CN1717797A

CN1717797A - 半导体多层布线形成方法

Info

Publication number: CN1717797A
Application number: CN 200380104369
Authority: CN
Inventors: 萩原嘉男; 田中健
Original assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2006-01-04
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: CN100342521C; JP2004179391A

Abstract

一种通过采用导体材料埋入形成于层间绝缘层的第1蚀刻空间和与之连通的第2蚀刻空间，来形成多层布线结构的使用了双重镶嵌工艺的布线形成方法，在该形成方法中，不使构成层间绝缘层的低介电层劣化并能削减工序数，同时提高工序管理的自由度。因此，为了保护下层布线层不受用于形成第2蚀刻空间形成用的光刻胶图形的曝光光的影响，作为填充到第1蚀刻空间内的材料，使用不会损伤层间绝缘层且利用剥离液能够容易地去除的以旋压玻璃材料为主成分的填埋材料，同时在该填埋材料中不添加用于吸收曝光光的吸光材料，而是在填埋材料层的上面形成可通过干法蚀刻来加工的防反射膜、或形成显影液可溶性的防反射膜。

Description

半导体多层布线形成方法

技术领域

本发明涉及在半导体衬底上形成的下层布线层、和在其上面通过层间绝缘层形成的上层布线层通过上下贯通上述层间绝缘层的通路布线连接的半导体多层布线的形成方法，更详细讲，涉及采用更简易的双重镶嵌工艺(dual damascene process)形成上述通路布线和上层布线层的半导体多层布线形成方法。

背景技术

众所周知，半导体集成电路中的基本布线结构，是在半导体衬底上直接或间接地形成的下层布线层、和在该下层布线层上通过层间绝缘层形成的上层布线层通过贯通上述层间绝缘层而形成的通路布线而连接的结构。通过将该布线结构多数化、多层化，形成半导体集成电路的多层布线结构。

过去，该布线结构通过在半导体衬底上层叠的导体层和层间绝缘层等各层的形成和通过蚀刻将它们图形化的重复进行来实现。重复这样的层叠和蚀刻形成多层布线的逐次形成方法，由于步骤多，难于降低制造成本，因此现在采用一般被称为镶嵌(damascene)法的象眼(象眼法)法。所谓该镶嵌法，是在层间绝缘层上形成用于形成通路布线和上层布线层的通路孔和被称为沟槽的布线沟，在该空间埋入导体材料的布线形成方法。在该镶嵌法中，同时地形成通路布线和上层布线层的场合，特别地称呼为双重镶嵌工艺。通过采用该镶嵌法，能够使用过去不能作为导体材料使用的铜。即，作为微细布线用的导体材料，铜与铝比，由于电致徒动抗性(ェレクトロマィグレ一ション耐性)优异，故是很合适的材料，但由于蚀刻难，因此在过去的多层布线逐次形成方法中不能使用。可是，通过使用上述的镶嵌法，能够使用寄予期望的铜作为导体材料。

参照图1和图2说明该双重镶嵌工艺的基本工序。

首先，如图1A所示，在衬底1上采用CVD法、旋涂法等形成层间绝缘层2。构成该层间绝缘层2的材料使用SiO₂或SOG(spin onglass)等。在该层间绝缘层2上形成抗蚀剂膜3，图形化。将该图形化的抗蚀剂膜3作为掩模选择地蚀刻层间绝缘层2，接着去除抗蚀剂膜3，由此形成如图1B所示的布线沟(沟槽)4。其次，通过在如前述那样形成了布线沟4的层间绝缘层2的表面堆积势垒金属5，此在布线沟4的内表面形成提高埋入到该布线沟4内的铜和层间绝缘层2的粘接性，并且防止铜向层间绝缘层2中扩散的势垒金属膜。其后，如图1C所示，通过电镀等将铜埋入到布线沟4内，形成下层布线层6。

然后，在该时刻采用化学研磨(CMP)去除附着在层间绝缘层2的表面的铜和残存的势垒金属5，将层间绝缘层2的表面平坦化后，在其上面依次层叠第1低介电层7、第1蚀刻挡膜8、第2低介电层9、以及第2蚀刻挡膜10。接着，在上述第2蚀刻挡膜10上形成具有通路孔形成用的图形的抗蚀剂掩模11。其次，如图1D所示，使用上述抗蚀剂掩模11进行蚀刻，贯通第2蚀刻挡膜10、第2低介电层9、第1蚀刻挡膜8、以及第1低介电层7，形成达到下层布线层6的通路孔12。接着，如图2E所示，向上述通路孔12填充光刻胶材料等填埋材料13。蚀刻该填埋材料13，如图2F所示，只以规定厚度残留在通路孔12的底部，然后在上述第2蚀刻挡膜10之上形成具有沟槽形成用的图形的抗蚀剂掩模14。使用该抗蚀剂掩模14，如图2G所示，蚀刻第2蚀刻挡膜10和第2低介电层9形成沟槽15，同时去除残存在通路孔12底部的填埋材料13。这之后，向上述通路孔12和沟槽15埋入铜，如图2H所示，形成通路布线16和上层布线层17。据此，实现了下层布线层6和上层布线层17通过通路布线16来电连接的多层布线结构。

在上述多层布线形成方法中，使用了填埋材料，该填埋材料的作用如下。即，在形成通路孔后，采用蚀刻形成沟槽时，当在通路孔的底部露出衬底时，存在于衬底表面的下层布线层因用于形成沟槽的蚀刻气体而损伤，引起布线不良等。于是，向通路孔填充填埋材料，保护沟槽形成工序中的下层布线层。

作为该填埋材料，过去使用光刻胶组合物，但将光刻胶组合物填充到通路孔中时，发生气泡，有时不能充分进行填埋，因此作为新的填埋材料，提出了使用在有机溶剂中溶解了热交联性化合物的溶液的方案(特开2000-195955号公报)。

可是，在使用该有机膜作为填埋材料的结构中，发挥完填埋材料作用后的残存在通路孔内的填埋材料的去除不容易，存在需要采用氧等离子体灰化的去除处理的问题。该情况下，灰化气体(主要是氧系气体)有可能给予低介电层损伤，作为其损伤，可以举出低介电层的Si-R键变化成Si-OH键、或介电常数(k)变动。

另外，作为其他填埋材料，公开了旋压玻璃材料、或者向其添加了高吸光性染料的组合物(特开2000-195955号公报及美国专利第6329118号公报)。在该组合物中添加高吸光性染料的目的是，防止由于旋压玻璃材料是透明的材料，因此将用于形成沟槽的抗蚀剂图形化时的曝光光到达衬底面，其反射光向抗蚀剂入射，从而使抗蚀剂的图形晰象性劣化。该填埋材料组合物，由于主成分旋压玻璃材料与氢氟酸相溶性高，因此即使在通路孔中残留填埋材料，利用含有氢氟酸的剥离液也能够去除，有这一优点。可是，其另一方面，在该填埋材料中，由于其添加成分高吸光性染料易变质，因此填埋材料溶液的保存稳定性低，与之相伴，埋入膜的稳定性也易变低，有大大限制工序管理的自由度的问题。另外，配合高吸光性染料时，有可能在与上层膜的层间发生混合(intermixing)。

美国专利第6365529号公报中公开了进一步在上述填埋材料层上设置用于阻断上述反射光的防反射膜，在该防反射膜上形成沟槽形成用的抗蚀剂层的结构。作为该防反射膜的材料，指出使用惯用的有机及无机材料。

关于防反射膜的材料，提出了几个对向旋压玻璃材料添加了染料的组成加以改良的材料(例如特开2001-92122号公报、美国专利第6268457号公报)。特开2001-92122号公报公开了对主成分硅烷化合物加以改良，与光刻胶比蚀刻速度快的防反射膜材料。另外，美国专利第6268457号公报公开了在烷氧基硅烷系材料中配合特定的高吸光性成分，提高光吸收性的防反射膜材料。

如上所述，采用双重镶嵌工艺的现有多层布线形成方法中，在填埋材料使用感光性树脂和热塑性树脂等有机膜的场合，发挥完了填埋材料作用后的残存在通路孔内的填埋材料的去除不容易，需要采用氧等离子体灰化的去除处理，有工序数增加，进而制造成分的降低变得困难的问题。而且，由于氧等离子体气体的作用，发生低介电层受到损伤的问题。

另外，为了使残存填埋材料的去除容易，使用与作为剥离剂主成分的氢氟酸相溶性高的旋压玻璃材料的场合，由于该材料透明，因此为了避免曝光光到达衬底面，必须添加光吸收性高的染料，由于该添加成分的高吸光性染料易变质，因此填埋材料溶液的保存稳定性低，与之相伴，埋入膜的稳定性也易变低，发生大大限制工序管理的自由度的问题。另外，配合高吸光性染料时，有可能在与上层膜的层间发生混合。

本发明鉴于上述情况而完成，其课题是，在使用了双重镶嵌工艺的半导体多层布线形成方法中，在不使构成层间绝缘层的低介电层劣化的条件下，能削减工序数，同时提高工序管理的自由度。

发明内容

为了解决上述课题，本发明人从采用双重镶嵌工艺的半导体多层布线的形成工序整体流程出发，再研讨了镶嵌法所必须的填埋材料的作用、和形成沟槽时产生的曝光反射光的防止措施的关系，并且反复研讨适合作为填埋材料及防反射膜材料的材料，结果获得以下发现。

(i)为了完全、简易地、且不使低介电层劣化地去除残留填埋材料，应该采用旋压玻璃材料作为填埋材料的主成分。

(ii)在旋压玻璃材料中为了降低其透明性添加高吸光性的染料，作为其代价，使保存稳定性降低，与之比，如果采用：使填埋材料只担负作为填埋材料的作用，并通过设置保存稳定性高且去除容易的防反射膜，使之起到防止曝光光从衬底反射的作用的结构，则材料的稳定供给和工序管理变得容易，进而多层布线的形成变得容易。

(iii)通过使用以旋压玻璃材料为主成分的填埋材料，能够使其蚀刻速度达到与低介电层的蚀刻速度相同的程度或者更快，第2蚀刻空间的形成变得容易。

(iv)在旋压玻璃材料的紧邻上层设置光刻胶层的工艺中，在与抗蚀剂膜的匹配评价中，较多地发生在批次间的偏差，与之相对，通过插入防反射层，与光刻胶层的匹配变得容易。

本发明是基于以上发现而完成的，本发明涉及的第1半导体多层布线形成方法，是在半导体衬底上形成的下层布线层、和在其上面通过层间绝缘层形成的上层布线层利用将上述层间绝缘层上下地贯通的通路布线来连接的半导体多层布线的形成方法，其特征在于，在该形成方法中，具有下述的工序：在上述下层布线层上层叠至少由低介电层构成的上述层间绝缘层的层间绝缘层形成工序；在上述层间绝缘层上形成光刻胶层，图形曝光之后进行显影处理，形成光刻胶图形，以该光刻胶图形为掩模进行蚀刻，在上述层间绝缘层上形成第1蚀刻空间的第1蚀刻空间形成工序；通过在上述层间绝缘层上涂布至少以旋压玻璃材料为主成分的填埋材料，向上述第1蚀刻空间填埋上述填埋材料的填埋工序；在形成于上述层间绝缘层上的填埋材料层之上形成可通过干法蚀刻进行加工的防反射膜的防反射膜形成工序；在上述防反射膜上形成光刻胶层，向该光刻胶层照射图形光，利用碱性显影液显影，形成光刻胶图形的光刻胶图形形成工序；以上述光刻胶图形为掩模，通过干法蚀刻来加工上述防反射膜的暴露部分的防反射膜加工工序；以上述光刻胶图形为掩模进行蚀刻，将上述第1蚀刻空间上部的上述层间绝缘层去除成为所预定的图形，形成与上述第1蚀刻空间连通的第2蚀刻空间，同时去除上述第1蚀刻空间内的填埋材料的第2蚀刻空间形成及填埋材料去除工序；同时地用导体材料填埋上述第1蚀刻空间和第2蚀刻空间，并同时地形成上述通路布线和上层布线层的布线一次性形成工序。

另外，本发明涉及的第2半导体多层布线形成方法，是在半导体衬底上形成的下层布线层、和在其上面通过层间绝缘层形成的上层布线层利用将上述层间绝缘层上下地贯通的通路布线来连接的半导体多层布线的形成方法，其特征在于，在该形成方法中，具有下述的工序：在上述下层布线层上层叠至少由低介电层构成的上述层间绝缘层的层间绝缘层形成工序；在上述层间绝缘层上形成光刻胶层，图形曝光之后进行显影处理，形成光刻胶图形，以该光刻胶图形为掩模进行蚀刻，在上述层间绝缘层上形成第1蚀刻空间的第1蚀刻空间形成工序；通过在上述层间绝缘层上涂布至少以旋压玻璃材料为主成分的填埋材料，向上述第1蚀刻空间埋入上述填埋材料的填埋工序；在形成于上述层间绝缘层上的填埋材料层之上形成显影液可溶性防反射膜的防反射膜形成工序；在上述显影液可溶性防反射膜上形成光刻胶层的光刻胶形成工序；向上述光刻胶层照射图形光，利用碱性显影液进行上述光刻胶层的显影的同时，去除因显影而残存的未被光刻胶图形覆盖的上述防反射膜的暴露部分的抗蚀剂显影及防反射膜去除工序；以上述光刻胶图形为掩模进行蚀刻，将上述第1蚀刻空间的上部的上述层间绝缘层去除成为所预定的图形，形成与上述第1蚀刻空间连通的第2蚀刻空间，同时去除上述第1蚀刻空间内的填埋材料的第2蚀刻空间形成及填埋材料去除工序；同时地用导体材料填埋上述第1蚀刻空间和第2蚀刻空间，同时地形成上述通路布线和上层布线层的布线一次性形成工序。

在上述结构中，所谓第1蚀刻空间是指沟槽或通路孔，所谓第2蚀刻空间是指通路孔或沟槽。

使用附图由以下的发明的详细说明弄清以上叙述的内容、本发明的其他目的、特征、优点。

附图说明

图1A-图1D是表示使用了双重镶嵌工艺的现有半导体多层布线形成方法的前半分工序的说明图。

图2E-图2H是表示使用了双重镶嵌工艺的现有半导体多层布线形成方法的后半分工序的说明图。

图3A-图3D是表示使用了双重镶嵌工艺的本发明涉及的第1半导体多层布线形成方法的前半分工序的说明图。

图4E-图4H是表示使用了双重镶嵌工艺的本发明涉及的第1半导体多层布线形成方法的后半分工序的说明图。

图5A-图5D是表示使用了双重镶嵌工艺的本发明涉及的第2半导体多层布线形成方法的前半分工序的说明图。

图6E-图6H是表示使用了双重镶嵌工艺的本发明涉及的第2半导体多层布线形成方法的后半分工序的说明图。

实施发明的最佳方案

参照图3和图4更详细地说明本发明涉及的第1半导体多层布线形成方法的一例。

首先，如图3A所示，在衬底21上采用CVD法、旋涂法等形成低介电层(层间绝缘层)22。在该低介电层22上形成抗蚀剂膜23，并图形化。以该图形化了的抗蚀剂膜23为掩模选择地蚀刻低介电层22，接着通过去除抗蚀剂层23，如图3B所示那样形成布线沟(沟槽)24。然后，在如上述那样形成了布线沟24的低介电层22的表面堆积势垒金属25，由此在布线沟24的内表面形成提高埋入到该布线沟24内的铜和低介电层22的粘接性，并且防止铜向低介电层22中扩散的势垒金属膜。其后，如图3C所示，通过电镀等将铜埋入到布线沟24内，形成下层布线层26。

其次，在该时刻采用化学研磨(CMP)去除附着在低介电层22的表面的铜和残存的势垒金属25，将低介电层22的表面平坦化后，在其上面依次层叠第1低介电层27、第1蚀刻挡膜28、第2低介电层29、以及第2蚀刻挡膜30。接着，在上述第2蚀刻挡膜30上形成防反射膜31。在该防反射膜31上涂布抗蚀剂，实施用于形成通路孔的图形化，形成抗蚀剂掩模32。其次，如图3D所示，使用上述抗蚀剂掩模32进行蚀刻，贯通防反射膜31、第2蚀刻挡膜30、第2低介电层29、第1蚀刻挡膜28、以及第1低介电层27，形成达到下层布线层26表面的通路孔33。接着，去除上述抗蚀剂掩模32和防反射膜31后，如图4E所示，通过在上述第2蚀刻挡膜30上均匀地涂布以旋压玻璃材料为主成分的填埋材料，向上述通路孔33填充填埋材料。如图4F所示，在形成于第2蚀刻挡膜30上的填埋材料层34a上层叠可通过干法蚀刻来加工的防反射膜35a，在该防反射膜35a上形成具有沟槽形成用的图形的的抗蚀剂掩模36。其次，以该抗蚀剂掩模36为掩模，通过干法蚀刻来加工未被抗蚀剂掩模36覆盖的防反射膜35a的暴露部分。接着，使用上述抗蚀剂掩模36，如图4G所示那样，蚀刻第2蚀刻挡膜30和第2低介电层29形成沟槽37，同时去除通路孔33内的填埋材料34b。其后，去除防反射膜35a，采用含有氢氟酸的剥离液完全去除第2蚀刻挡膜30上的填埋材料层34a、和采用上述蚀刻去除时残留的通路孔33内的填埋材料34b。然后，向上述通路孔33和沟槽37埋入铜，如图4H所示，同时地形成通路布线38和上层布线层39。据此，实现下层布线层26和上层布线层39通过通路布线38来电连接的多层布线结构。

其次，参照图5和图6更详细地说明本发明涉及的第2半导体多层布线形成方法的一例。在图5和图6中，与上述图3和图4所示的构成要素相同的构成要素标注相同符号，以利于本发明的理解。

首先，如图5A所示，在衬底21上形成低介电层(层间绝缘层)22。在该低介电层22之上形成抗蚀剂膜23，并图形化。以该图形化了的抗蚀剂膜23为掩模选择地蚀刻低介电层22，接着通过去除抗蚀剂层23，如图5B所示那样形成布线沟(沟槽)24。然后，在如上述那样形成了布线沟24的低介电层22的表面堆积势垒金属25，由此在布线沟24的内表面形成提高埋入到该布线沟24内的铜和低介电层22的粘接性，并且防止铜向低介电层22中扩散的势垒金属膜。其后，如图5C所示，通过电镀等将铜埋入到布线沟24内，形成下层布线层26。

然后，在该时刻采用化学研磨(CMP)去除附着在低介电层22表面的铜和残存的势垒金属25，将低介电层22的表面平坦化后，在其上面依次层叠第1低介电层27、第1蚀刻挡膜28、第2低介电层29、以及第2蚀刻挡膜30。接着，在上述第2蚀刻挡膜30上形成防反射膜31。在该防反射膜31之上涂布抗蚀剂，实施用于形成通路孔的图形化，形成抗蚀剂掩模32。然后，如图5D所示，使用上述抗蚀剂掩模32进行蚀刻，贯通防反射膜31、第2蚀刻挡膜30、第2低介电层29、第1蚀刻挡膜28、以及第1低介电层27，形成达到下层布线层26表面的通路孔33。接着，去除上述抗蚀剂掩模32和防反射膜31后，如图6E所示，通过在上述第2蚀刻挡膜30上均匀地涂布以旋压玻璃材料为主成分的填埋材料，向上述通路孔33填充填埋材料。如图6F所示，在形成于第2蚀刻挡膜30上的填埋材料层34a上层叠显影液可溶性防反射膜35b，在该防反射膜35b上形成具有沟槽形成用的图形的的抗蚀剂掩模36。在将该抗蚀剂掩模36用碱性显影液进行显影时，同时地去除未被该抗蚀剂掩模36覆盖的显影液可溶性防反射膜35b的暴露部分。然后，使用上述抗蚀剂掩模36，如图6G所示，蚀刻第2蚀刻挡膜30和第2低介电层29形成沟槽37，同时去除通路孔33内的填埋材料34b。其后，去除防反射膜35b，采用含有氢氟酸的剥离液完全去除第2蚀刻挡膜30上的填埋材料层34a、和通过上述蚀刻去除时残留的通路孔33内的填埋材料34b。然后，向上述通路孔33和沟槽37埋入铜，如图6H所示，同时地形成通路布线38和上层布线层39。据此，实现下层布线层26和上层布线层39通过通路布线38来电连接的多层布线结构。

上述说明是以先形成通路孔的情形为对象进行的，但也有先形成沟槽的情形，该情形也能适用本发明方法，这是清楚的。

在上述结构的本发明半导体多层布线形成方法中，优选使用的旋压玻璃材料，是使选自

(A)Si(OR¹)_a(OR²)_b(OR³)_c(OR⁴)_d

(式中，R¹、R²、R³、及R⁴分别独立地为C_1～4的烷基或苯基，a、b、c、及d为0≤a≤4、0≤b≤4、0≤c≤4、0≤d≤4，且满足a+b+c+d＝4的条件的整数)表示的化合物、

(B)R⁵Si(OR⁶)_e(OR⁷)_f(OR⁸)_g

(式中，R⁵是氢原子或C_1～4的烷基，R⁶、R⁷及R⁸分别为C_1～3的烷基或苯基，e、f、及g为0≤e≤3、0≤f≤3、0≤g≤3，且满足e+f+g＝3的条件的整数)表示的化合物、以及

(C)R⁹R¹⁰Si(OR¹¹)_h(OR¹²)_i

(式中，R⁹及R¹⁰是氢原子或C_1～4的烷基，R¹¹及R¹²分别为C_1～3的烷基或苯基，h及i为0≤h≤2、0≤i≤2，且满足h+i＝2的条件的整数)表示的化合物中的至少1种化合物在水的存在下通过酸的作用水解而得到的材料。

作为上述(A)的化合物，例如举出四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、四苯氧基硅烷、三甲氧基单乙氧基硅烷、二甲氧基二乙氧基硅烷、三乙氧基单甲氧基硅烷、三甲氧基单丙氧基硅烷、单甲氧基三丁氧基硅烷、单甲氧基三苯氧基硅烷、二甲氧基二丙氧基硅烷、三丙氧基单甲氧基硅烷、三甲氧基单丁氧基硅烷、二甲氧基二丁氧基硅烷、三乙氧基单丙氧基硅烷、二乙氧基二丙氧基硅烷、三丁氧基单丙氧基硅烷、二甲氧基单乙氧基单丁氧基硅烷、二乙氧基单甲氧基单丁氧基硅烷、二乙氧基单丙氧基单丁氧基硅烷、二丙氧基单甲氧基单乙氧基硅烷、二丙氧基单甲氧基单丁氧基硅烷、二丙氧基单乙氧基单丁氧基硅烷、二丁氧基单甲氧基单乙氧基硅烷、二丁氧基单乙氧基单丙氧基硅烷、单甲氧基单乙氧基丙氧基单丁氧基硅烷等四烷氧基硅烷或者它们的低聚物，其中，优选四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷或它们的低聚物。

另外，作为上述(B)的化合物，例如举出三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、三丙氧基硅烷、三苯氧基硅烷、二甲氧基单乙氧基硅烷、二乙氧基单甲氧基硅烷、二丙氧基单甲氧基硅烷、二丙氧基单乙氧基硅烷、二苯氧基单甲氧基硅烷、二苯氧基单乙氧基硅烷、二苯氧基单丙氧基硅烷、甲氧基乙氧基丙氧基硅烷、单丙氧基二甲氧基硅烷、单丙氧基二乙氧基硅烷、单丁氧基二甲氧基硅烷、二苯氧基二乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、乙基三苯氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丙基三苯氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丁基三丙氧基硅烷、丁基三苯氧基硅烷、甲基单甲氧基二乙氧基硅烷、乙基单甲氧基二乙氧基硅烷、丙基单甲氧基二乙氧基硅烷、丁基单甲氧基二乙氧基硅烷、甲基单甲氧基二丙氧基硅烷、甲基单甲氧基二苯氧基硅烷、乙基单甲氧基二丙氧基硅烷、乙基单甲氧基二苯氧基硅烷、丙基单甲氧基二丙氧基硅烷、丙基单甲氧基二苯氧基硅烷、丁基单甲氧基二丙氧基硅烷、丁基单甲氧基二苯氧基硅烷、甲基甲氧基乙氧基丙氧基硅烷、丙基甲氧基乙氧基丙氧基硅烷、丁基甲氧基乙氧基丙氧基硅烷、甲基单甲氧基单乙氧基单丁氧基硅烷、乙基单甲氧基单乙氧基单丁氧基硅烷、丙基单甲氧基单乙氧基单丁氧基硅烷、丁基单甲氧基单乙氧基单丁氧基硅烷等，其中优选三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷。

而且，作为上述(C)的化合物，例如举出二甲氧基硅烷、二乙氧基硅烷、二丙氧基硅烷、二苯氧基硅烷、甲氧基乙氧基硅烷、甲氧基丙氧基硅烷、甲氧基苯氧基硅烷、乙氧基丙氧基硅烷、乙氧基苯氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、甲基甲氧基乙氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、甲基甲氧基丙氧基硅烷、甲基甲氧基苯氧基硅烷、乙基二丙氧基硅烷、乙基甲氧基丙氧基硅烷、乙基二苯氧基硅烷、丙基二甲氧基硅烷、丙基甲氧基乙氧基硅烷、丙基乙氧基丙氧基硅烷、丙基二乙氧基硅烷、丙基二苯氧基硅烷、丁基二甲氧基硅烷、丁基甲氧基乙氧基硅烷、丁基二乙氧基硅烷、丁基乙氧基丙氧基硅烷、丁基二丙氧基硅烷、丁基甲基苯氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基甲氧基乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二苯氧基硅烷、二甲基乙氧基丙氧基硅烷、二甲基二丙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基甲氧基丙氧基硅烷、二乙基二乙氧基丙氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷、二丙基二乙氧基硅烷、二丙基二苯氧基硅烷、二丁基二甲氧基硅烷、二丁基二乙氧基硅烷、二丁基二丙氧基硅烷、二丁基甲氧基苯氧基硅烷、甲基乙基二甲氧基硅烷、甲基乙基二乙氧基硅烷、甲基乙基二丙氧基硅烷、甲基乙基二苯氧基硅烷、甲基丙基二甲氧基硅烷、甲基丙基二乙氧基硅烷、甲基丁基二甲氧基硅烷、甲基丁基二乙氧基硅烷、甲基丁基二丙氧基硅烷、甲基乙基乙氧基丙氧基硅烷、乙基丙基二甲氧基硅烷、乙基丙基甲氧基乙氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷、二丙基甲氧基乙氧基硅烷、丙基丁基二甲氧基硅烷、丙基丁基二乙氧基硅烷、二丁基甲氧基丙氧基硅烷、丁基乙氧基丙氧基硅烷等，其中优选二甲氧基硅烷、二乙氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷。

这样，在本发明方法中，通过使用烷氧基硅烷系的填埋材料，采用干法蚀刻(使用碳氟化合物系气体)形成通路和沟槽时，能够与低介电层同等或比其更快地蚀刻去除填埋材料层，可简化工序。另外，即使是烷氧基硅烷系材料在干法蚀刻完毕后残留在沟槽或通路内部的场合，也能够容易地使用含有氢氟酸的剥离液进行去除。与之相反，使用有机材料、或在烷氧基硅烷系材料中配合了有机材料的现有填埋材料时，残留在通路孔内的有机材料的去除有可能变得困难。具体讲，有机系材料通过O₂等离子体灰化来去除，但该去除处理有可能给予低介电层损伤。

而且，在本发明方法中，作为在低介电层中使用的材料，可举出后述的材料，但在其中，使用至少具有甲基的Si系材料时，为了能够与低介电层同等或比其更快地蚀刻去除填埋材料层，旋压玻璃材料优选用通式(B)表示的成分和用(C)表示的成分的总构成比率按重量基准计在50％或50％以上。

另外，在低介电层是羟基倍半硅氧烷(hydroxy silsequioxane)系材料的场合，由于与上述同样的理由，优选R⁵为氢原子的用通式(B)表示的成分的构成比率按重量基准计为50％或50％以上、或者形成在该成分中配合聚亚烷基二醇系的聚合物的构成。

本发明方法中，将上述(A)(B)(C)各成分溶解于有机溶剂制备填埋材料层形成用的涂布液，作为使用的有机溶剂，例如列举出甲醇、乙醇、丙醇、丁醇之类的一元醇；乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、己三醇之类的多元醇；乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丁基醚、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单丙基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、丙二醇单丙基醚、丙二醇单丁基醚之类的多元醇的单醚类；乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯之类的酯类；丙酮、甲乙酮、甲基异戊基酮之类的酮类；乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、乙二醇二丙基醚、乙二醇二丁基醚、丙二醇二甲基醚、丙二醇二乙基醚、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇甲基乙基醚之类的将多元醇醚进行了烷基醚化的多元醇醚等。在其中，优选将多元醇醚进行了烷基醚化的多元醇醚类，特别优选亚烷基二醇二烷基醚类。

上述有机溶剂可以单独使用，也可以组合2种或2种以上使用，其用量是对硅烷化合物每合计1摩尔优选为10-30摩尔的范围。这样制备的涂布液可直接使用，但为了调整涂布液中的固体成分浓度，也可以用稀释溶剂稀释后使用。作为上述稀释溶剂可使用上述有机溶剂。在涂布液的制备中，当使用的醇溶剂或通过硅烷化合物的水解反应而生成的醇的量相对于涂布液总量残余超过15重量％时，H-Si基和醇反应，易生成RO-Si基，涂布液凝胶化，保存稳定性差，而且发生裂纹。在醇成分过剩地混入时，采用减压蒸馏去除，但减压蒸馏在真空度30-300mmHg、优选50-200mmHg、温度20-50℃下进行2-6小时即可。

在本发明中使用的旋压玻璃材料中基本不添加高吸光性染料。这是因为，这样的染料的添加引起混合的发生、保存稳定性的降低，因此不优选。

作为上述布线层用的导体材料，优选Cu，但除Cu以外还可以使用Cu合金、Al、Al合金等。填埋布线层采用电镀法等形成，但不特别限定。

作为可在上述低介电层中使用的材料，可列举出掺杂碳的氧化物(SiOC)系、甲基倍半硅氧烷(MSQ)系、羟基倍半硅氧烷(HSQ)系的低介电材料。作为上述掺杂碳的氧化物系的低介电材料，具体举出Apllied Materials公司制的ブラックダィァモンド(商品名)、NovelusSystems公司的コ-ラル(商品名)、日本ASM公司制的Aurora(商品名)等。另外，作为上述甲基倍半硅氧烷系的低介电材料，具体举出东京应化工业株式会社制的以“OCD T-9”、“OCD T-11”、“OCL T-31”、“OCL T-37”、“OCL T-39”这些商品名销售的材料等。而且，作为上述羟基倍半硅氧烷系的低介电材料，具体举出东京应化工业株式会社制的以“OCD T-12”、“OCL T-32”这些商品名销售的材料等。

在本发明方法中，低介电层可以在上述布线层上、或在布线层上形成了阻挡膜(SiN、SiC、SiCN、Ta、TaN等)的基础上形成。低介电层的烧结温度通常用350℃以上的硬胶木(ハ一ドベ一ク)进行。

上述光刻胶层，可采用平板印刷法使用面向汞灯的i射线、g射线、KrF受激准分子激光、ArF受激准分子激光、F₂受激准分子激光、电子射线束(EB：Electron Beam)惯用的光刻胶材料。

另外，在本发明的第1半导体多层布线形成方法中，作为可通过上述干法蚀刻去除的防反射膜35a，可使用可通过惯用的CF₄系蚀刻气体、N₂+O₂系蚀刻气体去除的市售材料。通过该防反射膜可防止曝光光从衬底反射从而导致光刻胶图形的形状劣化。作为市售的防反射膜材料，列举出东京应化工业株式会社制的以“SWK-EX1D55”、“SWK-EX3”、“SWK-EX4”、“SWK-T5D60”、“SWK-T7”等商品名销售的材料，和Brewer science公司制的以“DUV-42”、“DUV-44”、“ARC-28”、“ARC-29”等商品名销售的材料，和Shipley公司制的以“AR-3”、“AR-19”等商品名销售的材料等。

使用上述防反射膜时，形成第2蚀刻空间，去除填埋材料后，进行光刻胶膜和防反射膜的去除。

这些防反射膜通常通过氧等离子体灰化处理去除，但此时有可能发生对低介电层的损伤，采用灰化处理不理想。于是，本发明中，防反射膜的去除处理通过去除残存的防反射膜下层的填埋材料并浮脱(lift-off)来实现。

另外，特别是作为低介电层使用羟基倍半硅氧烷系的材料时，进行照射由He、Ar等惰性气体产生的等离子体的处理，将低介电层的表面改质。通过该表面改质处理，残存的防反射膜及光刻胶图形，能够不产生对低介电层的损伤就通过氧等离子体处理来去除。

另外，作为构成上述防反射膜的材料，除上述惯用的组合物之外还能够使用如下的树脂组合物。即，也能够使用含有至少具有通过外加预定的能量使得末端基团脱离从而产生磺酸残基的取代基的树脂成分、和溶剂的树脂组合物。

上述树脂成分的特征在于，至少具有用下述通式(1)表示的重复单元，

(式中，n表示1或1以上的整数，X是碳原子数1-10的直链或支链状的烷基链、芳香性或脂环性的环状烷基链、烷基酯链，Y是外加预定能量后产生磺酸残基的取代基)。

作为为产生上述磺酸残基而外加的预定能量，例如采用80℃以上的加热处理等能够使之产生磺酸残基。这样的预定能量的外加通过剥离处理中的加热和碱的协同作用而被进一步促进。

作为上述通式(1)的取代基Y，优选-SO₃R₁或-SO₃ ^-R₂ ⁺(式中，R₁及R₂是一价有机基团)。

作为上述有机基团R₁，优选选自碳原子数为1-10的烷基、或者羟基烷基中的1种。

另外，作为上述有机基团R₂，优选选自链烷醇胺及烷基胺之中的至少1种。

而且，作为上述至少具有通过外加预定能量使得末端基团脱离从而产生磺酸残基的取代基的树脂成分，也可以使用上述的任一树脂成分、与丙烯酸或甲基丙烯酸或它们的衍生物的共聚物或混合树脂。

使用上述共聚物或混合树脂作为树脂成分时，其聚合比或混合比如果在对抗蚀剂显影液有耐受性、可维持能用抗蚀剂剥离液去除的效果的范围，则不特别限定。

进一步地，作为上述至少具有通过外加预定能量使得末端基团脱离从而产生磺酸残基的取代基的树脂成分，也可以使用：在上述任一树脂成分与丙烯酸或甲基丙烯酸或它们的衍生物的共聚物或混合树脂中混合下述通式(2)

(式中，n表示1或1以上的整数，R₃是选自氢原子、氟原子、羟基、羧基、碳原子数1-5的羟烷基、碳原子数1-5的烷氧基烷基中的至少1种，Z是碳原子数1-10的直链或支链状的烷基链、芳香性或脂环性的环状烷基链、烷基酯链。)

表示的重复单元共聚所得的共聚物或具有上述通式(2)表示的重复单元的树脂化合物得到的混合树脂组成的树脂成分。

如果使用上述通式(2)的衍生物制备共聚物，用该共聚物作为树脂成分构成防反射膜材料，则在树脂成分的单元中含有蒽，该蒽特别是在使用了KrF受激准分子激光的平板印刷中吸收特性高，故优选。

作为用于该防反射膜材料的溶剂，如果是以往的在下层膜形成材料中使用的物质则可不特别限制地使用。

如果由上述的“含有至少具有通过外加预定能量使得末端基团脱离从而产生磺酸残基的取代基的树脂成分、和溶剂的树脂组合物”形成防反射膜，则在形成第2蚀刻空间，去除填埋材料后，进行光刻胶膜和防反射膜的去除的工序中，利用在通常的平板印刷处理中使用的光刻胶用剥离剂能够简易地去除。其结果，能够避免与使用了O₂等离子体灰化的防反射膜去除处理相伴的对低介电层的损伤危险。另外，在光刻胶图形的形成失败时进行的半导体衬底回收的再加工也变得容易。

而且，作为用于形成上述防反射膜的其他组合物，也能够使用含有聚钛氧烷及聚硅氧烷的混合物或它们的共聚物的树脂组合物。该树脂组合物是以使钛氧烷：R_mTi(OR)_(4-m)缩合的反应物、和使硅氧烷：R_nSi(OR)_(4-n)缩合的反应物的混合物、或使这些成分一并缩合的反应物为主成分，并且根据需要含有活化剂、交联促进剂。上述式中，R主要是烷基，可以相同也可以不同，m、n是0-3的整数。另外，该主成分中的Ti含量是0.1-99.9％，优选是5-70％。作为该树脂组合物的溶剂，只要是能溶解主成分树脂，涂布在衬底上干燥后通过加热处理在不与抗蚀剂混杂的程度下能形成膜的溶剂，就不特别限定，任何溶剂都能使用，

如果使用上述的“含有聚钛氧烷及聚硅氧烷的混合物或它们的共聚物的树脂组合物”形成防反射膜，则在形成第2蚀刻空间，去除填埋材料后，进行光刻胶膜和防反射膜的去除的工序中，利用在通常的平板印刷处理中使用的光刻胶用剥离剂能够简易地去除。其结果，能够避免与使用了O₂等离子体灰化的防反射膜去除处理相伴的对低介电层的损伤危险。另外，在光刻胶图形的形成失败时进行的半导体衬底回收的再加工也变得容易。

另外，在本发明的第2半导体多层布线形成方法中，上述显影液可溶性防反射膜35b，只要是利用在光刻胶层的显影工序中惯用的碱性水溶液(例如2.38质量％的氢氧化四甲基铵(TMAH))能够容易地去除，而且可有效地降低来自衬底的反射光的膜，则不特别限定。这样的采用碱性水溶液能去除的防反射膜，例如可得到Brewer Science公司销售的IMBARC SERIES(商品名)等，可使用这样的市售的膜，由此可防止曝光光从衬底反射导致的光刻胶图形的形状劣化，在光刻胶的显影时，利用碱性显影液能同时地去除，有助于工序的削减。

通过设置本发明的显影液可溶性防反射膜，在光刻胶图形形成不良地结束的场合，可适当且容易地进行为回收衬底而进行的再加工工序。使用以往的防反射膜时，该再加工工序通过O₂等离子体灰化来进行，但该灰化处理有可能给含有烷氧基硅烷材料的填埋材料的蚀刻造成不良影响。与此相对，使用本发明的显影液可溶性防反射膜时，由于采用碱性水溶液可容易地剥离，因此不会给予填埋材料不良影响，能简单地进行再加工。

形成第2蚀刻空间后，为去除残存在蚀刻空间内的填埋材料可使用缓冲的氢氟酸等进行，但也能使用在通常的光刻工序中使用的光刻胶用剥离液。作为这样的光刻胶用剥离液，可以举出以氢氟酸与不含金属离子的碱的盐为主成分的剥离液、以烷醇胺和烷基胺等水溶性胺为主成分的剥离液、以氢氧化四烷基胺为主成分的剥离液。

作为上述本发明的第1和第2半导体多层布线形成方法的效果，可得到以下的效果。

(i)在双重镶嵌工艺中的沟槽/通路的形成时，能与低介电层同时地、或比低介电层还快地蚀刻去除通路/沟槽内的填埋材料。

(ii)在第1半导体多层布线形成方法中，在蚀刻去除后残留在通路孔内的填埋材料采用含有氢氟酸的剥离液能容易地去除。另外，在第2半导体多层布线形成方法中，在蚀刻去除后残留在通路孔内的填埋材料采用通常在平板印刷中使用的光刻胶用剥离液能容易地去除。

(iii)在以有机膜为填埋材料的现有例子中，需要通过O₂等离子体灰化的去除，但由于能够省去该工序，能消除对低介电层的损伤(Si-R键→Si-OH键)、以及介电常数(k)的变动。

(iv)由于使用实质上未配合有机系添加物(背景技术中所述的高吸光性成分、染料等)的填埋材料，因此能防止旋压玻璃材料的经时劣化，由此能提高填埋材料溶液的保存稳定性、以及膜的稳定性，能提高工序管理的自由度。另外，能抑制在与上层膜的层间发生掺杂。

(v)在旋压玻璃材料层的正上层设置光刻胶层的工艺中，在与抗蚀剂膜的匹配评价中，较多地发生批次间的偏差，与之相对，由于是插入防反射膜的构成，因此与抗蚀剂膜的匹配变得容易。

(vi)在第2半导体多层布线形成方法中，在光刻胶显影处理时，由于能同时去除显影液可溶性防反射膜，因此能进一步简化工序。

以下说明实施本发明的方案。以下所示的实施方案不过是很好地说明本发明的例示，毫不限定本发明。

以下的实施方案1-6、比较例1是关于本发明的第1半导体多层布线形成方法。

(实施方案1)

在形成了铜布线的衬底上依次层叠SiN层、由羟基倍半硅氧烷系低介电材料(东京应化工业株式会社制(商品名：OCD T-12))构成的第1低介电层、SiN层、以及由羟基倍半硅氧烷系低介电材料(东京应化工业株式会社制(商品名：OCD T-12))构成的第2低介电层这4层，形成6000的层间绝缘层。

在上述层间绝缘层之上形成由ARC-29(Brewer science公司制)构成的膜厚77O的第1防反射膜，在其上面形成膜厚4000的第1光刻胶层，实施曝光、显影处理。上述第1光刻胶层使用以丙烯酸系聚合物为主成分的抗蚀剂组合物(东京应化工业株式会社制(商品名：TArF-7a21))形成。

将所得到的光刻胶图形作为掩模，对上述层间绝缘层实施蚀刻处理，形成直径200nm的通路孔。

对于该通路孔，采用旋涂法在上述层间绝缘层上均匀涂布用与上述层叠和蚀刻工序不同的工序制备的填埋材料并使膜厚达到4000，用填埋材料埋入通路孔。

上述填埋材料是如下地制备的。即，混合三乙氧基硅烷236.58g(1.44摩尔)、四甲氧基硅烷108.72g(0.72摩尔)、丙二醇二甲基醚2117.71g(20.4摩尔)、水129.6g(7.2摩尔)以及浓硝酸432μL得到溶液。将该溶液在150mmHg、40℃减压蒸馏4小时，制备了固体成分浓度9.0重量％、醇浓度3.8重量％的填埋材料。

在如上述那样为向通路孔埋入填埋材料而在衬底表面均匀涂布的填埋材料层的上面，形成由ARC-29(Brewer science公司制)构成的膜厚770的第2防反射膜，在其上面形成膜厚4000的第2光刻胶层，实施曝光、显影处理。第2光刻胶层由与上述第1光刻胶层相同的组合物形成。

以得到的光刻胶图形作为掩模，使用由N₂+O₂的混合气体组成的蚀刻气体去除防反射膜的暴露部分。

接着，以上述光刻胶图形作为掩模，使用由CF₄+CHF₃的混合气体组成的蚀刻气体去除层间绝缘层的主要部分，形成沟槽。该蚀刻处理后还残留在通路孔内的填埋材料使用0.1质量％缓冲的氢氟酸去除。

其结果，能够在不引起低介电层损伤和介电常数变动的条件下简化工序，形成由通路孔和沟槽组成的双重镶嵌结构。

(实施方案2-5)

由以下的4种树脂组合物构成上述实施方案1中的第1防反射膜和第2防反射膜，除此以外与实施方案1同样地分别形成双重镶嵌结构。

作为防反射膜形成材料，制备了下面的(A)、(B)、(C)、及(D)的树脂组合物。

(A)将由对苯乙烯磺酸乙酯构成的树脂成分溶解在由γ-丁内酯/乳酸乙酯(2∶8)组成的溶剂中，并将固体成分浓度调整成6wt％的树脂组合物。

(B)将由对苯乙烯磺酸乙酯∶丙烯酸羟基乙酯(＝5∶5)组成的树脂成分、和该树脂成分量的20wt％相当量的サィメル1172(三井サィァナミッF公司制的四羟甲基甘脲)溶解在由乳酸乙酯构成的溶剂中，并将固体成分浓度调整成6wt％的树脂组合物。

(C)将由对苯乙烯磺酸乙酯∶丙烯酸9-羟基蒽酯(＝5∶5)组成的树脂成分溶解在由γ-丁内酯/乳酸乙酯(2∶8)构成的溶剂中，并将固体成分浓度调整成6wt％的树脂组合物。

(D)将由对苯乙烯磺酸乙酯∶丙烯酸羟基乙酯∶丙烯酸9-羟基蒽酯(＝4∶3∶3)组成的树脂成分、和该树脂成分量的20wt％相当量的サィメル1172(三井サィァナミッド公司制的四羟甲基甘脲)、和上述2种固体成分量的1000ppm相当量的メガファックR08(大日本ィンキ株式会社制的氟系表面活性剂)溶解在由乳酸乙酯构成的溶剂中，并将固体成分浓度调整成6wt％的树脂组合物。

将这些(A)、(B)、(C)、(D)的树脂组合物作为形成上述第1实施方案中的第1防反射膜和第2防反射膜的材料。使用这些树脂组合物作为防反射膜形成材料，使各防反射膜的膜厚为2000，除此以外与实施方案1同样地形成了由沟槽和通路孔组成的布线结构。涂布各树脂组合物得到防反射膜的加热条件，是在200℃加热90秒钟。

其结果，使用(A)、(B)、(C)、(D)任1种树脂组合物都能够在不导致低介电层损伤和介电常数变动的条件下简化工序，形成由通路孔和沟槽组成的双重镶嵌结构。

(实施方案6)

由以下的树脂组合物构成上述实施方案1中的第1防反射膜和第2防反射膜，除此以外与实施方案1同样地分别形成双重镶嵌结构。

将四异丙氧基钛100g溶解在乙醇338g中，接着投入乙酸121g、再投入乙酰丙酮357g，得到混合物。搅拌该混合物4小时，然后静置16小时，由此得到聚钛氧烷10％的溶液。

其次，向四乙氧基硅烷324g中投入甲醇113g、乙酰丙酮312g、乙酸324g得到混合物。搅拌该混合物6小时，然后静置16小时，由此得到聚硅氧烷9％的溶液。

以1∶1混合上述聚钛氧烷液和聚硅氧烷液，用丁基溶纤剂稀释，将这样得到的树脂混合溶液作为形成上述实施方案1中的第1防反射膜和第2防反射膜的材料。使用该树脂混合溶液作为防反射膜形成材料，使各防反射膜的膜厚为1240，除此以外与实施方案1同样地形成了由沟槽和通路孔组成的布线结构。涂布各树脂组合物得到防反射膜的加热条件，是首先在90℃加热90秒钟，然后在220℃加热600秒钟。

其结果，使用该树脂混合物形成防反射膜时，也能够在不导致低介电层损伤和介电常数变动的条件下简化工序，形成由通路孔和沟槽组成的双重镶嵌结构。

(比较例1)

由甲氧基甲基化苯并胍胺的30重量％丙二醇单甲基醚乙酸酯溶液构成形成在实施方案1中使用的填埋材料的组合物，除此以外采用完全同样的组合和操作形成双重镶嵌结构。

其结果，填埋材料几乎不能通过与用于形成沟槽的“由CF₄+CHF₃的混合气体组成的蚀刻气体进行干法蚀刻处理”相伴的填埋材料的蚀刻去除。另外，通过其后的使用了剥离洗涤液的处理也不能去除。

于是，为了去除不能去除而残留的填埋材料，使用由N₂+O₂的混合气体组成的蚀刻气体进行干法蚀刻处理，结果虽然能够去除填埋材料，但通过扫描电镜(SEM)观察表明在低介电层的表面显现损伤。

以下的实施方案7和比较例2是关于本发明的第2半导体多层布线形成方法的。

(实施方案7)

在上述层间绝缘层之上形成由IMBARC 10-7(商品名：BrewerScience公司制)构成的膜厚770的第1显影液可溶性防反射膜，在其上面形成膜厚4000的第1光刻胶层，实施曝光、显影处理。此时，同时地去除未被光刻胶图形覆盖的防反射膜的暴露部分。上述第1光刻胶层使用以丙烯酸系聚合物为主成分的抗蚀剂组合物(东京应化工业株式会社制(商品名：TArF-7a21))形成。

上述填埋材料是如下地制备的。即，配合三乙氧基硅烷236.58g(1.44摩尔)、四甲氧基硅烷108.72g(0.72摩尔)、丙二醇二甲基醚2117.71g(20.4摩尔)、水129.6g(7.2摩尔)以及浓硝酸432μL得到溶液。将该溶液在150mmHg、40℃减压蒸馏4小时，制备了固体成分浓度9.0重量％、醇浓度3.8重量％的填埋材料。

在如上述那样为向通路孔埋入填埋材料而在衬底表面均匀涂布的填埋材料层的上面，再度形成由IMBARC 10-7(商品名：Brewer Science公司制)构成的膜厚770的第2显影液可溶性防反射膜，再在其上面形成膜厚4000的第2光刻胶层(与上述第1光刻胶层相同的组成)，进行沟槽形成用的图形曝光，用碱性显影液进行显影处理，同时地去除曝光部分的抗蚀剂和上述第2显影液可溶性防反射膜。

以得到的光刻胶图形作为掩模，使用由CF₄+CHF₃的混合气体组成的蚀刻气体去除层间绝缘层的主要部分，形成沟槽。该蚀刻处理后还残留在通路孔内的填埋材料使用0.1质量％缓冲的氢氟酸去除。

其结果，能够在不导致低介电层损伤和介电常数变动的条件下简化工序，形成由通路孔和沟槽组成的双重镶嵌结构。

(比较例2)

由甲氧基甲基化苯并胍胺的30重量％丙二醇单甲基醚乙酸酯溶液构成形成在实施方案7中使用的填埋材料的组合物，除此以外采用完全同样的组合和操作形成双重镶嵌结构。

其结果，填埋材料几乎不能通过与用于形成沟槽的“用CF₄+CHF₃的混合气体组成的蚀刻气体进行干法蚀刻处理”相伴的填埋材料的蚀刻去除。另外，通过其后的使用了剥离洗涤液的处理也不能去除。

于是，为了去除不能去除而残留的填埋材料，而使用由N₂+O₂的混合气体组成的蚀刻气体进行干法蚀刻处理，结果虽然能够去除填埋材料，但通过扫描电镜(SEM)观察判明在低介电层的表面显现损伤。

工业实用性

如以上说明的那样，本发明涉及的半导体多层布线形成方法，在使用了双重镶嵌工艺的半导体多层布线形成工艺中，能够在不使构成层间绝缘层的低介电层劣化的情况下削减工序数，同时能够提高工序管理的自由度，具有能够高效率且廉价地形成优异特性的布线这一优异的效果。

Claims

1.一种半导体多层布线形成方法，该方法是在半导体衬底上形成的下层布线层、和在其上面通过层间绝缘层形成的上层布线层通过上下贯通所述层间绝缘层的通路布线连接的半导体多层布线的形成方法，其特征在于，在该形成方法中，具有下述的工序：

在上述下层布线层上层叠至少由低介电层构成的上述层间绝缘层的层间绝缘层形成工序；

在上述层间绝缘层上形成光刻胶层，图形曝光之后进行显影处理，形成光刻胶图形，以该光刻胶图形为掩模进行蚀刻，在上述层间绝缘层上形成第1蚀刻空间的第1蚀刻空间形成工序；

通过在上述层间绝缘层上涂布至少以旋压玻璃材料为主成分的填埋材料，向上述第1蚀刻空间埋入上述填埋材料的填埋工序；

在形成于上述层间绝缘层上的填埋材料层之上形成可通过干法蚀刻来加工的防反射膜的防反射膜形成工序；

在上述防反射膜上形成光刻胶层，向该光刻胶层照射图形光，利用碱性显影液显影，形成光刻胶图形的光刻胶图形形成工序；

以上述光刻胶图形为掩模，通过干法蚀刻来加工上述防反射膜的暴露部分的防反射膜加工工序；

以上述光刻胶图形为掩模进行蚀刻，将上述第1蚀刻空间的上部的上述层间绝缘层去除成为所预定的图形，形成与上述第1蚀刻空间连通的第2蚀刻空间的同时，去除上述第1蚀刻空间内的填埋材料的第2蚀刻空间形成及填埋材料去除工序；

同时地用导体材料填埋上述第1蚀刻空间和第2蚀刻空间，并同时地形成上述通路布线和上层布线层的布线一次性形成工序。

2.根据权利要求1所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，上述旋压玻璃材料是使选自

(A)Si(OR¹)_a(OR²)_b(OR³)_c(OR⁴)_d

(B)R⁵Si(OR⁶)_e(OR⁷)_f(OR⁸)_g

(式中，R⁵是氢原子或C_1～4的烷基，R⁶、R⁷、及R⁸分别为C_1～3的烷基或苯基，e、f、及g为0≤e≤3、0≤f≤3、0≤g≤3，且满足e+f+g＝3的条件的整数)表示的化合物、以及

(C)R⁹R¹⁰Si(OR¹¹)_h(OR¹²)_i

(式中，R⁹及R¹⁰是氢原子或C_1～4的烷基，R¹¹及R¹²分别为C_1～3的烷基或苯基，h及i为0≤h≤2、0≤i≤2，且满足h+i＝2的条件的整数)表示的化合物中的至少1种化合物水解而得到的材料。

3.根据权利要求2所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，在由至少具有甲基的Si系材料形成上述低介电层的同时，制备上述旋压玻璃材料并使上述化合物(B)和上述化合物(C)的总含量比率达到50％或50％以上。

4.根据权利要求3所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，作为上述Si系材料使用羟基倍半硅氧烷系材料，制备上述旋压玻璃材料并使上述R⁵为氢原子的化合物(B)的含量比率达到50％或50％以上。

5.根据权利要求1所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，上述旋压玻璃材料采用有机溶剂溶解，该有机溶剂是将多元醇的羟基进行了烷基醚化的多元醇醚类。

6.根据权利要求1所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，由树脂组合物构成上述防反射膜，所述树脂组合物含有至少具有通过外加预定的能量使得末端基团脱离从而产生磺酸残基的取代基的树脂成分和溶剂。

7.根据权利要求6所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，上述树脂成分至少具有用下述通式(1)表示的重复单元，

(式中，n表示1或1以上的整数，X是碳原子数1-10的直链或支链状的烷基链、芳香性或脂环性的环状烷基链、烷基酯链，Y是外加预定的能量后产生磺酸残基的取代基)。

8.根据权利要求1所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，由树脂组合物构成上述防反射膜，所述树脂组合物含有聚钛氧烷及聚硅氧烷的混合物或它们的共聚物。

9.根据权利要求1所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，在上述第2蚀刻空间形成工序之后还进一步有利用剥离液去除残留在上述第1蚀刻空间的填埋材料的填埋材料去除工序。

10.一种半导体多层布线形成方法，该方法是在半导体衬底上形成的下层布线层、和在其上面通过层间绝缘层形成的上层布线层通过上下贯通上述层间绝缘层的通路布线连接的半导体多层布线的形成方法，其特征在于，在该形成方法中，具有下述的工序：

通过在上述层间绝缘层上涂布至少以旋压玻璃材料为主成分的填埋材料，向上述第1蚀刻空间填埋上述填埋材料的填埋工序；

在形成于上述层间绝缘层上的填埋材料层上形成显影液可溶性防反射膜的防反射膜形成工序；

在上述显影液可溶性防反射膜上形成光刻胶层的光刻胶形成工序；

向上述光刻胶层照射图形光，利用碱性显影液进行上述光刻胶层的显影的同时，去除因显影而残存的未被光刻胶图形覆盖的上述防反射膜的暴露部分的抗蚀剂显影及防反射膜去除工序；

11.根据权利要求10所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，上述旋压玻璃材料是使选自

(A)Si(OR¹)_a(OR²)_b(OR³)_c(OR⁴)_d

(B)R⁵Si(OR⁶)_e(OR⁷)_f(OR⁸)_g

(C)R⁹R¹⁰Si(OR¹¹)_h(OR¹²)_i

12.根据权利要求11所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，在由至少具有甲基的Si系材料形成上述低介电层的同时，制备上述旋压玻璃材料并使上述化合物(B)和上述化合物(C)的总含量比率达到50％或50％以上。

13.根据权利要求12所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，作为上述Si系材料使用羟基倍半硅氧烷系材料，制备上述旋压玻璃材料并使上述R⁵为氢原子的化合物(B)的含量比率达到50％或50％以上。

14.根据权利要求10所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，上述旋压玻璃材料采用有机溶剂溶解，该有机溶剂是将多元醇的羟基进行了烷基醚化的多元醇醚类。

15.根据权利要求10所述的半导体多层布线形成方法，其特征在于，在上述第2蚀刻空间形成工序之后还进一步有利用剥离液去除残留在上述第1蚀刻空间的填埋材料的填埋材料去除工序。