JP2001060589A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関するものであり、特に絶縁膜にあらかじめ形成し
た溝部に金属膜を形成し、化学機械研磨を用いて溝部以
外の金属を除去することにより、配線を形成する半導体
装置の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a metal film in a groove previously formed in an insulating film and removing metal other than the groove using chemical mechanical polishing. And a method of manufacturing a semiconductor device for forming wiring.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化及び高速化
に伴い、微細加工技術が非常に重要な課題になってい
る。特に、電流が流れる配線については、その抵抗値、
エレクトロマイグレーション耐性、加工形状が半導体装
置の性能へ影響することが知られている。2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor devices become more highly integrated and operate at higher speeds, fine processing technology has become a very important issue. In particular, for wiring through which current flows, its resistance value,
It is known that electromigration resistance and a processed shape affect the performance of a semiconductor device.
【0003】半導体装置の配線材料としてこれまでアル
ミニウムが主に使用され、ドライエッチングによりその
配線加工が行われていた。しかし、高集積化、高速化に
伴い配線材料としてアルミニウムを用いることで次のよ
うな問題が生じてきた。例えば、配線幅が狭くなったた
め配線に流れる電流密度が高くなる。すると、抵抗の高
い配線内アルミニウムの温度が上昇する。配線の温度が
上昇すると、さらに配線抵抗が上昇したり、エレクトロ
マイグレーション耐性が弱くなる。Until now, aluminum has been mainly used as a wiring material for semiconductor devices, and the wiring has been processed by dry etching. However, the use of aluminum as a wiring material with high integration and high speed has caused the following problems. For example, the density of the current flowing through the wiring is increased due to the reduced wiring width. Then, the temperature of the aluminum in the wiring having a high resistance rises. As the temperature of the wiring increases, the wiring resistance further increases and the electromigration resistance decreases.
【0004】そこで、アルミニウムよりも抵抗の低く、
エレクトロマイグレーション耐性の良好な銅を配線材料
として用いるようになってきた。銅配線の加工について
は、銅のドライエッチングが困難であるため絶縁膜にあ
らかじめ形成した溝部に金属膜を充填し、化学機械研磨
を用いて溝部以外の金属を除去することにより配線を形
成する、いわゆるダマシン法が用いられている。Therefore, the resistance is lower than that of aluminum.
Copper having good electromigration resistance has been used as a wiring material. Regarding the processing of copper wiring, dry etching of copper is difficult, so filling a groove formed in an insulating film in advance with a metal film and forming a wiring by removing metal other than the groove using chemical mechanical polishing, The so-called damascene method is used.
【0005】図7は従来の半導体装置の製造工程断面図
を示す。図7において1は半導体基板、2はシリコン酸
化膜、3は溝配線、4はタンタルナイトライド(以下、
TaN)膜、5は銅(以下、Cu)によるシード膜、6
はメッキ法により形成したCu膜を示している。まず、
図7(a)に示すように、半導体基板1上のシリコン酸
化膜2に、配線パターンを有する溝パターン3をドライ
エッチングにより形成する。次に図7(b)に示すよう
に、シリコン酸化膜2上にスパッタ法によりTaN膜
4、Cu膜5を成膜する。TaN膜4、Cu膜5を成膜
後、メッキ法によりCu膜6を堆積すると図7(c)に
示すようになる。次に、化学機械研磨法によって溝部3
以外の金属を除去し、図7(d)に示すような埋め込み
配線が形成される。FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of a conventional semiconductor device. In FIG. 7, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a silicon oxide film, 3 is a trench wiring, and 4 is a tantalum nitride (hereinafter, referred to as tantalum nitride).
TaN) film, 5 is a seed film made of copper (hereinafter, Cu), 6
Indicates a Cu film formed by a plating method. First,
As shown in FIG. 7A, a groove pattern 3 having a wiring pattern is formed in a silicon oxide film 2 on a semiconductor substrate 1 by dry etching. Next, as shown in FIG. 7B, a TaN film 4 and a Cu film 5 are formed on the silicon oxide film 2 by a sputtering method. After the TaN film 4 and the Cu film 5 are formed, a Cu film 6 is deposited by a plating method, as shown in FIG. Next, the groove 3 is formed by a chemical mechanical polishing method.
By removing the other metals, an embedded wiring as shown in FIG. 7D is formed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では、例えば1μm以上の広い溝配線領域において
図7(c)に示すようにCu膜6に段差9を生じ、化学
機械研磨をすると図7(d)に示すように広い溝配線部
の金属がより多く除去される。よって、細い溝配線部内
の金属膜の膜厚よりも広い溝配線部における金属膜厚が
薄くなり凹んだ状態になる、いわゆるディッシングと呼
ばれる状態が生じる。配線溝の幅とディッシングの関係
を図8に示す。ディッシング量は配線幅中央部での凹み
量である。配線幅が1μm未満ではディッシング量は2
0nm以下であり問題にはならない量である。しかし配
線溝幅が1μm以上になると急激にディッシング量が増
加する。配線の厚みは400〜500nmであるので、
配線幅が例えば10μmの場合、ディッシング量は配線
膜厚の10%近くにもなる。However, according to the conventional method, a step 9 is formed in the Cu film 6 in a wide trench wiring region of, for example, 1 μm or more as shown in FIG. As shown in (d), more metal is removed from the wide groove wiring portion. Therefore, a so-called dishing state occurs in which the metal film thickness in the groove wiring portion which is wider than the film thickness of the metal film in the narrow groove wiring portion becomes thin and becomes concave. FIG. 8 shows the relationship between the width of the wiring groove and the dishing. The dishing amount is the amount of depression at the center of the wiring width. If the wiring width is less than 1 μm, the dishing amount is 2
The amount is not more than 0 nm and does not cause any problem. However, when the wiring groove width is 1 μm or more, the dishing amount sharply increases. Since the thickness of the wiring is 400-500 nm,
When the wiring width is, for example, 10 μm, the dishing amount is close to 10% of the wiring film thickness.
【0007】ディッシングが生じると、広い溝配線部の
配線断面積が設計値よりも小さくなるために、設計通り
に半導体装置を使用すると電流密度が増加する。よっ
て、配線の温度が上昇し電気抵抗が高くなる、或いはエ
レクトロマイグレーション耐性が劣化する等の問題を生
じる。また極端な場合には広い溝パターンの中央部では
Cuが存在しないこともある。そこで、電解メッキ、化
学機械研磨工程によってCu膜を形成する際に、配線膜
厚を設計通りに保持することは非常に重要な課題であ
る。When dishing occurs, the wiring cross-sectional area of the wide groove wiring portion becomes smaller than a design value, and therefore, when a semiconductor device is used as designed, the current density increases. Therefore, there arise problems such as an increase in the temperature of the wiring and an increase in the electric resistance or a deterioration in the electromigration resistance. In an extreme case, Cu may not be present at the center of the wide groove pattern. Therefore, when forming the Cu film by the electrolytic plating and the chemical mechanical polishing process, it is a very important issue to keep the wiring film thickness as designed.
【0008】本課題に関しては例えば特開平6−318
590号には、広い配線パターンを形成する際に、広い
配線パターンに柱状またはスリット状に絶縁膜を残した
のち、金属を埋め込み化学機械研磨する方法が開示され
ている。しかし、この方法では、広い配線パターン内部
に絶縁膜による柱やスリットが残るため、例えば配線抵
抗が変化したり、上層の配線とを接続するヴィアホール
の配置に制限が生じる等の問題が発生する。[0008] Regarding this problem, see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-318.
No. 590 discloses a method of forming a wide wiring pattern, leaving an insulating film in a columnar or slit shape in the wide wiring pattern, and then embedding a metal and performing chemical mechanical polishing. However, according to this method, since columns and slits made of an insulating film remain inside a wide wiring pattern, there arise problems such as a change in wiring resistance and a restriction on the arrangement of via holes connecting the upper layer wiring. .
【0009】本発明は、配線幅の広い領域と細い領域が
混在する半導体装置の配線層において、化学機械研磨後
のディッシングを防止することで、幅の広い領域と細い
領域の溝配線内の銅膜厚を等しくし、所望の電気特性が
得られるようにすることを目的とする。According to the present invention, in a wiring layer of a semiconductor device in which a wide wiring area and a narrow wiring area are mixed, dishing after chemical mechanical polishing is prevented, so that copper in a wide wiring wiring and a narrow wiring groove is formed. It is an object of the present invention to make film thicknesses equal and to obtain desired electric characteristics.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
の半導体装置の製造方法は、埋め込みによる溝配線の形
成において、所定の幅以上の配線パターン部分にさらに
他の平坦化用パターンを形成することで、広い配線パタ
ーン部分の開口領域を実質的に低減し、化学機械研磨を
行う前の基板表面に広い段差が生じないようにするもの
である。ここで配線パターン部分に形成されるパターン
は埋め込み配線に用いる金属と同種のもので形成されて
いる。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention provides a method of forming a trench wiring by embedding, further forming another flattening pattern in a wiring pattern portion having a predetermined width or more. By doing so, the opening area of the wide wiring pattern portion is substantially reduced, and a wide step is not generated on the substrate surface before performing the chemical mechanical polishing. Here, the pattern formed in the wiring pattern portion is formed of the same type as the metal used for the embedded wiring.
【0011】また本発明の半導体装置の製造方法は、感
光性材料による開口パターンを所定の幅以上の広い配線
パターンに形成し、これマスクとして例えばメッキ法に
より銅または銅合金等の金属膜を開口パターン内に選択
的に成膜することで、化学機械研磨前の広い配線上の金
属膜厚を厚くして、広い配線部以外の部分の金属膜厚を
等しくし、研磨後における広い溝配線内部の金属の膜減
り、すなわちディッシングをなくしたものである。In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an opening pattern made of a photosensitive material is formed in a wide wiring pattern having a predetermined width or more, and a metal film such as copper or a copper alloy is formed as a mask by plating, for example. By selectively forming a film in the pattern, the metal film thickness on the wide wiring before chemical mechanical polishing is increased, the metal film thickness on the parts other than the wide wiring part is made equal, and the inside of the wide groove wiring after polishing is increased. In other words, dishing is eliminated.
【0012】さらに、本発明の半導体装置の製造方法
は、感光性材料によるパターンを所定の値以上の広い配
線パターン内に形成し、その上に金属膜を形成した後、
化学機械研磨法で平坦化して感光性材料によるパターン
を露出させ、この感光性材料によるパターンを除去する
ことで、広い配線パターンの開口領域を実質的に低減さ
せた後、更に金属膜を形成し、化学機械研磨を行うこと
で、研磨後における広い溝配線内部の金属の膜減り、す
なわちディッシングをなくしたものである。Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a pattern made of a photosensitive material is formed in a wide wiring pattern having a predetermined value or more, and a metal film is formed thereon.
After flattening by a chemical mechanical polishing method to expose a pattern made of a photosensitive material and removing the pattern made of the photosensitive material, an opening area of a wide wiring pattern is substantially reduced, and then a metal film is formed. By performing chemical mechanical polishing, the metal film inside the wide trench wiring after polishing is reduced, that is, dishing is eliminated.
【0013】なお図8より明らかなように、所定の値以
上の配線パターンとしては1μm以上の配線パターンで
あることが好ましい。As apparent from FIG. 8, the wiring pattern having a predetermined value or more is preferably a wiring pattern having a size of 1 μm or more.
【0014】さて、広い配線パターン内に付加的に第二
のパターンを形成する方法としては、例えば特開平10
−189506号公報が挙げられる。これは配線間に埋
め込もうとする絶縁膜上に、研磨速度の遅い膜を形成し
てから化学機械研磨を行うことで、ディッシングを防止
しようというものである。この先行例は、埋め込みに用
いる絶縁膜とは異なる膜を用いるものであり、また埋め
込まれる材料が金属膜でないという点で本願発明とは異
なる。さらにこの先行例では化学機械研磨により第二の
パターンを形成している点で本願発明と異なる。また、
特開平10−22372号公報には広い溝部分に酸化膜
パターンを形成して化学機械研磨時の段差を緩和する方
法が開示されている。この先行例は分離領域の形成方法
であり、埋め込み膜が絶縁膜であるという点で、さらに
発明の目的が狭い溝部分でのボイドの発生を抑制するも
のであるという点で本願発明と異なる。As a method of additionally forming a second pattern in a wide wiring pattern, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
-189506. This is to prevent dishing by forming a film having a low polishing rate on an insulating film to be embedded between wirings and then performing chemical mechanical polishing. This prior example uses a film different from the insulating film used for filling, and differs from the present invention in that the material to be filled is not a metal film. Further, this prior example is different from the present invention in that the second pattern is formed by chemical mechanical polishing. Also,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-22372 discloses a method of forming an oxide film pattern in a wide groove portion to reduce a step during chemical mechanical polishing. This prior example is a method for forming an isolation region, which differs from the present invention in that the buried film is an insulating film and the object of the invention is to suppress the generation of voids in a narrow groove portion.
【0015】またダマシン法で金属配線を形成するとい
う点では特開平8−298285号公報が挙げられる。
これはタングステン膜を狭い配線溝内に埋め込み、広い
配線溝にはタングステンと銅の積層膜を形成して広い配
線溝の抵抗値を低減しようというものである。この先行
例では銅を化学機械研磨する際に広い配線部分が凹んだ
ままなので、ディッシングを避けることができないとい
う点で本願発明と異なる。Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-298285 discloses a method of forming a metal wiring by a damascene method.
In this method, a tungsten film is embedded in a narrow wiring groove, and a laminated film of tungsten and copper is formed in the wide wiring groove to reduce the resistance value of the wide wiring groove. This prior example differs from the present invention in that dishing cannot be avoided because a wide wiring portion remains concave when copper is chemically and mechanically polished.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】(実施の形態1)以下、本発明の
第一の実施の形態について図面を参照しながら説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0017】図1は本発明の第一の実施の形態における
半導体製造装置の製造工程を示す図である。図1におい
て101はトランジスタ素子や容量素子等の集積回路を
構成する各素子(図には示していない)が形成された半
導体基板、102は絶縁膜であるシリコン酸化膜、10
3は溝状に形成される配線パターン、104はバリア膜
であるTaN膜、105は第一金属膜である電解メッキ
のシード膜として機能するCu(銅)膜、106は第二
金属膜である第一のCuメッキ膜、107は感光性材料
であるフォトレジストによる開口パターン、108はエ
ネルギービームを遮るためのマスク、109は段差、1
10はエネルギービームである露光光、111は第三金
属膜である第二のCuメッキ膜である。FIG. 1 is a view showing a manufacturing process of a semiconductor manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a semiconductor substrate on which elements (not shown) constituting an integrated circuit such as a transistor element and a capacitor element are formed; 102, a silicon oxide film as an insulating film;
Reference numeral 3 denotes a wiring pattern formed in a groove shape; 104, a TaN film as a barrier film; 105, a Cu (copper) film serving as a seed film for electrolytic plating as a first metal film; and 106, a second metal film. The first Cu plating film, 107 is an opening pattern made of a photoresist as a photosensitive material, 108 is a mask for blocking an energy beam, 109 is a step, 1
Reference numeral 10 denotes exposure light that is an energy beam, and 111 denotes a second Cu plating film that is a third metal film.
【0018】まず、図1(a)に示すように、半導体基
板101上に0.7μmのシリコン酸化膜102を形成
し、フォトエッチング法により、シリコン酸化膜102
上に、配線パターンである溝パターン103を形成す
る。この溝パターンは様々な配線幅を有している。本発
明ではパターン幅(配線溝幅)が1μm未満のものを細
い溝配線、1μm以上のものを広い溝配線とする。ここ
では配線幅0.3μmと10μmの場合について説明す
る。また溝パターンの深さは0.4μmである。First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 102 having a thickness of 0.7 μm is formed on a semiconductor substrate 101, and the silicon oxide film 102 is formed by a photo-etching method.
A groove pattern 103 which is a wiring pattern is formed thereon. This groove pattern has various wiring widths. In the present invention, those having a pattern width (wiring groove width) of less than 1 μm are defined as thin groove wirings, and those having a pattern width of 1 μm or more are defined as wide groove wirings. Here, the case where the wiring widths are 0.3 μm and 10 μm will be described. The depth of the groove pattern is 0.4 μm.
【0019】次に、図1(b)に示すように、形成され
た溝配線パターン103上に、バリア膜104としてス
パッタにより窒化タンタル(以下、TaN)膜を0.0
35μm成膜する。ここでバリア膜としてスパッタによ
るTaN膜としているが、TaN膜は一例であって、バ
リア膜の材料、膜厚は第一金属膜105や第二金属膜1
06であるCuのシリコン酸化膜102への拡散を抑制
できる膜厚であって導電性膜であればよい。例えば、バ
リア膜としてCVD法により成膜された窒化チタン(以
下、TiN)膜を0.01μm用いてもよい。Next, as shown in FIG. 1B, a tantalum nitride (hereinafter, referred to as TaN) film is formed as a barrier film 104 on the formed trench wiring pattern 103 by sputtering.
35 μm is formed. Here, a TaN film formed by sputtering is used as the barrier film. However, the TaN film is an example, and the material and the thickness of the barrier film are the first metal film 105 and the second metal film 1.
It is sufficient that the conductive film has a thickness that can suppress the diffusion of Cu into the silicon oxide film 102. For example, as the barrier film, a titanium nitride (hereinafter, TiN) film formed by a CVD method may be used to have a thickness of 0.01 μm.
【0020】次に、バリア膜104を成膜後、真空中で
その半導体基板を保持したまま、シード膜105である
Cuをスパッタ法により0.15μm成膜する。ここで
シード膜はスパッタ法により0.15μm形成したが、
次のメッキ工程においてシード膜に電流が流れて銅が堆
積される膜厚であれば、他の膜厚でもよい。Next, after the barrier film 104 is formed, Cu as the seed film 105 is formed to a thickness of 0.15 μm by sputtering while holding the semiconductor substrate in a vacuum. Here, the seed film was formed to a thickness of 0.15 μm by a sputtering method.
Other film thicknesses may be used as long as current flows through the seed film and copper is deposited in the next plating step.
【0021】シード膜105成膜後、図1(c)に示す
ように、硫酸銅を主成分とするメッキ液を用いた電解メ
ッキ法により一回目のCuメッキ膜106を電流密度1
0mA/cm2にて例えば0.5μm成膜する。この膜
厚において配線幅0.3μmの細い配線溝を埋め込むこ
とができる。一方広い10μm幅の溝配線部において
は、図1(c)に示すようにほぼ溝配線の深さに相当す
る0.4μmの段差109が生じている。ここで、電流
密度は5〜30mA/cm2で、Cuが堆積される電流
密度であれば問題はない。Cuメッキ堆積膜厚について
も0.5μmとしているが、0.3μmの配線パターン
を埋め込むことができる膜厚であればよい。After the seed film 105 is formed, as shown in FIG. 1C, the first Cu plating film 106 is formed at a current density of 1 by an electrolytic plating method using a plating solution containing copper sulfate as a main component.
For example, a 0.5 μm film is formed at 0 mA / cm 2 . At this film thickness, a thin wiring groove having a wiring width of 0.3 μm can be buried. On the other hand, in the wide trench wiring portion having a width of 10 μm, as shown in FIG. 1C, a step 109 of 0.4 μm substantially corresponding to the depth of the trench wiring is generated. Here, the current density is 5 to 30 mA / cm 2 , and there is no problem as long as the current density allows Cu to be deposited. Although the Cu plating deposition film thickness is also 0.5 μm, any film thickness that can embed a 0.3 μm wiring pattern may be used.
【0022】電解メッキ後、図1(d)に示すように感
光性材料107として膜厚1μmのポジ型フォトレジス
トをCuメッキ膜106の表面に塗布する。次に、図1
(d)に示すように、KrFエキシマレーザー光110
を10μmの広い溝配線の上部に例えば9μm幅で照射
する。照射した溝配線内の感光性材料をアルカリ性溶液
にて現像後の工程断面図を図2(e)に示す。このとき
10μm幅の広い溝配線の側壁には側壁からのフォトレ
ジストの膜厚が1μm未満で、側壁を被覆するようにパ
ターンニングする。本実施の形態では側壁部でのフォト
レジスト107の膜厚は約0.5μmである。After the electrolytic plating, as shown in FIG. 1D, a 1 μm-thick positive type photoresist as a photosensitive material 107 is applied to the surface of the Cu plating film 106. Next, FIG.
As shown in (d), the KrF excimer laser beam 110
Is applied to the upper portion of the 10 μm wide groove wiring with a width of, for example, 9 μm. FIG. 2E is a cross-sectional view showing a process after developing the photosensitive material in the irradiated trench wiring with an alkaline solution. At this time, patterning is performed on the side wall of the trench wiring having a width of 10 μm so that the thickness of the photoresist from the side wall is less than 1 μm and covers the side wall. In this embodiment, the thickness of the photoresist 107 on the side wall is about 0.5 μm.
【0023】次に、図2(f)に示すように、溝配線部
のみ2回目の電解メッキ工程により段差109分の膜厚
0.4μmのCu膜111を20mA/cm2の条件で
約50秒間堆積する。このメッキ工程を経ることで、所
定の幅(ここでは1μm)以上の溝パターン上にCu膜
111によるパターンが形成されたことになる。Next, as shown in FIG. 2F, a 0.4 μm-thick Cu film 111 having a step height of 109 and a thickness of about 50 μm is formed under the condition of 20 mA / cm 2 by a second electrolytic plating process only for the trench wiring portion. Deposit for seconds. Through this plating step, a pattern of the Cu film 111 is formed on the groove pattern having a predetermined width (here, 1 μm) or more.
【0024】ここで、広い溝配線の側壁をフォトレジス
トにより被覆しなかった場合の問題について図6を参照
しながら説明する。図6(a)にフォトレジスト除去後
の工程断面図を示す。この状態から、2回目の電解メッ
キを行うと図6(b)に示すように溝配線側壁からCu
膜411が成長する。やがて、図6(c)に示すように
溝配線の側壁部にCu膜が厚く形成され平坦なCu膜を
成膜できなくなる。よって、溝配線の側壁をフォトレジ
ストで被覆することは重要な工程である。Here, the problem when the side wall of the wide groove wiring is not covered with the photoresist will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a sectional view showing a step after the photoresist is removed. From this state, when the second electrolytic plating is performed, as shown in FIG.
A film 411 grows. Eventually, as shown in FIG. 6C, a thick Cu film is formed on the side wall of the trench wiring, so that a flat Cu film cannot be formed. Therefore, covering the side wall of the trench wiring with the photoresist is an important step.
【0025】2回目の電解メッキ後、例えばプラズマア
ッシングや薬液によりフォトレジスト407を除去す
る。以上のような工程を経ることで、図2(g)に示すよ
うに化学機械研磨前に広い段差のない平坦なCu膜が形
成されていることがわかる。After the second electrolytic plating, the photoresist 407 is removed by, for example, plasma ashing or a chemical solution. Through the steps described above, it can be seen that a flat Cu film without a wide step is formed before the chemical mechanical polishing as shown in FIG.
【0026】ここで、2回目の電解メッキによるCu膜
111の膜厚を0.4μmとしているが、配線段差10
9の生じた膜厚分のみCuを堆積すればよい。またフォ
トレジスト7の塗布膜厚を1μmとしているが、Cuの
堆積時間内に感光性材料がメッキ液である硫酸銅に溶解
して広い溝配線部底の1回目のCu膜106の表面が露
出しない膜厚であればよい。さらにここでは、電解メッ
キ法を用いているが、無電解メッキ法によるCuの成膜
も可能である。Here, the thickness of the Cu film 111 formed by the second electrolytic plating is set to 0.4 μm.
It is sufficient to deposit Cu only for the film thickness in which No. 9 occurs. Although the coating thickness of the photoresist 7 is 1 μm, the photosensitive material dissolves in the copper sulfate as a plating solution within the Cu deposition time, and the surface of the first Cu film 106 at the bottom of the wide groove wiring portion is exposed. Any film thickness may be used. Further, although the electrolytic plating method is used here, a Cu film can be formed by an electroless plating method.
【0027】フォトレジスト107を除去後、溝部以外
の第二回目のメッキによるCu膜111、第一回目のメ
ッキによるCu膜106、シード膜であるCu膜10
5、バリア膜であるTaN膜104を化学機械研磨によ
り研磨することにより図2(h)に示すような配線を形
成することができる。このとき、化学機械研磨でCu膜
111及びCu膜106を研磨する際に、同種の金属を
研磨している。このため研磨に用いるスラリー中に不純
物が混じることがなく、安定した研磨状態を維持でき
る。After removing the photoresist 107, the Cu film 111 other than the groove portion by the second plating, the Cu film 106 by the first plating, and the Cu film 10 as a seed film
5. By polishing the TaN film 104 as a barrier film by chemical mechanical polishing, a wiring as shown in FIG. 2H can be formed. At this time, when polishing the Cu film 111 and the Cu film 106 by chemical mechanical polishing, the same kind of metal is polished. Therefore, no impurities are mixed in the slurry used for polishing, and a stable polishing state can be maintained.
【0028】以上の方法により、広い溝配線、細い溝配
線領域の混在する配線において、広い溝配線部のCu膜
の膜減りを抑制し埋め込み配線を形成した。By the above-described method, in a wiring in which a wide groove wiring and a narrow groove wiring region are mixed, the reduction of the Cu film in the wide groove wiring portion is suppressed, and a buried wiring is formed.
【0029】なお第一のCu膜106の形成方法として
メッキ法を用いているが、スパッタ法やCVD法を用い
ることもでき、そのときは第一金属膜105として用い
ているCuシード膜105は成膜しなくてもよい。その
場合に限り、例えばバリア金属膜104上にスパッタ法
やCVD法によりCu膜を成膜し、その上に、フォトレ
ジスト107を塗布という工程を経る。また第三金属膜
であるCu膜111の形成にメッキ法を用いて、レジス
トによる開口パターン107内に選択的にCuを形成し
たが、CVD法やスパッタでCuを形成し、いわゆるリ
フトオフ法でCu膜111によるパターンを形成しても
よい。このリフトオフ法はメッキ法の適用が困難な金属
に対して用いると有効である。Although the plating method is used as a method for forming the first Cu film 106, a sputtering method or a CVD method can also be used. In this case, the Cu seed film 105 used as the first metal film 105 is It is not necessary to form a film. Only in that case, for example, a Cu film is formed on the barrier metal film 104 by a sputtering method or a CVD method, and a photoresist 107 is applied thereon. Further, Cu was selectively formed in the resist opening pattern 107 by using a plating method for forming the Cu film 111 as the third metal film, but Cu was formed by a CVD method or sputtering, and Cu was formed by a so-called lift-off method. A pattern using the film 111 may be formed. This lift-off method is effective when used for a metal to which the plating method is difficult to apply.
【0030】(実施の形態2)以下、本発明の第二の実
施の形態について図面を参照しながら説明する。(Embodiment 2) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0031】図3は本発明の第二の実施の形態における
半導体製造装置の製造工程を示す図である。図3におい
て201はトランジスタ素子や容量素子等の集積回路を
構成する各素子(図には示していない)が形成された半
導体基板、202は絶縁膜であるシリコン酸化膜、20
3は溝配線、204はバリア膜であるTaN膜、205
は第一金属膜である電解メッキのシード膜として機能す
るCu(銅)膜、206は第二金属膜である第一のCu
メッキ膜、207は感光性材料、209は段差、211
は第三の金属膜である第二のCuメッキ膜である。FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of a semiconductor manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 201 denotes a semiconductor substrate on which elements (not shown) forming an integrated circuit such as a transistor element and a capacitor element are formed; 202, a silicon oxide film as an insulating film;
3 is a trench wiring, 204 is a TaN film as a barrier film, 205
Is a Cu (copper) film functioning as a seed film for electrolytic plating as a first metal film, and 206 is a first Cu film as a second metal film.
Plating film, 207 is a photosensitive material, 209 is a step, 211
Is a second Cu plating film which is a third metal film.
【0032】まず、図3(a)に示すように、半導体基
板201上に0.7μmのシリコン酸化膜202を形成
し、フォトエッチング法により、シリコン酸化膜202
上に溝配線パターン203を形成する。この溝パターン
は様々な配線幅を有している。本発明ではパターン幅
(配線溝幅)が1μm未満のものを細い溝配線、1μm
以上のものを広い溝配線とする。ここでは配線幅0.3
μmと10μmの場合について説明する。また溝パター
ンの深さは0.4μmである。First, as shown in FIG. 3A, a 0.7 μm silicon oxide film 202 is formed on a semiconductor substrate 201, and the silicon oxide film 202 is formed by a photo-etching method.
A groove wiring pattern 203 is formed thereon. This groove pattern has various wiring widths. In the present invention, a thin groove wiring having a pattern width (wiring groove width) of less than 1 μm
The above is a wide groove wiring. Here, the wiring width is 0.3
The case of μm and 10 μm will be described. The depth of the groove pattern is 0.4 μm.
【0033】次に、図3(b)に示すように、形成され
た溝配線パターン203上に、バリア膜204としてス
パッタ法により0.035μmのTaN膜を成膜する。
ここでバリア膜としてスパッタ法によるTaN膜として
いるが、TaN膜は一例であって、バリア膜の材料、膜
厚は第一金属膜205や第二金属膜206であるCuの
シリコン酸化膜202への拡散を抑制できる膜厚であっ
て導電性膜であればよいことはいうまでもない。例え
ば、バリア膜としてCVD法により成膜されたTiN膜
を0.01μm用いてもよい。Next, as shown in FIG. 3B, a 0.035 μm TaN film is formed as a barrier film 204 on the formed trench wiring pattern 203 by a sputtering method.
Here, a TaN film formed by a sputtering method is used as the barrier film. However, the TaN film is an example, and the material and the thickness of the barrier film are changed to the Cu silicon oxide film 202 which is the first metal film 205 and the second metal film 206. It is needless to say that any conductive film may be used as long as the film thickness can suppress the diffusion of the conductive film. For example, a TiN film formed by a CVD method with a thickness of 0.01 μm may be used as the barrier film.
【0034】次に、TaN膜204を成膜後、真空中で
その半導体基板を保持したまま、シード膜205である
Cuをスパッタ法により0.15μm成膜する。ここで
シード膜はスパッタ法により0.15μm形成したが、
以降のメッキ工程においてシード膜に電流が流れて銅が
堆積される膜厚であれば、他の膜厚でもよい。Next, after forming the TaN film 204, Cu as the seed film 205 is formed to a thickness of 0.15 μm by sputtering while holding the semiconductor substrate in a vacuum. Here, the seed film was formed to a thickness of 0.15 μm by a sputtering method.
Other film thicknesses may be used as long as current flows through the seed film and copper is deposited in the subsequent plating process.
【0035】次に図3(c)に示すように、感光性材料
として膜厚1μmのポジ型フォトレジスト207を塗布
し、KrFエキシマレーザー光を10μmの広い配線の
上部に9μm幅で照射した後、アルカリ性溶液にて現像
する。このとき、10μm幅の広い溝配線の側壁には側
壁からの感光性材料の膜厚が1μm未満でかつ側壁を被
覆するようにパターンニングする。このとき、側壁がフ
ォトレジストで十分被覆されていない場合には、第一の
実施の形態で図4を用いて説明したような不具合が生じ
る。本実施の形態では側壁部でのフォトレジスト207
の膜厚は約0.5μmである。Next, as shown in FIG. 3C, a 1 μm-thick positive type photoresist 207 is applied as a photosensitive material, and a KrF excimer laser beam is applied to the upper portion of a 10 μm wide wiring with a 9 μm width. Develop with an alkaline solution. At this time, patterning is performed so that the film thickness of the photosensitive material from the side wall is less than 1 μm and covers the side wall of the trench wiring having a width of 10 μm. At this time, if the side walls are not sufficiently covered with the photoresist, the problem described in the first embodiment with reference to FIG. 4 occurs. In this embodiment, the photoresist 207 on the side wall portion is used.
Is about 0.5 μm.
【0036】次に、図3(d)に示すように、フォトレ
ジストで開口した部分に1回目の電解メッキ工程により
段差分の膜厚約0.35μmのCu膜206を20mA
/cm2の条件で約50秒間堆積する。このメッキ工程
を経ることで、所定の幅以上の溝パターン上にCu膜2
06によるパターンが形成されたことになる。Next, as shown in FIG. 3D, a Cu film 206 having a step difference of about 0.35 μm is formed on the portion opened with the photoresist by a first electrolytic plating step to a thickness of 20 mA.
/ Cm 2 for about 50 seconds. Through this plating step, the Cu film 2 is formed on the groove pattern having a predetermined width or more.
06 has been formed.
【0037】ここで、1回目の電解メッキによるCu膜
206の膜厚を0.35μmとしているが、配線段差3
09の膜厚分程度にCu膜を堆積すればよい。またフォ
トレジスト207の塗布膜厚を1μmとしているが、C
u膜206の堆積時間内に感光性材料がメッキ液である
硫酸銅に溶解して広い溝配線部の側壁が露出しない膜厚
であればよい。さらにここでは、電解メッキ法を用いて
いるが、無電解メッキ法によるCuの成膜も可能であ
る。Here, the thickness of the Cu film 206 formed by the first electrolytic plating is set to 0.35 μm.
A Cu film may be deposited to a thickness of about 09. The thickness of the photoresist 207 is set to 1 μm.
Any film thickness may be used as long as the photosensitive material dissolves in the plating solution of copper sulfate during the deposition time of the u film 206 and the side wall of the wide groove wiring portion is not exposed. Further, although the electrolytic plating method is used here, a Cu film can be formed by an electroless plating method.
【0038】次に、図3(e)に示すように例えばプラ
ズマアッシングや薬液により感光性材料207を除去す
る。Next, as shown in FIG. 3E, the photosensitive material 207 is removed by, for example, plasma ashing or a chemical solution.
【0039】更に図3(f)に示すように、2回目の電
解メッキ工程により膜厚0.4μmのCu膜211を2
0mA/cm2の条件で約50秒間堆積する。このメッ
キ工程により、溝配線以外と、溝配線パターン203の
うち1μm未満の細い配線部および、1μm以上の幅を
有する溝配線パターンに形成したCu膜によるパターン
206と段差の間隙部にCuが形成される。このとき、
広い段差の原因となる1μm以上の溝部や凹み部が存在
しないので、2回目のメッキを経た後の基板表面はほぼ
平坦である。Further, as shown in FIG. 3F, a Cu film 211 having a thickness of 0.4 μm is formed by a second electrolytic plating process.
Deposition is performed for about 50 seconds under the condition of 0 mA / cm 2 . By this plating process, Cu is formed in a gap between the step 206 and the pattern 206 formed by the Cu film formed in the thin wiring portion having a width of less than 1 μm and the width of 1 μm or more in the groove wiring pattern 203 other than the groove wiring. Is done. At this time,
Since there is no groove or dent of 1 μm or more that causes a wide step, the substrate surface after the second plating is almost flat.
【0040】次に溝部以外の第二回目のメッキによるC
u膜211、第一回目のメッキによるCu膜206、シ
ードCu膜205、TaN膜204を化学機械研磨によ
り研磨することにより図3(g)に示すような配線を形
成することができる。このとき、化学的機械研磨により
Cu膜206及びCu膜205を研磨する際に、同種の
金属を研磨している。このため研磨に用いるスラリー中
に不純物が混じることがなく、安定した研磨状態を維持
できる。Next, C by the second plating except for the groove portion
By polishing the u film 211, the Cu film 206 formed by the first plating, the seed Cu film 205, and the TaN film 204 by chemical mechanical polishing, a wiring as shown in FIG. 3G can be formed. At this time, when polishing the Cu film 206 and the Cu film 205 by chemical mechanical polishing, the same kind of metal is polished. Therefore, no impurities are mixed in the slurry used for polishing, and a stable polishing state can be maintained.
【0041】以上の方法により、広い溝配線、細い溝配
線領域の混在する配線において、広い溝配線部のCu膜
の膜減りを抑制し埋め込み配線を形成した。By the above-described method, in a wiring in which a wide groove wiring and a narrow groove wiring region are mixed, the reduction in the thickness of the Cu film in the wide groove wiring portion is suppressed, and a buried wiring is formed.
【0042】なお第二のCu膜211の形成方法として
メッキ法を用いているが、スパッタ法やCVD法を用い
ることもできる。また第二金属膜であるCu膜206の
形成にメッキ法を用いて、レジストによる開口パターン
207内に選択的にCuを形成したが、CVD法やスパ
ッタでCuを形成し、いわゆるリフトオフ法でCu膜2
06によるパターンを形成してもよい。このリフトオフ
法はメッキ法の適用が困難な金属に対して用いると有効
である。Although the plating method is used as the method for forming the second Cu film 211, a sputtering method or a CVD method may be used. Further, Cu was selectively formed in the opening pattern 207 by the resist using a plating method for forming the Cu film 206 as the second metal film. However, Cu was formed by a CVD method or sputtering, and Cu was formed by a so-called lift-off method. Membrane 2
06 may be formed. This lift-off method is effective when used for a metal to which the plating method is difficult to apply.
【0043】(実施の形態3)以下本発明の第三の実施
の形態について図面を参照しながら説明する。(Embodiment 3) Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0044】図4は本発明の第三の実施の形態における
半導体製造装置の製造工程を示す図である。FIG. 4 is a view showing a manufacturing process of a semiconductor manufacturing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
【0045】図4において301はトランジスタ素子や
容量素子等の集積回路を構成する各素子(図には示して
いない)が形成された半導体基板、302は絶縁膜であ
るシリコン酸化膜、303は溝配線、304は導電性膜
であるTiN膜、305は感光性材料、306はエネル
ギービームを遮るマスク、307はエネルギービームで
ある露光光、308は第一金属膜であるCu膜、309
は第二金属膜であるCu膜である。In FIG. 4, reference numeral 301 denotes a semiconductor substrate on which elements (not shown) constituting an integrated circuit such as a transistor element and a capacitor are formed; 302, a silicon oxide film as an insulating film; Wiring, 304, a TiN film as a conductive film, 305, a photosensitive material, 306, a mask for blocking an energy beam, 307, exposure light as an energy beam, 308, a Cu film as a first metal film, 309
Is a Cu film as a second metal film.
【0046】まず、図4(a)に示すように、半導体基
板301上に0.7μmのシリコン酸化膜302を形成
し、前記シリコン酸化膜302をドライエッチングする
ことで、配線幅0.3μmと10μm、深さ0.4μm
の溝配線パターン303を形成する。この溝パターンは
様々な配線幅を有している。本発明ではパターン幅(配
線溝幅)が1μm未満のものを細い溝配線、1μm以上
のものを広い溝配線とする。ここでは配線幅0.3μm
と10μmの場合について説明する。First, as shown in FIG. 4A, a 0.7 μm silicon oxide film 302 is formed on a semiconductor substrate 301, and the silicon oxide film 302 is dry-etched to have a wiring width of 0.3 μm. 10 μm, depth 0.4 μm
Is formed. This groove pattern has various wiring widths. In the present invention, those having a pattern width (wiring groove width) of less than 1 μm are defined as thin groove wirings, and those having a pattern width of 1 μm or more are defined as wide groove wirings. Here, the wiring width is 0.3 μm
And the case of 10 μm will be described.
【0047】次に、図4(b)に示すように、形成され
た溝配線パターン303上に、導電性膜の膜304とし
てスパッタ法により0.01μmのTiN膜を成膜す
る。ここで導電性膜としてスパッタ法による膜厚0.0
1μmのTiN膜としているが、TiN膜は一例であ
る。よって、導電性膜の材料、膜厚は第一金属膜308
や第二金属膜309であるCuのシリコン酸化膜302
への拡散を抑制できる材料および膜厚であればよいこと
はいうまでもない。例えば、バリア膜としてCVD法に
より成膜された膜厚0.035μmのTaN膜でもよ
い。Next, as shown in FIG. 4B, a 0.01 μm TiN film is formed as a conductive film 304 on the formed trench wiring pattern 303 by a sputtering method. Here, as the conductive film, a film thickness of 0.0
Although a 1 μm TiN film is used, the TiN film is an example. Therefore, the material and thickness of the conductive film are the same as those of the first metal film 308.
And the silicon oxide film 302 of Cu which is the second metal film 309
It is needless to say that any material and film thickness that can suppress diffusion into the substrate may be used. For example, a TaN film having a thickness of 0.035 μm formed by a CVD method may be used as the barrier film.
【0048】次に、バリア膜成膜後、図4(c)に示す
様に感光性材料として膜厚0.5μmのポジ型フォトレ
ジスト305を塗布する。フォトマスク306を通して
KrFエキシマレーザー光307をフォトレジスト30
5に照射し、アルカリ性溶液にて現像することで、図4
(d)に示すように、幅10μmの広い溝配線内に1.
0μmピッチで幅0.5μmのスリット状のフォトレジ
ストパターンを形成する。この時のパターン間幅は0.
5μmである。ここで、フォトレジスト305の膜厚を
0.5μmとしているが、溝配線内部のスリット状に残
ったフォトレジスト305の膜厚が、溝配線の深さと導
電性膜の膜厚の和、ここでは約0.41μmよりも厚い
膜厚であればよい。Next, after forming the barrier film, a positive photoresist 305 having a thickness of 0.5 μm is applied as a photosensitive material as shown in FIG. A KrF excimer laser beam 307 is applied through the photomask 306 to the photoresist 30.
5 and developed with an alkaline solution,
As shown in FIG. 2D, 1.A.
A slit-shaped photoresist pattern having a width of 0.5 μm is formed at a pitch of 0 μm. The width between the patterns at this time is 0.
5 μm. Here, the thickness of the photoresist 305 is set to 0.5 μm, but the thickness of the photoresist 305 remaining in the slit shape inside the trench wiring is the sum of the depth of the trench wiring and the thickness of the conductive film. It is sufficient if the film thickness is greater than about 0.41 μm.
【0049】本実施の形態ではフォトレジストパターン
として1.0μmピッチで幅0.5μmのスリット状の
パターンを用いたが、フォトレジストのパターン幅が1
μm未満であり、かつ溝配線側壁との間隔が1μm未満
であり、さらにパターン間隔が1μm未満であればどの
ような形状および配置のパターンであってもよい。例え
ば、0.5μm角の柱状のパターンを1μmピッチで並
べたようなパターンであってもよい。In the present embodiment, a slit pattern having a pitch of 1.0 μm and a width of 0.5 μm is used as the photoresist pattern.
Any shape and arrangement may be used as long as it is less than 1 μm, the distance from the trench wiring side wall is less than 1 μm, and the pattern interval is less than 1 μm. For example, a pattern in which 0.5 μm square columnar patterns are arranged at a 1 μm pitch may be used.
【0050】フォトレジストによるパターン形成後、C
VD法により成膜温度200℃にて膜厚0.4μmのC
u膜308を図4(e)に示すように成膜する。このと
き、広い溝パターン内にフォトレジストでパターンを形
成しているのでCu膜308はほぼ平坦に成膜される。
ここで膜厚を0.4μmとしているが、1μm未満の細
い溝配線および広い配線溝内にスリット状に形成された
1μm未満のフォトレジストパターン間に埋め込めみこ
とができる膜厚であれば他の膜厚でもよい。After the pattern is formed by the photoresist, C
0.4 μm thick C at 200 ° C. deposition temperature by VD method
A u film 308 is formed as shown in FIG. At this time, since the pattern is formed with the photoresist in the wide groove pattern, the Cu film 308 is formed almost flat.
Here, the film thickness is set to 0.4 μm, but any other film thickness can be embedded between the narrow groove wiring of less than 1 μm and the photoresist pattern of less than 1 μm formed like a slit in a wide wiring groove. The film thickness may be used.
【0051】Cu膜308成膜後、1回目の化学機械研
磨工程により図5(f)に示す様に溝配線外のCu膜3
08を除去し、フォトレジストパターン305が表面に
現れるようにする。このとき、配線溝部以外のCu膜は
一部が残っていてもよい。After the Cu film 308 is formed, the Cu film 3 outside the trench wiring is formed as shown in FIG.
08 is removed so that the photoresist pattern 305 appears on the surface. At this time, a part of the Cu film other than the wiring groove may remain.
【0052】次に、研磨により表面に現れたフォトレジ
ストパターン305をアッシングや薬液洗浄により除去
し、図5(g)に示す様に広い溝配線内にスリット状に
形成されたCu膜308を形成する。Next, the photoresist pattern 305 that has appeared on the surface by polishing is removed by ashing or chemical cleaning to form a Cu film 308 formed in a slit shape in a wide groove wiring as shown in FIG. I do.
【0053】次に、CVD法により膜厚0.4μmのC
u膜309を成膜する。このとき、広い溝配線内にはパ
ターン間幅が1μm未満のCuによるスリット状のパタ
ーンが形成されているので、図5(h)に示す様に段差
のない平坦なCu膜309を成膜することができる。Next, a 0.4 μm-thick C
A u film 309 is formed. At this time, since a slit-like pattern made of Cu having a pattern width of less than 1 μm is formed in the wide groove wiring, a flat Cu film 309 having no steps is formed as shown in FIG. be able to.
【0054】次に2回目のCu膜309の成膜後、2回
目の化学機械研磨により溝配線内を除くCu膜309、
Cu膜308及びTiN膜304を除去する。以上のよ
うな工程を経ることで、図5(i)に示すような配線を
形成することができる。すなわち、広い溝配線、細い溝
配線領域の混在する配線において、広い溝配線部の膜減
りを抑制できる。Next, after the second formation of the Cu film 309, the Cu film 309 except for the inside of the trench wiring is formed by the second chemical mechanical polishing.
The Cu film 308 and the TiN film 304 are removed. Through the above steps, a wiring as shown in FIG. 5 (i) can be formed. That is, in a wiring in which a wide groove wiring and a narrow groove wiring region are mixed, it is possible to suppress a film reduction in a wide groove wiring portion.
【0055】1回目、2回目のCu膜成膜工程において
CVD法を用いているが、フォトレジストが灰化しない
温度で成膜できる方法であれば他の方法でもよい。例え
ば、スパッタ法、電解メッキ法、無電解メッキ法であ
る。電界メッキ法を用いる場合にはバリア層304の上
にシード層が必要となる。Although the CVD method is used in the first and second Cu film forming steps, any other method may be used as long as the film can be formed at a temperature at which the photoresist is not ashed. For example, there are a sputtering method, an electrolytic plating method, and an electroless plating method. When the electrolytic plating method is used, a seed layer is required on the barrier layer 304.
【0056】本発明では例えば1μm以上の幅を有する
配線溝に対して、パターンを付加して、この部分の平坦
土を向上させるものであるが、ステッパ用のアライメン
トマークおよびアライメント測定のためのマークはこの
限りでない。これらのマークは通常、1μm以上の幅を
有しているが、これらを平坦化してしまうと、アライメ
ントができなかったり、アライメント制度の測定が困難
になるからである。In the present invention, for example, a pattern is added to a wiring groove having a width of 1 μm or more to improve the flat soil in this portion. However, an alignment mark for a stepper and a mark for alignment measurement are provided. Is not limited to this. These marks usually have a width of 1 μm or more. However, if these marks are flattened, alignment cannot be performed or measurement of alignment accuracy becomes difficult.
【0057】なお、本発明ではパターン幅(配線溝幅)
が1μm未満のものを細い溝配線、1μm以上のものを
広い溝配線としたが、化学機械研磨の条件や、金属膜の
形成条件などによりこの範囲が変化することは言うまで
もない。In the present invention, the pattern width (wiring groove width)
Is smaller than 1 .mu.m, a narrow groove wiring is used, and a line having a diameter of 1 .mu.m or more is a wide groove wiring. Needless to say, this range varies depending on the conditions of chemical mechanical polishing and the conditions for forming a metal film.
【0058】[0058]
【発明の効果】以上のように本発明は、埋め込みによる
溝配線の形成において、所定の幅以上の配線パターン部
分にさらに他の平坦化用パターンを形成することで、広
い配線パターン部分の開口領域を実質的に低減し、化学
機械研磨を行う前の基板表面に広い段差が生じることを
防止することで、配線幅の広い部分においても、配線の
膜減りのしない配線を実現できるものである。また平坦
化用パターンの形成においてフォトレジストによる開口
部にメッキ法を用いて選択的に金属膜を形成する方法を
用いているので、Cuのようにドライエッチングが困難
な金属材料であってもパターン形成が容易であるという
利点を有する。さらに平坦化用パターンに用いられる金
属が配線に埋め込まれる金属とほぼ同一の金属であると
しているので、化学機械研磨時に研磨に用いるスラリー
中に不純物が混じることがなく、安定した研磨状態を維
持できるという利点を有する。また第三の実施の形態で
はメッキ法を用いることが困難な金属膜であっても、広
い配線パターン内に感光性材料でパターンを付加するこ
とで同様の効果を得ることができる。As described above, according to the present invention, in forming a trench wiring by filling, another flattening pattern is formed in a wiring pattern portion having a predetermined width or more, so that an opening area of a wide wiring pattern portion is formed. Is substantially reduced, and a wide step is prevented from being formed on the surface of the substrate before the chemical mechanical polishing is performed, thereby realizing a wiring without reducing the film thickness of the wiring even in a portion having a wide wiring width. Also, in the formation of the flattening pattern, since a method of selectively forming a metal film by using a plating method in an opening made of a photoresist is used, even if a metal material such as Cu is difficult to dry-etch, the pattern is formed. It has the advantage of being easy to form. Further, since the metal used for the flattening pattern is substantially the same as the metal to be embedded in the wiring, no impurities are mixed in the slurry used for polishing during chemical mechanical polishing, and a stable polishing state can be maintained. It has the advantage that. In the third embodiment, the same effect can be obtained by adding a pattern with a photosensitive material in a wide wiring pattern even for a metal film in which it is difficult to use a plating method.
【図1】本発明の第一の実施の形態における半導体装置
の製造工程における工程断面図FIG. 1 is a process sectional view in a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
【図2】本発明の第一の実施の形態における半導体装置
の製造工程における工程断面図FIG. 2 is a process sectional view in a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
【図3】本発明の第二の実施の形態における半導体装置
の製造工程における工程断面図FIG. 3 is a process sectional view in a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;
【図4】本発明の第三の実施の形態における半導体装置
の製造工程における工程断面図FIG. 4 is a process sectional view in a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;
【図5】本発明の第三の実施の形態における半導体装置
の製造工程における工程断面図FIG. 5 is a process sectional view in a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態において不具合を生じた半
導体装置の製造工程における工程断面図FIG. 6 is a process cross-sectional view in a manufacturing process of the semiconductor device in which a problem has occurred in the embodiment of the present invention;
【図7】従来の半導体装置の製造工程における工程断面
図FIG. 7 is a process sectional view in a conventional semiconductor device manufacturing process.
【図8】配線幅とディッシング量の関係を示す図FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a wiring width and a dishing amount;
1 半導体基板 2 シリコン酸化膜 3 溝配線 4 バリア膜 5 第一金属膜 6 第二金属膜 9 段差 101 半導体基板 102 シリコン酸化膜 103 溝配線 104 バリア膜 105 第一金属膜 106 第二金属膜 107 感光性材料 108 マスク 109 段差 110 エネルギービーム 111 第三金属膜 201 半導体基板 202 シリコン酸化膜 203 溝配線 204 バリア膜 205 第一金属膜 206 第二金属膜 207 感光性材料 209 段差 210 エネルギービーム 211 第三金属膜 301 半導体基板 302 シリコン酸化膜 303 溝配線 304 導電性材料 305 感光性材料 306 マスク 307 エネルギービーム 308 第一金属膜 309 第二金属膜 401 半導体基板 402 シリコン酸化膜 403 溝配線 404 バリア膜 405 第一金属膜 406 第二金属膜 409 段差 411 第三金属膜 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 silicon oxide film 3 groove wiring 4 barrier film 5 first metal film 6 second metal film 9 step 101 semiconductor substrate 102 silicon oxide film 103 groove wiring 104 barrier film 105 first metal film 106 second metal film 107 photosensitive Active material 108 Mask 109 Step 110 Energy beam 111 Third metal film 201 Semiconductor substrate 202 Silicon oxide film 203 Groove wiring 204 Barrier film 205 First metal film 206 Second metal film 207 Photosensitive material 209 Step 210 Energy beam 211 Third metal Film 301 semiconductor substrate 302 silicon oxide film 303 groove wiring 304 conductive material 305 photosensitive material 306 mask 307 energy beam 308 first metal film 309 second metal film 401 semiconductor substrate 402 silicon oxide film 403 groove wiring 404 barrier film 405 First metal film 406 Second metal film 409 Step 411 Third metal film
Claims (13)
絶縁膜上に第一のパターンが形成される工程と、前記第
一のパターンのうち、所定の幅より広いパターン上に感
光性材料により開口パターンが形成される工程と、前記
感光性材料により開口された前記開口パターン内に配線
に埋め込まれる金属と同種の金属で第二のパターンが選
択的に形成される工程と、前記基板が化学機械研磨によ
り平坦化されて配線が形成される工程を有する半導体装
置の製造方法。1. A wiring formed on a semiconductor substrate, comprising:
A step of forming a first pattern on an insulating film; a step of forming an opening pattern of a photosensitive material on a pattern wider than a predetermined width in the first pattern; A step of selectively forming a second pattern with a metal of the same kind as a metal to be embedded in the wiring in the formed opening pattern, and a step of forming the wiring by flattening the substrate by chemical mechanical polishing. A method for manufacturing a semiconductor device.
パターンに金属が埋め込まれている半導体装置の配線で
あって、前記配線パターンが形成される工程と、前記配
線パターンを含む前記絶縁膜上にバリア膜が形成される
工程と、前記バリア膜上に第一金属膜が形成される工程
と、前記第一金属膜上に、第二金属膜が形成される工程
と、前記配線パターンのうち所定の幅以上の配線パター
ン上に感光性材料により開口パターンが形成される工程
と、前記感光性材料により開口された前記開口パターン
内へ第三金属膜が選択的に形成される工程と、前記感光
性材料が除去される工程と、化学機械研磨により前記配
線パターン以外の、第三金属膜、第二金属膜、第一金属
膜およびバリア膜が除去されて配線が形成される工程を
有する半導体装置の製造方法。2. A wiring of a semiconductor device in which a metal is buried in a wiring pattern on an insulating film formed on a semiconductor substrate, wherein the step of forming the wiring pattern and the insulating step including the wiring pattern are performed. Forming a barrier film on the film; forming a first metal film on the barrier film; forming a second metal film on the first metal film; Forming an opening pattern with a photosensitive material on a wiring pattern having a predetermined width or more, and selectively forming a third metal film in the opening pattern opened with the photosensitive material. The step of removing the photosensitive material and the step of removing the third metal film, the second metal film, the first metal film and the barrier film other than the wiring pattern by chemical mechanical polishing to form a wiring. Semiconductor device having Manufacturing method.
パターンに金属が埋め込まれている半導体装置の配線で
あって、前記配線パターンが形成される工程と、前記配
線パターンを含む前記絶縁膜上にバリア膜が形成される
工程と、前記バリア膜上に第一金属膜が形成される工程
と、前記配線パターンのうち所定の幅以上の配線パター
ン上に感光性材料により開口パターンが形成される工程
と、前記感光性材料により開口された前記開口パターン
内へ第二金属膜が選択的に形成される工程と、前記感光
性材料が除去される工程と、第三金属膜が形成される工
程と、化学機械研磨により前記配線パターン以外の、第
三金属膜、第二金属膜、第一金属膜およびバリア膜が除
去されて配線が形成される工程を有する半導体装置の製
造方法。3. A wiring of a semiconductor device in which a metal is buried in a wiring pattern on an insulating film formed on a semiconductor substrate, wherein the step of forming the wiring pattern; A step of forming a barrier film on the film, a step of forming a first metal film on the barrier film, and forming an opening pattern with a photosensitive material on a wiring pattern having a predetermined width or more among the wiring patterns A step of selectively forming a second metal film in the opening pattern opened by the photosensitive material, a step of removing the photosensitive material, and a step of forming a third metal film. And forming a wiring by removing the third metal film, the second metal film, the first metal film, and the barrier film other than the wiring pattern by chemical mechanical polishing.
とを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置の
製造方法。4. The method according to claim 2, wherein the second metal film is formed by a plating method.
とを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置の
製造方法。5. The method according to claim 2, wherein the third metal film is formed by a plating method.
は銅合金であることを特徴とする請求項2から5のいず
れかに記載の半導体装置の製造方法。6. The method according to claim 2, wherein the second metal film and the third metal film are made of copper or a copper alloy.
徴とする請求項2から6のいずれかに記載の半導体装置
の製造方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein said predetermined width is 1 μm or more.
記所定の幅以上の配線パターンの側壁を被覆するように
形成されていて、かつ前記側壁を被覆する膜厚が1μm
未満であることを特徴とする請求項7記載の半導体装置
の製造方法。8. An opening pattern made of the photosensitive material is formed so as to cover a side wall of the wiring pattern having the predetermined width or more, and a film thickness covering the side wall is 1 μm.
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein:
メントまたはアライメント測定のためのパターンを含ま
ないことを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造
方法。9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the wiring pattern having the predetermined width or more does not include a pattern for alignment or alignment measurement.
線パターンに金属が埋め込まれている半導体装置の配線
であって、前記配線パターンが形成される工程と、前記
配線パターンを含む前記絶縁膜上にバリア膜が形成され
る工程と、前記バリア膜が形成された前記配線パターン
のうち所定の幅以上の配線パターン上に感光性材料によ
りパターンが形成される工程と、第一金属膜が形成され
る工程と、化学機械研磨により前記配線パターン以外の
第一金属膜および前記感光性材料によるパターンの一部
が除去され、前記感光性材料によるパターンを露出させ
る工程と、前記感光性材料によるパターンが除去される
工程と、第二金属膜が形成される工程と、化学機械研磨
により第二金属膜、第一金属膜及びバリア膜が除去され
て配線が形成される工程を有する半導体装置の製造方
法。10. A wiring of a semiconductor device in which a metal is buried in a wiring pattern on an insulating film formed on a semiconductor substrate, wherein the wiring pattern is formed, and the insulating pattern including the wiring pattern is provided. A step of forming a barrier film on the film, a step of forming a pattern with a photosensitive material on a wiring pattern having a predetermined width or more among the wiring patterns on which the barrier film is formed; A step of forming, a step of removing a part of the pattern made of the photosensitive material and the first metal film other than the wiring pattern by chemical mechanical polishing, and exposing a pattern made of the photosensitive material, The step of removing the pattern, the step of forming the second metal film, and the formation of the wiring by removing the second metal film, the first metal film and the barrier film by chemical mechanical polishing The method of manufacturing a semiconductor device having a step.
るいは銅合金であり、かつ化学気相成長法またはスパッ
タ法で成膜されることを特徴とする請求項10に記載の
半導体装置の製造方法。11. The semiconductor device according to claim 10, wherein said first metal film and said second metal film are made of copper or a copper alloy, and are formed by a chemical vapor deposition method or a sputtering method. Manufacturing method.
ンが柱状またはスリット状であり、かつパターン間隔が
前記所定の幅未満であることを特徴とする請求項10記
載の製造方法。12. The method according to claim 10, wherein the pattern formed by the photosensitive material is a column or a slit, and the pattern interval is smaller than the predetermined width.
特徴とする請求項10から12のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法。13. The method according to claim 10, wherein said predetermined width is 1 μm or more.
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