JP2005217223A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005217223A JP2005217223A JP2004022569A JP2004022569A JP2005217223A JP 2005217223 A JP2005217223 A JP 2005217223A JP 2004022569 A JP2004022569 A JP 2004022569A JP 2004022569 A JP2004022569 A JP 2004022569A JP 2005217223 A JP2005217223 A JP 2005217223A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mask
- insulating film
- etching
- film
- forming layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、低誘電率層間絶縁膜内にデュアルダマシン構造の多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に関し、特には、さらに低誘電化された層間絶縁膜に良好な形状のデュアルダマシン構造の配線構造を備えた半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a dual damascene multi-layer wiring structure in a low dielectric constant interlayer insulating film, and more particularly, a dual damascene wiring having a good shape for a low dielectric interlayer insulating film. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a structure.
半導体装置の微細化、高集積化に伴い、配線の時定数に起因する電気信号の遅れが深刻な問題となっている。そこで、多層配線構造で用いられる導電層には、アルミニウム(Al)系合金の配線に代わり、低電気抵抗の銅(Cu)配線が導入されるようになっている。Cuは、従来の多層配線構造に使われているAlなどの金属材料とは異なって、ドライエッチングによるパターニングが困難なため、絶縁膜に配線溝を形成し、配線溝にCuを埋め込むことにより配線パターンを形成するダマシン法が一般にCu多層配線構造に適用されている。 With the miniaturization and high integration of semiconductor devices, the delay of electrical signals due to the wiring time constant has become a serious problem. Therefore, low electrical resistance copper (Cu) wiring is introduced into the conductive layer used in the multilayer wiring structure instead of aluminum (Al) alloy wiring. Unlike metal materials such as Al used in conventional multilayer wiring structures, Cu is difficult to pattern by dry etching. Therefore, wiring is formed by forming wiring grooves in the insulating film and embedding Cu in the wiring grooves. A damascene method for forming a pattern is generally applied to a Cu multilayer wiring structure.
また、高集積半導体装置では、配線容量の増大が半導体装置の動作速度の低下を招くために、低誘電率膜を層間絶縁膜に用いて配線容量の増大を抑制した微細な多層配線が不可欠となっている。低誘電率層間絶縁膜の材料としては、従来から比較的使用実績のある比誘電率3.5程度のフッ素含有酸化シリコン(FSG)に加えて、ポリアリールエーテル(PAE)に代表される有機ポリマー系材料や、ハイドロゲンシルセキオサン(HSQ)、メチルシルセスキオキサン(MSQ)に代表されるSiOC系材料などの比誘電率2.7前後の低誘電率膜が挙げられる。更に、近年では、それらを多孔質化させて比誘電率を2.2前後として低誘電率材料の適用も試みられている。 In addition, in a highly integrated semiconductor device, an increase in wiring capacitance leads to a decrease in the operating speed of the semiconductor device. Therefore, it is indispensable to use a fine multilayer wiring that uses a low dielectric constant film as an interlayer insulating film to suppress an increase in wiring capacitance. It has become. As a material for the low dielectric constant interlayer insulating film, in addition to fluorine-containing silicon oxide (FSG) having a relative dielectric constant of about 3.5 which has been used for a long time, an organic polymer typified by polyaryl ether (PAE) is used. Examples thereof include low dielectric constant films having a relative dielectric constant of about 2.7, such as SiOC-based materials such as hydrogen-based silsesquioxane (HSQ) and methylsilsesquioxane (MSQ). Furthermore, in recent years, attempts have been made to apply low dielectric constant materials by making them porous so that the relative dielectric constant is around 2.2.
ところで、デュアルダマシン法を低誘電率層間絶縁膜に適用する場合、以下の技術的な制約を解決することが必要である。 By the way, when the dual damascene method is applied to the low dielectric constant interlayer insulating film, it is necessary to solve the following technical limitations.
第1には、低誘電率膜の組成がパターニングに用いられるレジストの組成に近いために、レジスト除去プロセスの際に、低誘電率膜も損傷を受け易いことが挙げられる。具体的には、レジストマスクを用いてエッチングを行った後のレジスト剥離処理や、処理済みのレジストパターンが製品規格を満たさない場合のレジスト再生処理などを行う際、低誘電率膜に対する損傷を抑制できることが不可欠である。 First, since the composition of the low dielectric constant film is close to that of the resist used for patterning, the low dielectric constant film is also easily damaged during the resist removal process. Specifically, when performing resist stripping after etching using a resist mask or resist regeneration when the processed resist pattern does not meet product specifications, damage to the low dielectric constant film is suppressed. It is essential to be able to do it.
また第2には、配線と接続孔との間で合わせ余裕を持たないボーダレス構造への適用が可能なことである。半導体装置の微細化に伴い、0.18μm世代以降の多層配線では、ボーダレス構造に対応できる加工プロセスを採用することが前提となっている。従って、低誘電率膜を含む層間絶縁膜にデュアルダマシン法による配線溝と接続孔の同時形成を行う場合でも、合わせずれによるヴィア抵抗の変動が少ないプロセスであることが重要である。 Second, it is possible to apply to a borderless structure in which there is no allowance between the wiring and the connection hole. Along with the miniaturization of semiconductor devices, it is assumed that a multi-layer wiring of the 0.18 μm generation or later adopts a processing process that can cope with a borderless structure. Therefore, even when wiring grooves and connection holes are simultaneously formed in an interlayer insulating film including a low dielectric constant film by a dual damascene method, it is important that the process has a small variation in via resistance due to misalignment.
そして第3には、配線溝を深さ制御性良く形成するには、配線溝の底部近くにエッチング阻止膜を介在させることが望ましいものの、比誘電率の比較的高いエッチング阻止膜を層間絶縁膜内に介在させると、層間容量が増加することになる。従って、配線溝の形成を制御しつつ、しかも容量増加を抑えることが出来る低誘電率膜層間構造のデュアルダマシンプロセスが要求されている。 Third, in order to form the wiring groove with good depth controllability, it is desirable to interpose an etching stopper film near the bottom of the wiring groove. However, an etching stopper film having a relatively high relative dielectric constant is used as the interlayer insulating film. If intervening, the interlayer capacitance increases. Therefore, there is a demand for a dual damascene process having a low dielectric constant film interlayer structure capable of controlling the formation of wiring trenches and suppressing an increase in capacitance.
上述したような技術的な制約を解決できるデュアルダマシン法として、次の図6の断面工程図を用いて説明する方法が提案されている。 As a dual damascene method capable of solving the technical limitations as described above, there has been proposed a method which will be described with reference to the sectional process diagram of FIG.
先ず、図6(a)に示すように、図示しない基板上に堆積された下地絶縁膜1上に有機膜2と酸化シリコン(SiO2)膜3からなる堆積膜を層間絶縁膜として成膜し、次いで層間絶縁膜に銅(Cu)膜の埋め込み配線4を形成する。そして、Cu埋め込み配線4上に、順次、Cu膜の酸化防止層として炭化シリコン(SiC)膜5、SiOC膜6、ポリアリールエーテル(PAE)膜7を成膜する。続いて、酸化シリコン(SiO2)からなる第1マスク形成層8、窒化シリコン(SiN)からなる第2マスク形成層9を順次成膜し、さらに配線溝パターンを有するレジストマスク10を第2マスク形成層(SiN膜)9上に形成する。次いで、レジストマスク10を用いたドライエッチング法により第2マスク形成層(SiN膜)9をエッチングし、配線溝パターンを有するSiN膜からなる第2マスク9Aを形成した後、レジストマスク10を除去する。
First, as shown in FIG. 6A, a deposited film composed of an
次に、図6(b)に示すように、SiNからなる第2マスク9A上を含む第1マスク形成層(SiO2)8上に、接続孔パターンを有するレジストマスク12を形成する。この場合、第2マスク9Aに形成された配線溝パターンの開口部内に、レジストマスク12の接続孔パターンの開口部の少なくとも一部が重なるようにする。
Next, as shown in FIG. 6B, a
その後、図6(c)に示すように、レジストマスク12をエッチングマスクとしたドライエッチング法により、SiN膜からなる第2マスク9Aと第1マスク形成層(SiO2膜)8をエッチングして開口し、続いてPAE膜7をエッチングしてSiOC膜6を露出する接続孔13を開口する。ここで、レジストマスク12は、PAE膜7のエッチング処理で同時に除去することができる。また、PAE膜7のエッチング中にレジストマスク12は薄くなって行くが、第1マスク形成層(SiO2膜)8に接続孔13を開口させてなる第1マスク8Aが存在するので、第1マスク8Aをエッチングマスクにして良好な開口形状の接続孔13を開口することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 6C, the
次に、図6(d)に示すように、さらにSiOC膜6をエッチングし、SiC膜5に達するまで接続孔13を掘り下げる。この際、SiO2からなる第1マスク8Aは、配線溝パターンを有するSiN膜からなる第2マスク9Aをエッチングマスクとするエッチングにより同時に除去され、配線溝パターンが形成される。
Next, as shown in FIG. 6D, the SiOC
その後、図6(e)に示すように、配線溝パターンを有する第1マスク8AをエッチングマスクにしてPAE膜7をエッチングし、SiO2からなる第1マスク8AとAPE膜7とに、配線溝16を形成する。その後、接続孔13の底部にあるSiC膜5をエッチングして接続孔13をCu埋め込み配線4に連通させる。これにより、配線溝16の底部に接続孔13を開口させたデュアルダマシン形状が得られる。尚、配線溝形成領域以外に残存するSiNからなる第2マスク(9A)は、接続孔13底部のSiC膜5をエッチングする過程で除去される。
Thereafter, as shown in FIG. 6E, the
以上の後には、薬液を用いた後処理、およびRFスパッタリング処理により、配線溝16や接続孔13の側壁に残留するエッチング付着物を除去し、接続孔13底部のCu埋め込み配線4の表面の変質層を正常化する。そして、図6(f)に示すように、バリアメタルとしてTa膜17をスパッタリング法により成膜し、電界メッキ法あるいはスパッタリング法によりCu膜18を堆積して配線溝16と接続孔13に導電膜の埋め込みを行う。次いで、堆積したTa膜17およびCu膜18のうち、配線パターンとして不要な部分を化学機械研磨(CMP)法により除去する。これにより、デュアルダマシン構造の多層配線構造を得ることができる。さらに、下層のCu埋め込み配線4と同様、酸化防止層として例えばSiC膜19を成膜する。
After the above, the etching deposits remaining on the side walls of the
以上説明した2層エッチングマスクを用いたデュアルダマシン法の適用は、低誘電率膜構造に対して上述した前述した技術的な制約事項が克服され、レジストパターニング工程に対する負荷が低減された製造方法となっている。 The application of the dual damascene method using the two-layer etching mask described above overcomes the above-described technical limitations on the low dielectric constant film structure and reduces the load on the resist patterning process. It has become.
すなわち、製品企画に適合しないレジストマスク10,12の再生処理は、第1マスク形成層9または第2マスク形成層8上で行うことができ、接続孔開口のためのレジストマスク12の除去は、PAE膜7をエッチングして接続孔13を開口させる工程で同時に行うことが可能であるから、低誘電率膜の損傷を抑制しつつレジスト剥離を行うことができる。
That is, the regeneration processing of the
また、図6(c)に示したように、配線溝パターンを有するSiN膜からなる第2マスク9A上から接続孔13を開口するので、配線溝16と接続孔13とのあわせずれが発生した場合でも、接続孔13の寸法が変動することはない。
Further, as shown in FIG. 6C, since the
さらに、図6(e)に示したように、PAE膜7に配線溝16を形成する際には、SiOC膜6上においてPAE膜7をエッチングすれば良い。このことから、エッチング選択比を確保することが容易である。したがって、比誘電率の高いSiN膜などのエッチング素子膜を介在させなくても、配線溝16の深さ制御が容易である(以上、下記特許文献1参照)。
Further, as shown in FIG. 6 (e), when the
しかしながら、上述したようなデュアルダマシン法では、工程終了後にも配線間に残される第1マスクをシリコン酸化膜で形成している。したがって、比誘電率が4程度あるシリコン酸化膜が配線間に残存することにより、この下方の層間絶縁膜として有機絶縁膜などを用いてその比誘電率を下げたとしても、配線間の実効的な比誘電率が下がり難くなってしまう。 However, in the dual damascene method as described above, the first mask that remains between the wirings even after the completion of the process is formed of a silicon oxide film. Therefore, since a silicon oxide film having a relative dielectric constant of about 4 remains between the wirings, even if the relative dielectric constant is lowered by using an organic insulating film or the like as the lower interlayer insulating film, it is effective between the wirings. The relative dielectric constant is difficult to decrease.
そこで本発明は、層間絶縁膜にデュアルダマシン構造を形成する際、レジストパターニング工程に対する負荷を低減しつつ、さらに層間絶縁膜の低誘電率化を図ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing the dielectric constant of an interlayer insulating film while reducing the load on the resist patterning process when forming a dual damascene structure in the interlayer insulating film. For the purpose.
このような目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、3層マスクまたは2層マスクを用いたデュアルダマシン法を適用した半導体装置の製造方法において、最下層に設けられる第1マスクをSiOC系材料で構成することを特徴としており、以下の手順でおこなう。 In order to achieve such an object, a semiconductor device manufacturing method of the present invention is a first mask provided in the lowermost layer in a semiconductor device manufacturing method to which a dual damascene method using a three-layer mask or a two-layer mask is applied. Is made of a SiOC-based material, and is performed in the following procedure.
第1の方法では、先ず(イ)基板上に、接続孔を貫通させる絶縁膜として無機系の低誘電材料からなる第1絶縁膜、および配線層間の絶縁膜として有機材料からなる第2絶縁膜を順次成膜する。次に(ロ)前記第2絶縁膜上に順次、無機系の低誘電材料からなる第1マスク形成層、当該第1マスクとは異なるSi系材料からなる第2マスク形成層、および当該第2マスク形成層とは異なるSi系材料からなる第3マスク形成層を成膜する。その後(ハ)前記第3マスク形成層をパターニングして配線溝パターンを有する第3マスクを形成する。次いで(ニ)前記第3マスク上を含む第2マスク形成層上に、接続孔パターンを有するレジストマスクを形成する。さらに(ホ)前記レジストマスクをエッチングマスクとして前記第3マスク、前記第2マスク形成層、および前記第1マスク形成層をエッチングし、さらに前記第2絶縁膜をエッチングして接続孔を開口する。その後(ヘ)前記第3マスクをエッチングマスクとして、前記第2マスク形成層をエッチングして配線溝パターンを有する第2マスクを形成すると共に、前記第1絶縁膜を途中までエッチングして接続孔を開口する。次に(ト)前記第2マスクをエッチングマスクとして、前記第1マスク形成層をエッチングして配線溝パターンを有する第1マスクを形成すると共に、前記接続孔の底部に残存する前記第1絶縁膜をエッチングして前記基板に達する接続孔を開口する。次いで(チ)前記第1マスクないしは第2マスクをエッチングマスクとして前記第2絶縁膜をエッチングし、当該第2絶縁膜に配線溝を形成する。そして(リ)前記配線溝形成後に残存する前記第2マスクおよび第3マスクを除去する。 In the first method, first, (a) a first insulating film made of an inorganic low dielectric material as an insulating film penetrating a connection hole on a substrate, and a second insulating film made of an organic material as an insulating film between wiring layers Are sequentially formed. Next, (b) a first mask forming layer made of an inorganic low dielectric material, a second mask forming layer made of a Si-based material different from the first mask, and the second on the second insulating film sequentially A third mask forming layer made of a Si-based material different from the mask forming layer is formed. Thereafter, (c) the third mask forming layer is patterned to form a third mask having a wiring groove pattern. Next, (d) a resist mask having a connection hole pattern is formed on the second mask formation layer including the third mask. Further, (e) using the resist mask as an etching mask, the third mask, the second mask forming layer, and the first mask forming layer are etched, and further, the second insulating film is etched to open connection holes. Thereafter, (f) using the third mask as an etching mask, the second mask forming layer is etched to form a second mask having a wiring groove pattern, and the first insulating film is etched halfway to form connection holes. Open. Next, (g) using the second mask as an etching mask, the first mask forming layer is etched to form a first mask having a wiring groove pattern, and the first insulating film remaining at the bottom of the connection hole Is etched to open a connection hole reaching the substrate. Next, (h) the second insulating film is etched using the first mask or the second mask as an etching mask, and a wiring groove is formed in the second insulating film. And (ii) removing the second mask and the third mask remaining after the formation of the wiring trench.
また第2の方法では、先ず(イ)基板上に、接続孔を貫通させる絶縁膜として無機系の低誘電材料からなる第1絶縁膜、および配線層間の絶縁膜として有機材料からなる第2絶縁膜を順次成膜する。次に(ロ)前記第2絶縁膜上に順次、無機系の低誘電材料からなる第1マスク形成層、および当該第1マスクとは異なるSi系材料からなる第2マスク形成層を成膜する。その後(ハ)前記第2マスク形成層をパターニングして配線溝パターンを有する第2マスクを形成する。次いで(ニ)前記第2マスク上を含む第1マスク形成層上に接続孔パターンを有するレジストマスクを形成する、そして(ホ)前記レジストマスクをエッチングマスクとして前記第2マスクおよび前記第1マスク形成層をエッチングし、さらに前記第2絶縁膜をエッチングして接続孔を開口する。さらに(ヘ)前記第2マスクをエッチングマスクとし、前記第1マスク形成層をエッチングして配線溝パターンを有する第1マスクを形成すると共に、前記接続孔の底部に残存する前記第1絶縁膜をエッチングして接続孔を開口する。その後(ト)前記第1マスクないしは第2マスクをエッチングマスクとして前記第2絶縁膜をエッチングし、前記第2絶縁膜に配線溝を形成する。そして(チ)配線溝形成後に残存する前記第2マスクを除去する。 In the second method, first, (a) a first insulating film made of an inorganic low dielectric material as an insulating film penetrating the connection hole, and a second insulating film made of an organic material as an insulating film between the wiring layers. A film is sequentially formed. Next, (b) a first mask forming layer made of an inorganic low dielectric material and a second mask forming layer made of a Si-based material different from the first mask are sequentially formed on the second insulating film. . Thereafter, (c) the second mask forming layer is patterned to form a second mask having a wiring groove pattern. Next, (d) forming a resist mask having a connection hole pattern on the first mask forming layer including the second mask, and (e) forming the second mask and the first mask using the resist mask as an etching mask. The layer is etched, and the second insulating film is further etched to open a connection hole. Further, (f) using the second mask as an etching mask, the first mask forming layer is etched to form a first mask having a wiring groove pattern, and the first insulating film remaining at the bottom of the connection hole is formed Etching is used to open connection holes. Thereafter, (g) the second insulating film is etched using the first mask or the second mask as an etching mask, and a wiring groove is formed in the second insulating film. And (h) removing the second mask remaining after the formation of the wiring trench.
以上のような第1の製造方法および第2の製造方法では、配線溝パターンを有する第1マスクをエッチングマスクとして第2絶縁膜に配線溝を形成した後、第1マスクは第2絶縁膜上に残され、当該第2絶縁膜と共に配線溝を構成する絶縁膜として用いられることになる。そして、このような第1マスクは、無機系の低誘電材料からなる。このため、この第1マスクを含む配線間および配線層間の絶縁膜全体の比誘電率を低く維持することが可能になる。尚、無機系の低誘電材料からなる第1マスクと第1絶縁膜としては、例えばCVD法により成膜されたSiOC膜、CVD法により成膜されたSiOF膜、スピンコート法により形成されるMSQ膜やHSQ膜でもよく、さらに、キセロゲル膜、多孔質構造を有するMSQ膜でも良い。 In the first manufacturing method and the second manufacturing method as described above, after the wiring groove is formed in the second insulating film using the first mask having the wiring groove pattern as an etching mask, the first mask is formed on the second insulating film. And is used as an insulating film constituting a wiring trench together with the second insulating film. Such a first mask is made of an inorganic low dielectric material. For this reason, the relative dielectric constant of the entire insulating film between the wirings including the first mask and between the wiring layers can be kept low. As the first mask and the first insulating film made of an inorganic low dielectric material, for example, a SiOC film formed by a CVD method, a SiOF film formed by a CVD method, and an MSQ formed by a spin coating method are used. A film or an HSQ film may be used, and a xerogel film or an MSQ film having a porous structure may be used.
また、以上の製造方法では、製品企画に適合しないレジストマスクの再生処理を、第1マスク形成層上、第2マスク形成層上、さらには第3マスク形成層上で行うことができ、さらに配線溝パターンを有するマスク上から接続孔を開口するので、配線溝と接続孔とのあわせずれが発生した場合でも、接続孔の寸法が変動することはない。しかも、第2絶縁膜に配線溝を形成する際には、SiOC膜のような無機系の低誘電材料からなる第1絶縁膜上において有機材料からなる第2絶縁膜をエッチングすれば良いことから、エッチング選択比を確保することが容易である。以上のことから、レジストパターニング工程に対する負荷が低減される。 Further, in the above manufacturing method, a resist mask regeneration process that is not suitable for product planning can be performed on the first mask forming layer, the second mask forming layer, and further on the third mask forming layer, and further, the wiring. Since the connection hole is opened from above the mask having the groove pattern, the dimension of the connection hole does not change even when misalignment between the wiring groove and the connection hole occurs. In addition, when the wiring trench is formed in the second insulating film, the second insulating film made of an organic material may be etched on the first insulating film made of an inorganic low dielectric material such as an SiOC film. It is easy to ensure the etching selectivity. From the above, the load on the resist patterning process is reduced.
したがって、本発明の半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜にデュアルダマシン構造を形成する際、レジストパターニング工程に対する負荷を低減しつつ、さらに工程終了後にも層間絶縁膜として残される第1マスクの比誘電率を低く抑え、配線間および配線層間に配置される層間絶縁膜全体の低誘電率化を図ることが可能になる。 Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, when forming a dual damascene structure in an interlayer insulating film, the first mask that remains as an interlayer insulating film after the process is completed while reducing the load on the resist patterning process. It is possible to reduce the relative dielectric constant of the entire interlayer insulating film disposed between the wirings and between the wiring layers.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1実施形態>
本第1実施形態例は、第1の発明方法に係る半導体装置の製造方法の実施形態の一例であり、トリプルマスクを用いたデュアルダマシン構造の形成に係わる。以下、図1〜図3の断面工程図を用いて本発明の第1実施形態を説明する。尚、図6を用いて説明した工程と同一の要素には同一の符号を付して説明を行うこととする。
<First Embodiment>
The first embodiment is an example of a semiconductor device manufacturing method according to the first invention method, and relates to the formation of a dual damascene structure using a triple mask. The first embodiment of the present invention will be described below with reference to the sectional process diagrams of FIGS. It should be noted that the same elements as those described with reference to FIG.
まず、図1(a)に示すように、図示しない基板上に堆積された下地絶縁膜1上に、有機膜2と酸化シリコン(SiO2)膜3からなる積層膜を層間絶縁膜として成膜し、次いで150nmの配線厚となるように、銅(Cu)膜の埋め込み配線(Cu配線)4を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a laminated film composed of an
続いて、Cu配線4上に酸化防止及び銅の拡散防止層として膜厚30nmの炭化シリコン(SiC)膜5を成膜する。このSiC膜5を成膜する際には、一例として、平行平板型プラズマCVD装置を用い、メチルシランガスをシリコン源とする。成膜条件としては、基板温度を300〜400℃、プラズマパワーを150〜350W、成膜雰囲気の圧力を100〜1000Pa程度に設定する。これにより、比誘電率が3.5〜5.0程度のSiC膜5を成膜する。尚、成膜条件を調整して、SiCに一定量の窒素、水素、酸素原子などを含有させても良い。
Subsequently, a 30 nm-thickness silicon carbide (SiC)
そして、このSiC膜5上に、接続孔を貫通させる第1絶縁膜6として、120nm厚の炭素含有酸化シリコン(SiOC)からなる第1絶縁膜6を成膜する。第1絶縁膜としては、例えばCVD法により成膜されたSiOC膜の代わりに、CVD法により成膜されたSiOF膜や、スピンコート法により形成されるMSQ膜やHSQ膜でもよく、さらに、キセロゲル膜、多孔質構造を有するMSQ膜でも良い。
Then, a first
尚、一例として、SiOCからなる第1絶縁膜6を成膜する場合、平行平板型プラズマCVD装置を用い、メチルシランをシリコン源とする。成膜条件として基板温度を300〜400℃、プラズマパワーを100〜800W、成膜雰囲気の圧力を100〜1350Pa程度に設定する。成膜条件を調整して、多孔質膜にすることで、より比誘電率の低いSiOC膜にすることもできる。これにより、比誘電率が2〜3程度の第1絶縁膜(SiOC膜)6を成膜する。尚、このような第1絶縁膜6を成膜する際には、有機シリカ系の前駆体をスピンコート法で塗布した後、350〜450℃のキュア処理を行って成膜してもよい。もちろん、前駆体を調整して、多孔質膜にすることも可能である。
As an example, when the first insulating
次に、第1絶縁膜(SiOC膜)6上に、比誘電率2.4程度の有機材料からなる第2絶縁膜7を成膜する。本実施形態例では、有機材料として特に有機ポリマー材料を用いることとし、一例としてポリアリールエーテル(PAE)からなる第2絶縁膜7を100nmの膜厚で成膜する。有機ポリマー材料からなる第2絶縁膜7は、前駆体をスピンコート法により堆積した後、350〜450℃のキュア処理を行うことにより成膜される。もちろん、前駆体を調整して、多孔質膜にすることも可能である。このような有機材料としては、PAEの他には、BCB、ポリイミド、さらにはアモルファスカーボンなどを用いることもできる。
Next, a second
続いて、第2絶縁膜(有機材料膜)7上に、第1マスク形成層21、第2マスク形成層22、および第3マスク形成層23を順次形成する。
Subsequently, a first
先ず、第1マスク形成層21は、第1絶縁膜6と同様の無機系の低誘電材料(ここではCVD法によって形成されたSiOC膜)からなり、膜厚150nm程度の膜厚で形成される。
First, the first
次に、第2マスク形成層22は、第1マスク形成層(SiOC膜)21とは異なるシリコン系材料で構成される。その中でも特に、当該第2マスク形成層22で構成されたマスクをエッチングマスクとした反応性イオンエッチング法により、第1マスク形成層(SiOC膜)21を加工できる材料を用いて構成されることが好ましい。このような材料として、酸化シリコン(SiO2)、炭化シリコン(SiC)、炭化窒化シリコン(SiCN)、窒化シリコン(SiN)を例示することができる。
Next, the second
ここでは、酸化シリコン(SiO2)からなる第2マスク形成層22を50nm程度の膜厚で形成することとする。SiO2からなる第2マスク形成層22の成膜は、例えばシリコン源としてモノシラン(SiH4)を用い、酸化剤として一酸化二窒素(N2O)ガスを用いたプラズマCVD法により行われる。尚、第2マスク形成層(SiO2)22の成膜の際に、化学量論よりシリコンが多い酸化シリコン膜を形成することにより、当該第2マスク形成層で構成されたマスクによる第1マスク形成層(SiOC膜)21のエッチング加工の最適化が容易となる。
Here, the second
次の第3マスク形成層23は、第2マスク形成層22とは異なるシリコン系材料で構成される。その中でも特に、当該第3マスク形成層23で構成されたマスクをエッチングマスクとした反応性イオンエッチング法により、第2マスク形成層22を加工できる材料を用いて構成されることが好ましい。このような第3マスク形成層23の構成材料として、窒化シリコン(SiN)を例示することができる。また特に、第2マスク形成層22がSiC、SiCNまたはSiNからなる場合には、第3マスク形成層23の構成材料としてSiO2を用いても良い。
The next third
ここでは、SiNからなる第3マスク形成層23を50nm程度の膜厚で形成することとする。SiNからなる第3マスク形成層23の成膜は、SiO2からなる第2マスク形成層22と同様のプラズマCVD装置により、例えばシリコン源としてモノシラン(SiH4)を、窒化剤としてアンモニア(NH3)ガスを、酸化剤として一酸化二窒素(N2O)ガスを用い、不活性ガスをキャリアガスにして行われる。
Here, the third
尚、以上の第1マスク形成層21、第2マスク形成層22、および第3マスク形成層23は、光透過性を有する材料を選択して用いることが好ましい。これにより、以下に説明するように、これらのマスク形成層21〜23上にリソグラフィー処理によってレジストマスクを形成する場合に、下地に形成されたパターンに基づいてマスクアライメントを行うことが可能になる。
The first
次に、図1(b)に示すように、以上のようにして3層構造のマスク形成層を形成した後、配線溝パターンを有するレジストマスク10を第3マスク形成層23上に形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, after forming the three-layered mask formation layer as described above, a resist
次に、レジストマスク10をエッチングマスクとして用いたドライエッチング法により、第3マスク形成層23をエッチングして、配線溝パターンを有する第3マスク23Aを形成する。尚ここでは、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い、例えばエッチングガスとしてジフロロメタン(CH2F2)、酸素(O2)、及びアルゴン(Ar)を用い、ガス流量比CH2F2:O2:Ar=2:1:20、バイアスパワー500W、基板温度40℃に設定する。このエッチング条件下では、SiO2に対するSiNのエッチング選択比(SiN/SiO2)が4程度になる。このため、エッチングの下地となる第2マスク形成層(SiO2)22に対するエッチングの影響を抑えつつ、SiNからなる第3マスク形成層23のエッチングを行うことができる。
Next, the third
以上のようにして、第3マスク23Aを形成した後、例えば酸素(O2)プラズマをベースとしたアッシング処理と有機アミン系の薬液処理を施すことにより、レジストマスク10及びエッチング処理の際に生じた残留付着物を完全に除去する。
As described above, after the
次に、図1(c)に示すように、第3マスク23A上を含む第2マスク形成層22上に、接続孔パターンを有するレジストマスク12を形成する。この際、レジストマスク12に設けられた接続孔パターンの少なくとも一部が、第3マスク23Aの配線溝パターンの開口部内に重なるようにレジストマスク12をパターン形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, a resist
尚、このレジストマスク12の形成に際し、配線溝パターンを構成する第3マスク23Aにより生じた段差は、概ね第3マスク23Aの膜厚である50nm程度に抑えられるので、平坦部にレジストマスクを形成する場合とほぼ同等のリソグラフィー特性にて、良好な接続孔のレジストパターン形状を得ることができる。また、塗布系の反射防止膜(BARC等)を併用する場合でも、配線溝パターンの寸法や粗密具合により、BARCの埋め込み形状の変動が微少に抑えられ、露光処理時のレジスト形状悪化や、寸法変動の原因となる焦点深度ばらつきを低減することができる。
When the resist
続いて、図2(d)に示すように、レジストマスク12をエッチングマスクとしたドライエッチング法により、第3マスク23A、第2マスク形成層22、および第1マスク形成層21をエッチングし、さらに第2絶縁膜7をエッチングする。これにより、第1絶縁膜6を露出させた接続孔13を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, the
このようなエッチングにおいて、第3マスク(SiN)23Aから第1マスク形成層(SiOC膜)21までのエッチングは、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い、例えばエッチングガスとしてトリフロロメタン(CHF3)、酸素(O2)、およびアルゴン(Ar)を用い、ガス流量比をCHF3:O2:Ar=5:1:50、バイアスパワーを1000W、基板温度を40℃に設定して行われる。 In such etching, the etching from the third mask (SiN) 23A to the first mask formation layer (SiOC film) 21 uses a general magnetron etching apparatus, for example, trifluoromethane (CHF 3) as an etching gas. ), Oxygen (O 2 ), and argon (Ar), the gas flow ratio is CHF 3 : O 2 : Ar = 5: 1: 50, the bias power is 1000 W, and the substrate temperature is 40 ° C. .
本実施形態例では、このエッチング条件下でエッチング選択比(SiN/SiO2/SiOC)が1前後となり、1ステップで第3マスク23A〜第1マスク形成層21をエッチングして接続孔13を開口している。しかし、これに限らず、レジスト選択比やエッチング変換差等が問題になる場合は、2ステップ以上のエッチングにより、順次第3マスク23A、第2マスク形成層22、および第1マスク形成層21をエッチングしても良い。
In this embodiment, the etching selectivity (SiN / SiO 2 / SiOC) becomes around 1 under this etching condition, and the connection holes 13 are opened by etching the
そして、次の第2絶縁膜(PAE)7のエッチングは、通常の高密度プラズマエッチング装置を用い、エッチングガスとして例えばアンモニア(NH3)を用い、RFパワーを150W、基板温度を20℃に設定する。このエッチング条件下においては、レジストマスク12と第2絶縁膜(PAE)7のエッチングレートがほぼ同等であることから、第2絶縁膜(PAE)7のエッチング中にレジストマスク12は膜減りする。これによりレジストマスク12が完全に除去された後には、第2マスク形成層(SiO2)22がエッチングマスク(第2マスク22A)として機能し、良好な接続孔の開口形状を得ることができる。ちなみに、第2絶縁膜(PAE)7のエッチング条件下においてのSiN、SiO2、SiOCに対するPAEのエッチング選択比は100以上になる。
Then, the next second insulating film (PAE) 7 is etched using a normal high-density plasma etching apparatus, using, for example, ammonia (NH 3 ) as an etching gas, RF power is set to 150 W, and the substrate temperature is set to 20 ° C. To do. Under this etching condition, the resist
以上の結果、レジストマスク12は、第2絶縁膜(PAE)7のエッチングと同時に除去された状態となる。また残存する第3マスク(SiN)23Aは配線溝パターンのマスクとなる。そして、この下方の第2マスク(SiO2)22Aは、接続孔パターンのマスクとなる。
As a result, the resist
次に、図2(e)に示すように、第3マスク(SiN)23Aをエッチングマスクとしたドライエッチング法により、第2マスク(SiO2)22Aをエッチングする。これにより、第2マスク22Aが配線溝パターンのマスクとなる。また、第1マスク層21は、接続孔パターンが形成された第1マスク21Aになる。
Next, as shown in FIG. 2E, the second mask (SiO 2 ) 22A is etched by a dry etching method using the third mask (SiN) 23A as an etching mask. As a result, the
このドライエッチングにおいては、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を使用し、エッチングガスとしてオクタフルオロシクロペンテン(C5F8)、酸素(O2)、およびアルゴン(Ar)を用い、ガス流量比をC5F8:O2:Ar=2:1:50、バイアスパワーを1500W、基板温度を40℃に設定する。このようなエッチング条件下においては、SiNに対するSiO2のエッチング選択比(SiO2/SiN)が3程度になる。このため、第3マスク(SiN)23Aの膜厚が50nm程度であれば、膜厚50nmの第2マスク(SiO2)22Aをエッチングする際、第3マスク(SiN)23Aの膜減りに対して十分な余裕をもって第2マスク(SiO2)22Aに配線溝パターンを開口することが出来る。 In this dry etching, for example, a general magnetron type etching apparatus is used, and octafluorocyclopentene (C 5 F 8 ), oxygen (O 2 ), and argon (Ar) are used as etching gases, and the gas flow rate ratio is set. C 5 F 8 : O 2 : Ar = 2: 1: 50, the bias power is set to 1500 W, and the substrate temperature is set to 40 ° C. In such etching conditions, the etching selectivity of SiO 2 to SiN (SiO 2 / SiN) is about 3. Therefore, if the thickness of the third mask (SiN) 23A is about 50 nm, when the second mask (SiO 2 ) 22A having a thickness of 50 nm is etched, the thickness of the third mask (SiN) 23A is reduced. The wiring groove pattern can be opened in the second mask (SiO 2 ) 22A with a sufficient margin.
またこのドライエッチングにおいては、接続孔13の底部に露出する第1絶縁膜(SiOC膜)6が途中までエッチングされる。したがって、接続孔13が掘り下げられることになる。さらに、このエッチング条件下においては、SiOCに対するSiO2のエッチング選択比(SiO2/SiOC)を1弱にすることができる。このため、膜厚50nmの第2マスク(SiO2)22Aをエッチングする場合の必要なオーバーエッチング量を含めて、第1絶縁膜(SiOC膜)6内の25〜75nmの深さにまで接続孔13が掘り下げられることになる。
In this dry etching, the first insulating film (SiOC film) 6 exposed at the bottom of the
次に、図2(f)に示すように、第1マスク(SiOC)21Aをエッチングマスクにして、第1絶縁膜(SiOC)6の下部層をエッチングして、接続孔13をさらに掘り下げてSiC膜5を露出させる。この際、第2マスク(SiO2)22Aをエッチングマスクとして第1マスク(SiOC)21Aが同時に除去され、第1マスク21Aに配線溝16が形成される。
Next, as shown in FIG. 2F, the lower layer of the first insulating film (SiOC) 6 is etched using the first mask (SiOC) 21A as an etching mask, and the
このエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を使用し、例えばエッチングガスとしてのオクタフルオロシクロペンテン(C5F8)、窒素(N2)、およびアルゴン(Ar)を用い、ガス流量比をC5F8:N2:Ar=3:200:500、バイアスパワーを1000W、及び基板温度を40℃に設定して行われる。 For this etching, for example, a general magnetron type etching apparatus is used. For example, octafluorocyclopentene (C 5 F 8 ), nitrogen (N 2 ), and argon (Ar) are used as etching gases, and the gas flow rate ratio is set. C 5 F 8 : N 2 : Ar = 3: 200: 500, the bias power is set to 1000 W, and the substrate temperature is set to 40 ° C.
このエッチング条件下においては、SiO2に対するSiOCのエッチング選択比(SiOC/SiO2)が10以上になる。このため、接続孔13の底部に残る膜厚25〜75nmの第1絶縁膜(SiOC膜)6をエッチングする際、第2マスク(SiO2)22Aが50nmあれば、第2マスク(SiO2)22Aの膜減りに対して十分に余裕を持って配線溝上方の広がりや肩落ちを抑制した良好な開口形状を得ることが出来る。
In this etching condition, the etching selection ratio of SiOC for SiO 2 (SiOC / SiO 2) is 10 or more. Therefore, when the first insulating film (SiOC film) 6 having a film thickness of 25 to 75 nm remaining at the bottom of the
続いて、図3(g)に示すように、第2マスク(SiO2)22Aをエッチングマスクにして、配線溝16の底部に残存する第2絶縁膜(PAE)7をエッチングする。これにより、第1マスク21Aに形成された配線溝16をさらに掘り下げ、第1マスク21Aと第2絶縁膜(PAE)7とに、配線溝16を形成する。この第2絶縁膜(PAE)7のエッチングは、通常の高密度プラズマエッチング装置を使用し、エッチングガスには例えばアンモニア(NH3)を用い、RFパワーを150W、及び基板温度を10℃に設定する。このエッチング条件下においては、SiOCに対するPAEのエッチング選択比(PAE/SiOC)は100以上になる。これにより、エッチング下地となる第1絶縁膜(SiOC膜)6の膜減りが抑えられ、深さばらつきのない配線溝16の掘り下げを行うことが出来る。
Subsequently, as shown in FIG. 3G, the second insulating film (PAE) 7 remaining at the bottom of the
次いで、第1絶縁膜(SiOC膜)6をマスクにしたエッチングにより、接続孔13の底部にあるSiC膜5をエッチング除去する。これにより、配線溝16の底部に開口させた接続孔13をCu埋め込み層4に連通させ、所定のデュアルダマシン加工を完了させる。SiC膜5のエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置にて、例えばエッチングガスとしてジフルオロメタン(CH2F2)、酸素(O2)、およびアルゴン(Ar)を用い、ガス流量比をCH2F2:O2:Ar=2:1:5、バイアスパワーを100Wに設定して行われる。ただし、このようなエッチング条件では、SiOCに対するSiCのエッチング選択比が1前後である。このため、配線溝16の底部を構成する第1絶縁膜(SiOC膜)6の膜掘れが問題になるならば、第2絶縁膜(PAE)膜7への配線溝開口前に、SiC膜5のエッチングを行っても良い。
Next, the
尚、第1マスク(SiOC)21A上に残存する第2マスク(SiO2)22Aは、接続孔13底部のSiC膜5をエッチングする過程で除去しても構わない。
The second mask (SiO 2 ) 22A remaining on the first mask (SiOC) 21A may be removed in the course of etching the
以上の後、薬液を用いた後処理、およびRFスパッタリング処理により、配線溝16や接続孔13の側壁に残留するエッチング付着物を除去し、接続孔13底部のCu変質層を正常のCu層に転化する。
After the above, the post-treatment using the chemical solution and the RF sputtering treatment remove the etching deposits remaining on the side walls of the
その後、図3(h)に示すように、例えばTaからなるバリアメタル膜17をスパッタリング法により成膜し、Cu膜18を電解めっき法あるいはスパッタリング法により堆積し、配線溝16と接続孔13への導電膜の埋め込みを同時に行う。
Thereafter, as shown in FIG. 3 (h), for example, a
次に、図3(i)に示すように、Cu膜18およびバリアメタル膜17のうち、配線パターンとして不要な部分(第1マスク21A上に残された部分)を化学機械研磨(CMP)法により除去することにより、デュアルダマシン構造の多層配線構造を形成することができる。そして、Cu膜18を覆う状態で、酸化防止及び銅の拡散防止層として例えばSiC膜19を成膜する。
Next, as shown in FIG. 3I, a portion unnecessary for the wiring pattern (the portion left on the
本工程を経て形成されたデュアルダマシン構造の多層配線は、図1(c)を用いて説明したように、接続孔パターンを有するレジストマスク12を形成する際、下地層の段差が第3マスク23Aの膜厚50nm程度に抑えられるので、高精度の接続孔パターンを有するレジストマスク12を形成することができる。このようなレジストマスク12をエッチングマスクにして図2(d)を用いて説明したように、接続孔13を形成することにより、微細寸法の接続孔13を配線溝の形状悪化無く安定して形成することができる。これにより、良好なヴィアコンタント特性を得ることが出来る。
As described with reference to FIG. 1C, the dual damascene multi-layer wiring formed through this process has a step difference in the base layer when the resist
また、図3(g)を用いて説明したように、配線溝パターンを有する第1マスク21Aをエッチングマスクとして第2絶縁膜7に配線溝16を形成した後、第1マスク21Aは第2絶縁膜7上に残され、当該第2絶縁膜7と共に配線溝16を構成する絶縁膜として用いられることになる。そして、このような第1マスク21Aは、誘電率の低いSiOC系材料からなる。このため、この第1マスク21Aを含む配線間および配線層間の絶縁膜全体の比誘電率を低く維持することが可能になる。
Further, as described with reference to FIG. 3G, after forming the
さらに、以上の製造方法では、図1(b),図1(c)に示すように、製品企画に適合しないレジストマスク10,12の再生処理を第3マスク形成層23上、または第2マスク形成層22上で行うことができること、さらに図2(d)に示すように配線溝パターンを有する第3マスク23A上から接続孔13を開口するので、配線溝(16)と接続孔13とのあわせずれが発生した場合でも、接続孔13の寸法が変動することはない。しかも図3(g)を用いて説明したように、第2絶縁膜7に配線溝16を形成する際には、SiOCからなる第1絶縁膜6上において有機材料からなる第2絶縁膜7をエッチングすれば良いことから、エッチング選択比を確保することが容易である。以上のことから、レジストパターニング工程に対する負荷が低減される。
Furthermore, in the above manufacturing method, as shown in FIG. 1B and FIG. 1C, the regeneration process of the resist
したがって、本第1実施形態の半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜にデュアルダマシン構造を形成する際、レジストパターニング工程に対する負荷を低減しつつ、さらに工程終了後にも層間絶縁膜として残される第1マスク21Aの比誘電率を低く抑え、配線間および配線層間に配置される層間絶縁膜全体の低誘電率化を図ることが可能になる。
Therefore, according to the manufacturing method of the semiconductor device of the first embodiment, when forming the dual damascene structure in the interlayer insulating film, the load on the resist patterning process is reduced and the interlayer insulating film is left even after the process is completed. The relative permittivity of the
<第2実施形態>
本第2実施形態例は、第2の発明方法に係る半導体装置の製造方法の実施形態の一例であり、デュアルマスクを用いたデュアルダマシン構造の形成に係わる。以下、図4〜図5の断面工程図を用いて本発明の第2実施形態を説明する。尚、図6および図1〜図3を用いて説明した工程と同一の要素には同一の符号を付して説明を行うこととする。
Second Embodiment
The second embodiment is an example of a semiconductor device manufacturing method according to the second invention method and relates to the formation of a dual damascene structure using a dual mask. Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to cross-sectional process diagrams of FIGS. The same elements as those described with reference to FIG. 6 and FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals for description.
まず、図4(a)に示すように、図示しない基板上に堆積された下地絶縁膜1上に、Cu配線4を形成し、さらに、SiC膜5、第1絶縁膜(SiOC)6、第2絶縁膜(PAE)7、第1マスク形成層(SiOC)21、第2マスク形成層(SiO2)22を順次成膜する工程までを第1実施形態と同様に行う。
First, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、第2マスク形成層(SiO2)22上に、配線溝パターンを有するレジストマスク10を形成する。そして、このレジストマスク10をエッチングマスクとして用いたドライエッチング法により、第2マスク形成層(SiO2)22をエッチングして、配線溝パターンを有する第2マスク22Bを形成する。尚ここでは、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い、エッチングガスとしてオクタフルオロシクロペンテン(C5F8)、酸素(O2)、およびアルゴン(Ar)を用い、ガス流量比をC5F8:O2:Ar=2:1:50、バイアスパワーを1500W、基板温度を40℃に設定する。このようなエッチング条件下においては、SiOCに対するSiO2のエッチング選択比(SiO2/SiOC)が15程度になる。このため、エッチングの下地となる第1マスク形成層(SiOC)21に対するエッチングの影響を抑えつつ、SiO2からなる第2マスク形成層22のエッチングを行うことができる。
Next, as shown in FIG. 4B, a resist
以上のようにして、第2マスク22Bを形成した後、例えば酸素(O2)プラズマをベースとしたアッシング処理と有機アミン系の薬液処理を施すことにより、レジストマスク10及びエッチング処理の際に生じた残留付着物を完全に除去する。
As described above, after the
次に、図4(c)に示すように、第2マスク22Bを含む第1マスク形成層21上に、第1実施形態と同様の接続孔パターンを有するレジストマスク12を形成する。尚、このレジストマスク12の形成に際し、配線溝パターンを構成する第2マスク22Bにより生じた段差は、概ね第2マスク22Bの膜厚である50nm程度に抑えられる。したがって、第1実施形態と同様に、平坦部にレジストマスクを形成する場合とほぼ同等のリソグラフィー特性にて、良好な接続孔のレジストパターン形状を得ることができ、また、塗布系の反射防止膜(BARC等)を併用する場合でも、寸法変動の原因となる焦点深度ばらつきを低減することができる。
Next, as shown in FIG. 4C, a resist
続いて、図5(d)に示すように、レジストマスク12をエッチングマスクとしたドライエッチング法により、第2マスク22B、および第1マスク形成層21をエッチングし、さらに第2絶縁膜7をエッチングして、第1絶縁膜6を露出させた接続孔13を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, the
以上のエッチングにおいて、レジストマスク12をエッチングマスクとした第2マスク(SiO2)22Bから第1マスク形成層(SiOC膜)21までのエッチング、および第2絶縁膜(PAE)7のエッチングは、第1実施形態において図2(d)を用いて説明したと同様に行われる。これにより、レジストマスク12は、第2絶縁膜(PAE)7のエッチングと同時に除去された状態となる。そして、残存する第2マスク(SiO2)22Bは配線溝パターンのマスクとなる。また第1マスク形成層21で構成された第1マスク21Bは、接続孔パターンのマスクとなる。
In the etching described above, the etching from the second mask (SiO 2 ) 22B to the first mask formation layer (SiOC film) 21 using the resist
次に、図5(e)に示すように、配線溝パターンを有する第2マスク(SiO2)22Bをエッチングマスクとして、第1マスク(SiOC)21Bをさらにエッチングして第1マスク21Bに配線溝16を形成する。またこれにより、第1マスク21Bは、配線溝パターンを有するマスクとなる。またここでは、第1絶縁膜(SiOC)6も同時にエッチングして接続孔13を掘り下げ、接続孔13の底部にSiC膜5を露出させる。
Next, as shown in FIG. 5E, the first mask (SiOC) 21B is further etched using the second mask (SiO 2 ) 22B having the wiring groove pattern as an etching mask, and the wiring groove is formed on the first mask 21B. 16 is formed. Thereby, the
このエッチングは、例えば一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を使用して、例えばエッチングガスとしてC5F8、酸素(O2)、およびアルゴン(Ar)を用い、ガス流量比をC5F8:O2:Ar=2:1:50、バイアスパワーを1500W、基板温度を40℃に設定する。このエッチング条件下においては、SiO2に対するSiOCのエッチング選択比(SiOC/SiO2)が15程度になる。このため、第2マスク(SiO2)22Bの膜厚が50nm程度であれば、膜厚120nmの第1マスク(SiOC)21Bをエッチングする際、第2マスク(SiO2)22Bの膜減りに対して十分な余裕をもって配線溝16を開口することが出来る。
In this etching, for example, a general magnetron etching apparatus is used, for example, C 5 F 8 , oxygen (O 2 ), and argon (Ar) are used as an etching gas, and the gas flow ratio is C 5 F 8 : O 2 : Ar = 2: 1: 50, the bias power is set to 1500 W, and the substrate temperature is set to 40 ° C. In this etching condition, the etching selection ratio of SiOC for SiO 2 (SiOC / SiO 2) is about 15. For this reason, if the thickness of the second mask (SiO 2 ) 22B is about 50 nm, when the first mask (SiOC) 21B having a thickness of 120 nm is etched, the thickness of the second mask (SiO 2 ) 22B is reduced. Therefore, the
続いて、図5(f)に示す工程は、第1実施形態において図3(g)を用いて説明したと同様に行うことにより、第2マスク(SiO2)22Bをエッチングマスクにして配線溝16の底部に残存する第2絶縁膜(PAE)7をエッチングし、配線溝16を掘り下げる。次いで、第1絶縁膜6をマスクにしたエッチングにより、接続孔13の底部にあるSiC膜5をエッチング除去する。これにより、配線溝16の底部に開口させた接続孔13をCu埋め込み層4に連通させ、所定のデュアルダマシン加工を完了させる。また、第1マスク(SiOC)21A上に残存する第2マスク(SiO2)22Aは、接続孔13底部のSiC膜5をエッチングする過程で除去しても構わないことも、第1実施形態と同様である。
Subsequently, the process shown in FIG. 5F is performed in the same manner as described with reference to FIG. 3G in the first embodiment, so that the second mask (SiO 2 ) 22B is used as an etching mask to form a wiring trench. The second insulating film (PAE) 7 remaining at the bottom of 16 is etched and the
以上の後の工程は、第1実施形態と同様に行うことにより、第1実施形態において図3(i)を用いて説明したと同様にバリアメタル膜17,Cu膜18、さらには酸化防止層として例えばSiC膜19を成膜する。
The subsequent steps are performed in the same manner as in the first embodiment, so that the
このような第2実施形態の製造方法であっても、図4(c)を用いて説明したように、接続孔パターンを有するレジストマスク12を形成する際、下地層の段差がほぼ第2マスク22BAの膜厚50nm程度に抑えられるので、高精度の接続孔パターンを有するレジストマスク12を形成することができる。したがって、第1実施形態と同様に、微細寸法の接続孔13を配線溝の形状悪化無く安定して形成することができ、良好なヴィアコンタント特性を得ることが出来る。
Even in the manufacturing method of the second embodiment, as described with reference to FIG. 4C, when the resist
また、図5(f)を用いて説明したように、配線溝パターンを有する第1マスク21Bをエッチングマスクとして第2絶縁膜7に配線溝16を形成した後、誘電率の低いSiOCからなる第1マスク21Bは第2絶縁膜7上に残される。したがって、第1実施形態と同様に第1マスク21Bを含む配線間および配線層間の絶縁膜全体の比誘電率を低く維持することが可能になる。
Further, as described with reference to FIG. 5F, after forming the
さらに、以上の製造方法においても、図4(b),図4(c)に示すように、製品企画に適合しないレジストマスク10,12の再生処理を第2マスク形成層22上、または第1マスク形成層21上で行うことができること、さらに図5(d)に示すように配線溝パターンを有する第2マスク22B上から接続孔13を開口するので、配線溝(16)と接続孔13とのあわせずれが発生した場合でも、接続孔13の寸法が変動することはないことも第1実施形態と同様である。しかも図5(g)を用いて説明したように、第2絶縁膜7に配線溝16を形成する際には、SiOCからなる第1絶縁膜6上において有機材料からなる第2絶縁膜7をエッチングすれば良く、エッチング選択比を確保することが容易である。以上のことから、第1実施形態と同様にレジストパターニング工程に対する負荷が低減される。
Furthermore, also in the above manufacturing method, as shown in FIGS. 4B and 4C, the regeneration process of the resist
したがって、本第2実施形態の半導体装置の製造方法であっても、層間絶縁膜にデュアルダマシン構造を形成する際、レジストパターニング工程に対する負荷を低減しつつ、さらに工程終了後にも層間絶縁膜として残される第1マスク21Bの比誘電率を低く抑え、配線間および配線層間に配置される層間絶縁膜全体の低誘電率化を図ることが可能になる。
Therefore, even in the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment, when a dual damascene structure is formed in the interlayer insulating film, the load on the resist patterning process is reduced, and the interlayer insulating film remains after the process is completed. It is possible to suppress the relative dielectric constant of the
1…基板、6…第1絶縁膜(SiOC膜)、7…第2絶縁膜、12…レジストマスク、13…接続孔、16…配線溝、21…第1マスク形成層(SiOC膜)、21A,21B…第1マスク、22…第2マスク形成層、22A,22B…第2マスク、23…第3マスク形成層、23A…第3マスク
DESCRIPTION OF
Claims (8)
(イ)基板上に、接続孔を貫通させる絶縁膜として無機系の低誘電材料からなる第1絶縁膜、および配線層間の絶縁膜として有機材料からなる第2絶縁膜を順次成膜する工程と、
(ロ)前記第2絶縁膜上に、無機系の低誘電材料からなる第1マスク形成層、当該第1マスクとは異なるSi系材料からなる第2マスク形成層、および当該第2マスク形成層とは異なるSi系材料からなる第3マスク形成層を順次成膜する工程と、
(ハ)前記第3マスク形成層をパターニングして配線溝パターンを有する第3マスクを形成する工程と、
(ニ)前記第3マスク上を含む第2マスク形成層上に、接続孔パターンを有するレジストマスクを形成する工程と、
(ホ)前記レジストマスクをエッチングマスクとして前記第3マスク、前記第2マスク形成層、および前記第1マスク形成層をエッチングし、さらに前記第2絶縁膜をエッチングして接続孔を開口する工程と、
(ヘ)前記第3マスクをエッチングマスクとして、前記第2マスク形成層をエッチングして配線溝パターンを有する第2マスクを形成すると共に、前記第1絶縁膜を途中までエッチングして接続孔を開口する工程と、
(ト)前記第2マスクをエッチングマスクとして、前記第1マスク形成層をエッチングして配線溝パターンを有する第1マスクを形成すると共に、前記接続孔の底部に残存する前記第1絶縁膜をエッチングして前記基板に達する接続孔を開口する工程と、
(チ)前記第1マスクないしは第2マスクをエッチングマスクとして前記第2絶縁膜をエッチングし、当該第2絶縁膜に配線溝を形成する工程と、
(リ)前記配線溝形成後に残存する前記第2マスクおよび第3マスクを除去する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device including an interlayer insulating film including an organic insulating film,
(A) a step of sequentially forming a first insulating film made of an inorganic low dielectric material as an insulating film penetrating the connection hole and a second insulating film made of an organic material as an insulating film between the wiring layers on the substrate; ,
(B) On the second insulating film, a first mask forming layer made of an inorganic low dielectric material, a second mask forming layer made of a Si-based material different from the first mask, and the second mask forming layer Sequentially forming a third mask forming layer made of a Si-based material different from
(C) patterning the third mask forming layer to form a third mask having a wiring groove pattern;
(D) forming a resist mask having a connection hole pattern on the second mask formation layer including the third mask;
(E) etching the third mask, the second mask forming layer, and the first mask forming layer using the resist mask as an etching mask, and further etching the second insulating film to open connection holes; ,
(F) Using the third mask as an etching mask, the second mask formation layer is etched to form a second mask having a wiring groove pattern, and the first insulating film is etched halfway to open connection holes. And a process of
(G) Using the second mask as an etching mask, the first mask forming layer is etched to form a first mask having a wiring groove pattern, and the first insulating film remaining at the bottom of the connection hole is etched. And opening a connection hole reaching the substrate;
(H) etching the second insulating film using the first mask or the second mask as an etching mask and forming a wiring groove in the second insulating film;
(I) a method of removing the second mask and the third mask remaining after the formation of the wiring trench.
前記工程(ロ)では、前記第1マスク形成層、第2マスク形成層、および第3マスク形成層を、光透過性を有する材料で成膜する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (b), the first mask forming layer, the second mask forming layer, and the third mask forming layer are formed of a light-transmitting material.
前記工程(ロ)では、上層のマスク形成層を用いて構成されたマスクをエッチングマスクとした反応性イオンエッチング法により下層のマスク形成層を加工できる材料を用いて、前記第1マスク形成層、第2マスク形成層、および第3マスク形成層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (b), using a material capable of processing the lower mask forming layer by a reactive ion etching method using the mask formed using the upper mask forming layer as an etching mask, the first mask forming layer, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second mask formation layer and a third mask formation layer.
前記無機系の低誘電材料は、CVD法によって形成されるSiOCである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the inorganic low dielectric material is SiOC formed by a CVD method.
(イ)基板上に、接続孔を貫通させる絶縁膜として無機系の低誘電材料からなる第1絶縁膜、および配線層間の絶縁膜として有機材料からなる第2絶縁膜を順次成膜する工程と、
(ロ)前記第2絶縁膜上に、無機系の低誘電材料からなる第1マスク形成層、および当該第1マスクとは異なるSi系材料からなる第2マスク形成層を順次成膜する工程と、
(ハ)前記第2マスク形成層をパターニングして配線溝パターンを有する第2マスクを形成する工程と、
(ニ)前記第2マスク上を含む第1マスク形成層上に接続孔パターンを有するレジストマスクを形成する工程と、
(ホ)前記レジストマスクをエッチングマスクとして前記第2マスクおよび前記第1マスク形成層をエッチングし、さらに前記第2絶縁膜をエッチングして接続孔を開口する工程と、
(ヘ)前記第2マスクをエッチングマスクとし、前記第1マスク形成層をエッチングして配線溝パターンを有する第1マスクを形成すると共に、前記接続孔の底部に残存する前記第1絶縁膜をエッチングして接続孔を開口する工程と、
(ト)前記第1マスクないしは第2マスクをエッチングマスクとして前記第2絶縁膜をエッチングし、前記第2絶縁膜に配線溝を形成する工程と、
(チ)前記配線溝形成後に残存する前記第2マスクを除去する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device including an interlayer insulating film including an organic insulating film,
(A) a step of sequentially forming a first insulating film made of an inorganic low dielectric material as an insulating film penetrating the connection hole and a second insulating film made of an organic material as an insulating film between the wiring layers on the substrate; ,
(B) sequentially forming a first mask forming layer made of an inorganic low-dielectric material and a second mask forming layer made of a Si-based material different from the first mask on the second insulating film; ,
(C) patterning the second mask formation layer to form a second mask having a wiring groove pattern;
(D) forming a resist mask having a connection hole pattern on the first mask formation layer including the second mask;
(E) etching the second mask and the first mask formation layer using the resist mask as an etching mask, and further etching the second insulating film to open connection holes;
(F) Using the second mask as an etching mask, etching the first mask forming layer to form a first mask having a wiring groove pattern, and etching the first insulating film remaining at the bottom of the connection hole And opening the connection hole,
(G) etching the second insulating film using the first mask or the second mask as an etching mask to form a wiring groove in the second insulating film;
(H) a step of removing the second mask remaining after the wiring trench formation. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記工程(ロ)では、前記第1マスク形成層および第2マスク形成層を、光透過性を有する材料で成膜する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the step (b), the first mask forming layer and the second mask forming layer are formed of a light-transmitting material.
前記工程(ロ)では、第2マスクをエッチングマスクにした反応性イオンエッチング法により第1マスク形成層を加工できる材料を用いて、前記第1マスク形成層および第2マスク形成層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the step (b), the first mask forming layer and the second mask forming layer are formed using a material capable of processing the first mask forming layer by a reactive ion etching method using the second mask as an etching mask. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記無機系の低誘電材料は、CVD法によって形成されるSiOCである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the inorganic low dielectric material is SiOC formed by a CVD method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004022569A JP2005217223A (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004022569A JP2005217223A (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005217223A true JP2005217223A (en) | 2005-08-11 |
Family
ID=34905874
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004022569A Pending JP2005217223A (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005217223A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007078011A1 (en) * | 2006-01-06 | 2007-07-12 | Nec Corporation | Production method of multilayer interconnection and multilayer interconnection structure |
US7476605B2 (en) | 2005-06-21 | 2009-01-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing semiconductor device |
KR20180032732A (en) * | 2016-09-22 | 2018-04-02 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001156170A (en) * | 1999-11-30 | 2001-06-08 | Sony Corp | Manufacturing method for multilayer interconnection |
JP2003218109A (en) * | 2002-01-17 | 2003-07-31 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Method for forming metallic pattern using sacrifice hard mask |
JP2003258088A (en) * | 2002-03-06 | 2003-09-12 | Sony Corp | Semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing the same |
JP2003297942A (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-17 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor device having metal-insulator-metal capacitor and method thereof |
-
2004
- 2004-01-30 JP JP2004022569A patent/JP2005217223A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001156170A (en) * | 1999-11-30 | 2001-06-08 | Sony Corp | Manufacturing method for multilayer interconnection |
JP2003218109A (en) * | 2002-01-17 | 2003-07-31 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Method for forming metallic pattern using sacrifice hard mask |
JP2003258088A (en) * | 2002-03-06 | 2003-09-12 | Sony Corp | Semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing the same |
JP2003297942A (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-17 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor device having metal-insulator-metal capacitor and method thereof |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7476605B2 (en) | 2005-06-21 | 2009-01-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing semiconductor device |
WO2007078011A1 (en) * | 2006-01-06 | 2007-07-12 | Nec Corporation | Production method of multilayer interconnection and multilayer interconnection structure |
KR20180032732A (en) * | 2016-09-22 | 2018-04-02 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
KR102629208B1 (en) | 2016-09-22 | 2024-01-29 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4177993B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP3778174B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7534721B2 (en) | Semiconductor device manufacturing device | |
US7176120B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
US20080182405A1 (en) | Self-aligned air-gap in interconnect structures | |
KR101354126B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
JP2007281114A (en) | Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device | |
JP4476171B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JPWO2005013356A1 (en) | Semiconductor device having trench wiring and method of manufacturing semiconductor device | |
KR101192410B1 (en) | Methods of forming electrical interconnect structures using polymer residues to increase etching selectivity through dielectric layers | |
US7259089B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method that includes forming a wiring pattern with a mask layer that has a tapered shape | |
JP2004055781A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2006253645A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2006216964A (en) | Method for manufacturing dual damascene wiring of semiconductor device using via capping protective film | |
JP2005217223A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2006165214A (en) | Semiconductor device and its fabrication process | |
JP2005353633A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2004172337A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
US20230178379A1 (en) | Film deposition for patterning process | |
JP2006332408A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2007067324A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2006108336A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2007027447A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
JP2004179453A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
KR20050023204A (en) | Production Method For Semiconductor Device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060815 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080827 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20091009 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20091029 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100601 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101012 |