JP2010245562A - Method for recovering damage of low dielectric constant insulating film and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置の製造方法に係わり、特に、低誘電率絶縁膜に生じたダメージを改善するダメージ回復技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a damage recovery technique for improving damage generated in a low dielectric constant insulating film.
半導体集積回路は微細化することにより高集積化と高性能化を達成してきた。しかし、パターンサイズがナノメートル領域に突入した現在、微細化しても集積回路の性能の向上が見込めないようになってきた。 Semiconductor integrated circuits have achieved high integration and high performance by miniaturization. However, now that the pattern size has entered the nanometer region, it has become impossible to expect an improvement in the performance of the integrated circuit even if the pattern size is reduced.
この課題を解決し、集積回路の性能の向上を図る技術の一つとして、無機シリコン酸化膜よりも低い低誘電率を持つ絶縁膜(以下、本明細書ではLow−k膜、又は低誘電率絶縁膜と略す)を層間絶縁膜に利用する技術が注目されている。層間絶縁膜の誘電率が低下すれば、集積回路内の配線の寄生容量が低下する。配線の寄生容量が低下すれば、信号の伝達速度が向上して集積回路の性能が向上する。 As one technique for solving this problem and improving the performance of an integrated circuit, an insulating film having a lower dielectric constant than an inorganic silicon oxide film (hereinafter referred to as a low-k film or a low dielectric constant in this specification). A technique that utilizes an abbreviated insulating film as an interlayer insulating film has attracted attention. If the dielectric constant of the interlayer insulating film decreases, the parasitic capacitance of the wiring in the integrated circuit decreases. If the parasitic capacitance of the wiring is reduced, the signal transmission speed is improved and the performance of the integrated circuit is improved.
しかしながら、Low−k膜は、層間絶縁膜として一般的な無機シリコン酸化膜よりも強度が低い。このため、Low−k膜は、パターン形成のエッチング時やフォトレジストのアッシング時にダメージを受け、その誘電率が上昇する。 However, the strength of the low-k film is lower than that of a general inorganic silicon oxide film as an interlayer insulating film. For this reason, the low-k film is damaged during pattern formation etching or photoresist ashing, and its dielectric constant increases.
このようなダメージを回復させる技術として、特許文献1に、エッチングやアッシング後、即ち、パターン形成後に、ダメージを受けた部分をシリル化剤で改質する、という処理が記載されている。
As a technique for recovering such damage,
ところで、本件出願の発明者らが研究を重ねたところ、ダメージ層を有したLow−k膜は水分(H2O)を吸着させやすい、という事実が分かってきた。これは、ダメージ層を有したLow−k膜の表面が親水化していることが一因と推測される。Low−k膜に吸着された水分は、Low−k膜中に埋め込まれた配線などの金属を酸化させてしまう。 By the way, as a result of repeated research by the inventors of the present application, it has been found that a low-k film having a damaged layer easily adsorbs moisture (H 2 O). This is presumably due to the fact that the surface of the low-k film having a damaged layer is hydrophilized. The moisture adsorbed on the low-k film oxidizes metals such as wirings embedded in the low-k film.
さらに、Low−k膜の表面が親水化したままであるので、例えば、加熱処理後に行われるウェット洗浄の際に洗浄剤が十分に除去されず、パターン欠損の一因となったりする。 Furthermore, since the surface of the low-k film remains hydrophilic, for example, the cleaning agent is not sufficiently removed during wet cleaning performed after heat treatment, which may contribute to pattern defects.
パターン形成後にLow−k膜を加熱処理すれば、吸着された水分を取り除くことができ、埋め込まれた金属の酸化やパターン欠損の抑制に有効である。 If the low-k film is subjected to heat treatment after pattern formation, the adsorbed moisture can be removed, which is effective in suppressing embedded metal oxidation and pattern defects.
しかしながら、加熱処理のみでは、ダメージ層中のダメージ成分を十分に回復させることができず、誘電率が高いレベルにシフトしたままとなり、Low−k膜自体の電気的特性が十分に回復しない。 However, only the heat treatment cannot sufficiently recover the damage component in the damaged layer, the dielectric constant remains shifted to a high level, and the electrical characteristics of the low-k film itself are not sufficiently recovered.
この発明は、埋め込まれた金属の酸化、及びパターン欠損の発生を抑制しつつ、低誘電率絶縁膜自体の電気的特性を十分に回復できる低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法、及びこのダメージ回復方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a low dielectric constant insulating film damage recovery method capable of sufficiently recovering the electrical characteristics of the low dielectric constant insulating film itself while suppressing oxidation of embedded metal and occurrence of pattern defects, and the damage recovery. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using the method.
上記課題を解決するために、この発明の第1の態様に係る低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法は、無機シリコン酸化膜よりも誘電率が低い絶縁膜からなる低誘電率絶縁膜に生じたダメージを回復させる低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法であって、低誘電率絶縁膜を加工処理し、前記低誘電率絶縁膜を加工処理した後、前記低誘電率絶縁膜の表面に前記加工処理によって生じたダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換し、前記低誘電率絶縁膜の表面に前記置換処理によって生じたデンス層の下に存在するダメージ成分を、紫外線加熱処理を用いて回復させる。 In order to solve the above-described problem, the low dielectric constant insulating film damage recovery method according to the first aspect of the present invention occurs in a low dielectric constant insulating film made of an insulating film having a lower dielectric constant than that of an inorganic silicon oxide film. A damage recovery method for a low dielectric constant insulating film that recovers damage, wherein the low dielectric constant insulating film is processed, and the low dielectric constant insulating film is processed, and then the surface of the low dielectric constant insulating film is processed. Damaged functional groups generated by the treatment are replaced with hydrophobic functional groups, and damage components existing under the dense layer produced by the substitution treatment on the surface of the low dielectric constant insulating film are subjected to ultraviolet heat treatment. Let me recover.
また、この発明の第2の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基体上に、無機シリコン酸化膜よりも誘電率が低い絶縁膜からなる低誘電率絶縁膜を形成する工程と、前記低誘電率絶縁膜を加工し、前記低誘電率絶縁膜に所定のパターンを形成する工程と、前記低誘電率絶縁膜を加工した後、前記加工工程において前記低誘電率絶縁膜の表面に生じたダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換する工程と、前記置換工程において前記低誘電率絶縁膜の表面に生じたデンス層下に存在するダメージ成分を、紫外線加熱処理を用いて回復させる工程と、を具備する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device comprising: forming a low dielectric constant insulating film made of an insulating film having a dielectric constant lower than that of an inorganic silicon oxide film on a semiconductor substrate; After the dielectric constant insulating film is processed and a predetermined pattern is formed on the low dielectric constant insulating film, and after the low dielectric constant insulating film is processed, the low dielectric constant insulating film is formed on the surface of the low dielectric constant insulating film in the processing step. A step of replacing a damaged functional group with a hydrophobic functional group, and a step of recovering a damage component existing under the dense layer generated on the surface of the low dielectric constant insulating film in the replacement step using an ultraviolet heat treatment And.
この発明によれば、埋め込まれた金属の酸化、及びパターン欠損の発生を抑制しつつ、低誘電率絶縁膜自体の電気的特性を十分に回復できる低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法、及びこのダメージ回復方法を用いた半導体装置の製造方法を提供できる。 According to the present invention, a method for recovering damage to a low dielectric constant insulating film capable of sufficiently recovering the electrical characteristics of the low dielectric constant insulating film itself while suppressing the oxidation of embedded metal and the occurrence of pattern defects, and this A method for manufacturing a semiconductor device using the damage recovery method can be provided.
以下、この発明の実施形態に係る低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法、及びこのダメージ回復方法を用いた半導体装置の製造方法を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a damage recovery method for a low dielectric constant insulating film according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing a semiconductor device using the damage recovery method will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、この発明の第1の実施形態に係る低誘電率絶縁膜(Low−k膜)のダメージ回復方法の基本的な流れを示す流れ図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing a basic flow of a damage recovery method for a low dielectric constant insulating film (Low-k film) according to a first embodiment of the present invention.
第1の実施形態に係るLow−k膜のダメージ回復方法は、基本的に以下の流れに従う。 The Low-k film damage recovery method according to the first embodiment basically follows the following flow.
まず、図1のST.1に示すように、Low−k膜を加工する。この加工の際に、Low−k膜がダメージを受け、その表面にはダメージ性官能基を含んだダメージ層が形成される。 First, ST. As shown in FIG. 1, the low-k film is processed. During this processing, the Low-k film is damaged, and a damaged layer containing a damaging functional group is formed on the surface thereof.
次に、ST.2に示すように、Low−k膜の表面にST.1に示した加工処理によって生じたダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換する。 Next, ST. As shown in FIG. 2, ST. The damaging functional group generated by the processing shown in 1 is substituted with a hydrophobic functional group.
次に、ST.3に示すように、Low−k膜の表面にST.2に示した置換処理によって生じたデンス層の下に存在するダメージ成分を回復させる。 Next, ST. As shown in FIG. 3, ST. The damage component existing under the dense layer generated by the substitution process shown in 2 is recovered.
このようなダメージ回復方法を用いた半導体装置の製造方法の一例を以下に説明する。 An example of a method for manufacturing a semiconductor device using such a damage recovery method will be described below.
図2乃至図6は、第1の実施形態に係る低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法を用いた半導体装置の製造方法の一例を主要な製造工程順に示す断面図である。 2 to 6 are cross-sectional views illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor device using the damage recovery method for a low dielectric constant insulating film according to the first embodiment in the order of main manufacturing steps.
まず、図2に示すように、半導体基板(半導体ウエハ)1、例えば、シリコン基板上に、層間絶縁膜2を形成する。次いで、層間絶縁膜2に、フォトリソグラフィ法を用いて、配線が埋め込まれる溝(ワイヤリングトレンチ)3を形成する。次いで、溝3内に、ダマシン(damascene)法を用いて、金属、例えば、銅を埋め込むことで配線4を形成する。
First, as shown in FIG. 2, an interlayer
尚、本明細書においては、半導体基板1自体、又は半導体基板1、及び半導体基板1上に積層され、半導体基板1内に形成された半導体素子、及び半導体基板1上に形成された配線4を絶縁する層間絶縁膜2を含む構造体を、半導体基体100と定義する。
In the present specification, the
次に、半導体基体100上に、Low−k膜5を形成する。
Next, the Low-k
本例のLow−k膜5は、無機シリコン酸化膜よりも誘電率が低い絶縁膜とする。例えば、原料ガスをTEOSとし、CVD法を用いて堆積された無機シリコン酸化膜の誘電率kは約4.2である。そこで、本例のLow−k膜2の誘電率kは4.2未満とする。
The low-
誘電率kが4.2未満の絶縁膜の一例としては有機絶縁膜がある。有機絶縁膜は、主結合の一部を、誘電率kを低下させる別の結合に置換する置換基を含む。このような有機絶縁膜の一例としては、主結合“Si−O”の一部を、誘電率kを低下させる別の結合に置換する置換基を含む有機シリコン酸化膜がある。 An example of an insulating film having a dielectric constant k of less than 4.2 is an organic insulating film. The organic insulating film includes a substituent that replaces a part of the main bond with another bond that lowers the dielectric constant k. As an example of such an organic insulating film, there is an organic silicon oxide film containing a substituent that replaces a part of the main bond “Si—O” with another bond that lowers the dielectric constant k.
置換基の一例はアルキル基(−CnH2n+1)である。アルキル基を含む有機シリコン酸化膜では“Si−O”の結合の一部が“Si−CnH2n+1”に置換されるので、誘電率kが無機シリコン酸化膜よりも低下する。アルキル基の一例はメチル基(−CH3)である。メチル基を含む有機シリコン膜では主結合“Si−O”の一部が“Si−CH3”に置換される。 An example of the substituent is an alkyl group (—C n H 2n + 1 ). In the organic silicon oxide film containing an alkyl group, a part of the “Si—O” bond is replaced by “Si—C n H 2n + 1 ”, so that the dielectric constant k is lower than that of the inorganic silicon oxide film. An example of an alkyl group is a methyl group (—CH 3 ). In the organic silicon film containing a methyl group, a part of the main bond “Si—O” is replaced with “Si—CH 3 ”.
メチル基を含む有機シリコン酸化膜の一例は、MSQ(Methylsilses-quioxane)である。MSQは“Si−O”の結合の一部が“Si−CH3”に置換されるだけでなく、塗布法(Spin On Dielectric:SOD)を用いて形成されるので、CVD法を用いて膜を形成する場合に比較して多孔質としやすい。多孔質とすることで誘電率kはさらに低下する。MSQの誘電率kは約2.7〜2.9である。 An example of an organic silicon oxide film containing a methyl group is MSQ (Methylsilses-quioxane). The MSQ is formed by using not only a part of “Si—O” bond is replaced by “Si—CH 3 ” but also a coating method (Spin On Dielectric: SOD). It is easy to make it porous compared to the case of forming. By making it porous, the dielectric constant k further decreases. The dielectric constant k of MSQ is about 2.7 to 2.9.
さらに、SOD法を用いて形成されるMSQには、例えば、形成時に熱的に不安定な物質を添加し、この物質を熱分解して消失させることで、より積極的に空孔(ポア)を形成し、より多孔質としたポーラスMSQがある。ポーラスMSQの誘電率kは約1.8〜2.5である。本例のLow−k膜5はポーラスMSQとする。
Furthermore, MSQ formed using the SOD method, for example, by adding a thermally unstable substance at the time of formation, and thermally decomposing and disappearing this substance, the pores (pores) are more positively formed. There is a porous MSQ that is more porous. The dielectric constant k of the porous MSQ is about 1.8 to 2.5. The low-
次に、Low−k膜5上に、フォトレジストを塗布し、フォトレジスト膜6を形成する。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、フォトレジスト膜6に開口7を形成する。
Next, a photoresist is applied on the Low-
次に、図3に示すように、開口7が形成されたフォトレジスト膜6をマスクに用いて、Low−k膜5をエッチング、例えば、異方性エッチングし、配線4に達するスルーホール(ヴィアホール、又はコンタクトホールとも呼ばれる)8を形成する。異方性エッチングの一例は、RIE(Reactive Ion Etching)である。
Next, as shown in FIG. 3, the low-
Low−k膜5をエッチングしたとき、Low−k膜5はダメージを受ける。ダメージを受けた箇所を、参照符号9(×印、以下ダメージ成分9という)により模式的に示す。Low−k膜5をエッチングしたときのダメージ成分9は、Low−k膜5の、スルーホール8に露出した表面に多く発生する。
When the low-
次に、図4に示すように、フォトレジスト膜6を、例えば、アッシングして除去する。
Next, as shown in FIG. 4, the
フォトレジスト膜6をアッシングしたときにも、Low−k膜5はダメージを受ける。フォトレジスト膜6をアッシングしたときのダメージ成分9は、Low−k膜5の表面全体に発生する。
Even when the
次に、図5に示すように、Low−k膜5に発生したダメージ成分9を回復させるための回復処理を行う。本明細書では、回復処理を以下LKR(Low-k Restoration)処理という。ダメージ成分9はダメージ性官能基である。本例では、ダメージ性官能基は“Si−OH”結合である。また、“Si−OH”結合を表面に多く生じたLow−k膜5は、その表面が親水性のままとなる。本例のLKR処理では、ダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換する。本例では、LKR処理を下記の条件として行った。
Next, as shown in FIG. 5, a recovery process for recovering the
反応ガス : TMSDMA(Trimethylsilyldimethylamine)
処理室内圧力: 50Torr(絶対圧)
ウエハ温度 : 150℃
処理時間 : 150sec
上記LKR処理に用いたLKR処理装置の一例を図8に示す。
Reaction gas: TMSDMA (Trimethylsilyldimethylamine)
Processing chamber pressure: 50 Torr (absolute pressure)
Wafer temperature: 150 ° C
Processing time: 150 sec
An example of the LKR processing apparatus used for the LKR processing is shown in FIG.
図8に示すように、LKR処理装置300は、ウエハWを収容するチャンバ301を備えており、チャンバ301の下部にはウエハ載置台302が設けられている。ウエハ載置台302にはヒータ303が埋設されており、その上に載置されたウエハWを所望の温度に加熱可能となっている。ウエハ載置台302には、ウエハリフトピン304が突没可能に設けられており、ウエハWの搬入出の際等にウエハWをウエハ載置台302から上方へ離隔した所定位置に位置させることが可能となっている。
As shown in FIG. 8, the
チャンバ301内には、ウエハWを含む狭い処理室Sを区画するように内部容器305が設けられており、区画された処理室Sに反応ガスが供給されるようになっている。内部容器305の中央には鉛直に延びるガス導入路306が形成されている。
An
ガス導入路306の上部にはガス供給配管307が接続されており、このガス供給配管307には、反応剤供給源308から延びる配管309と、ArやN2ガス等からなるキャリアガスを供給するキャリアガス供給源310から延びる配管311が接続されている。配管309には、反応剤供給源308側から順に、反応剤を気化させる気化器312、マスフローコントローラ313および開閉バルブ314が設けられている。一方、配管311にはマスフローコントローラ315および開閉バルブ316がキャリアガス供給源310側から順に設けられている。そして、気化器312により気化された反応ガスがキャリアガスにキャリアされてガス供給配管307およびガス導入路306を通って、処理室Sに導入される。処理の際にはヒータ303により、ウエハWが所定温度に加熱される。この場合に、ウエハ温度(基板温度)は、例えば室温〜300℃まで制御可能となっている。
A
チャンバ301外の大気雰囲気からチャンバ301内の内部容器305内に延びるように大気導入配管317が設けられている。この大気導入配管317にはバルブ318が設けられており、バルブ318を開くことにより、大気が処理室Sに導入される。
An
チャンバ301の側壁には、ゲートバルブGが設けられており、ゲートバルブGを開にすることによりウエハWの搬入出がなされる。チャンバ301の底部の周縁部には、排気管320が設けられており、図示しない真空ポンプにより排気管320を介して処理室S内を排気して、例えば、10Torr以下に制御することが可能となっている。排気管320には、コールドトラップ321が設けられている。また、ウエハ載置台302の上部のチャンバ壁との間の部分にはバッフルプレート322が設けられている。
A gate valve G is provided on the side wall of the
本例のLKR処理ではSiとCH3との結合を有する反応ガス10(図5参照)を処理室S内に供給するので、Low−k膜5の表面に、“Si−OH”結合が“Si−CH3”結合に置換される置換反応が起こる。この結果、Low−k膜5の表面に生じた“Si−OH”結合が減少してダメージ成分9が回復されていく。また、“Si−CH3”結合を表面に多く生じたLow−k膜5は、その表面が疎水性となる。
In the LKR process of this example, since the reaction gas 10 (see FIG. 5) having a bond of Si and CH 3 is supplied into the process chamber S, “Si—OH” bonds are formed on the surface of the Low-
このように、上記LKR処理では、ダメージ性官能基が疎水性官能基に置換されるので、ダメージ性官能基を減少でき、ダメージを回復することができる。 As described above, in the LKR treatment, the damaging functional group is substituted with the hydrophobic functional group, so that the damaging functional group can be reduced and the damage can be recovered.
ところが、本件出願の発明者らは、Low−k膜5に発生したダメージ性官能基を、さらに減少させ、ダメージを、さらに回復させることが可能であることを突きとめた。ダメージを、さらに回復可能な理由の一つを図7(A)及び図7(B)を参照して説明する。
However, the inventors of the present application have found that it is possible to further reduce the damage functional groups generated in the Low-
図7(A)はフォトレジスト膜をアッシングした直後のLow−k膜5を模式的に示した断面図、図7(B)はLKR処理した直後のLow−k膜5を模式的に示した断面図である。
7A is a cross-sectional view schematically showing the Low-
図7(A)に示すように、アッシング直後のLow−k膜5の表面には、ダメージ成分(ダメージ性官能基)9が発生している。この状態のLow−k膜5に対してLKR処理を行うと、図7(B)に示すように、Low−k膜5の表面のダメージ成分(ダメージ性官能基)9が疎水性官能基に置換されてダメージが回復される。しかしながら、Low−k膜5の表には、上記置換反応が生ずると同時に、Low−k膜5が凝縮され、密度が高まった領域、いわゆるデンス層5aが徐々に発生していく。デンス層5aは密度が高いために、反応ガス10の供給を妨げる。このため、デンス層5aの下においては、ダメージ成分(ダメージ性官能基)9の置換反応が進み難くなってしまう。デンス層5aの下に存在するダメージ成分9を回復させることができれば、Low−k膜5が受けたダメージを、さらに回復させることができる。
As shown in FIG. 7A, damage components (damaging functional groups) 9 are generated on the surface of the Low-
そこで、本例では、図6に示すように、Low−k膜5の表面にLKR処理によって生じたデンス層5aの下の存在するダメージ成分を回復させる二次回復処理を行う(以下、本明細書においては二次LKR処理という)。
Therefore, in this example, as shown in FIG. 6, a secondary recovery process for recovering damage components existing under the
本例では、二次LKR処理として紫外線照射を用いた。紫外線照射の一例は、紫外線加熱処理である。二次LKR処理は、下記の条件によって行った。 In this example, ultraviolet irradiation was used as the secondary LKR treatment. An example of ultraviolet irradiation is ultraviolet heat treatment. The secondary LKR treatment was performed under the following conditions.
紫外線 : 長波長ブロード波(高圧水銀ランプ使用)
処理室内雰囲気: 窒素ガス雰囲気下
処理室内圧力 : 大気圧(760Torr(絶対圧))
ウエハ温度 : 350℃
処理時間 : 180sec
上記二次LKR処理に用いた紫外線加熱処理装置の一例を図9に示す。
Ultraviolet light: Long wavelength broad wave (high pressure mercury lamp used)
Processing chamber atmosphere: Under nitrogen gas atmosphere Processing chamber pressure: Atmospheric pressure (760 Torr (absolute pressure))
Wafer temperature: 350 ° C
Processing time: 180 sec
An example of an ultraviolet heat treatment apparatus used for the secondary LKR treatment is shown in FIG.
図9に示すように、紫外線加熱処理装置400は、ウエハWを収容するチャンバ401を備えており、チャンバ401の下部にはウエハ載置台402が設けられている。ウエハ載置台402にはヒータ403が埋設されている。ウエハ載置台402の上にはプロキシミティ404を介してウエハWが載置され、ウエハWはヒータ403によって所望の温度に加熱可能となっている。本例では上記の通り、ウエハWを350℃に加熱した。チャンバ401にはガス供給管405及びガス排気管406が接続されており、チャンバ401内に区画された処理室Sに、所望のガスを供給できるようになっている。本例では、上記の通り、処理室S内の雰囲気を窒素ガス(N2)雰囲気とした。チャンバ401の上部には空冷式の冷却ユニット407を介して紫外線ランプ408が取り付けられ、処理室S内ウエハWに対して紫外線を照射することが可能となっている。本例の紫外線ランプ408には高圧水銀ランプを用いた。図10に高圧水銀ランプの出力波長を示す。
As shown in FIG. 9, the ultraviolet
図10に示すように、本例で用いた高圧水銀ランプは、おおよそ波長200nm以上800nm以下の光を出力する。この光は、波長200nm以上380nm以下の範囲の紫外線領域を含む。これは、紫外線として長波長の部類である。また、高圧水銀ランプは、波長別に複数の強い水銀輝線を出す。強い水銀輝線は図10に示す通りであり、上記紫外線領域の範囲では、波長約254nm、約297nm、約302nm、約313nm、約334nm、及び約365nmの複数の水銀輝線が含まれている。複数の強い波長の輝線を含む紫外線を、本明細書ではブロード波紫外線と呼ぶ。 As shown in FIG. 10, the high-pressure mercury lamp used in this example outputs light having a wavelength of approximately 200 nm to 800 nm. This light includes an ultraviolet region having a wavelength in the range of 200 nm to 380 nm. This is a long wavelength class of ultraviolet rays. The high-pressure mercury lamp emits a plurality of strong mercury emission lines for each wavelength. A strong mercury emission line is as shown in FIG. 10, and in the range of the ultraviolet region, a plurality of mercury emission lines having wavelengths of about 254 nm, about 297 nm, about 302 nm, about 313 nm, about 334 nm, and about 365 nm are included. In the present specification, ultraviolet light including a plurality of emission lines having strong wavelengths is referred to as broad wave ultraviolet light.
このように、本例では、二次LKR処理として紫外線照射、具体的な一例としては紫外線加熱処理を用い、ウエハ温度を350℃、及び処理室S内の雰囲気を窒素として、波長200nm以上380nm以下の範囲内のブロード波紫外線を、180secの間照射した。図11(A)にサンプル毎のダメージ回復の効果を示す。また、図11(B)にサンプル毎の試験の状態を示す。 Thus, in this example, ultraviolet irradiation is used as the secondary LKR treatment, and a specific example is ultraviolet heating treatment, the wafer temperature is 350 ° C., and the atmosphere in the processing chamber S is nitrogen, and the wavelength is 200 nm or more and 380 nm or less. Broad-wave ultraviolet rays within the range of 180 nm were irradiated for 180 seconds. FIG. 11A shows the effect of damage recovery for each sample. FIG. 11B shows a test state for each sample.
図11(A)及び図11(B)に示すように、Low−k膜5、本例ではポーラスMSQの初期状態(Initial)の誘電率(k-Value)は、2.44であった(Sample A)。
As shown in FIGS. 11A and 11B, the initial dielectric constant (k-Value) of the Low-
Low−k膜5をエッチング(Etch)した後、フォトレジスト膜6を酸化系アッシング(Ash)した場合、ポーラスMSQの誘電率は3.03に上昇した(Sample B)。
When the low-
上記エッチング及び上記酸化系アッシングをした後、上述のLKR処理(Restoration処理)をした場合には、ポーラスMSQの誘電率は2.91まで回復した(Sample C)。 When the above-mentioned LKR treatment (restoration treatment) was performed after the etching and the oxidation ashing, the dielectric constant of the porous MSQ recovered to 2.91 (Sample C).
上記エッチング及び上記酸化系アッシングをした後、上述の紫外線加熱処理(UV処理)をした場合には、ポーラスMSQの誘電率は2.87まで回復した(Sample D)。 After the etching and the oxidation ashing, the dielectric constant of the porous MSQ recovered to 2.87 when the above-described ultraviolet heat treatment (UV treatment) was performed (Sample D).
上記エッチング及び上記酸化系アッシングをした後、上述のLKR処理をし、さらに上述の紫外線加熱処理をした場合には、ポーラスMSQの誘電率は2.83まで回復した(Sample E)。 After the etching and the oxidation ashing, the dielectric constant of the porous MSQ was recovered to 2.83 when the above-mentioned LKR treatment was performed and the above-described ultraviolet heat treatment was performed (Sample E).
このように、加工後のLow−k膜5に対して、LKR処理に加えて、二次LKR処理としての紫外線加熱処理をすることで、LKR処理のみの場合に比較して誘電率を、約0.2改善することができた。
In this way, the low-
以上、第1の実施形態に係る低誘電率絶縁膜(Low−k膜)のダメージ回復方法によれば、加工処理により低誘電率絶縁膜の表面に生じたダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換するので、加工後のLow−k膜の表面を疎水性にできる。このため、Low−k膜の表面が親水性のままである場合に比較して、ウェット洗浄の際に洗浄剤をより十分に除去することができる。洗浄剤を十分に除去することができれば、パターン欠損の一因を減らすことができ、パターン欠損の発生を抑制することができる。 As described above, according to the damage recovery method for the low dielectric constant insulating film (Low-k film) according to the first embodiment, the damaging functional group generated on the surface of the low dielectric constant insulating film by the processing treatment is converted to the hydrophobic functional group. Substitution with the group makes the surface of the low-k film after processing hydrophobic. For this reason, compared with the case where the surface of the Low-k film remains hydrophilic, the cleaning agent can be more sufficiently removed during the wet cleaning. If the cleaning agent can be sufficiently removed, the cause of pattern defects can be reduced and the occurrence of pattern defects can be suppressed.
また、上記置換処理は、低誘電率絶縁膜の表面にデンス層を生じさせることがあるが、このデンス層の下に存在するダメージ成分については、紫外線加熱処理を用いて回復させる。このため、デンス層の下に存在するダメージ成分を回復させない場合に比較して、ダメージ成分を減らすことができ、低誘電率絶縁膜自体の電気的特性を十分に回復できる。 In addition, the above replacement treatment may cause a dense layer on the surface of the low dielectric constant insulating film, and damage components existing under this dense layer are recovered using an ultraviolet heat treatment. For this reason, compared with the case where the damage component existing under the dense layer is not recovered, the damage component can be reduced, and the electrical characteristics of the low dielectric constant insulating film itself can be sufficiently recovered.
さらに、上記ダメージ回復方法は、基板を加熱する加熱処理を伴うので、低誘電率絶縁膜のダメージ層に吸着された水分、特に、H2Oを取り除くことができ、吸着水分を原因とした金属酸化を防止することもできる。 Furthermore, since the damage recovery method involves a heat treatment for heating the substrate, moisture adsorbed on the damaged layer of the low dielectric constant insulating film, particularly H 2 O, can be removed, and the metal caused by the adsorbed moisture Oxidation can also be prevented.
このように、第1の実施形態に係る低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法によれば、埋め込まれた金属の酸化、及びパターン欠損の発生を抑制しつつ、低誘電率絶縁膜自体の電気的特性を十分に回復させることができる。 As described above, according to the damage recovery method for the low dielectric constant insulating film according to the first embodiment, the electrical conductivity of the low dielectric constant insulating film itself is suppressed while suppressing the oxidation of the embedded metal and the generation of pattern defects. The characteristics can be fully recovered.
このようなダメージ回復方法を用いて半導体装置を製造すれば、製造された半導体装置は、例えば、誘電率が十分に低くされた層間絶縁膜を備えることができ、信号の伝達速度が速く、高性能な半導体集積回路を得ることができる。 If a semiconductor device is manufactured using such a damage recovery method, the manufactured semiconductor device can include, for example, an interlayer insulating film having a sufficiently low dielectric constant, a high signal transmission speed, A high performance semiconductor integrated circuit can be obtained.
しかも、パターン欠損の発生が抑制されるので、上記高性能な半導体集積回路を、歩留り良く製造することができる。 Moreover, since the occurrence of pattern defects is suppressed, the high-performance semiconductor integrated circuit can be manufactured with a high yield.
さらには、層間絶縁膜中の吸着水分も少なくなるので、層間絶縁膜中に埋め込まれた金属配線の酸化も抑制される。金属配線の酸化が抑制されることで、上記高性能な半導体集積回路の長寿命化も達成することができる。 Furthermore, since the amount of adsorbed moisture in the interlayer insulating film is reduced, the oxidation of the metal wiring embedded in the interlayer insulating film is also suppressed. By suppressing the oxidation of the metal wiring, it is possible to extend the life of the high-performance semiconductor integrated circuit.
(第2の実施形態)
図12は、この発明の第2の実施形態に係る低誘電率絶縁膜(Low−k膜)のダメージ回復方法の基本的な流れを示す流れ図である。
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a flowchart showing a basic flow of a damage recovery method for a low dielectric constant insulating film (Low-k film) according to the second embodiment of the present invention.
第2の実施形態に係るLow−k膜のダメージ回復方法は、基本的に以下の流れに従う。 The low-k film damage recovery method according to the second embodiment basically follows the following flow.
まず、図12のST.21に示すように、Low−k膜を加工する。この加工の際に、Low−k膜の表面にポリマー層が生成される。さらに、Low−k膜がダメージを受け、その表面にはダメージ性官能基を含んだダメージ層が形成される。 First, ST. As shown in FIG. 21, the low-k film is processed. During this processing, a polymer layer is generated on the surface of the low-k film. Furthermore, the Low-k film is damaged, and a damage layer containing a damaging functional group is formed on the surface thereof.
次に、ST.22に示すように、Low−k膜の表面にST.21に示した加工処理によって生じたポリマー層を分解する。 Next, ST. As shown in FIG. 22, ST. The polymer layer produced by the processing shown in 21 is decomposed.
次に、ST.23に示すように、ポリマー層を分解した後、Low−k膜の表面にST.21に示した加工処理によって生じたダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換する。 Next, ST. As shown in FIG. 23, after decomposing the polymer layer, ST. The damaging functional group generated by the processing shown in 21 is substituted with a hydrophobic functional group.
このようなダメージ回復方法を用いた半導体装置の製造方法の一例を以下に説明する。 An example of a method for manufacturing a semiconductor device using such a damage recovery method will be described below.
図13乃至図16は、第2の実施形態に係る低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法を用いた半導体装置の製造方法の一例を主要な製造工程順に示す断面図である。 13 to 16 are cross-sectional views showing an example of a manufacturing method of a semiconductor device using the damage recovery method for a low dielectric constant insulating film according to the second embodiment in the order of main manufacturing steps.
まず、上記図2を参照して説明した製法に従って、半導体基体100上にLow−k膜5を形成する。第2の実施形態におけるLow−k膜5は、第1の実施形態で説明したLow−k膜5と同様のものを用いることができ、無機シリコン酸化膜よりも誘電率が低い、例えば、誘電率kが4.2未満の絶縁膜が用いられる。誘電率kが4.2未満の絶縁膜の一例は、第1の実施形態と同様に、主結合の一部を、誘電率kを低下させる別の結合に置換する置換基を含む有機絶縁膜である。このような有機絶縁膜の一例は、第1の実施形態と同様に、主結合“Si−O−Si”の一部を、誘電率kを低下させる別の結合に置換する置換基を含む有機シリコン酸化膜をあげることができる。置換基の一例はアルキル基(−CnH2n+1)であり、アルキル基の一例はメチル基(−CH3)である。メチル基を含む有機シリコン酸化膜の一例は、第1の実施形態と同様に、MSQ、又はポーラスMSQである。本例でのLow−k膜5はポーラスMSQとする。
First, the Low-
次に、図13に示すように、上記図3を参照して説明した製法に従って、Low−k膜5上に開口7が形成されたフォトレジスト膜6をマスクに用いて、Low−k膜5をエッチング、例えば、異方性エッチングし、配線4に達するスルーホール(ヴィアホール、又はコンタクトホールとも呼ばれる)8を形成する。異方性エッチングの一例は、RIEである。
Next, as shown in FIG. 13, according to the manufacturing method described with reference to FIG. 3, the low-
本第2の実施形態においても、エッチングによって、Low−k膜5はダメージを受け、その表面にダメージ成分9を発生させるとともに、Low−k膜5の表面にポリマー層5bを生成する。図13に示す段階では、ポリマー層5bは、Low−k膜5の、スルーホール8に露出した表面に生成される。
Also in the second embodiment, the low-
次に、図14に示すように、フォトレジスト膜6を、例えば、アッシングして除去する。
Next, as shown in FIG. 14, the
本第2の実施形態においても、アッシングによって、Low−k膜5がダメージを受けるとともに、Low−k膜5の表面にポリマー層5bを生成する。図14に示すように、フォトレジスト膜6をアッシングしたときには、ダメージ成分9がLow−k膜5の表面全体に発生するとともに、ポリマー層5bが、Low−k膜5の表面全体に生成される。
Also in the second embodiment, the low-
この状態では、第1の実施形態において説明したLKR処理を、Low−k膜5に施しても、ダメージが回復しない、もしくは回復し難い。この理由を、図17(A)及び図17(B)を参照して説明する。
In this state, even if the LKR process described in the first embodiment is performed on the Low-
図17(A)はフォトレジスト膜をアッシングした直後のLow−k膜5を模式的に示した断面図、図17(B)はLKR処理した直後のLow−k膜5を模式的に示した断面図である。
FIG. 17A is a cross-sectional view schematically showing the Low-
図17(A)に示すように、アッシング直後のLow−k膜5の表面には、ダメージ成分(ダメージ性官能基)9が発生しているとともに、ポリマー層5bが生成されている。この状態のLow−k膜5に対してLKR処理を行うと、図17(B)に示すように、反応ガス10の供給がポリマー層5bによって遮られ、反応ガス10がダメージ成分(ダメージ性官能基)9に到達しない、もしくは到達し難くなる。このため、表面にポリマー層5bを生じたLow−k膜5では、ダメージ成分(ダメージ性官能基)9の置換反応が進まない、もしくは進み難くなってしまう。ポリマー層5bの下に存在するダメージ成分9を回復させることができれば、Low−k膜5が受けたダメージを、回復させることができる。
As shown in FIG. 17A, damage components (damaging functional groups) 9 are generated on the surface of the Low-
そこで、本例では、図15に示すように、Low−k膜5の表面に生じたポリマー層5bを分解させる分解処理を行う。
Therefore, in this example, as shown in FIG. 15, a decomposition process for decomposing the
本例では、分解処理として紫外線照射を用いた。紫外線照射の一例は、紫外線分解処理である。この紫外線分解処理は、下記の条件によって行った。 In this example, ultraviolet irradiation was used as the decomposition treatment. An example of ultraviolet irradiation is ultraviolet decomposition treatment. This ultraviolet decomposition treatment was performed under the following conditions.
紫外線 : 短波長単一波(エキシマランプ使用)
処理室内雰囲気: 大気雰囲気下
処理室内圧力 : 大気圧(760Torr(絶対圧))
ウエハ温度 : 室温(温度制御無し)
処理時間 : 10sec
上記分解処理に用いた紫外線加熱処理装置の一例を図18に示す。
Ultraviolet light: Short wavelength single wave (using excimer lamp)
Processing chamber atmosphere: Under atmospheric atmosphere Processing chamber pressure: Atmospheric pressure (760 Torr (absolute pressure))
Wafer temperature: Room temperature (no temperature control)
Processing time: 10 sec
An example of the ultraviolet heat treatment apparatus used for the decomposition treatment is shown in FIG.
図18に示すように、紫外線加熱処理装置500は、ウエハWを収容するチャンバ501を備えており、チャンバ501の下部にはウエハ載置台502が設けられている。ウエハ載置台502の上にはプロキシミティ504を介してウエハWが載置される。チャンバ501にはガス供給管505及びガス排気管506が接続されており、チャンバ501内に区画された処理室Sに、所望のガスを供給できるようになっている。本例では、上記の通り、処理室S内の雰囲気を大気雰囲気下とした。なお、処理室S内の雰囲気は、大気雰囲気に限らず、窒素ガス(N2)雰囲気とすることも可能である。窒素ガス雰囲気とする場合には、ガス供給管505から窒素ガスを処理室S内に供給すれば良い。チャンバ501の上部には水冷式の冷却ユニット507を介して紫外線ランプ508が取り付けられ、処理室S内ウエハWに対して紫外線を照射することが可能となっている。紫外線ランプ508は、処理室Sから石英ガラス509によって区画されたランプ室Lに収容されている。ランプ室Lにはガス供給管510及びガス排気管511が接続されており、ランプ室Lに、所望のガスを供給できるようになっている。本例では、図示する通り、ランプ室L内の雰囲気を窒素ガス(N2)雰囲気とする窒素ガス大気雰囲気下とした。本例の紫外線ランプ508にはエキシマランプを用いた。図19にエキシマランプの出力波長を示す。
As shown in FIG. 18, the ultraviolet
図19に示すように、本例で用いたエキシマランプは、おおよそ波長150nm以上200nm以下の光を出力する。この光は、その領域の全てが紫外線領域であり、紫外線として短波長の部類である。また、エキシマランプは、ほぼ単一の強い輝線を出す。ほぼ単一の強い輝線は図19に示す通りであり、本例では波長約172nmである。ほぼ単一の強い波長の輝線のみの紫外線を、本明細書では単一波紫外線と呼ぶ。 As shown in FIG. 19, the excimer lamp used in this example outputs light having a wavelength of about 150 nm to 200 nm. All of the light is in the ultraviolet region, and this light has a short wavelength as ultraviolet light. In addition, the excimer lamp emits almost a single strong emission line. A substantially single strong emission line is as shown in FIG. 19, and in this example, the wavelength is about 172 nm. Ultraviolet light having only a single strong wavelength emission line is referred to herein as single wave ultraviolet light.
このように、本例では、ポリマー層5bを分解する分解処理として紫外照射、具体的な一例としては紫外線分解処理を用い、ウエハ温度を室温(温度制御無し)、及び処理室S内の雰囲気を大気雰囲気下として、波長150nm以上200nm以下の範囲内の単一波紫外線を、10secの間照射した。図20にサンプル毎のダメージ回復の効果を示す。
As described above, in this example, ultraviolet irradiation is used as a decomposition process for decomposing the
図20に示すように、Low−k膜5、本例ではポーラスMSQの初期状態の誘電率(k-Value)は、2.38であった(Initial)。
As shown in FIG. 20, the initial dielectric constant (k-value) of the low-
Low−k膜5を、本第2の実施形態で説明した通りの条件でエッチングし、同じく本第2の実施形態で説明した通りの条件でフォトレジスト膜6を酸化系アッシングした場合、ポーラスMSQの誘電率は3.27に上昇した(Etch+N2/H2Ash, No LKR)。
When the low-
上記エッチング及び上記アッシングをした後、本第2の実施形態で説明した通りの紫外線分解処理をした場合には、ポーラスMSQの誘電率は3.33まで、さらに上昇してしまった(Etch+N2/H2Ash, UV)。 After the etching and ashing, when the ultraviolet decomposition process described in the second embodiment was performed, the dielectric constant of the porous MSQ further increased to 3.33 (Etch + N 2 / H 2 Ash, UV).
しかしながら、上記エッチング及び上記アッシングをした後、本第2の実施形態で説明した通りの紫外線分解処理をし、さらにLKR処理(条件は、第1の実施形態で説明した条件と同じ)をした場合には、ポーラスMSQの誘電率は2.69まで回復した(Etch+N2/H2Ash, UV+LKR)。 However, after the etching and the ashing, the UV decomposition process described in the second embodiment is performed, and the LKR process (conditions are the same as those described in the first embodiment). The dielectric constant of porous MSQ recovered to 2.69 (Etch + N 2 / H 2 Ash, UV + LKR).
なお、図20には示していないが、本第2の実施形態で説明した通りの条件でエッチングし、同じく本第2の実施形態で説明した通りの条件でフォトレジスト膜6を酸化系アッシングした後、LKR処理(条件は、第1の実施形態で説明した条件と同じ)のみをした場合には、ポーラスMSQの誘電率は回復しなかった。つまり、LKR処理をしなかった場合の誘電率3.27とほぼ同じであった。
Although not shown in FIG. 20, the etching is performed under the conditions described in the second embodiment, and the
このように、加工後のLow−k膜5に対して、ポリマー層5bを分解する分解処理をした後に、図16に示すように、第1の実施形態と同様に、反応ガス10を用いてLKR処理をすることで、分解処理をしなかった場合に比較して誘電率(この際の誘電率は3.27とする)を、おおよそ約0.58改善することができた。
As described above, after the decomposition treatment for decomposing the
以上、第2の実施形態に係る低誘電率絶縁膜(Low−k膜)のダメージ回復方法によれば、加工処理によりLow−k膜の表面に生じたポリマー層を、紫外線分解処理を用いて分解し、ポリマー層を分解した後、加工処理により低誘電率絶縁膜の表面に生じたダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換する。このため、ポリマー層を生じた状態でダメージ性官能基を疎水性官能基に置換する場合に比較して、ダメージ性官能基をより良く疎水性官能基に置換できる。ダメージ性官能基をより良く疎水性官能基に置換できることで、ポリマー層を生じた状態に比較してダメージ成分を減らすことができ、低誘電率絶縁膜自体の電気的特性を十分に回復できる。 As described above, according to the damage recovery method for the low dielectric constant insulating film (Low-k film) according to the second embodiment, the polymer layer generated on the surface of the Low-k film by the processing process is subjected to the ultraviolet decomposition process. After decomposing and decomposing the polymer layer, the damaging functional group generated on the surface of the low dielectric constant insulating film by processing is replaced with a hydrophobic functional group. For this reason, compared with the case where a damage functional group is substituted to a hydrophobic functional group in the state which produced the polymer layer, a damage functional group can be substituted to a hydrophobic functional group better. Since the damage functional group can be better substituted with the hydrophobic functional group, the damage component can be reduced as compared with the state where the polymer layer is formed, and the electrical characteristics of the low dielectric constant insulating film itself can be sufficiently restored.
また、ダメージ性官能基をより良く疎水性官能基に置換するので、加工後のLow−k膜の表面を疎水性にできる。このため、Low−k膜の表面が親水性のままである場合に比較して、ウェット洗浄の際に洗浄剤をより十分に除去することができる。洗浄剤を十分に除去することができれば、パターン欠損の一因を減らすことができ、パターン欠損の発生を抑制することができる。 Further, since the damaging functional group is better substituted with the hydrophobic functional group, the surface of the processed Low-k film can be made hydrophobic. For this reason, compared with the case where the surface of the Low-k film remains hydrophilic, the cleaning agent can be more sufficiently removed during the wet cleaning. If the cleaning agent can be sufficiently removed, the cause of pattern defects can be reduced and the occurrence of pattern defects can be suppressed.
さらに、上記ダメージ回復方法は、基板を加熱する加熱処理を伴うので、低誘電率絶縁膜のダメージ層に吸着された水分、特に、H2Oを取り除くことができ、吸着水分を原因とした金属酸化を防止することもできる。 Furthermore, since the damage recovery method involves a heat treatment for heating the substrate, moisture adsorbed on the damaged layer of the low dielectric constant insulating film, particularly H 2 O, can be removed, and the metal caused by the adsorbed moisture Oxidation can also be prevented.
このように、第2の実施形態に係る低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法によれば、埋め込まれた金属の酸化、及びパターン欠損の発生を抑制しつつ、低誘電率絶縁膜自体の電気的特性を十分に回復させることができる。 As described above, according to the damage recovery method for the low dielectric constant insulating film according to the second embodiment, the electrical conductivity of the low dielectric constant insulating film itself is suppressed while suppressing the oxidation of the embedded metal and the generation of pattern defects. The characteristics can be fully recovered.
このようなダメージ回復方法を用いて半導体装置を製造すれば、第1の実施形態と同様に、製造された半導体装置は、例えば、誘電率が十分に低くされた層間絶縁膜を備えることができ、信号の伝達速度が速く、高性能な半導体集積回路を得ることができる。 If a semiconductor device is manufactured using such a damage recovery method, the manufactured semiconductor device can include, for example, an interlayer insulating film with a sufficiently low dielectric constant, as in the first embodiment. A high-performance semiconductor integrated circuit having a high signal transmission speed can be obtained.
しかも、パターン欠損の発生が抑制されるので、上記高性能な半導体集積回路を、歩留り良く製造することができる。 Moreover, since the occurrence of pattern defects is suppressed, the high-performance semiconductor integrated circuit can be manufactured with a high yield.
さらには、層間絶縁膜中の吸着水分も少なくなるので、層間絶縁膜中に埋め込まれた金属配線の酸化も抑制される。金属配線の酸化が抑制されることで、上記高性能な半導体集積回路の長寿命化も達成することができる。 Furthermore, since the amount of adsorbed moisture in the interlayer insulating film is reduced, the oxidation of the metal wiring embedded in the interlayer insulating film is also suppressed. By suppressing the oxidation of the metal wiring, it is possible to extend the life of the high-performance semiconductor integrated circuit.
(第3の実施形態)
図21は、この発明の第3の実施形態に係る低誘電率絶縁膜(Low−k膜)のダメージ回復方法の基本的な流れを示す流れ図である。
(Third embodiment)
FIG. 21 is a flowchart showing a basic flow of a damage recovery method for a low dielectric constant insulating film (Low-k film) according to the third embodiment of the present invention.
第3の実施形態は、第1の実施形態と第2の実施形態とを組み合わせたものであり、そのLow−k膜のダメージ回復方法は、基本的に以下の流れに従う。 The third embodiment is a combination of the first embodiment and the second embodiment, and the Low-k film damage recovery method basically follows the following flow.
まず、図21のST.31に示すように、Low−k膜を加工する。この加工の際、Low−k膜の表面にはポリマー層が生成されるとともに、ダメージ性官能基を含んだダメージ層が形成される。 First, ST. As shown at 31, the low-k film is processed. During this processing, a polymer layer is formed on the surface of the low-k film, and a damaged layer containing a damaging functional group is formed.
次に、ST.32に示すように、Low−k膜の表面にST.31に示した加工処理によって生じたポリマー層を、第2の実施形態において説明した分解方法で分解する。 Next, ST. As shown in FIG. 32, ST. The polymer layer generated by the processing shown in 31 is decomposed by the decomposition method described in the second embodiment.
次に、ST.33に示すように、ポリマー層を分解した後、Low−k膜の表面にST.31に示した加工処理によって生じたダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換する。 Next, ST. As shown in FIG. 33, after decomposing the polymer layer, ST. The damaging functional group generated by the processing shown in 31 is substituted with a hydrophobic functional group.
次に、ST.34に示すように、Low−k膜の表面にST.33に示した置換処理によって生じたデンス層の下に存在するダメージ成分を回復させる。 Next, ST. As shown in FIG. 34, ST. The damage component existing under the dense layer generated by the replacement process shown in 33 is recovered.
このように、第1の実施形態と第2の実施形態とは組み合わせることが可能である。 As described above, the first embodiment and the second embodiment can be combined.
第3の実施形態のように、第1の実施形態と第2の実施形態とを組み合わせた場合には、第1の実施形態により得られた利点と、第2の実施形態により得られた利点とを併せて得ることができる。 When the first embodiment and the second embodiment are combined as in the third embodiment, the advantage obtained by the first embodiment and the advantage obtained by the second embodiment And can be obtained together.
また、特に、図示はしないが、第3の実施形態に係る低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法を用いて、半導体装置を製造できることは言うまでもない。 Although not particularly shown, it goes without saying that the semiconductor device can be manufactured by using the damage recovery method for the low dielectric constant insulating film according to the third embodiment.
以上、この発明を第1乃至第3の実施形態に従って説明したが、この発明は上記第1乃至第3の実施形態に限られるものではなく様々な変形が可能である。 Although the present invention has been described according to the first to third embodiments, the present invention is not limited to the first to third embodiments, and various modifications can be made.
例えば、上記第1乃至第3の実施形態では、この発明に係る低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法を、低誘電率絶縁膜を用いた層間絶縁膜中へのスルーホール(ヴィアホール、又はコンタクトホール)の形成に適用した例を示したが、上記ダメージ回復方法は、スルーホールの形成に適用されるばかりではない。例えば、低誘電率絶縁膜を用いた層間絶縁膜中へのダマシン配線用溝の形成にも適用することができる。 For example, in the first to third embodiments, the damage recovery method for a low dielectric constant insulating film according to the present invention is performed using a through hole (via hole or contact) in an interlayer insulating film using the low dielectric constant insulating film. Although an example of application to the formation of holes) has been shown, the damage recovery method is not only applied to the formation of through holes. For example, the present invention can be applied to the formation of a damascene wiring groove in an interlayer insulating film using a low dielectric constant insulating film.
さらには、この発明に係るダメージ回復方法は、パターン欠損の発生を抑制できること、及び低誘電率絶縁膜自体の電気的特性を十分に回復できることから、ダマシン配線用溝やスルーホールに限らず、様々な低誘電率絶縁膜の加工に適用することもできる。 Furthermore, since the damage recovery method according to the present invention can suppress the occurrence of pattern defects and can sufficiently recover the electrical characteristics of the low dielectric constant insulating film itself, the damage recovery method is not limited to the damascene wiring grooves and through holes. It can also be applied to processing of a low dielectric constant insulating film.
また、第1〜第3実施形態では、低誘電率絶縁膜(Low−k膜)として、MSQ、又はポーラスMSQを用いたが、無機シリコン酸化膜よりも誘電率が低い絶縁膜であればよく、例えば、主結合の一部を、誘電率kを低下させる別の結合に置換する置換基を含む有機絶縁膜を好ましく用いることができる。有機絶縁膜の一例としては有機シリコン酸化膜を挙げることができ、有機シリコン酸化膜としてはMSQ、又はポーラスMSQの他に、例えば、“Si−O”結合にメチル基(−CH3)を導入し、“Si−O”結合と“Si−CH3”結合とを混在させたSiOC系膜等も用いることができる。 In the first to third embodiments, MSQ or porous MSQ is used as the low dielectric constant insulating film (Low-k film). However, any insulating film having a lower dielectric constant than the inorganic silicon oxide film may be used. For example, an organic insulating film including a substituent that substitutes a part of the main bond with another bond that lowers the dielectric constant k can be preferably used. An example of the organic insulating film is an organic silicon oxide film. As the organic silicon oxide film, in addition to MSQ or porous MSQ, for example, a methyl group (—CH 3 ) is introduced into the “Si—O” bond. In addition, a SiOC-based film in which “Si—O” bonds and “Si—CH 3 ” bonds are mixed can also be used.
また、第1〜第3実施形態では、LKR処理に使用される反応ガスとして、TMSDMA(Trimethylsilyldimethylamine)を用いたが、反応ガスは、Siとアルキル基(−CnH2n+1)との結合を有するガスであれば良い。アルキル基の一例としては、例えば、メチル基(−CH3)を挙げることができ、Siとメチル基の結合を有するガスとしては、TMSDMAの他、
TMMAS(Trimethylmethylaminosilane)、
TMICS(Trimethyl(isocyanato)silane)、
TMSA(Trimethylsilylacetylene)、
TMSC(Trimethylsilylcyanide)、
DMSDMA(Dimethylsilyldimethylamine)、
HMDS(Hexamethyldisilazane)、
TMDS(1,1,3,3-Tetramethyldisilazane)、
TMSPyrole(1-Trimethylsilylpyrole)、
BSTFA(N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide)、及び
BDMADMS(Bis(dimethylamino)dimethylsilane)等も使用することができる。
In the first to third embodiments, TMSDMA (Trimethylsilyldimethylamine) is used as a reaction gas used in the LKR process, but the reaction gas has a bond between Si and an alkyl group (—C n H 2n + 1 ). Any gas can be used. Examples of alkyl groups, for example, there may be mentioned a methyl group (-CH 3), as a gas having a bond of Si and a methyl group, other TMSDMA,
TMMAS (Trimethylmethylaminosilane),
TMICS (Trimethyl (isocyanato) silane),
TMSA (Trimethylsilylacetylene),
TMSC (Trimethylsilylcyanide),
DMSDMA (Dimethylsilyldimethylamine),
HMDS (Hexamethyldisilazane),
TMDS (1,1,3,3-Tetramethyldisilazane),
TMSPyrole (1-Trimethylsilylpyrole),
BSTFA (N, O-Bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide), BDDMMS (Bis (dimethylamino) dimethylsilane) and the like can also be used.
その他、上記第1乃至第3の実施形態は、この発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 In addition, the first to third embodiments can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
1…半導体基板、2…層間絶縁膜、3…溝、4…配線、5…低誘電率絶縁膜(Low−k膜)、5a…デンス層、5b…ポリマー層、6…フォトレジスト膜、9…ダメージ成分、10…反応ガス、100…半導体基体
DESCRIPTION OF
Claims (10)
低誘電率絶縁膜を加工処理し、
前記低誘電率絶縁膜を加工処理した後、前記低誘電率絶縁膜の表面に前記加工処理によって生じたダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換し、
前記低誘電率絶縁膜の表面に前記置換処理によって生じたデンス層の下に存在するダメージ成分を、紫外線加熱処理を用いて回復させることを特徴とする低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法。 A method for recovering damage of a low dielectric constant insulating film that recovers damage caused to a low dielectric constant insulating film made of an insulating film having a dielectric constant lower than that of an inorganic silicon oxide film,
Processing the low dielectric constant insulating film,
After processing the low dielectric constant insulating film, the damage functional group generated by the processing on the surface of the low dielectric constant insulating film is replaced with a hydrophobic functional group,
A damage recovery method for a low dielectric constant insulating film, comprising recovering damage components existing under the dense layer produced by the substitution treatment on the surface of the low dielectric constant insulating film by using an ultraviolet heat treatment.
前記反応ガスは、
TMSDMA(Trimethylsilyldimethylamine)、
TMMAS(Trimethylmethylaminosilane)、
TMICS(Trimethyl(isocyanato)silane)、
TMSA(Trimethylsilylacetylene)、
TMSC(Trimethylsilylcyanide)
DMSDMA(Dimethylsilyldimethylamine)、
HMDS(Hexamethyldisilazane)、
TMDS(1,1,3,3-Tetramethyldisilazane)、
TMSPyrole(1-Trimethylsilylpyrole)、
BSTFA(N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide)、及び
BDMADMS(Bis(dimethylamino)dimethylsilane)から選択された少なくとも1つであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法。 The process of replacing the damaging functional group with a hydrophobic functional group is a process of supplying a reactive gas having a bond of Si and CH 3 into the processing chamber,
The reaction gas is
TMSDMA (Trimethylsilyldimethylamine),
TMMAS (Trimethylmethylaminosilane),
TMICS (Trimethyl (isocyanato) silane),
TMSA (Trimethylsilylacetylene),
TMSC (Trimethylsilylcyanide)
DMSDMA (Dimethylsilyldimethylamine),
HMDS (Hexamethyldisilazane),
TMDS (1,1,3,3-Tetramethyldisilazane),
TMSPyrole (1-Trimethylsilylpyrole),
3. The low dielectric constant insulation according to claim 1, wherein the dielectric constant insulation is at least one selected from BSTFA (N, O-Bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide) and BDDMDS (Bis (dimethylamino) dimethylsilane). How to recover film damage.
前記低誘電率絶縁膜をエッチングした後、前記フォトレジスト膜がアッシングされることを特徴とする請求項1乃至請求項4いずれか一項に記載の低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法。 The processing of the low dielectric constant insulating film includes a step of etching the low dielectric constant insulating film using a photoresist film as a mask,
5. The damage recovery method for a low dielectric constant insulating film according to claim 1, wherein the photoresist film is ashed after etching the low dielectric constant insulating film.
前記低誘電率絶縁膜を加工し、前記低誘電率絶縁膜に所定のパターンを形成する工程と、
前記低誘電率絶縁膜を加工した後、前記加工工程において前記低誘電率絶縁膜の表面に生じたダメージ性官能基を、疎水性官能基に置換する工程と、
前記置換工程において前記低誘電率絶縁膜の表面に生じたデンス層下に存在するダメージ成分を、紫外線加熱処理を用いて回復させる工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a low dielectric constant insulating film made of an insulating film having a dielectric constant lower than that of the inorganic silicon oxide film on the semiconductor substrate;
Processing the low dielectric constant insulating film and forming a predetermined pattern on the low dielectric constant insulating film;
After processing the low dielectric constant insulating film, replacing the damaging functional group generated on the surface of the low dielectric constant insulating film in the processing step with a hydrophobic functional group;
A step of recovering the damage component existing under the dense layer generated on the surface of the low dielectric constant insulating film in the replacement step by using an ultraviolet heat treatment;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記反応ガスは、
TMSDMA(Trimethylsilyldimethylamine)、
TMMAS(Trimethylmethylaminosilane)、
TMICS(Trimethyl(isocyanato)silane)、
TMSA(Trimethylsilylacetylene)、
TMSC(Trimethylsilylcyanide)
DMSDMA(Dimethylsilyldimethylamine)、
HMDS(Hexamethyldisilazane)、
TMDS(1,1,3,3-Tetramethyldisilazane)、
TMSPyrole(1-Trimethylsilylpyrole)、
BSTFA(N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide)、及び
BDMADMS(Bis(dimethylamino)dimethylsilane)から選択された少なくとも1つであることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The process of replacing the damaging functional group with a hydrophobic functional group is a process of supplying a reactive gas having a bond of Si and CH 3 into the processing chamber,
The reaction gas is
TMSDMA (Trimethylsilyldimethylamine),
TMMAS (Trimethylmethylaminosilane),
TMICS (Trimethyl (isocyanato) silane),
TMSA (Trimethylsilylacetylene),
TMSC (Trimethylsilylcyanide)
DMSDMA (Dimethylsilyldimethylamine),
HMDS (Hexamethyldisilazane),
TMDS (1,1,3,3-Tetramethyldisilazane),
TMSPyrole (1-Trimethylsilylpyrole),
8. The manufacturing method of a semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor device is at least one selected from BSTFA (N, O-Bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide) and BDDMDS (Bis (dimethylamino) dimethylsilane). Method.
前記低誘電率絶縁膜をエッチングした後、前記フォトレジスト膜がアッシングされることを特徴とする請求項6乃至請求項9いずれか一項に記載の低誘電率絶縁膜のダメージ回復方法。 The step of processing the low dielectric constant insulating film and forming a predetermined pattern on the low dielectric constant insulating film includes the step of etching the low dielectric constant insulating film using a photoresist film as a mask,
The method for recovering damage to a low dielectric constant insulating film according to any one of claims 6 to 9, wherein the photoresist film is ashed after the low dielectric constant insulating film is etched.
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JP2014521210A (en) * | 2011-06-28 | 2014-08-25 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Restoration of plasma-damaged low-k dielectrics by UV-assisted photochemical deposition |
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