periphery of the substrate where the polishing pressure is concentrated, so that only the periphery of the substrate is irradiated with plasma, and the first insulating film and the second insulating film in the periphery of the substrate are exposed. By increasing the adhesion between the insulating films, peeling of the entire surface of the insulating film can be prevented. Furthermore, the manufacturing method of the present invention has an advantage that the same effect can be obtained regardless of whether the first insulating film is an organic insulating film or an inorganic insulating film.
本発明の半導体装置に係る一実施の形態を、図1の概略構成断面図によって説明する。 An embodiment according to a semiconductor device of the present invention will be described with reference to a schematic sectional view of FIG.
図1に示すように、図示していない例えばトランジスタ等の半導体素子、配線等が形成された基板(ウエハ)11上に絶縁膜12が形成されている。上記基板11には、例えばシリコン基板が用いられている。また上記絶縁膜12は、酸化シリコン膜からなり、例えば500nmの厚さに形成されている。上記絶縁膜12上には配線間の絶縁膜を構成する第1絶縁膜21が形成されている。ここでは第1絶縁膜21は比誘電率が3.0以下の膜であり、例えばシリコンと炭素とを含むSiC系の膜で形成する。例えば、SiOC膜、SiOC膜中に窒素もしくは水素が含まれた膜がある。上記第1絶縁膜21は、例えばプラズマCVD法により200nmの厚さに成膜されているものである。
As shown in FIG. 1, an insulating
上記第1絶縁膜21の周辺部(例えばウエハ外周から5mm以内の範囲)上はプラズマを照射してなるプラズマ処理領域31が形成されている。このプラズマ処理領域22は、上記第1絶縁膜21上に形成される第2絶縁膜22との密着性を高めるための領域である。したがって、上記第1絶縁膜21の周辺部には他の第1絶縁膜21表面より密着性が改善されたプラズマ照射領域31が環状に形成されている。上記プラズマの照射は、例えばヘリウム(He)、アルゴン(Ar)等の希ガスのプラズマを照射する。もしくは酸素プラズマ、窒素プラズマを照射してもよい。また、上記プラズマ照射領域31は、製品となるチップが形成されない領域とすることが好ましい。
On the peripheral portion of the first insulating film 21 (for example, a range within 5 mm from the outer periphery of the wafer), a
さらに、第1絶縁膜21上には配線間の絶縁膜を構成する第2絶縁膜22が形成されている。この第2絶縁膜22は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜で形成され、その膜厚は、例えば200nmとした。
Further, a second insulating
次に、溝配線構造が形成されたウエハ周辺部付近の断面構造を図2に示した。 Next, FIG. 2 shows a cross-sectional structure in the vicinity of the wafer peripheral portion where the trench wiring structure is formed.
図2に示すように、上記第1絶縁膜21および第2絶縁膜22には溝配線構造が形成される。例えば、上記第1絶縁膜21には第1絶縁膜21より下層に形成された配線もしくは素子(図示せず)に接続されるビア41が形成され、上記第2絶縁膜22には上記ビアに接続される溝配線42が形成されている。なお、ウエハ中心部側であっても図示したのと同様なる配線構造が形成されることが可能である。
As shown in FIG. 2, a trench wiring structure is formed in the first insulating
上記半導体装置1は、配線間の絶縁膜を構成する第1絶縁膜21を形成した後で第2絶縁膜22を形成する前に、第1絶縁膜21の周辺部上にプラズマを照射することから、第1絶縁膜21と第2絶縁膜22との密着性が高められる。
その理由としては、酸素プラズマを用いた場合は、第1絶縁膜表面を酸化することにより第2絶縁膜との密着性が高まり、窒素プラズマを用いた場合は、第1絶縁膜表面を窒化することにより第2絶縁膜との密着性が高まり、希ガスを用いた場合は、第1絶縁膜表面への衝撃により表面近傍のCH基(例えばCH3等)を脱離することにより酸化シリコンの表面状態に近づけられることにより第2絶縁膜との密着性が高められるからである。これによって、第1絶縁膜21に対する第2絶縁膜22の密着性を周辺部において高めることができるので、第2絶縁膜22を形成した後に、例えばCMP工程を行って、第1、第2絶縁膜21、22間に第1絶縁膜21表面と略平行な方向の荷重がかかったとしても、第1絶縁膜21より第2絶縁膜22が剥がれるということが防止できるという利点がある。特に、膜剥がれが発生しやすい膜周辺部の密着性が高められているので、膜剥がれの防止には効果的である。したがって、歩留りの向上が図れるとともに、絶縁膜の信頼性の向上が図れる。
The
The reason for this is that when oxygen plasma is used, the surface of the first insulating film is oxidized to improve adhesion to the second insulating film, and when nitrogen plasma is used, the surface of the first insulating film is nitrided. As a result, the adhesion with the second insulating film is enhanced, and when a rare gas is used, the CH group (for example, CH 3 etc.) in the vicinity of the surface is eliminated by impact on the surface of the first insulating film, thereby This is because the adhesion to the second insulating film is enhanced by being brought close to the surface state. As a result, the adhesion of the second insulating
また、上記半導体装置1は、基板11周辺部上で第1絶縁膜21と第2絶縁膜22との間の第1絶縁膜21上にプラズマ照射領域が形成されているため、製品チップが形成される領域にはプラズマが照射されていない。このため、第1絶縁膜21の製品チップが形成される領域は、比誘電率が増加することがないので配線間容量の増加の問題が発生しなくなり、またプラズマ照射により脆弱になることがないのでリーク電流が増加するという問題の発生がなくなるという利点がある。
In the
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を、図3〜図5の製造工程図によって説明する。 Next, an embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to manufacturing process diagrams of FIGS.
図3(1)に示すように、基板(ウエハ)11上に絶縁膜12を形成する。上記基板11には、例えばシリコン基板が用いられる。また上記絶縁膜12は、酸化シリコン膜からなり、例えば500nmの厚さに形成されている。その成膜方法は、例えばプラズマCVD法による。次に、上記絶縁膜12上に第1絶縁膜21を形成する。ここでは第1絶縁膜21は比誘電率が3.0以下の膜であり、例えばシリコンと炭素とを含むSiC系の膜で形成する。例えば、SiOC膜、SiOC膜中に窒素もしくは水素が含まれた膜等がある。上記第1絶縁膜21は、例えば200nmの厚さに成膜する。この成膜方法は、一例として、平行平板型プラズマCVD装置を用い、原料ガスのシリコン源としてメチルシランを用いた。また成膜条件としては基板温度を300℃〜400℃に設定し、プラズマパワーを150W〜350W、成膜雰囲気の圧力を100Pa〜1000Pa程度に設定する。
As shown in FIG. 3A, an insulating
次に、図3(2)に示すように、上記第1絶縁膜21上に保護膜23を形成する。この保護膜23には、例えばレジスト膜を用いた。例えば、通常のレジスト塗布技術により第1絶縁膜21上にレジスト膜を例えば500nmの厚さに形成した後、通常のリソグラフィー技術によって、上記レジスト膜の周辺部が除去されるように露光、現像およびベーキングを行う。例えば、第1絶縁膜21(基板11)のエッジから内側へ4mmの幅で上記レジスト膜を除去した。ここで、基板11のエッジからのレジスト膜の除去幅を4mmとしたのは、半導体プロセス上、製品となるチップが取れない領域であるからであり、その幅は製品となるチップのサイズ、チップレイアウト、半導体プロセス等によって異なる。したがって、場合によっては5mm程度になる場合もあり、また3mm程度で良い場合もある。また、保護膜23の厚さは、次のプラズマ照射工程で保護膜23に被覆されている第1絶縁膜21がプラズマのダメージを受けない厚さとする必要がある。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図4(3)に示すように、上記保護膜23をプラズマ照射のマスクに用いて、露出している第1絶縁膜21の周辺部にプラズマを照射する。このプラズマ照射は、例えば、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)等の希ガスのプラズマを用いることができる。また、酸素プラズマもしくは窒素プラズマを用いることもできる。なお、酸素プラズマおよび窒素プラズマを用いる場合には、保護膜23がレジストで形成されている場合、レジストが酸化されるため、長時間のプラズマ照射は困難になる。この場合には、レジスト厚さを例えば1μmと厚くする他に、保護膜23に例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の無機系絶縁膜を用いることができ、下地への応力の影響を考慮すると酸化シリコン膜を用いることが好ましい。上記プラズマ照射の結果、上記第1絶縁膜21の周辺部には他の第1絶縁膜21表面より密着性が改善されたプラズマ照射領域31が環状に形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, the
その後、上記保護膜23を除去する。この際、プラズマ処理を用いてもよいが、第1絶縁膜21への影響を小さくするために、薬液処理による方法を用いるのが望ましい。薬液処理に用いる薬液は、保護膜23がレジストの場合は、例えば硫酸過水(H2SO4+H2O2)が使用でき、保護膜23が酸化シリコン膜の場合は、例えばフッ酸(HF)を使用することができる。その結果、図5(4)に示すように、第1絶縁膜21が露出される。なお、上記保護膜23を除去した後に必要に応じて第1絶縁膜21表面を洗浄処理してもよい。
Thereafter, the
次に、図5(5)に示すように、上記第1絶縁膜21上に第2絶縁膜22を成膜する。この第2絶縁膜22には、例えば酸化シリコン膜を用いた。この第2絶縁膜22は、例えばプラズマCVD法により、第1絶縁膜21上に酸化シリコンを200nmの厚さに堆積して形成することができる。
Next, as shown in FIG. 5 (5), a second insulating
図示はしないが、さらに、上記第1絶縁膜21および第2絶縁膜22には溝配線構造を形成することができる。例えば、上記第2絶縁膜22から上記第1絶縁膜21に貫通するビアホールを形成した後、上記第2絶縁膜22のみに配線溝を形成する。その後、上記配線溝およびビアホール内部に密着層およびバリア層を介して導電膜を埋め込むように形成する。その後、第2絶縁膜22上の余剰な導電膜およびバリア層、密着層等を除去する。その結果、図6に示すように、ビアホールの内部に密着層およびバリア層を介してビア41が形成され、配線溝の内部に第2絶縁膜22とは密着層およびバリア層を介してビア41に接続する溝配線42が形成される。なお、図面では、基板周辺部側を図示したが基板中心部側でも同様なる配線構造を形成することが可能である。
Although not shown, a trench wiring structure can be formed in the first insulating
なお、上記第2絶縁膜22は無機系絶縁膜に限らず有機系絶縁膜を用いても、第1絶縁膜21との密着性の改善効果が得られる。例えば有機膜として、ポリアリールエーテル膜を、例えば200nmの厚さに形成した。上記ポリアリールエーテル膜は、例えばSiLK−J(ダウケミカル社)があり、その他には、例えば、ダウケミカル社のSiLK−Y、アライドシグナル社製のFLARE、シューマッカー社製のVE等が知られている。例えば、上記ポリアリールエーテル膜をSiLKで形成する場合には、前駆体をスピンコート法により堆積した後、400℃〜450℃のキュア処理を行って形成することができる。
Note that the second insulating
また、上記第1絶縁膜および第2絶縁膜22にビアおよび溝配線を形成する場合には、上記第1〜第2絶縁膜21〜22を形成した後、例えば配線溝、ビアホール等のパターニングを行えばよい。また、溝配線とビアとを同時形成する、いわゆるデュアルダマシン構造の絶縁膜についても、本発明の構成を用いることができる。例えば、第1絶縁膜21に配線間の接続を行う接続部(ビア)を形成し、第2絶縁膜22に溝配線を形成する。溝配線とビアとを同時形成する技術については、多くの公知例があり、例えば特開2001−44189号公報などに詳細な記述がある。これらの公知技術の絶縁膜についても、本発明の如く、ビアが形成される第1絶縁膜21の周辺部に対するプラズマ照射処理を実施して、溝配線が形成される第2絶縁膜22を形成する構成を採用することができる。また、上記第2絶縁膜22を有機膜で形成した場合、第2絶縁膜を直接的に研磨することがないように、第2絶縁膜22上に無機膜からなる第3絶縁膜を形成してもよい。
When vias and groove wirings are formed in the first insulating film and the second insulating
上記半導体装置の製造方法は、基板11周辺部上の第1絶縁膜21のみにプラズマを照射するため、第1絶縁膜21のプラズマ照射領域31の膜質が改質されて密着性の高いものとなり、しかも基板11周辺部上の第1絶縁膜21のみにプラズマを照射しているので、製品チップが形成される領域にはプラズマが照射されていない。このため、製品チップが形成される領域の第1絶縁膜21は、比誘電率が増加することがないので配線間容量の増加の問題が発生しなくなり、またプラズマ照射により脆弱になることがないのでリーク電流が増加するという問題の発生がなくなるという利点がある。さらに、CMP時の膜剥がれは、研磨圧力が集中する基板11周辺部を起点として発生するため、基板11周辺部上の第1絶縁膜21のみにプラズマ照射を行って、基板11周辺部における第1絶縁膜21と第2絶縁膜22との間の密着性を高めることにより、絶縁膜全面の剥がれを防止することができる。したがって、従来、密着性を確保することが困難であったSiOC膜からなる第1絶縁膜21との密着性を確保することができるため、第2絶縁膜22上に形成された配線形成膜を研磨した場合に第1絶縁膜21から第2絶縁膜22が剥がれるようなことは起こらない。さらに、本発明の製造方法では、第1絶縁膜は有機絶縁膜であっても無機絶縁膜であっても同様なる効果が得られるという利点がある。
In the semiconductor device manufacturing method, since only the first insulating
次に、本発明の効果を確認する実験を行った。その方法は、前記図1に示したように、基板11上に絶縁膜を介して上記第1絶縁膜21および第2絶縁膜22を形成した発明サンプル(実施例)を用意し、発明サンプルの第2絶縁膜22に対してCMPを行った。また、発明サンプルと比較するものとして、第1絶縁膜21にプラズマ照射を施さないで第1絶縁膜21上に第2絶縁膜22を形成した比較サンプル(比較例)を用意した。
Next, an experiment for confirming the effect of the present invention was performed. As shown in FIG. 1, the method is to prepare an invention sample (Example) in which the first insulating
次に、上記発明サンプル(実施例)および比較サンプル(比較例)のそれぞれの第2絶縁膜22をCMPを行った。このCMPでは、研磨パッドに、例えば上層が発泡ポリウレタン製で下層がPET(ポリエチレンテレフタレート)製のものを用いた。このような研磨パッドとしては、一例として、上層がロデール社製の厚さ1.2mmのIC1000で下層が同社製の厚さ1.2mmのSUBA400よりなる積層された研磨パッドがある。研磨液(研磨スラリー)には、アルカリ溶媒に分散したコロイダルシリカに酸化剤として過酸化水素水(H2O2)を添加したものを用いる。例えばJSR社製のCMS8301がある。上記研磨液の供給流量は例えば150ml/minとして、研磨パッドの回転数は例えば100rpm、ウエハ(基板)回転数は例えば:110rpm、研磨圧力は例えば300g/cm2、研磨時間は例えば60secとした。これにより、第2絶縁膜22のSiO2膜の表層およそ70nmの厚さが除去された。
Next, CMP was performed on each of the second insulating
上記CMPは、発明サンプルおよび比較サンプルの両方に対して同条件にて行った。研磨後、絶縁膜の周辺部を顕微鏡により観察し、第1絶縁膜21に対する第2絶縁膜22の剥がれ状態を顕微鏡による目視によって観察した。その結果を表1に示す。表1中、◎印は剥がれ無し、×印は剥がれがあることを示している。
The CMP was performed under the same conditions for both the inventive sample and the comparative sample. After polishing, the periphery of the insulating film was observed with a microscope, and the peeling state of the second insulating
上記表1から明らかなように、比較例に関しては、基板周辺部から4mmよりも内側に剥がれが及んでいたのに対し、実施例においては、プラズマ照射処理を実施していない基板周辺部から4mm以上内側の部分での剥がれも見つからなかった。この結果から、本発明により、密着性を改善した基板周辺部4mmより外側だけでなく、プラズマ照射による密着性改善処理を行っていない基板周辺部4mmより内側の部分に対しても、剥がれが効果的に抑制されることがわかった。これは、元々密着性が弱かったSiO2/SiOC界面において、基板周辺部のSiOC表面に対するプラズマ照射処理により、基板周辺部のSiO2/SiOC界面の密着性が改善され、CMP時に圧力が集中する基板周辺部が剥がれにくくなり、その結果、基板面内が保護されたものといえる。よって、上記実施例では、密着性を改善したウエハ周辺部(例えばプラズマ照射処理を施した範囲)だけでなく、密着性改善のプラズマ照射処理を行っていない基板周辺部より内側の領域に対しても、膜剥がれを防止する効果が得られた。
As is clear from Table 1 above, the comparative example was peeled inward from 4 mm from the periphery of the substrate, whereas in the example, 4 mm from the periphery of the substrate not subjected to the plasma irradiation treatment. No peeling at the inner part was found. From this result, according to the present invention, peeling is effective not only on the outer side of the substrate
また、第2絶縁膜22を酸化シリコン膜の他に、例えば無機膜もしくは有機膜で形成した場合も、また、第1絶縁膜21を種々のSiOC系の膜で形成した場合も上記同様の結果となった。したがって、本発明は、第1絶縁膜21にSiOC系の膜を用い、第2絶縁膜に無機膜もしくは有機膜の全てに有効であるといえる。
Further, when the second insulating
1…半導体装置、11…基板、21…第1絶縁膜、22…第2絶縁膜、31…プラズマ照射領域
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜は第1絶縁膜と第2絶縁膜とを積層したものからなり、
前記基板周辺部上で前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜との間の第1絶縁膜上にプラズマ照射領域が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having a multilayer wiring structure on a substrate,
The insulating film that electrically insulates between the wirings of the multilayer wiring structure is formed by laminating a first insulating film and a second insulating film,
A semiconductor device, wherein a plasma irradiation region is formed on the first insulating film between the first insulating film and the second insulating film on the periphery of the substrate.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the peripheral portion of the substrate is formed of a region where a chip as a product does not exist.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is made of a low dielectric constant insulating film having a relative dielectric constant of 3.0 or less.
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is made of an insulating material containing silicon and carbon.
前記多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜を形成する工程は、
前記第1絶縁膜を形成する工程と、
前記基板周辺部上の前記第1絶縁膜のみにプラズマを照射する工程と、
前記第1絶縁膜上に前記第2絶縁膜を形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a manufacturing method of a semiconductor device in which a multilayer wiring structure is formed on a substrate,
The step of forming an insulating film that electrically insulates the wiring of the multilayer wiring structure,
Forming the first insulating film;
Irradiating plasma only to the first insulating film on the periphery of the substrate;
Forming the second insulating film on the first insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the peripheral portion of the substrate is formed of a region where a chip to be a product does not exist.
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein a protective film is formed on the first insulating film to cover a region where a chip to be a product is formed before the plasma irradiation.
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the plasma treatment for irradiating the plasma uses a plasma containing a rare gas.
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the first insulating film is made of a low dielectric constant insulating film having a relative dielectric constant of 3.0 or less.
ことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the first insulating film is made of an insulating material containing silicon and carbon.
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