JP2007242982A - Manufacturing method of semiconductor device, semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor-manufacturing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、低誘電率膜を含む層間絶縁膜にダマシン(Damascene)法を用いてメタル配線を形成する半導体装置の製造に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to the manufacture of a semiconductor device in which a metal wiring is formed using a damascene method in an interlayer insulating film including a low dielectric constant film. is there.
近年の半導体製造工程のうち、配線形成工程では、ダマシン(Damascene)法によってCu(銅)配線を形成している。ダマシン法によるCu配線の形成は、例えば次のような方法で行われる。 Of the recent semiconductor manufacturing processes, in the wiring formation process, Cu (copper) wiring is formed by a damascene method. Formation of the Cu wiring by the damascene method is performed by the following method, for example.
まず、図6に示すように、半導体基板100上にバリア膜101、層間絶縁膜102およびキャップ膜103を堆積する。図示はしないが、バリア膜101の下層の半導体基板100には、MOSトランジスタなどの半導体素子(図示せず)および下層配線が形成されている。
First, as shown in FIG. 6, a
従来、層間絶縁膜102には、酸化シリコン系あるいは窒化シリコン系の絶縁膜が使用されていたが、ダマシン法でCu配線を形成する場合は、配線間容量を低減するために、フッ素含有酸化シリコン膜や炭素含有酸化シリコン膜といった無機系絶縁膜の他、有機系絶縁膜、多孔質絶縁膜、さらにはこれらの積層膜などのように、窒化シリコン膜よりも誘電率が低い絶縁膜(以下、低誘電率膜という)が使用される(例えば非特許文献1および非特許文献2参照)。
Conventionally, a silicon oxide-based or silicon nitride-based insulating film has been used for the interlayer
次に、図7に示すように、キャップ膜103上に反射防止膜104と第1のフォトレジスト膜105とを形成し、フォトレジスト膜105をマスクにした周知のドライエッチングでキャップ膜103と層間絶縁膜102とにホール106を形成する。次に、フォトレジスト膜105と反射防止膜104とを除去した後、図8に示すように、キャップ膜103上に反射防止膜107と第2のフォトレジスト膜108とを形成し、フォトレジスト膜108をマスクにしたドライエッチングでキャップ膜103と層間絶縁膜102とにトレンチ109を形成する。
Next, as shown in FIG. 7, an
次に、フォトレジスト膜108と反射防止膜107とを除去した後、図9に示すように、キャップ膜103をマスクにしてホール106の底部のバリア膜101をドライエッチングし、ホール106の底部に下層配線(図示せず)を露出させる。次に、図10に示すように、スパッタリング法、CVD法あるいはメッキ法などを用いてキャップ膜103上にCu膜110を形成し、トレンチ109およびホール106の内部にCu膜110を埋め込む。その後、キャップ膜103上の不要なCu膜110を化学的機械研磨法で除去することにより、図11に示すように、トレンチ109およびホール106の内部にCu配線110aが形成される。以下、上記と同様の工程を繰り返すことにより、Cu配線110aの上層に複数層のCu配線を順次形成する。
層間絶縁膜材料として使用される低誘電率膜は、その組成や構造に起因して、既存の材料(酸化シリコン膜、窒化シリコン膜)よりも吸湿性が高いという特徴がある。一方、Cu配線の形成工程で低誘電率膜上に積層する反射防止膜やバリア膜は、低誘電率膜よりも緻密でガス透過性が低い。そのため、低誘電率膜中に取り込まれた水分が膜中に閉じ込められ、Cu配線の腐食を引き起こす原因となることが知られている。また、低誘電率膜をエッチングする際に膜中から脱離した水分がエッチング特性を変動させ、例えばホール加工においては、開口不良を引き起こすことが本発明者らによって明らかとなった。このように、低誘電率膜の吸湿は、半導体装置の製造歩留まりを低下させる要因となる。 A low dielectric constant film used as an interlayer insulating film material is characterized by higher hygroscopicity than existing materials (silicon oxide film, silicon nitride film) due to its composition and structure. On the other hand, the antireflection film and the barrier film laminated on the low dielectric constant film in the Cu wiring formation process are denser and have lower gas permeability than the low dielectric constant film. For this reason, it is known that moisture taken into the low dielectric constant film is trapped in the film and causes corrosion of the Cu wiring. Further, the present inventors have clarified that moisture desorbed from the film during etching of the low dielectric constant film fluctuates the etching characteristics, and causes, for example, an opening defect in hole processing. Thus, moisture absorption of the low dielectric constant film becomes a factor that reduces the manufacturing yield of the semiconductor device.
しかし、半導体製造工程では、多くの工程で純水や薬液を用いた半導体ウエハ(以下、ウエハという)の洗浄が行われる。これに加えて、上記したダマシン法によるCu配線の形成工程では、薬液を使ったCu膜の化学的機械研磨が行われるため、低誘電率膜の吸湿を十分に抑制することは困難である。 However, in a semiconductor manufacturing process, cleaning of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) using pure water or a chemical solution is performed in many processes. In addition to this, in the Cu wiring formation process by the damascene method, chemical mechanical polishing of the Cu film using a chemical solution is performed, so that it is difficult to sufficiently suppress the moisture absorption of the low dielectric constant film.
また、低誘電率膜の吸湿量は、様々な要因によって大きく変動する。例えば絶縁膜堆積工程やフォトリソグラフィ工程ではウエハを加熱する場合があるので、その際に水分が膜中から脱離する。また、低誘電率膜は大気中で吸湿が起こるので、ウエハを大気中で保管する時間の長短によって吸湿量が変動する。さらに、低誘電率膜上にガス透過性が低い他の膜が積層されている場合には、大気中の水分が低誘電率膜に吸収されるまでの時間が長くなる。 Also, the amount of moisture absorbed by the low dielectric constant film varies greatly depending on various factors. For example, a wafer may be heated in an insulating film deposition process or a photolithography process, and moisture is desorbed from the film at that time. Further, since the low dielectric constant film absorbs moisture in the atmosphere, the amount of moisture absorption varies depending on the length of time the wafer is stored in the atmosphere. Furthermore, when another film having low gas permeability is laminated on the low dielectric constant film, the time until moisture in the atmosphere is absorbed by the low dielectric constant film becomes long.
また、半導体製造施設では、複数種類の半導体製品を同時に並行して製造する場合が多いため、処理工程の手順や処理条件が異なる複数枚のウエハが同時進行で処理される。そのため、ウエハの処理スケジュールは複雑になり、同じ半導体製品用のウエハであっても、処理工程間の保管時間が同一になるとは限らない。 In semiconductor manufacturing facilities, a plurality of types of semiconductor products are often manufactured in parallel at the same time. Therefore, a plurality of wafers having different processing steps and processing conditions are processed simultaneously. Therefore, the wafer processing schedule becomes complicated, and even for wafers of the same semiconductor product, the storage time between processing steps is not always the same.
以上のような理由から、低誘電率膜の吸湿に起因する不良発生率を管理して半導体装置の品質保証を図るためには、新たな管理手法が必要となる。 For these reasons, a new management method is required to manage the defect occurrence rate due to moisture absorption of the low dielectric constant film and to assure the quality of the semiconductor device.
本発明の目的は、低誘電率膜の吸湿に起因する不良発生率を有効に低減することができる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of effectively reducing the occurrence rate of defects due to moisture absorption of a low dielectric constant film.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明による半導体装置の製造方法は、(a)複数の半導体基板の主面上に低誘電率膜を含む絶縁膜を形成する工程と、(b)フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで前記絶縁膜にトレンチおよびホールを形成する工程と、(c)前記トレンチおよびホールの内部を含む前記絶縁膜上にメタル膜を埋め込む工程と、(d)前記絶縁膜上の前記メタル膜を化学的機械研磨することによって、前記トレンチおよびホールの内部に前記メタル膜からなる配線を形成する工程とを含み、前記工程(a)の終了後から前記工程(b)、工程(c)または工程(d)の開始までに経過した時間を測定し、前記時間が所定の値以上である前記半導体基板と、前記時間が所定の値未満である前記半導体基板とを選別し、前記時間が所定の値未満である前記半導体基板のみを次工程に進めるものである。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) a step of forming an insulating film including a low dielectric constant film on a main surface of a plurality of semiconductor substrates; and (b) dry etching using a photoresist film as a mask. Forming a trench and a hole in the insulating film; (c) embedding a metal film on the insulating film including the inside of the trench and hole; and (d) forming the metal film on the insulating film with a chemical machine. Forming a wiring made of the metal film inside the trench and the hole by polishing, and after the completion of the step (a), the step (b), the step (c) or the step (d) The time elapsed until the start of the measurement is measured, the semiconductor substrate in which the time is greater than or equal to a predetermined value, and the semiconductor substrate in which the time is less than a predetermined value are selected, and the time is less than the predetermined value That only the semiconductor substrate is intended to proceed to the next step.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
低誘電率膜を含む層間絶縁膜にダマシン法を用いてメタル配線を形成する半導体装置において、低誘電率膜の吸湿に起因する半導体装置の不良発生率を抑制できるので、半導体装置の製造歩留まりが向上する。 In a semiconductor device in which a metal wiring is formed on an interlayer insulating film including a low dielectric constant film by using a damascene method, the defect occurrence rate of the semiconductor device due to moisture absorption of the low dielectric constant film can be suppressed, so that the manufacturing yield of the semiconductor device improves.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る配線形成工程を示すフロー図である。なお、図1は、1層の配線を形成する工程のみを示しているが、実際の半導体装置の製造工程では、図1に示すフローを複数回繰り返すことによって、複数層の配線を形成することに留意すべきである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a flowchart showing a wiring forming process according to the first embodiment of the present invention. Note that FIG. 1 shows only a process of forming a single layer of wiring. However, in an actual semiconductor device manufacturing process, a plurality of layers of wiring are formed by repeating the flow shown in FIG. Should be noted.
図1に示す工程は、ウエハ上に低誘電率膜を含む絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程(301)と、上記絶縁膜上にフォトレジスト膜を塗布して露光および現像を行うリソグラフィ工程(302)と、上記フォトレジスト膜をマスクにしたエッチングで、絶縁膜にホールおよびトレンチを形成する絶縁膜エッチング工程(303)と、ホールおよびトレンチの内部にCu膜を埋め込んで化学的機械研磨を行うメタル埋め込み工程(304)とからなる。ダマシン法によるCu配線の形成方法については、図7〜図12を用いて説明したので、重複する部分については、繰り返して説明しない。 1 includes an insulating film deposition step (301) for depositing an insulating film including a low dielectric constant film on a wafer, and a lithography step (exposure and development) by applying a photoresist film on the insulating film. 302), etching using the photoresist film as a mask, an insulating film etching step (303) for forming holes and trenches in the insulating film, and chemical mechanical polishing by embedding a Cu film inside the holes and trenches Metal embedding step (304). The method for forming the Cu wiring by the damascene method has been described with reference to FIGS. 7 to 12, and therefore, overlapping portions will not be described repeatedly.
図1に示す各処理工程で使用される処理装置は、信号線201を介して生産制御装置200に接続されており、予め設定された複数の処理条件のうち、生産制御装置200によって指示された処理条件に従ってウエハの処理を行う。生産制御装置200は、例えば大型計算機(サーバー)で構成されており、互いに異なる識別符号によって区別された複数枚のウエハの処理工程や処理条件など、ウエハを処理するために必要な情報が予め入力されている。ウエハの処理が終了すると、処理装置は、処理開始時刻、処理終了時刻、処理エラー発生状況などを含むウエハの処理情報を生産制御装置200に送信する。
The processing apparatus used in each processing step shown in FIG. 1 is connected to the
処理が終了したウエハは、処理装置から取り出されて搬送手段に搭載される。生産制御装置200は、ウエハが搭載された搬送手段に対し、次工程の処理装置を指示する。生産制御装置200から指示を受けた搬送手段は、生産制御装置200が示した処理装置の受け入れ口へウエハを移動させる。ウエハが受け入れ口に到着すると、処理装置は、そのウエハの識別符号を生産制御装置200へ送信し、処理条件を問い合わせる。
The processed wafer is taken out from the processing apparatus and mounted on the transfer means. The
一方、生産制御装置200は、前工程の処理装置から受信した処理結果と、予め記録されているウエハの処理履歴とに基づいて、ウエハの不良判定を行う。すなわち、ウエハが次工程の処理装置の受け入れ口に到達し、続いて当該ウエハの識別符号が読み取られて生産制御装置200へ送信されると、生産制御装置200は、当該ウエハの不良判定を行う。そして、判定結果が良となれば、予め入力された処理条件の中から、問い合わせがあった処理条件を検索し、該当する処理条件に従った処理の開始を処理装置へ指示する。他方、判定結果が不良となれば、当該ウエハを処理工程から除外するよう指示する。
On the other hand, the
上記不良判定は、ウエハ上に形成された低誘電率膜の吸湿量を一定量以下に管理することを目的としている。そこで、予め図2に示すような低誘電率膜の吸湿量と不良発生率との関係を算出し、不良発生率が一定以下となる吸湿量を基準として不良判定を行う。 The purpose of the defect determination is to manage the moisture absorption amount of the low dielectric constant film formed on the wafer below a certain amount. Therefore, the relationship between the moisture absorption amount of the low dielectric constant film as shown in FIG. 2 and the defect occurrence rate is calculated in advance, and the defect determination is performed based on the moisture absorption amount at which the defect occurrence rate is below a certain level.
ウエハは、搬送手段によって一つの処理工程から次の処理工程に搬送される途中や保管中に大気に曝されるので、ウエハ上の低誘電率膜が大気中の水分を吸収する。また、処理工程中においても、純水や薬液を用いた洗浄などが行われるので、低誘電率膜が水分を吸収する。しかし、同じ処理工程で処理されるウエハであっても、処理装置の空き待ち時間やウエハの優先度などにより、大気に曝される時間はウエハ毎に異なる。また、処理工程によっては、吸湿が起こる低誘電率膜上に他の絶縁膜やフォトレジスト膜が積層されているので、低誘電率膜の吸湿量を直接測定することは困難である。 Since the wafer is exposed to the atmosphere while being transferred from one processing step to the next processing step by the transfer means or during storage, the low dielectric constant film on the wafer absorbs moisture in the air. In addition, since cleaning using pure water or a chemical solution is performed during the treatment process, the low dielectric constant film absorbs moisture. However, even for wafers that are processed in the same processing process, the exposure time to the atmosphere varies from wafer to wafer depending on the idle time of the processing apparatus and the priority of the wafer. In addition, depending on the processing steps, since another insulating film or a photoresist film is laminated on the low dielectric constant film where moisture absorption occurs, it is difficult to directly measure the moisture absorption amount of the low dielectric constant film.
そこで、予め処理工程間の経過時間と低誘電率膜の吸湿量との関係を算出し、処理工程間の経過時間が基準値を超えたウエハを不良とすることによって、低誘電率膜の吸湿量を一定量以下に抑える。例えば図1に示す工程では、絶縁膜堆積工程終了後またはリソグラフィ工程終了後から、絶縁膜エッチング工程開始前またはメタル埋め込み工程開始前までの経過時間を計測することによって、不良判定を行う。これにより、吸湿量のばらつきに起因する品質ばらつきが抑制されたウエハのみを次の処理工程で処理することが可能となる。 Therefore, the relationship between the elapsed time between processing steps and the amount of moisture absorbed by the low dielectric constant film is calculated in advance, and a wafer whose elapsed time between processing steps exceeds the reference value is regarded as defective. Keep the amount below a certain amount. For example, in the process shown in FIG. 1, the failure determination is performed by measuring the elapsed time from the end of the insulating film deposition process or the lithography process to the start of the insulating film etching process or before the start of the metal filling process. As a result, it is possible to process only the wafer in which the quality variation due to the moisture absorption variation is suppressed in the next processing step.
また、ウエハが搬送・保管される環境の湿度と搬送・保管時間とに基づいて基準値を算出し、この基準値を超えたウエハを不良とすることによって、低誘電率膜の吸湿量を一定量以下に抑えることもできる。通常、半導体製造施設では、複数のウエハを容器(ストッカ)に収容して搬送・保管する。従って、容器(ストッカ)内に湿度計を設置することにより、ウエハが搬送・保管される環境の湿度を計測することができる。 In addition, the reference value is calculated based on the humidity of the environment in which the wafer is transferred and stored, and the transfer and storage time, and the moisture absorption amount of the low dielectric constant film is kept constant by making the wafer that exceeds this reference value defective. It can also be suppressed below the amount. Usually, in a semiconductor manufacturing facility, a plurality of wafers are accommodated in a container (stocker) and transferred and stored. Therefore, by installing a hygrometer in the container (stocker), the humidity of the environment in which the wafer is transferred and stored can be measured.
生産制御装置200は、ウエハが不良判定を行う処理工程に先行する他の処理工程にある時、当該ウエハの処理履歴と入力されている後続の処理工程とから、不良判定の結果を逐次予測することもできる。そして、この予測に基づき、ウエハが不良とならないように、後続の処理工程におけるウエハの処理順番を変更する。
When the wafer is in another processing step preceding the processing step in which the wafer is determined to be defective, the
図3に示す第一の処理装置および第二の処理装置を使って処理される3枚のウエハW1、W2およびW3を用いて説明する。第一の処理装置(例えばリソグラフィ装置)および第二の処理装置(例えばエッチング装置)では、ウエハW1、W2、W3の順で処理が進められているが、生産制御装置200の不良判定予測から、ウエハW2およびW3は不良となることが予測されたとする。また、第二の処理装置およびそれ以降の処理装置において、ウエハW3、W2、W1の順で処理を進めると、すべてのウエハ(W1〜W3)が良となることが予測されたとする。 Description will be made using three wafers W1, W2, and W3 processed using the first processing apparatus and the second processing apparatus shown in FIG. In the first processing apparatus (for example, lithography apparatus) and the second processing apparatus (for example, etching apparatus), the processing is performed in the order of wafers W1, W2, and W3. Assume that wafers W2 and W3 are predicted to be defective. In the second processing apparatus and the subsequent processing apparatuses, it is assumed that when the processing proceeds in the order of wafers W3, W2, and W1, it is predicted that all the wafers (W1 to W3) are good.
この場合、生産制御装置200は、第一の処理装置で3つのウエハ(W1〜W3)を順次処理した後、ウエハW1およびW2をウエハ保管庫に格納し、ウエハW3のみを優先的に第二の処理装置へ搬送するよう、搬送手段に指示する。また、生産制御装置200は、ウエハ保管庫に格納されたウエハ(W1およびW2)をウエハW2、W1の順で第二の処理装置へ搬送するよう、搬送手段に指示する。このように、不良判定結果の予測に基づいてウエハの処理順番を適宜変更することにより、不良と判定されるウエハの割合を減らすことが可能となる。
In this case, the
不良判定によって不良と判定されたウエハの処理方法として、当該ウエハを製造ラインから取り除く以外に、別の処理を施して製造ラインに復帰させることもできる。図4を用いてその具体例を示す。図4は、リソグラフィ工程の後に第1回目の不良判定を行い、メタル埋め込み工程の後に第2回目の不良判定を行う場合である。 As a method for processing a wafer determined to be defective by the defect determination, in addition to removing the wafer from the production line, another process can be performed to return the wafer to the production line. A specific example is shown with reference to FIG. FIG. 4 shows a case where the first defect determination is performed after the lithography process, and the second defect determination is performed after the metal filling process.
まず、第1回目の不良判定で不良と判定されたウエハに対し、フォトレジスト膜を除去した後、ベーク処理を施すことによって、低誘電率膜の水分を除去する。ウエハの耐熱性を考慮すると、ベーク温度は100℃〜400℃が好ましい。ベーク処理を施したウエハは、絶縁膜堆積工程が終了したウエハと同等に扱い、リソグラフィ工程に搬送する。製造ラインに復帰したウエハに対して不良判定を行う場合、処理工程間の経過時間は、絶縁膜堆積工程終了後からではなく、ベーク工程終了後からとする。 First, the photoresist film is removed from the wafer determined to be defective in the first defect determination, and then the baking process is performed to remove moisture from the low dielectric constant film. Considering the heat resistance of the wafer, the baking temperature is preferably 100 ° C to 400 ° C. The wafer subjected to the baking process is handled in the same manner as the wafer after the insulating film deposition process and is transferred to the lithography process. When a defect is determined for a wafer returned to the production line, the elapsed time between processing steps is not after the insulating film deposition step is completed but after the baking step is completed.
同様に、第2回目の不良判定で不良と判定されたウエハに対し、ベーク処理を施すことによって、低誘電率膜の水分を除去する。ベーク処理を施したウエハは、第2回目の不良判定で良と判定されたウエハと同等に扱い、製造ラインに復帰させる。このように、不良と判定されたウエハに対し、良と判定されたウエハと異なる処理を施した後に本来の処理工程に復帰させることにより、後の工程で不良と判定されるウエハの数を減らすことが可能となる。 Similarly, the wafer determined to be defective in the second defect determination is baked to remove moisture from the low dielectric constant film. The wafer that has been baked is handled in the same manner as a wafer that is determined to be good in the second defect determination, and is returned to the production line. As described above, the number of wafers determined to be defective in a later process is reduced by performing processing different from that of a wafer determined to be good on the wafer determined to be defective and then returning to the original processing process. It becomes possible.
不良判定に用いる判定基準として、例えば式1に示すように、処理工程間の待ち時間に重み付け係数を乗じて積算した換算経過時間を用いることもできる。式1において、iは処理工程を示している。
As a determination criterion used for defect determination, for example, as shown in
換算経過時間=Σi(処理工程間待ち時間(i)×重み付け係数(i)) (式1)
上記重み付けが必要となる理由は、処理工程間の待ち時間が同じであっても、直前の処理工程の内容によって、ウエハの吸湿速度が異なるためである。例えばリソグラフィ工程においては、ウエハを水溶液に浸したり、加熱したりするので、絶縁膜堆積工程終了後からリソグラフィ工程開始前までの吸湿は無視できる。また、リソグラフィ工程終了後から絶縁膜エッチング工程開始前までは、ウエハの表面がフォトレジスト膜で覆われているので、低誘電率膜の吸湿には、比較的時間がかかる。他方、絶縁膜エッチング工程終了後は、ホールおよびトレンチの内部で低誘電率膜が露出するので、短時間で吸湿が進展する。フォトレジスト膜をアッシングによって除去する際に低誘電率膜がダメージを受けると、さらに短時間で吸湿が進展する。他方、メタル埋め込み工程終了後は、ホールおよびトレンチの内部にCu膜が埋め込まれるので、吸湿は短時間では進展しない。このような理由から、吸湿の進展が速い処理工程は重みを増やし、進展が遅い工程は重みを減らすことにより、低誘電率膜の吸湿量をより正確に反映した不良判定を行うことが可能となる。
Elapsed conversion time = Σi (waiting time between processing steps (i) x weighting coefficient (i)) (Equation 1)
The reason why the weighting is necessary is that, even if the waiting time between the processing steps is the same, the moisture absorption speed of the wafer differs depending on the content of the immediately preceding processing step. For example, in the lithography process, since the wafer is immersed in an aqueous solution or heated, moisture absorption from the end of the insulating film deposition process to the start of the lithography process can be ignored. Further, since the wafer surface is covered with the photoresist film from the end of the lithography process to the start of the insulating film etching process, it takes a relatively long time to absorb the low dielectric constant film. On the other hand, after the insulating film etching step is completed, the low dielectric constant film is exposed inside the hole and the trench, so that moisture absorption progresses in a short time. When the low dielectric constant film is damaged when the photoresist film is removed by ashing, moisture absorption further progresses in a shorter time. On the other hand, after completion of the metal filling step, the Cu film is buried in the holes and trenches, so that moisture absorption does not progress in a short time. For this reason, it is possible to perform a failure determination that more accurately reflects the amount of moisture absorbed by the low dielectric constant film by increasing the weight in a process step where moisture absorption progresses quickly and decreasing the weight in a process step where progress is slow. Become.
上記した重み付け係数には、処理工程の内容による吸湿速度の差に加えて、ウエハが搬送・保管される環境の差を反映させてもよい。すなわち、半導体製造施設は、クリーンルーム内の湿度および温度を一定に保つように管理されているが、例えば薬液を使用する処理装置の近傍など、局所的に見ると、必ずしも湿度が一定とは限らない。そこで、例えば式2に示すように、ウエハが搬送・保管される環境の湿度を反映した換算経過時間を用いることにより、さらに正確な不良判定を行うことが可能となる。
In addition to the difference in moisture absorption rate depending on the contents of the processing steps, the above weighting coefficient may reflect the difference in the environment in which the wafer is transferred and stored. That is, the semiconductor manufacturing facility is managed so as to keep the humidity and temperature in the clean room constant, but the humidity is not always constant when viewed locally, for example, in the vicinity of a processing apparatus using a chemical solution. . Therefore, for example, as shown in
換算経過時間=Σi(処理工程間待ち時間(i)×重み付け係数(i)×測定湿度(i)÷基準湿度) (式2)
式2は、測定した湿度が基準湿度より高い場合は、重み付け係数が大きくなり、測定した湿度が基準湿度より低い場合は、重み付け係数が小さくなることを意味している。ウエハが搬送・保管される環境の湿度を測定するには、例えばウエハを一時的に保管する保管庫内の湿度や、ウエハを搬送・保管する際に用いる容器(ストッカ)内の湿度を測定すればよい。
Elapsed conversion time = Σi (waiting time between processes (i) x weighting coefficient (i) x measured humidity (i) ÷ reference humidity) (Equation 2)
このように、本実施の形態によれば、低誘電率膜の吸湿に起因する半導体装置の不良発生を抑制できるので、層間絶縁膜材料として低誘電率膜を用いる半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of defects in the semiconductor device due to the moisture absorption of the low dielectric constant film, thereby improving the manufacturing yield of the semiconductor device using the low dielectric constant film as the interlayer insulating film material. be able to.
(実施の形態2)
低誘電率膜に吸収された水分を除去するには、前述したように、ウエハをベーク処理することが有効である。しかし、ベーク処理後から次工程までの待ち時間が長い場合には、ウエハが再び吸湿してしまう。その対策として、ベーク処理と次工程の処理とを一貫した一つの処理工程として行い、ベーク処理後の待ち時間を短時間に固定することが有効である。
(Embodiment 2)
In order to remove moisture absorbed in the low dielectric constant film, it is effective to bake the wafer as described above. However, when the waiting time from the baking process to the next process is long, the wafer again absorbs moisture. As a countermeasure, it is effective to perform the baking process and the process of the next process as one consistent processing process and fix the waiting time after the baking process in a short time.
図5は、ベーク処理を加えた配線形成工程を示すフロー図である。特に限定はされないが、ここでは、絶縁膜エッチング工程とベーク処理とを一貫した一つの処理工程として行い、メタル埋め込み工程後の絶縁膜堆積工程とベーク処理とを一貫した一つの処理工程として行う。 FIG. 5 is a flowchart showing a wiring forming process to which baking is applied. Although there is no particular limitation, here, the insulating film etching process and the baking process are performed as one consistent processing process, and the insulating film deposition process and the baking process after the metal filling process are performed as one consistent processing process.
絶縁膜エッチング工程とベーク処理とを一貫した一つの処理工程とするには、ベーク装置とエッチング装置との間の搬送経路を真空環境にする。これにより、ウエハが搬送される環境からの吸湿を確実に抑制することができる。また、絶縁膜エッチング工程では、ウエハを真空チャンバ内で処理するので、低誘電率膜中の水分が脱離し、エッチング特性を変動させることがある。従って、絶縁膜エッチング工程の直前にベーク処理を行うことは、エッチング特性を安定化させる効果もある。なお、絶縁膜エッチング工程では、ウエハ上にフォトレジスト膜が形成されているので、ベーク処理は、フォトレジスト膜の耐熱性を考慮した温度で行う。例えばArFフォトレジスト膜の場合は、200℃以下の温度でベーク処理を行うことが望ましい。 In order to make the insulating film etching process and the baking process one consistent process, the transfer path between the baking apparatus and the etching apparatus is set to a vacuum environment. As a result, moisture absorption from the environment in which the wafer is transferred can be reliably suppressed. In the insulating film etching process, since the wafer is processed in a vacuum chamber, moisture in the low dielectric constant film is desorbed, and the etching characteristics may be changed. Therefore, performing the baking process immediately before the insulating film etching step also has an effect of stabilizing the etching characteristics. In the insulating film etching step, since a photoresist film is formed on the wafer, the baking process is performed at a temperature considering the heat resistance of the photoresist film. For example, in the case of an ArF photoresist film, it is desirable to perform the baking process at a temperature of 200 ° C. or lower.
メタル埋め込み工程後の絶縁膜堆積工程は、メタル埋め込み工程によって完成したCu配線の上層に第2層目のCu配線を形成するための層間絶縁膜を堆積する工程である。絶縁膜堆積工程で堆積される層間絶縁膜は、バリア膜、低誘電率膜およびキャップ膜を含んでいる(図6参照)。これらの絶縁膜のうち、低誘電率膜上に堆積するキャップ膜には、一般にガス透過性の低い材料が使用される。従って、メタル埋め込み工程後の絶縁膜堆積工程で堆積される絶縁膜は、下層の層間絶縁膜に吸収された水分を膜中に閉じ込め、Cu配線の腐食を引き起こす。従って、メタル埋め込み工程後の絶縁膜堆積工程とベーク処理とを一貫して行うことにより、下層の層間絶縁膜に吸収された水分が低減されるので、Cu配線の腐食を抑制することができる。 The insulating film deposition step after the metal burying step is a step of depositing an interlayer insulating film for forming the second-layer Cu wiring on the Cu wiring completed by the metal burying step. The interlayer insulating film deposited in the insulating film deposition step includes a barrier film, a low dielectric constant film, and a cap film (see FIG. 6). Of these insulating films, a material having low gas permeability is generally used for the cap film deposited on the low dielectric constant film. Therefore, the insulating film deposited in the insulating film deposition process after the metal burying process confines moisture absorbed in the lower interlayer insulating film in the film and causes corrosion of the Cu wiring. Therefore, by consistently performing the insulating film deposition process and the baking process after the metal filling process, the moisture absorbed in the lower interlayer insulating film is reduced, so that corrosion of the Cu wiring can be suppressed.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、低誘電率膜を含む層間絶縁膜にメタル配線を形成する半導体装置に利用されるものである。 The present invention is used in a semiconductor device in which metal wiring is formed in an interlayer insulating film including a low dielectric constant film.
100 半導体基板
101 バリア膜
102 層間絶縁膜
103 キャップ膜
104 反射防止膜
105 フォトレジスト膜
106 ホール
107 反射防止膜
108 フォトレジスト膜
109 トレンチ
110 Cu膜
110a Cu配線
200 生産制御装置
201 信号線
100
Claims (16)
(b)フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで前記絶縁膜にトレンチおよびホールを形成する工程と、
(c)前記トレンチおよびホールの内部を含む前記絶縁膜上にメタル膜を埋め込む工程と、
(d)前記絶縁膜上の前記メタル膜を化学的機械研磨することによって、前記トレンチおよびホールの内部に前記メタル膜からなる配線を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法であって、
前記工程(a)の終了後から前記工程(b)、工程(c)または工程(d)の開始までに経過した時間を測定し、前記時間が所定の値以上である前記半導体基板と、前記時間が所定の値未満である前記半導体基板とを選別し、前記時間が所定の値未満である前記半導体基板のみを次工程に進めることを特徴とする半導体装置の製造方法。 (A) forming an insulating film including a low dielectric constant film on a main surface of a plurality of semiconductor substrates;
(B) forming a trench and a hole in the insulating film by dry etching using a photoresist film as a mask;
(C) burying a metal film on the insulating film including the inside of the trench and hole;
(D) forming a wiring made of the metal film inside the trench and hole by chemical mechanical polishing the metal film on the insulating film;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
Measuring the time elapsed from the end of the step (a) to the start of the step (b), step (c) or step (d), the semiconductor substrate having the time equal to or greater than a predetermined value; A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor substrate having a time less than a predetermined value is selected, and only the semiconductor substrate having the time less than a predetermined value is advanced to the next process.
(b)フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで前記絶縁膜にトレンチおよびホールを形成する装置と、
(c)前記トレンチおよびホールの内部を含む前記絶縁膜上にメタル膜を埋め込む装置と、
(d)前記絶縁膜上の前記メタル膜を化学的機械研磨することによって、前記トレンチおよびホールの内部に前記メタル膜からなる配線を形成する装置と、
(e)前記工程(a)の終了後から前記工程(b)、工程(c)または工程(d)の開始までに経過した時間を測定する手段とを含む半導体製造装置。 (A) an apparatus for forming an insulating film including a low dielectric constant film on a main surface of a plurality of semiconductor substrates;
(B) an apparatus for forming trenches and holes in the insulating film by dry etching using a photoresist film as a mask;
(C) an apparatus for embedding a metal film on the insulating film including the inside of the trench and hole;
(D) an apparatus for forming a wiring made of the metal film inside the trench and the hole by chemical mechanical polishing the metal film on the insulating film;
(E) A semiconductor manufacturing apparatus including means for measuring a time elapsed from the end of the step (a) to the start of the step (b), the step (c) or the step (d).
(b)フォトレジスト膜をマスクにしたドライエッチングで前記絶縁膜にトレンチおよびホールを形成する工程と、
(c)前記トレンチおよびホールの内部を含む前記絶縁膜上にメタル膜を埋め込む工程と、
(d)前記絶縁膜上の前記メタル膜を化学的機械研磨することによって、前記トレンチおよびホールの内部に前記メタル膜からなる配線を形成する工程と、
(e)前記工程(a)の終了後から前記工程(b)、工程(c)または工程(d)の開始までに経過した時間が所定の値以上である前記半導体基板と、前記時間が所定の値未満である前記半導体基板とを選別する制御システムと、
を備えた半導体製造システム。 (A) forming an insulating film including a low dielectric constant film on a main surface of a plurality of semiconductor substrates;
(B) forming a trench and a hole in the insulating film by dry etching using a photoresist film as a mask;
(C) burying a metal film on the insulating film including the inside of the trench and hole;
(D) forming a wiring made of the metal film inside the trench and hole by chemical mechanical polishing the metal film on the insulating film;
(E) The semiconductor substrate in which the time elapsed from the end of the step (a) to the start of the step (b), step (c) or step (d) is a predetermined value or more, and the time is predetermined. A control system for selecting the semiconductor substrate that is less than the value of
Semiconductor manufacturing system equipped with.
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JP2006065168A JP2007242982A (en) | 2006-03-10 | 2006-03-10 | Manufacturing method of semiconductor device, semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor-manufacturing system |
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JP7386679B2 (en) | 2019-11-21 | 2023-11-27 | 日清紡マイクロデバイス株式会社 | Film-forming method and film-forming equipment |
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- 2006-03-10 JP JP2006065168A patent/JP2007242982A/en active Pending
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