JP2008153301A - Method and device for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method and device for manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2008153301A
JP2008153301A JP2006337408A JP2006337408A JP2008153301A JP 2008153301 A JP2008153301 A JP 2008153301A JP 2006337408 A JP2006337408 A JP 2006337408A JP 2006337408 A JP2006337408 A JP 2006337408A JP 2008153301 A JP2008153301 A JP 2008153301A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
light
manufacturing
film
semiconductor substrate
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
JP2006337408A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaichi Hamada
政一 浜田
Atsushi Nishimura
淳 西村
Tomotaka Shono
友陵 庄野
Masashi Muranaka
誠志 村中
Manabu Sueyoshi
学 末吉
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.)
Renesas Technology Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Renesas Technology Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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 Renesas Technology Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Renesas Technology Corp
Priority to JP2006337408A priority Critical patent/JP2008153301A/en
Publication of JP2008153301A publication Critical patent/JP2008153301A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for manufacturing a semiconductor device capable of manufacturing the semiconductor device having excellent embedding characteristics to a wiring trench and a high reliability. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the semiconductor device has a process (a) forming an insulating film 102 forming the wiring trenches 103, a process (b) successively forming a conductive barrier film 104 and a seed film 105 on the insulating film 102 and a process (c) forming an electroplating film 106 on the seed film 105 by an electroplating method on a semiconductor substrate 101. In the process (c), electroplating is conducted while irradiating the substrate surface of the semiconductor substrate 101 with a light from a direction from 70° to 90° to the substrate surface. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、銅などの電解めっきを用いた半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using electrolytic plating of copper or the like and an apparatus for manufacturing a semiconductor device.

近年、半導体装置の低抵抗化を実現するために、銅を用いたダマシン配線の開発が行われている。しかし、半導体装置の微細化が進むとともに、電解めっき法を用いたダマシン配線の形成工程において、配線溝の良好な埋め込み特性を維持するのが困難になってきている。   In recent years, damascene wiring using copper has been developed in order to reduce the resistance of semiconductor devices. However, with the progress of miniaturization of semiconductor devices, it has become difficult to maintain good embedding characteristics of wiring grooves in a damascene wiring forming process using an electrolytic plating method.

これまで、ダマシン配線の配線溝の埋め込み方法として、電解めっき方法の中でも、電流および電圧をパルス状に印加しながらめっきする方法や、光を照射することにより添加剤を分解させながらめっきする方法などが提案されている。以下、図4を参照しながら、従来の半導体装置の製造方法について説明する(特許文献1参照)。図4(a)〜(f)は、それぞれ従来の半導体装置の製造方法におけるダマシン配線工程を示す断面図である。   Up to now, as a method for embedding wiring grooves of damascene wiring, among electrolytic plating methods, a method of plating while applying current and voltage in a pulse shape, a method of plating while decomposing additives by irradiating light, etc. Has been proposed. Hereinafter, a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIG. 4 (see Patent Document 1). 4A to 4F are cross-sectional views showing a damascene wiring process in a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

最初に、図4(a)に示す工程では、半導体基板401上にシリコン酸化膜402を成膜する。続いて、図4(b)に示す工程では、リソグラフィー法およびドライエッチング法により、シリコン酸化膜402内にダマシン配線溝403を形成する。   First, in the step shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 402 is formed on the semiconductor substrate 401. Subsequently, in the step shown in FIG. 4B, a damascene wiring trench 403 is formed in the silicon oxide film 402 by lithography and dry etching.

次に、図4(c)に示す工程では、シリコン酸化膜402の上面およびダマシン配線溝403の内壁の上に、導電性バリア金属層404を成膜する。その後、図4(d)に示すように、導電性バリア金属層404上に、シード層405を成膜する。   Next, in the step shown in FIG. 4C, a conductive barrier metal layer 404 is formed on the upper surface of the silicon oxide film 402 and the inner wall of the damascene wiring trench 403. Thereafter, as shown in FIG. 4D, a seed layer 405 is formed on the conductive barrier metal layer 404.

続いて、図4(e)に示す工程では、シード層405を電極として、短波長の紫外線407を照射しながら電解銅めっきを行い、シード層405上に少なくともダマシン配線溝403が埋まるまで、銅膜406を成膜させる。ここで、電解銅めっき液としては、硫酸銅溶液を基本めっき液とする。また、硫酸銅溶液に含まれる溶剤としては、光沢性および機械的電気的強度を改善するための塩素、抑制剤として働くポリエチレングリコールなどの高分子化合物、促進剤として働くチオ化合物、およびレベラー剤として働くアゾ化合物が用いられる。なお、この工程では紫外線407を斜め方向(半導体基板401の基板面(配線が形成される面)に対して1度の方向)から照射することにより、シリコン酸化膜402の凸部上に形成された銅膜406に含まれるチオ化合物(促進剤)を優先的に分解させて、シリコン酸化膜402の凹部上に形成された銅膜406に含まれるチオ化合物(促進剤)を残存させる。このような状態で、電解銅めっきを行うことにより、チオ化合物(促進剤)が残存している凹部が凸部よりも優先的にめっきされる。以上の電解めっきプロセスにより、従来の半導体装置の製造方法では、凹凸が少なく、平坦化された銅膜406を成膜することができる。   Subsequently, in the process shown in FIG. 4E, electrolytic copper plating is performed using the seed layer 405 as an electrode while irradiating ultraviolet light 407 having a short wavelength, and the copper is used until at least the damascene wiring groove 403 is buried on the seed layer 405. A film 406 is formed. Here, as an electrolytic copper plating solution, a copper sulfate solution is used as a basic plating solution. In addition, as a solvent contained in the copper sulfate solution, chlorine, a polymer compound such as polyethylene glycol that acts as an inhibitor, a thio compound that acts as an accelerator, and a leveler agent to improve glossiness and mechanical and electrical strength A working azo compound is used. In this step, ultraviolet rays 407 are irradiated on the convex portions of the silicon oxide film 402 by irradiating the ultraviolet rays 407 from an oblique direction (a direction of 1 degree with respect to the substrate surface (surface on which the wiring is formed) of the semiconductor substrate 401). The thio compound (promoter) contained in the copper film 406 is preferentially decomposed to leave the thio compound (promoter) contained in the copper film 406 formed on the recess of the silicon oxide film 402. By performing electrolytic copper plating in such a state, the concave portion where the thio compound (accelerator) remains is preferentially plated over the convex portion. With the above electrolytic plating process, the conventional method for manufacturing a semiconductor device can form a flattened copper film 406 with less unevenness.

最後に、図4(f)に示す工程では、化学機械研磨法によって、ダマシン配線溝403の外側に形成された銅膜406、シード層405、および導電性バリア金属層404を除去することにより、ダマシン配線を形成することができる。
特開2005−333153号公報
Finally, in the step shown in FIG. 4F, the copper film 406, the seed layer 405, and the conductive barrier metal layer 404 formed outside the damascene wiring trench 403 are removed by a chemical mechanical polishing method. Damascene wiring can be formed.
JP 2005-333153 A

しかしながら、チオ化合物(促進剤)を分解する従来の電解めっき方法では、ダマシン配線溝403の埋め込み特性が劣化するため、半導体装置の微細化への対応が難しくなっている。ここで、ダマシン配線溝403の埋め込み特性が劣化すると、ダマシン配線溝403内にボイドが発生し、半導体装置における電気特性および信頼性が低下するという可能性がある。   However, in the conventional electroplating method for decomposing the thio compound (accelerator), the embedding characteristic of the damascene wiring groove 403 is deteriorated, so that it is difficult to cope with the miniaturization of the semiconductor device. Here, when the embedding characteristic of the damascene wiring groove 403 is deteriorated, a void is generated in the damascene wiring groove 403, and there is a possibility that the electrical characteristics and reliability of the semiconductor device are lowered.

また、従来の電解めっき方法では、図5に示すような不具合も生じる可能性がある。図5(a)、(b)は、従来の半導体装置の製造方法における光を照射する様子を示す断面図である。   Moreover, in the conventional electrolytic plating method, the malfunction as shown in FIG. 5 may also arise. 5A and 5B are cross-sectional views showing a state in which light is irradiated in a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

図5(a)に示すように、半導体装置501の基板面に対して低角度の方向から光を照射する際、例えば半導体装置501の基板面に対して3度で入射させる場合、めっき装置に設けられた電界遮蔽板502あるいはフィルター(図示せず)等と半導体装置501との距離を8mm以上にしなければ、光を半導体装置501の基板面全体に照射することができない。しかしながら、通常、電解めっき膜の均一性を向上させるためには、フィルターあるいは電界遮蔽板502と半導体装置501との距離は、それぞれ1〜4mmの範囲であることが望ましい。したがって、上記の距離を大きくする必要がある従来の半導体装置の製造方法では、電解めっき膜の均一性が悪化するおそれがある。   As shown in FIG. 5A, when irradiating light from a direction at a low angle with respect to the substrate surface of the semiconductor device 501, for example, when the light is incident on the substrate surface of the semiconductor device 501 at 3 degrees, it is applied to the plating apparatus. Unless the distance between the provided electric field shielding plate 502 or a filter (not shown) or the like and the semiconductor device 501 is not less than 8 mm, the entire substrate surface of the semiconductor device 501 cannot be irradiated with light. However, in general, in order to improve the uniformity of the electrolytic plating film, the distance between the filter or electric field shielding plate 502 and the semiconductor device 501 is preferably in the range of 1 to 4 mm. Therefore, in the conventional method of manufacturing a semiconductor device that needs to increase the distance, the uniformity of the electrolytic plating film may be deteriorated.

また、図5(b)に示すように、半導体基板401に対して低角度の方向から光を照射する際は、凸部と凹部との段差により、銅膜406上には光が照射されない影の領域が生じてしまう。ここで、上記の段差が200nmある場合、配線幅方向の長さが約4000nmである影の領域が生じ、影の領域では電解めっきが十分に進行しなくなってしまうおそれがある。   Further, as shown in FIG. 5B, when the semiconductor substrate 401 is irradiated with light from a low-angle direction, the copper film 406 is not irradiated with light due to the step between the convex and concave portions. This area will be generated. Here, when the step is 200 nm, a shadow region having a length in the wiring width direction of about 4000 nm is generated, and there is a possibility that the electroplating may not sufficiently proceed in the shadow region.

本発明は、上記の不具合を鑑みてなされたものであり、配線溝への埋め込み特性が良好で、信頼性の高い半導体装置を作製することができる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus capable of manufacturing a highly reliable semiconductor device having good embedding characteristics in a wiring trench. The purpose is to provide.

上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、配線溝が設けられた絶縁膜を形成する工程(a)と、前記絶縁膜の上面上および前記配線溝の内壁の上に第1の金属膜を形成する工程(b)と、前記第1の金属膜上に、第2の金属膜を形成する工程(c)と、前記半導体基板の基板面に対して70度以上90度以下の方向から光を照射しながら、電解めっき法により前記第2の金属膜上に前記配線溝を埋める第3の金属膜を形成する工程(d)と、前記配線溝の外側に形成された前記第1の金属膜、前記第2の金属膜、および前記第3の金属膜を除去して、前記配線溝内に配線を形成する工程(e)とを備えている。   In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step (a) of forming an insulating film provided with a wiring groove on a semiconductor substrate, a top surface of the insulating film, and the wiring groove. A step (b) of forming a first metal film on the inner wall of the substrate, a step (c) of forming a second metal film on the first metal film, and a substrate surface of the semiconductor substrate. A step (d) of forming a third metal film filling the wiring groove on the second metal film by electrolytic plating while irradiating light from a direction of 70 degrees or more and 90 degrees or less; and the wiring groove And (e) forming a wiring in the wiring groove by removing the first metal film, the second metal film, and the third metal film formed on the outside of the wiring. .

この方法によると、工程(d)において半導体基板の基板面に対して70度以上90度以下の方向から光を照射しながら電解めっきを行うことで、電解めっき液に含まれる添加剤が分解されることなく、第2の金属膜を活性化することができる。これにより、活性化された第2の金属膜の表面に、例えば促進剤などの添加剤が効率良く作用することができるため、配線溝におけるボイドの発生が抑制され、埋め込み特性が良好な第3の金属膜を得ることができる。その結果、本発明の製造方法では、微細化されても良好な埋め込み特性を維持することができ、信頼性の高い半導体装置を実現することが可能となる。   According to this method, the additive contained in the electrolytic plating solution is decomposed by performing electrolytic plating while irradiating light from the direction of 70 degrees or more and 90 degrees or less with respect to the substrate surface of the semiconductor substrate in the step (d). Without activation, the second metal film can be activated. As a result, an additive such as an accelerator can act efficiently on the surface of the activated second metal film, so that the generation of voids in the wiring trench is suppressed, and the filling characteristics are excellent. The metal film can be obtained. As a result, the manufacturing method of the present invention can maintain good embedding characteristics even when miniaturized, and can realize a highly reliable semiconductor device.

また、前記工程(d)では、前記半導体基板の基板面に対して垂直な方向から光を照射することが好ましい。この場合、半導体基板に形成された凸部による影の領域の発生が抑制されるため、半導体基板に対して光をより均一に照射することができ、均一性が良好な第3の金属膜を形成することができる。   In the step (d), it is preferable to irradiate light from a direction perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate. In this case, since the generation of shadow areas due to the protrusions formed on the semiconductor substrate is suppressed, the semiconductor substrate can be irradiated with light more uniformly, and the third metal film with good uniformity can be formed. Can be formed.

なお、前記工程(c)で形成される前記第2の金属膜と前記工程(d)で形成される前記第3の金属膜とは、互いに同じ金属を主成分とすることが好ましく、前記金属が銅であれば特に好ましい。   The second metal film formed in the step (c) and the third metal film formed in the step (d) are preferably composed of the same metal as a main component. It is particularly preferable that is copper.

また、本発明の半導体装置の製造装置は、回転機構を有し、半導体基板を保持するための保持部と、前記保持部に対向し、前記半導体基板へ光を出射するための発光体と、前記保持部と前記発光体との間に設けられ、少なくとも1つの開口部を有する遮蔽板とを備えている。   Further, the semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention has a rotation mechanism, a holding unit for holding the semiconductor substrate, a light emitter for facing the holding unit and emitting light to the semiconductor substrate, A shielding plate provided between the holding portion and the light emitter and having at least one opening;

これによれば、発光体と半導体基板との間に設置された電界遮蔽板に開口部が形成されているため、半導体基板の基板面に対して例えば垂直な方向から光を照射することができる。このため、電解めっきの工程において本発明の製造装置を用いると、電解めっき液に含まれる添加剤が分解されることなく、効率良く電解めっきを行うことができ、配線溝に対する金属の埋め込み特性を向上させることができる。その結果、本発明に係る半導体装置の製造装置では、初期の電気特性の不良が起こりにくく、信頼性の高い半導体装置を製造することが可能となる。   According to this, since the opening is formed in the electric field shielding plate installed between the light emitter and the semiconductor substrate, it is possible to irradiate light from a direction perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate, for example. . For this reason, when the manufacturing apparatus of the present invention is used in the electrolytic plating process, the electrolytic plating solution can be efficiently electroplated without being decomposed, and the metal embedding property in the wiring groove can be improved. Can be improved. As a result, in the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention, it is possible to manufacture a highly reliable semiconductor device in which initial electrical characteristics are unlikely to deteriorate.

本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置によると、従来よりも半導体基板の基板面に対して大きな角度から光を照射しながら電解めっきを行うことで、配線溝の埋め込み特性を向上させることができる。このため、半導体装置を微細化しても、良好な埋め込み特性を示し、信頼性の高い半導体装置を実現することが可能となる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device and the apparatus for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the embedding property of the wiring groove is improved by performing electroplating while irradiating light from a larger angle to the substrate surface of the semiconductor substrate than before. Can be made. For this reason, even if the semiconductor device is miniaturized, it is possible to realize a highly reliable semiconductor device that exhibits good embedding characteristics.

(実施形態)
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置について、図面を参照しながら説明する。最初に本実施形態の半導体装置の製造方法について述べる。
(Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufacturing apparatus according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.

図1(a)〜(f)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。   1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment.

まず、図1(a)に示すように、半導体基板101上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により成膜温度を350℃として、膜厚が300nmの絶縁膜102を形成する。なお、絶縁膜102の材料としては、例えばSi(シリコン)とC(炭素)、O(酸素)またはN(窒素)などから構成される化合物が挙げられる。また、本実施形態では1層のみを成膜しているが、2層以上の絶縁膜を順次形成してもよい。なお、成膜方法としては、溶剤を塗布した後、200℃以上の条件でアニール処理することで絶縁膜102を成膜する方法も用いることができる。   First, as shown in FIG. 1A, an insulating film 102 having a film thickness of 300 nm is formed on a semiconductor substrate 101 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method at a film formation temperature of 350 ° C. As a material of the insulating film 102, for example, a compound composed of Si (silicon) and C (carbon), O (oxygen), N (nitrogen), or the like can be given. Further, although only one layer is formed in this embodiment, two or more insulating films may be sequentially formed. Note that as a film formation method, a method in which the insulating film 102 is formed by applying a solvent and then performing an annealing process at 200 ° C. or higher can be used.

次に、図1(b)に示すように、フォトレジスト(図示せず)をマスクとして、ドライエッチング法により絶縁膜102内に配線溝103を形成する。   Next, as shown in FIG. 1B, a wiring groove 103 is formed in the insulating film 102 by dry etching using a photoresist (not shown) as a mask.

次に、図1(c)に示すように、絶縁膜102の上面および配線溝103の内壁の上に、スパッタ法を用いて例えばTa(タンタル)からなる導電性バリア膜104を成膜する。このとき、ターゲットバイアスを30kW、基板バイアスを300Wとする成膜条件を用いる。ここで、導電性バリア膜104の材料としてTa以外に、Ti(チタン)、W(タングステン)、およびRu(ルテニウム)などの金属や、これらの金属にN(窒素)、C(炭素)、またはSi(シリコン)がドープされた金属化合物を用いてもよい。また、これらの金属や金属化合物を順次積層した膜でも問題ない。特に、導電性バリア膜104としては、TaN、Taを順次形成した積層膜が好ましい。また、導電性バリア膜104の成膜方法としては、PVD(Physical Vapor Deposition)法を用いているが、CVD法によって成膜してもよい。さらに、成膜用のガスの組成を連続的に変化させながら成膜することで、組成が連続的に変化した導電性バリア膜104を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 1C, a conductive barrier film 104 made of, for example, Ta (tantalum) is formed on the upper surface of the insulating film 102 and the inner wall of the wiring groove 103 by sputtering. At this time, a film forming condition is used in which the target bias is 30 kW and the substrate bias is 300 W. Here, in addition to Ta as a material for the conductive barrier film 104, metals such as Ti (titanium), W (tungsten), and Ru (ruthenium), and N (nitrogen), C (carbon), or these metals can be used. A metal compound doped with Si (silicon) may be used. A film in which these metals and metal compounds are sequentially laminated is not a problem. In particular, the conductive barrier film 104 is preferably a laminated film in which TaN and Ta are sequentially formed. Further, as a method for forming the conductive barrier film 104, the PVD (Physical Vapor Deposition) method is used, but the conductive barrier film 104 may be formed by a CVD method. Further, the conductive barrier film 104 having a continuously changing composition may be formed by forming a film while continuously changing the composition of the film forming gas.

次に図1(d)に示すように、導電性バリア膜104上に、スパッタ法を用いて例えば膜厚が40nmで、Cuなどからなるシード膜105を成膜する。このとき、ターゲットバイアスを40kW、基板バイアスを600Wとする成膜条件を用いる。なお、PVD法以外に、CVD法を用いてシード膜105を成膜してもよい。   Next, as shown in FIG. 1D, a seed film 105 made of Cu or the like having a film thickness of, for example, 40 nm is formed on the conductive barrier film 104 by sputtering. At this time, film forming conditions are used in which the target bias is 40 kW and the substrate bias is 600 W. In addition to the PVD method, the seed film 105 may be formed using a CVD method.

次に図1(e)に示すように、半導体基板101全体を硫酸銅めっき液が入っためっき槽(図示せず)に浸漬し、光107を照射しながら、電解めっきによりシード膜105に電流を流すことで、シード膜105上に例えば膜厚が500nmで銅からなる電解めっき膜106を成膜する。ここで用いる硫酸銅めっき液には、例えば塩素が10〜100ppm、硫酸が10〜250g/L、および銅が5〜100g/Lの濃度でそれぞれ含まれている。硫酸銅めっき液に含まれる添加剤としては、ポリエチレングリコールなどの高分子化合物(抑制剤)、チオ化合物(促進剤)、およびアゾ化合物(レベラー剤)などが用いられる。   Next, as shown in FIG. 1E, the entire semiconductor substrate 101 is immersed in a plating tank (not shown) containing a copper sulfate plating solution, and an electric current is applied to the seed film 105 by electrolytic plating while irradiating light 107. As a result, an electrolytic plating film 106 made of copper having a film thickness of, for example, 500 nm is formed on the seed film 105. The copper sulfate plating solution used here contains, for example, chlorine at a concentration of 10 to 100 ppm, sulfuric acid at a concentration of 10 to 250 g / L, and copper at a concentration of 5 to 100 g / L. Examples of the additive contained in the copper sulfate plating solution include a polymer compound (inhibitor) such as polyethylene glycol, a thio compound (accelerator), and an azo compound (leveler agent).

なお、本工程では半導体基板101の基板面に対して垂直な方向から光107を照射させる。また、照射する光107の波長は、400nm以上600nm以下であることが好ましい。この範囲の波長を有する光107を照射する理由について図2を用いて以下に説明する。   Note that in this step, the light 107 is irradiated from a direction perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate 101. Moreover, it is preferable that the wavelength of the light 107 to irradiate is 400 nm or more and 600 nm or less. The reason why the light 107 having a wavelength in this range is irradiated will be described below with reference to FIG.

図2は、光の波長に対する銅の反射率を示す図である。同図から、銅は、600nm以下の波長の光を吸収しやすいことがわかる。また、上述した各種の添加剤に含まれるC−C結合などの単結合は200〜370nmの波長を有する光を吸収し、C=O結合などのニ重結合は150〜220nmの波長を有する光を吸収する。このため、光による添加剤の分解を抑制するためには、例えば400nm以上の長波長の光を用いることが好ましい。以上のことより、添加剤へ及ぼす影響を抑えながら、銅の表面を活性化するためには、400nm以上600nm以下の波長の光を照射することが効果的である。   FIG. 2 is a diagram showing the reflectance of copper with respect to the wavelength of light. From this figure, it can be seen that copper easily absorbs light having a wavelength of 600 nm or less. In addition, single bonds such as C—C bonds included in the various additives described above absorb light having a wavelength of 200 to 370 nm, and double bonds such as C═O bonds are light having a wavelength of 150 to 220 nm. To absorb. For this reason, in order to suppress decomposition of the additive by light, it is preferable to use light having a long wavelength of, for example, 400 nm or more. From the above, in order to activate the copper surface while suppressing the influence on the additive, it is effective to irradiate light having a wavelength of 400 nm or more and 600 nm or less.

最後に、図1(f)に示すように、CMP(化学機械研磨)法により、配線溝103の外側に形成された電解めっき膜106、シード膜105、および導電性バリア膜104を除去することにより、本実施形態の半導体装置に係るダマシン配線を作製することができる。   Finally, as shown in FIG. 1F, the electrolytic plating film 106, the seed film 105, and the conductive barrier film 104 formed on the outside of the wiring trench 103 are removed by a CMP (chemical mechanical polishing) method. Thus, the damascene wiring according to the semiconductor device of this embodiment can be manufactured.

本実施形態の製造方法の特徴は、図1(e)に示す工程において、半導体基板101の基板面に対して垂直な方向から光107を照射しながら、電解めっきを行うことにある。この方法によれば、めっき液に含まれる添加剤が分解されることなく、銅からなるシード膜105が照射された光107を吸収し活性化することができる。この場合、活性化されたシード膜105の表面に、促進剤などの添加剤が効率良く作用することができるため、配線溝103にボイドなどが発生するのが抑制され、埋め込み特性が良好な電解めっき膜106を得ることができる。その結果、本実施形態の製造方法では、微細化されても良好な埋め込み特性を維持でき、信頼性の高い半導体装置を実現することが可能となる。   A feature of the manufacturing method of this embodiment is that, in the step shown in FIG. 1E, electrolytic plating is performed while irradiating light 107 from a direction perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate 101. According to this method, the light 107 irradiated with the seed film 105 made of copper can be absorbed and activated without the additives contained in the plating solution being decomposed. In this case, since an additive such as an accelerator can efficiently act on the surface of the activated seed film 105, generation of voids and the like in the wiring groove 103 is suppressed, and electrolysis with good filling characteristics is achieved. The plating film 106 can be obtained. As a result, the manufacturing method according to the present embodiment can maintain good embedding characteristics even when miniaturized, and can realize a highly reliable semiconductor device.

なお、図1(e)に示す電解めっきの工程では、半導体基板101上に形成された凸部により影の領域が発生するのを抑制するため、半導体基板101の基板面に対して、70度以上90度以下の方向から光107を照射することが好ましい。さらには、実施形態の製造方法のように、半導体基板101の基板面に対して垂直な方向から光107を照射すると特に好ましい。   Note that in the electrolytic plating step shown in FIG. 1E, in order to suppress the generation of a shadow region due to the convex portion formed on the semiconductor substrate 101, the substrate surface of the semiconductor substrate 101 is 70 degrees. It is preferable to irradiate the light 107 from a direction of 90 degrees or less. Furthermore, it is particularly preferable that the light 107 is irradiated from a direction perpendicular to the substrate surface of the semiconductor substrate 101 as in the manufacturing method of the embodiment.

次に、本実施形態に係る半導体装置の製造装置について図3を用いて説明する。図3(a)は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置を示す上面図であり、図3(b)は、図3(a)に示すIIIb−IIIb線における断面図である。また、図3(c)は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置を示す斜視図である。なお、図3に示す製造装置は、上述の図1(e)に示す電解めっきの工程に用いる製造装置である。   Next, the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 3A is a top view showing the semiconductor device manufacturing apparatus according to this embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIb-IIIb shown in FIG. FIG. 3C is a perspective view showing the semiconductor device manufacturing apparatus according to this embodiment. In addition, the manufacturing apparatus shown in FIG. 3 is a manufacturing apparatus used for the process of the electrolytic plating shown in the above-mentioned FIG.1 (e).

図3(a)〜(c)に示すように、本実施形態に係る半導体装置の製造装置は、回転機構を有し、半導体基板201を支持するための保持部200と、保持部200に対向し、半導体基板201へ光205を出射するための発光体203と、保持部200と発光体203との間に設けられ、開口部202を有する電界遮蔽板204およびフィルター(図示せず)とを備えている。なお、電界遮蔽板204は、フィルター(図示せず)や半導体基板201の周辺部にいおける電界をコントロールするために設けられている。また、電界遮蔽板204およびフィルター(図示せず)に設けられた開口部は複数個形成されていてもよい。   As shown in FIGS. 3A to 3C, the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present embodiment has a rotation mechanism and is opposed to the holding unit 200 for supporting the semiconductor substrate 201 and the holding unit 200. A light emitter 203 for emitting light 205 to the semiconductor substrate 201, and an electric field shielding plate 204 and a filter (not shown) provided between the holding portion 200 and the light emitter 203 and having an opening 202. I have. The electric field shielding plate 204 is provided to control the electric field in the periphery of the filter (not shown) and the semiconductor substrate 201. Further, a plurality of openings provided in the electric field shielding plate 204 and the filter (not shown) may be formed.

また、図示はしないが、電界遮蔽板204およびフィルターと発光体203との間にはアノードが設けられている。図1(e)に示す工程では、半導体基板201上に形成されたシード膜105(図1(d)参照)をカソードとして、アノードとカソードとの間に電流を印加することで、電解めっきが行われる。電界めっきの電流条件としては、電流密度が5〜50mA、回転数が5〜200rpmであることが好ましい。   Although not shown, an anode is provided between the electric field shielding plate 204 and the filter and the light emitter 203. In the step shown in FIG. 1E, electrolytic plating is performed by applying a current between the anode and the cathode using the seed film 105 (see FIG. 1D) formed on the semiconductor substrate 201 as a cathode. Done. As current conditions for electroplating, it is preferable that the current density is 5 to 50 mA and the rotation speed is 5 to 200 rpm.

続いて、本実施形態に係る半導体装置の製造装置の動作について説明する(図3参照)。本実施形態の製造装置では、半導体基板201を保持部200に設置し、保持部200を回転させながら、発光体203より半導体基板201に対して光205を照射する。このとき、発光体203から出射された光205は、フィルター(図示せず)および電界遮蔽板204に設けられた開口部202を通って、半導体基板201へ入射する。   Next, the operation of the semiconductor device manufacturing apparatus according to this embodiment will be described (see FIG. 3). In the manufacturing apparatus of the present embodiment, the semiconductor substrate 201 is placed on the holding unit 200, and the light 205 is irradiated with light 205 from the light emitter 203 while rotating the holding unit 200. At this time, the light 205 emitted from the light emitter 203 enters the semiconductor substrate 201 through a filter (not shown) and the opening 202 provided in the electric field shielding plate 204.

本実施形態の半導体装置の製造装置では、発光体203と半導体基板201との間に設置されたフィルター(図示せず)および電界遮蔽板204に開口部202が形成されているため、半導体基板201の基板面に対して垂直に光205を照射することができる。その結果、電解めっきの際に、めっき液中の添加剤が分解されることなく効率良く電解めっきを行うことができ、配線溝に対しても良好な埋め込み特性を示すことができる。これにより、本実施形態に係る半導体製造装置を用いると、初期の電気特性の不良が起こりにくく、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。   In the semiconductor device manufacturing apparatus of the present embodiment, since the opening 202 is formed in the filter (not shown) and the electric field shielding plate 204 installed between the light emitter 203 and the semiconductor substrate 201, the semiconductor substrate 201. The light 205 can be irradiated perpendicularly to the substrate surface. As a result, at the time of electrolytic plating, the electrolytic plating can be performed efficiently without the decomposition of the additive in the plating solution, and good embedding characteristics can be exhibited even in the wiring groove. As a result, when the semiconductor manufacturing apparatus according to the present embodiment is used, it is possible to manufacture a highly reliable semiconductor device in which initial electrical characteristics are unlikely to deteriorate.

なお、例えば直径が300nmである半導体基板201を用いる場合、開口部202の長手方向の長さは150mm以上あればよい。この場合、半導体基板201を回転させながら電界めっきを行うことで、半導体基板201全体に光205を照射することができる。また、開口部202の短手方向の長さは、半導体基板201の回転数によって調整することができる。   For example, when the semiconductor substrate 201 having a diameter of 300 nm is used, the length of the opening 202 in the longitudinal direction may be 150 mm or more. In this case, the entire semiconductor substrate 201 can be irradiated with light 205 by performing electroplating while rotating the semiconductor substrate 201. Further, the length in the short direction of the opening 202 can be adjusted by the number of rotations of the semiconductor substrate 201.

なお、本実施形態の製造装置では、例えば半導体基板201の基板面および電界遮蔽板204の下面(発光体203に対向する面)に平行な方向を軸として所定の幅で回転したり、平面的に見て一部分のみが開口部202と重なるように、電界遮蔽板204と平行な方向に移動したりすることができる発光体203を備えていてもよい。以上のような可動式の発光体203を用いることで、半導体基板201の基板面に対して70度以上90度未満の方向から光を照射することが可能となる。   In the manufacturing apparatus of the present embodiment, for example, it rotates with a predetermined width around a direction parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate 201 and the lower surface of the electric field shielding plate 204 (the surface facing the light emitter 203), or is planar. The light-emitting body 203 that can move in a direction parallel to the electric field shielding plate 204 may be provided so that only a part thereof overlaps the opening 202 as viewed in FIG. By using the movable light emitter 203 as described above, it is possible to irradiate light from a direction of 70 degrees or more and less than 90 degrees with respect to the substrate surface of the semiconductor substrate 201.

本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置は、例えば埋め込み配線を有する半導体装置の微細化に有用である。   The semiconductor device manufacturing method and the semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention are useful for miniaturization of a semiconductor device having embedded wiring, for example.

本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る光の波長に対する銅の反射率を示す図である。It is a figure which shows the reflectance of copper with respect to the wavelength of light which concerns on embodiment of this invention. (a)は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造装置を示す上面図であり、図3(b)は、図3(a)に示すIIIb−IIIb線における断面図であり、図3(c)は、実施形態の製造装置を示す斜視図である。FIG. 3A is a top view showing a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line IIIb-IIIb shown in FIG. (C) is a perspective view which shows the manufacturing apparatus of embodiment. 従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the conventional semiconductor device. (a)、(b)は、それぞれ従来の半導体装置の製造方法に係る光照射の様子を示す断面図である。(A), (b) is sectional drawing which shows the mode of the light irradiation which concerns on the manufacturing method of the conventional semiconductor device, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

101 半導体基板
102 絶縁膜
103 配線溝
104 導電性バリア膜
105 シード膜
106 電界めっき膜
107 光
200 保持部
201 半導体基板
202 開口部
203 発光体
204 電界遮蔽板
205 光
401 半導体基板
402 シリコン酸化膜
403 ダマシン配線溝
404 導電性バリア金属層
405 シード層
406 銅膜
407 紫外線
501 半導体装置
502 電界遮蔽板
101 Semiconductor substrate
102 Insulating film
103 Wiring groove
104 Conductive barrier film
105 Seed film
106 Electroplated film
107 light 200 holding part
201 Semiconductor substrate
202 opening
203 illuminant
204 Electric field shielding plate 205 Light
401 Semiconductor substrate
402 Silicon oxide film
403 Damascene wiring groove
404 Conductive barrier metal layer
405 seed layer
406 Copper film
407 UV
501 Semiconductor device
502 Electric field shielding plate

Claims (8)

半導体基板上に、配線溝が設けられた絶縁膜を形成する工程(a)と、
前記絶縁膜の上面上および前記配線溝の内壁の上に第1の金属膜を形成する工程(b)と、
前記第1の金属膜上に、第2の金属膜を形成する工程(c)と、
前記半導体基板の基板面に対して70度以上90度以下の方向から光を照射しながら、電解めっき法により前記第2の金属膜上に前記配線溝を埋める第3の金属膜を形成する工程(d)と、
前記配線溝の外側に形成された前記第1の金属膜、前記第2の金属膜、および前記第3の金属膜を除去して、前記配線溝内に配線を形成する工程(e)と
を備えている半導体装置の製造方法。
A step (a) of forming an insulating film provided with a wiring groove on a semiconductor substrate;
A step (b) of forming a first metal film on the upper surface of the insulating film and on the inner wall of the wiring groove;
Forming a second metal film on the first metal film (c);
Forming a third metal film filling the wiring groove on the second metal film by electrolytic plating while irradiating light from a direction of 70 degrees or more and 90 degrees or less with respect to the substrate surface of the semiconductor substrate; (D) and
Removing the first metal film, the second metal film, and the third metal film formed outside the wiring groove, and forming a wiring in the wiring groove (e); A method of manufacturing a semiconductor device.
前記工程(d)では、前記半導体基板の基板面に対して垂直な方向から光を照射する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step (d), light is irradiated from a direction perpendicular to a substrate surface of the semiconductor substrate. 前記工程(d)では、波長が400nm以上600nm以下である光を照射する請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the step (d), light having a wavelength of 400 nm to 600 nm is irradiated. 前記工程(c)で形成される前記第2の金属膜と前記工程(d)で形成される前記第3の金属膜とは、互いに同じ金属を主成分とする請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   4. The method according to claim 1, wherein the second metal film formed in the step (c) and the third metal film formed in the step (d) are mainly composed of the same metal. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1. 前記金属は銅である請求項4に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the metal is copper. 回転機構を有し、半導体基板を保持するための保持部と、
前記保持部に対向し、前記半導体基板へ光を出射するための発光体と、
前記保持部と前記発光体との間に設けられ、少なくとも1つの開口部を有する遮蔽板とを備えている半導体装置の製造装置。
A holding unit for holding the semiconductor substrate, having a rotation mechanism;
A light emitter facing the holding portion and emitting light to the semiconductor substrate;
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a shielding plate provided between the holding unit and the light emitter and having at least one opening.
前記発光体から出射する光は、前記開口部を通って前記半導体基板の基板面に対して70度以上90度以下の方向から入射する請求項6に記載の半導体装置の製造装置。   The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the light emitted from the light emitting body is incident from a direction of 70 degrees or more and 90 degrees or less with respect to the substrate surface of the semiconductor substrate through the opening. 前記発光体から出射する光は、前記開口部を通って前記半導体基板の基板面に対して垂直に入射する請求項7に記載の半導体装置の製造装置。   The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 7, wherein the light emitted from the light emitter enters the substrate surface of the semiconductor substrate perpendicularly through the opening.
JP2006337408A 2006-12-14 2006-12-14 Method and device for manufacturing semiconductor device Pending JP2008153301A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006337408A JP2008153301A (en) 2006-12-14 2006-12-14 Method and device for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006337408A JP2008153301A (en) 2006-12-14 2006-12-14 Method and device for manufacturing semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008153301A true JP2008153301A (en) 2008-07-03

Family

ID=39655200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006337408A Pending JP2008153301A (en) 2006-12-14 2006-12-14 Method and device for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008153301A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010070849A (en) * 2008-07-31 2010-04-02 Rohm & Haas Electronic Materials Llc Inhibiting background plating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010070849A (en) * 2008-07-31 2010-04-02 Rohm & Haas Electronic Materials Llc Inhibiting background plating
KR101567783B1 (en) 2008-07-31 2015-11-11 롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈 엘엘씨 Inhibiting background plating

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI304228B (en) Method for forming semiconductor device having low-k dielectric layer
US10256400B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR100465063B1 (en) Method for manufacturing metal interconnection layer of semiconductor device
KR102520743B1 (en) Interconnects with fully clad lines
US9281277B2 (en) Methods of forming wiring structures
US7214305B2 (en) Method of manufacturing electronic device
US7432192B2 (en) Post ECP multi-step anneal/H2 treatment to reduce film impurity
US20030116439A1 (en) Method for forming encapsulated metal interconnect structures in semiconductor integrated circuit devices
US8222142B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2010010700A (en) Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
CN1897245A (en) Semiconductor device and manufacturing method
JP2011238828A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2006294815A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4309873B2 (en) Manufacturing method of electronic device
JP2007165428A (en) Process for fabricating semiconductor device
JP2006032545A (en) Semiconductor device with wiring made of copper and its manufacturing method
JP5667485B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
US8519539B2 (en) Metal wire for a semiconductor device formed with a metal layer without voids therein and a method for forming the same
JP2008153301A (en) Method and device for manufacturing semiconductor device
JP2009038248A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
KR101076927B1 (en) Structure of copper wiring in semiconductor device and method of forming the same
JP2009141199A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2008263097A (en) Semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device
JP2009117673A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPWO2012074131A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof