JP2001127154A - Manufacturing method for semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method for semiconductor device

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JP2001127154A
JP2001127154A JP30643999A JP30643999A JP2001127154A JP 2001127154 A JP2001127154 A JP 2001127154A JP 30643999 A JP30643999 A JP 30643999A JP 30643999 A JP30643999 A JP 30643999A JP 2001127154 A JP2001127154 A JP 2001127154A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a semiconductor device which reduces an inter-wiring capacitance, and which is hard to generate a short-circuit failure between adjacent wirings or a connection failure of the wiring to an interlayer connecting metal plug, if misalignment occurs. SOLUTION: A first metal layer 103 for a first wiring and a second metal layer 104 for forming an interlayer connecting metal plug are deposited on an insulation film 2, and they are etched by using the same first resist as a mask, to form a shape of the first wiring, by using a second resist as a mask, only the second metal layer 104 is etched to form the interlayer connecting metal plug, whereby the interlayer connecting metal plug is reliably formed on the first wiring. Next, an interlayer insulation film 108 is formed so as to form porosities 107 relative to the first metal layer 103 as the first wiring, and the surface is flattened to form a second wiring connected to a plug composed of the second metal layer 104.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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る。
[0001] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、配線や素子の微細加工の半導体プ
ロセス技術が進み、集積回路デバイスの高性能化が進ん
できた。しかし、配線の集積化に伴い配線における信号
線の遅延がデバイスのスピードを律速するようになって
きた。そのため、例えばデザインルール0.25μm世
代以降のデバイスに用いる層間絶縁膜の材料として、従
来のSiO2 (比誘電率ε=4.3)に代わって比誘電
率が低い材料、例えばフッ素をドーピングしたSiOF
(ε=3.5)や有機物を含んだSiO:C(ε=2.
8〜3.2)等が提案されている。しかし、これらの材
料は、吸湿性や耐熱性の点で問題があるので実際にデバ
イスを製造することは難しい。
2. Description of the Related Art Recently, semiconductor processing techniques for fine processing of wiring and elements have been advanced, and the performance of integrated circuit devices has been improved. However, with the integration of the wiring, the delay of the signal line in the wiring has come to control the speed of the device. Therefore, for example, as a material of an interlayer insulating film used for a device having a design rule of 0.25 μm or later, a material having a low relative dielectric constant, for example, fluorine is doped instead of the conventional SiO 2 (relative dielectric constant ε = 4.3). SiOF
(Ε = 3.5) and SiO: C containing organic matter (ε = 2.
8 to 3.2) have been proposed. However, these materials have problems in terms of hygroscopicity and heat resistance, so that it is difficult to actually manufacture a device.

【0003】このため、配線間の絶縁性物質に空気(ε
=1.0)によって形成される空孔を意図的に設けるこ
とによって、配線間における比誘電率を下げる技術が例
えば特開昭62−5643号公報に開示されている。空
孔を利用したこのようなデバイスは、信号線の遅延の影
響が特に大きい配線間の容量を大幅に低減することが可
能となるため有望である。以下この技術について図13
を参照して説明する。
[0003] For this reason, air (ε
= 1.0), for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 62-5643 discloses a technique for intentionally providing holes formed by the method to lower the relative dielectric constant between wirings. Such a device using holes is promising because the capacitance between wirings, which is particularly affected by the delay of the signal line, can be significantly reduced. FIG. 13 shows this technique.
This will be described with reference to FIG.

【0004】図13は、従来の半導体装置の構造を示す
断面図である。図13において、半導体基板1の上に設
けられた絶縁性物質2における、配線3と4間に空孔6
を、配線4と5間に空孔7をそれぞれ設ける。この絶縁
性物質2の材料としてはSiO2 が用いられる。配線3
と配線4との間の容量は、配線3から空孔6間の容量
と、空孔6の容量と、空孔6から配線4間の容量との直
列容量とみなすことができる。空孔6,7以外の部分で
ある絶縁性物質2の材料SiO2 の比誘電率に比べて、
空気によって形成された空孔6,7における比誘電率は
約1/4である。
FIG. 13 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device. In FIG. 13, holes 6 are formed between wirings 3 and 4 in insulating substance 2 provided on semiconductor substrate 1.
Are provided between the wirings 4 and 5, respectively. As a material of the insulating substance 2, SiO 2 is used. Wiring 3
The capacitance between the wiring 3 and the wiring 4 can be regarded as a series capacitance of the capacitance between the wiring 3 and the hole 6, the capacitance of the hole 6, and the capacitance between the hole 6 and the wiring 4. Compared to the relative dielectric constant of the material SiO 2 of the insulating substance 2 other than the holes 6 and 7,
The relative permittivity of the air holes 6 and 7 formed by air is about 1/4.

【0005】したがって、空孔を設けることによって隣
接する配線間の容量を低減でき、隣接する配線間におけ
る信号の遅延を抑制できるので、高速動作可能な半導体
装置を実現できる。
[0005] Therefore, by providing holes, the capacitance between adjacent wirings can be reduced, and signal delay between adjacent wirings can be suppressed, so that a semiconductor device that can operate at high speed can be realized.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図13の
構成を、多層配線構造を有する半導体装置に適用した場
合、従来の製造方法によると問題点が生じる。この問題
点について従来の製造方法とともに、図14と図15を
参照しながら説明する。図14(a)、(b)および図
15(a)〜(c)は、多層配線構造を有する従来の半
導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
However, when the structure shown in FIG. 13 is applied to a semiconductor device having a multilayer wiring structure, a problem arises according to the conventional manufacturing method. This problem will be described together with the conventional manufacturing method with reference to FIGS. FIGS. 14A and 14B and FIGS. 15A to 15C are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a conventional semiconductor device having a multilayer wiring structure.

【0007】まず、図14(a)に示す様に、半導体基
板11の上に絶縁膜12、第1の配線13、層間絶縁膜
14を順次形成する。層間絶縁膜14としてプラズマC
VD法によって堆積されたSiO2 を使用するので、ス
テップカバレッジが悪い。すなわち、平坦な部分におけ
る堆積膜厚に対する第1の配線13間の領域である配線
間隙15の堆積膜厚の比率が低い。このことにより、配
線間隙15における層間絶縁膜14に空孔16が形成さ
れる。
First, as shown in FIG. 14A, an insulating film 12, a first wiring 13, and an interlayer insulating film 14 are sequentially formed on a semiconductor substrate 11. Plasma C as interlayer insulating film 14
Since SiO 2 deposited by the VD method is used, the step coverage is poor. That is, the ratio of the deposited film thickness of the wiring gap 15 which is the region between the first wirings 13 to the deposited film thickness of the flat portion is low. As a result, holes 16 are formed in the interlayer insulating film 14 in the wiring gap 15.

【0008】しかし、ステップカバレッジ(前述の比
率)は0%にはならないので、配線間隙15はそのすべ
てが空孔にはならず、配線間には層間絶縁膜14が存在
する。したがって、配線間における比誘電率を低減する
という目的に対しては、配線間隙15において層間絶縁
膜14の堆積率をさらに低下させて比誘電率を下げる方
法が考えられる。この場合には、空孔16はさらに大き
い領域を占める。
However, since the step coverage (the above-mentioned ratio) does not become 0%, not all of the wiring gaps 15 become voids, and the interlayer insulating film 14 exists between the wirings. Therefore, for the purpose of reducing the relative dielectric constant between the wirings, a method of further lowering the deposition rate of the interlayer insulating film 14 in the wiring gap 15 to lower the relative dielectric constant can be considered. In this case, the holes 16 occupy a larger area.

【0009】次に、図14(b)に示す様に、レジスト
エッチバック法、化学的機械研磨(CMP)法等を使用
して層間絶縁膜14の一部を除去することにより、層間
絶縁膜14の表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 14B, a part of the interlayer insulating film 14 is removed by using a resist etch back method, a chemical mechanical polishing (CMP) method, or the like, thereby forming an interlayer insulating film. 14 is flattened.

【0010】次に、図15(a)に示す様に、フォトリ
ソグラフィーとドライエッチングとを使用して層間接続
孔17を形成する。ここで、第1の配線13の配線幅1
8と層間接続孔17の直径19とが同じ寸法であって、
フォトリソグラフィーにおいてずれ寸法20だけのアラ
イメントずれが発生した場合を考える。この場合には、
上記アライメントずれによって第1の配線13の上面か
らずれた部分の層間接続孔17は、第1の配線13の上
面の位置よりも深く形成される。したがって、層間接続
孔17は空孔16と一体化する。
Next, as shown in FIG. 15A, an interlayer connection hole 17 is formed using photolithography and dry etching. Here, the wiring width 1 of the first wiring 13
8 and the diameter 19 of the interlayer connection hole 17 are the same size,
Consider a case where an alignment shift of only the shift size 20 occurs in photolithography. In this case,
The interlayer connection hole 17 at a portion shifted from the upper surface of the first wiring 13 due to the alignment shift is formed deeper than the position of the upper surface of the first wiring 13. Therefore, the interlayer connection holes 17 are integrated with the holes 16.

【0011】次に、図15(b)に示す様に、プラグと
して、層間接続孔17の内部へCVD法を使用してタン
グステンよりなる層間接続用金属21を形成する。この
層間接続用金属21として形成されるCVD法によるタ
ングステンは、ステップカバレッジが良いので図15
(a)における層間接続孔17だけではなく、空孔16
をも埋めてしまう。
Next, as shown in FIG. 15 (b), an interlayer connection metal 21 made of tungsten is formed as a plug in the interlayer connection hole 17 by using the CVD method. Since tungsten formed by CVD as the interlayer connection metal 21 has a good step coverage, the tungsten shown in FIG.
Not only the interlayer connection holes 17 in FIG.
Also fill in.

【0012】このことにより、空孔16であった部分に
形成された層間接続用金属21を介して隣接する第1の
配線13同士が接続され、ショート不良を引き起こす。
配線間隙15における比誘電率をより下げようとする
と、空孔16はさらに大きい領域を占めるので、ショー
ト不良を一層引き起こしやすくなる。
As a result, the adjacent first wirings 13 are connected to each other via the interlayer connection metal 21 formed in the portion where the holes 16 were formed, thereby causing a short circuit failure.
If the relative dielectric constant in the wiring gap 15 is to be further reduced, the holes 16 occupy a larger area, so that a short circuit failure is more likely to occur.

【0013】一方、図15(a)におけるずれ寸法20
がさらに大きくなった場合には、第1の配線13と、層
間接続孔17に埋め込まれた層間接続用金属21との接
続面積が小さくなるので、第1の配線13と層間接続用
金属21との接続不良が発生する。特に、層間絶縁膜1
4の材料として有機系の材料を使用した場合には、上記
接続不良が発生しやすい。
On the other hand, the displacement dimension 20 in FIG.
Is larger, the connection area between the first wiring 13 and the metal 21 for interlayer connection buried in the interlayer connection hole 17 becomes smaller, so that the first wiring 13 and the metal 21 for interlayer connection become smaller. Connection failure occurs. In particular, interlayer insulating film 1
In the case where an organic material is used as the material No. 4, the above connection failure is likely to occur.

【0014】また、アライメントずれが発生し、かつ層
間接続孔17が深くエッチングされた場合には、形成さ
れた層間接続用金属21によって第1の配線13と半導
体基板11とが接続され、ショート不良が発生すること
にもなる。
If an alignment shift occurs and the interlayer connection hole 17 is deeply etched, the first wiring 13 and the semiconductor substrate 11 are connected by the formed interlayer connection metal 21, resulting in a short circuit. Will also occur.

【0015】次に、図15(c)に示す様に、層間接続
用金属21を介して第1の配線13に接続される第2の
配線22を、層間接続用金属21と層間絶縁膜14との
上へ形成する。
Next, as shown in FIG. 15C, a second wiring 22 connected to the first wiring 13 via the metal 21 for interlayer connection is formed by the metal 21 for interlayer connection and the interlayer insulating film 14. To form on.

【0016】上記の製造方法では、フォトリソグラフィ
ー工程においてアライメントずれが生じた場合に、第1
の問題として、層間接続用金属と配線の接続面積が小さ
くなり接続不良の発生がある。また、第2の問題とし
て、層間接続孔を開口するときに層間接続孔と空孔が一
体化し、その領域に層間接続用金属が入ることによって
配線間のショート不良の発生がある。さらに、アライメ
ントずれが発生し、かつ層間接続孔が深くエッチングさ
れた場合には、層間接続用金属によって配線とその下層
の半導体基板あるいは下層の配線とが接続され、ショー
ト不良が発生するという問題も生じる。以上の問題は、
配線幅と層間接続孔直径とが同一寸法の設計ルールのデ
バイスの場合に生じやすい。
In the above-described manufacturing method, when an alignment shift occurs in the photolithography process, the first
As a problem of the above, there is a problem that a connection area between the metal for interlayer connection and the wiring is reduced and a connection failure occurs. As a second problem, when the interlayer connection hole is opened, the interlayer connection hole and the hole are integrated, and a short circuit between the wirings occurs due to the metal for interlayer connection entering the region. Further, when the misalignment occurs and the interlayer connection hole is etched deeply, the wiring is connected to the semiconductor substrate or the lower layer wiring therebelow by the metal for interlayer connection, which causes a problem of short circuit. Occurs. The above problem is
This is likely to occur in the case of devices having design rules in which the wiring width and the interlayer connection hole diameter are the same.

【0017】この問題を回避するための方法の一つに、
層間接続用金属を配線用金属よりも先に形成し、そのセ
ルフアラインで配線を形成する方法が提案されている
(文献;Symp. VLSI Tech. Dig. Tech. Papers.pp111,
1999)。この方法によれば、アライメントがずれて配線
から多少はみ出しても、その時点で配線は形成されてい
ないため、ずれたその位置に層間接続用金属が形成さ
れ、下層の配線との接続は十分に確保されることになる
(同文献のFig.3(a))。
One of the methods for avoiding this problem is as follows:
A method has been proposed in which the metal for interlayer connection is formed before the metal for wiring, and the wiring is formed in a self-aligned manner (Reference: Symp. VLSI Tech. Dig. Tech. Papers.
1999). According to this method, even if the alignment is displaced and slightly protrudes from the wiring, no wiring is formed at that time, so the interlayer connection metal is formed at the displaced position, and the connection with the lower wiring is sufficiently performed. (FIG. 3 (a) of the same document).

【0018】しかし、この方法では、配線の間隔が狭く
なると、はみ出した層間接続用金属と隣の配線との間隔
が局所的に狭くなるなどの問題が生じ、信頼性に悪影響
を及ぼす等の懸念がある。
However, in this method, when the distance between the wirings is reduced, there is a problem that the distance between the protruding interlayer connection metal and the adjacent wiring is locally reduced, and the reliability is adversely affected. There is.

【0019】この問題を解決するためには、下層の配線
に対してアライメントフリーの層間接続用金属を形成す
ることが必要となる。
In order to solve this problem, it is necessary to form an alignment-free metal for interlayer connection with the lower wiring.

【0020】本発明は、上記従来の問題に鑑みて、配線
と層間接続用金属プラグとの接続不良を防止でき、ま
た、アライメントずれによる隣接する配線間等のショー
ト不良を防止し、配線間容量を小さく抑えられる半導体
装置の製造方法を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention can prevent poor connection between wiring and a metal plug for interlayer connection, can prevent short-circuiting between adjacent wirings due to misalignment, and can reduce the capacitance between wirings. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the size of the semiconductor device.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1の半導
体装置の製造方法は、第1の配線上に層間絶縁膜を介し
て第2の配線が形成され、層間絶縁膜を貫通する層間接
続用金属プラグにより第1の配線と第2の配線とが接続
された半導体装置の製造方法であって、絶縁膜上に第1
の配線用の第1の金属層を堆積する工程と、第1の金属
層上に第2の金属層を堆積する工程と、第2の金属層の
表面に第1のレジストを塗布し第1の配線の形状にパタ
ーンニングする工程と、第1のレジストをマスクに第2
の金属層をエッチングするとともに第1の金属層をエッ
チングして第1の配線を形成する工程と、第1のレジス
トを除去した後、第2のレジストを塗布し第1の配線の
形状に加工された第2の金属層の層間接続用金属プラグ
の形成領域部分を覆うようにパターンニングする工程
と、第2のレジストをマスクに第2の金属層のみをエッ
チングすることにより残存する第2の金属層からなる層
間接続用金属プラグを形成する工程と、第2のレジスト
を除去した後、層間絶縁膜を全面に形成する工程と、層
間接続用金属プラグの上面を露出させる工程と、層間接
続用金属プラグの上面を露出させた後、全面に第3の金
属層を形成し、第3の金属層を所望の形状にエッチング
して第2の配線を形成する工程とを含むことを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second wiring on a first wiring via an interlayer insulating film; A method of manufacturing a semiconductor device in which a first wiring and a second wiring are connected by a metal plug for connection, wherein the first wiring is formed on an insulating film.
Depositing a first metal layer for wiring, depositing a second metal layer on the first metal layer, and applying a first resist to the surface of the second metal layer to form a first metal layer. Patterning into the shape of the wiring of the second, and the second using the first resist as a mask
Forming a first wiring by etching the first metal layer and etching the first metal layer, and after removing the first resist, applying a second resist and processing into a shape of the first wiring Patterning so as to cover the region of the formed second metal layer where the metal plug for interlayer connection is to be formed, and etching the second metal layer only using the second resist as a mask to leave the second metal layer. A step of forming an interlayer connection metal plug made of a metal layer, a step of forming an interlayer insulating film over the entire surface after removing the second resist, a step of exposing an upper surface of the interlayer connection metal plug, Forming a third metal layer on the entire surface after exposing an upper surface of the metal plug for use, and etching the third metal layer into a desired shape to form a second wiring. I do.

【0022】この製造方法によれば、第1の配線用の第
1の金属層と層間接続用金属プラグ形成用の第2の金属
層とを堆積し、それらを同一の第1のレジストをマスク
にエッチングして第1の配線の形状とした後、第2のレ
ジストをマスクに第2の金属層のみをエッチングして層
間接続用金属プラグを形成することにより、層間接続用
金属プラグは、第1の配線上からずれることなく第1の
配線上に確実に形成され、層間接続用金属プラグと第1
の配線との接続不良を防止できる。また、層間接続用金
属プラグを形成した後に層間絶縁膜を形成するため、従
来のように層間絶縁膜に層間接続孔を開口する必要がな
い。このように層間接続孔を開口しないため、従来のよ
うにアライメントずれが生じ、さらに層間接続孔が深く
エッチングされた場合に、層間接続用金属によって配線
とその下層の半導体基板あるいは下層の配線とが接続
し、ショート不良が発生するというような問題は生じな
い。
According to this manufacturing method, a first metal layer for a first wiring and a second metal layer for forming a metal plug for interlayer connection are deposited, and the same first resist is used as a mask. Then, only the second metal layer is etched using the second resist as a mask to form the metal plug for interlayer connection, thereby forming the metal plug for interlayer connection. The first metal wiring is securely formed on the first wiring without being displaced from the first wiring, and the metal plug for interlayer connection and the first wiring are formed.
Connection failure with the other wiring can be prevented. Further, since the interlayer insulating film is formed after the formation of the metal plug for interlayer connection, there is no need to open an interlayer connection hole in the interlayer insulating film as in the related art. Since the interlayer connection hole is not opened in this manner, misalignment occurs as in the related art, and when the interlayer connection hole is deeply etched, the wiring and the underlying semiconductor substrate or the underlying wiring are formed by the interlayer connection metal. There is no problem such as the occurrence of short circuit due to connection.

【0023】本発明の請求項2の半導体装置の製造方法
は、第1の配線上に層間絶縁膜を介して第2の配線が形
成され、層間絶縁膜を貫通する層間接続用金属プラグに
より第1の配線と第2の配線とが接続された半導体装置
の製造方法であって、絶縁膜上に第1の配線用の第1の
金属層を堆積する工程と、第1の金属層上に第1のハー
ドマスク層を堆積する工程と、第1のハードマスク層の
表面に第1のレジストを塗布し第1の配線の形状にパタ
ーンニングする工程と、第1のレジストをマスクに第1
のハードマスク層をエッチングする工程と、第1のレジ
スト以外の部分に埋め込み材料を埋め込む工程と、第1
のレジストを除去した後、第2のレジストを塗布し層間
接続用金属プラグの形成領域部分を開口するようにパタ
ーンニングする工程と、第2のレジストをマスクに第1
のハードマスク層をエッチングし第1の金属層を露出さ
せる工程と、第2のレジストを除去した後、電解めっき
法により露出した第1の金属層の表面をめっきすること
によりそのめっき形成部分からなる層間接続用金属プラ
グを形成する工程と、層間接続用金属プラグ上にのみ第
2のハードマスク層を堆積する工程と、埋め込み材料を
除去する工程と、第1のハードマスク層と第2のハード
マスク層とをマスクとして第1の金属層をエッチングし
て第1の配線を形成する工程と、第1および第2のハー
ドマスク層を除去した後、層間絶縁膜を全面に形成する
工程と、層間接続用金属プラグの上面を露出させる工程
と、層間接続用金属プラグの上面を露出させた後、全面
に第2の金属層を形成し、第2の金属層を所望の形状に
エッチングして第2の配線を形成する工程とを含むこと
を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, a second wiring is formed on the first wiring via an interlayer insulating film, and the second wiring is formed by a metal plug for interlayer connection penetrating the interlayer insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device in which a first wiring and a second wiring are connected, comprising: depositing a first metal layer for a first wiring on an insulating film; Depositing a first hard mask layer, applying a first resist on the surface of the first hard mask layer, and patterning the first hard mask layer into a first wiring shape;
Etching a hard mask layer, embedding an embedding material in portions other than the first resist,
After the resist is removed, a step of applying a second resist and patterning it so as to open a region where a metal plug for interlayer connection is formed, and a step of applying the first resist using the second resist as a mask
Etching the hard mask layer to expose the first metal layer, and removing the second resist, and then plating the exposed surface of the first metal layer by an electrolytic plating method to remove the first metal layer from the plating formation portion. Forming a metal plug for interlayer connection, depositing a second hard mask layer only on the metal plug for interlayer connection, removing a filling material, and forming a first hard mask layer and a second hard mask layer. Forming a first wiring by etching the first metal layer using the hard mask layer as a mask; and forming an interlayer insulating film over the entire surface after removing the first and second hard mask layers. Exposing the upper surface of the metal plug for interlayer connection, and exposing the upper surface of the metal plug for interlayer connection, forming a second metal layer on the entire surface, and etching the second metal layer into a desired shape. First Characterized in that it comprises a step of forming a wiring.

【0024】この製造方法によれば、第1の配線用の第
1の金属層上に形成する第1のハードマスク層を第1の
配線の形状に加工し、さらに第2のレジストをマスクに
第1のハードマスク層をエッチングして層間接続用金属
プラグの形成領域部分の第1の金属層を露出させ、その
露出部分をめっきして層間接続用金属プラグを形成し、
第1のハードマスク層と層間接続用金属プラグ上にのみ
形成した第2のハードマスク層とをマスクとして第1の
金属層をエッチングして第1の配線を形成することによ
り、層間接続用金属プラグは、第1の配線上からずれる
ことなく第1の配線上に確実に形成され、層間接続用金
属プラグと第1の配線との接続不良を防止できる。ま
た、請求項1同様、層間接続用金属プラグを形成した後
に層間絶縁膜を形成するため、従来のように層間絶縁膜
に層間接続孔を開口する必要がなく、従来のようなアラ
イメントずれが生じ、さらに層間接続孔が深くエッチン
グされた場合に下層の半導体基板あるいは下層の配線と
のショート不良が発生するというような問題は生じな
い。
According to this manufacturing method, the first hard mask layer formed on the first metal layer for the first wiring is processed into the shape of the first wiring, and the second resist is used as a mask. Etching the first hard mask layer to expose the first metal layer in a region where the metal plug for interlayer connection is formed, and plating the exposed portion to form a metal plug for interlayer connection;
The first wiring is formed by etching the first metal layer using the first hard mask layer and the second hard mask layer formed only on the metal plug for interlayer connection as a mask, thereby forming the metal for interlayer connection. The plug is securely formed on the first wiring without being shifted from the first wiring, and a poor connection between the metal plug for interlayer connection and the first wiring can be prevented. Further, since the interlayer insulating film is formed after the metal plug for interlayer connection is formed as in claim 1, there is no need to open an interlayer connection hole in the interlayer insulating film as in the related art, and the conventional alignment shift occurs. In addition, when the interlayer connection hole is deeply etched, there is no problem that a short circuit occurs with the lower semiconductor substrate or the lower wiring.

【0025】本発明の請求項3の半導体装置の製造方法
は、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法に
おいて、層間絶縁膜は、第1の配線の配線間でかつ層間
接続用金属プラグの上面よりも低い位置に空孔が形成さ
れるように形成することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect, the interlayer insulating film is formed between the first wirings and the metal for interlayer connection. It is characterized in that a hole is formed at a position lower than the upper surface of the plug.

【0026】このように、配線間に空孔が形成されるこ
とにより配線間容量を小さく抑えることができる。ま
た、従来のように層間絶縁膜に層間接続孔を開口しない
ため、従来のようにアライメントずれにより層間接続孔
と空孔が一体化し、その領域に層間接続用金属が入るこ
とによって配線間のショート不良が発生するというよう
な問題は生じない。
As described above, since the holes are formed between the wirings, the capacitance between the wirings can be reduced. Also, since the interlayer connection hole is not opened in the interlayer insulating film as in the conventional case, the interlayer connection hole and the hole are integrated due to misalignment as in the conventional case, and the metal for the interlayer connection enters the region, thereby causing a short circuit between the wirings. There is no problem that a defect occurs.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下の第1の実施の形態および第
2の実施の形態ではともに、第1の配線上に層間絶縁膜
を介して第2の配線が形成され、層間絶縁膜を貫通する
層間接続用金属プラグにより第1の配線と第2の配線と
が接続された半導体装置の製造方法について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In both the following first and second embodiments, a second wiring is formed on a first wiring via an interlayer insulating film, and penetrates through the interlayer insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device in which a first wiring and a second wiring are connected by a metal plug for interlayer connection to be described.

【0028】(第1の実施の形態)本発明の第1の実施
の形態について、図1〜図5を参照して説明する。各図
はプロセスフローごとの図面で、(a)は断面図、
(b)は上面図である。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Each drawing is a drawing for each process flow, (a) is a sectional view,
(B) is a top view.

【0029】まず、図1で、半導体基板101の上に絶
縁膜102(例えば膜厚0.8μm)を形成し、その上
に例えばアルミニウムとチタン合金との積層構造となる
第1の金属層103(膜厚0.5μm)、同様にアルミ
ニウムとチタン合金との積層構造となる第2の金属層1
04(膜厚1.0μm)を順次形成する。ここで、第1
の金属層103は銅等の材料でも良い。また、第1の金
属層103と第2の金属層104は異なる材料や組成の
異なるものを用いても良い。また、第1の金属層103
と第2の金属層104との境界をチタン等の材料にする
ことにより、後の第2の金属層104のエッチング時の
ストップを制御する膜として使用することもできる。
First, referring to FIG. 1, an insulating film 102 (for example, a film thickness of 0.8 μm) is formed on a semiconductor substrate 101, and a first metal layer 103 having a laminated structure of, for example, aluminum and a titanium alloy is formed thereon. (Thickness 0.5 μm), the second metal layer 1 also having a laminated structure of aluminum and a titanium alloy
04 (film thickness: 1.0 μm) are sequentially formed. Here, the first
The metal layer 103 may be made of a material such as copper. Further, the first metal layer 103 and the second metal layer 104 may be formed using different materials or different compositions. Further, the first metal layer 103
When the boundary between the second metal layer 104 and the second metal layer 104 is made of a material such as titanium, the second metal layer 104 can be used as a film for controlling a stop when the second metal layer 104 is etched later.

【0030】次に、第2の金属層104上に第1のレジ
スト105を塗布し、第1の配線の形状にパターンニン
グする。次に、図2で、第1のレジスト105をマスク
としてエッチングによって第2の金属層104および第
1の金属層103をパターンニングする。ここで第1の
金属層103がパターンニングされて第1の配線が形成
される。
Next, a first resist 105 is applied on the second metal layer 104, and is patterned into a shape of a first wiring. Next, in FIG. 2, the second metal layer 104 and the first metal layer 103 are patterned by etching using the first resist 105 as a mask. Here, the first metal layer 103 is patterned to form a first wiring.

【0031】次に、図3で、第1のレジスト105を剥
離した後に、第2のレジスト106を塗布し、層間接続
用金属プラグの形成領域部分の第2の金属層103を覆
うようにパターンニングし、この第2のレジスト106
をマスクとして、第2の金属層104をエッチングす
る。ここで、前述のように第1の金属層103と第2の
金属層104との間にチタン等の層を形成し、それをエ
ッチングストッパ層として用いることにより、第2の金
属層104のみをエッチングするという制御が容易にな
る。この図3の工程で、層間接続用金属プラグの形成領
域を覆うように第2のレジスト106をパターンニング
する際、図3のように第1の金属層104および第2の
金属層103のパターンニングと交差するようにパター
ンニングする。すなわち、隣接する配線に到達しない程
度で配線幅よりも大きい幅にパターンニングすること
で、配線の幅方向にアライメントずれが多少生じても、
後述の層間接続用金属プラグを第1の配線上に確実に形
成できる。また配線の長手方向にアライメントずれが生
じた場合に層間接続用金属プラグを第1の配線上に確実
に形成できるのは言うまでもない。したがって、XY平
面上に配線が形成されるとした場合に、X方向,Y方向
のいずれの方向にアライメントずれが生じても、層間接
続用金属プラグと第1の配線との接続不良を防止でき
る。
Next, referring to FIG. 3, after the first resist 105 is peeled off, a second resist 106 is applied, and a pattern is formed so as to cover the second metal layer 103 in the region where the metal plug for interlayer connection is formed. The second resist 106
Is used as a mask to etch second metal layer 104. Here, as described above, a layer of titanium or the like is formed between the first metal layer 103 and the second metal layer 104 and is used as an etching stopper layer, so that only the second metal layer 104 is formed. The control of etching becomes easy. In the step of FIG. 3, when patterning the second resist 106 so as to cover the formation region of the metal plug for interlayer connection, the pattern of the first metal layer 104 and the second metal layer 103 as shown in FIG. Pattern so that it intersects with the pattern. That is, by patterning to a width larger than the wiring width so as not to reach the adjacent wiring, even if there is some misalignment in the width direction of the wiring,
A metal plug for interlayer connection described later can be reliably formed on the first wiring. Needless to say, the interlayer connection metal plug can be reliably formed on the first wiring when the alignment shift occurs in the longitudinal direction of the wiring. Therefore, when the wiring is formed on the XY plane, a defective connection between the interlayer connection metal plug and the first wiring can be prevented even if the alignment shift occurs in any of the X direction and the Y direction. .

【0032】その後、第2のレジスト106を除去す
る。これにより図4に示すように、第2の金属層104
は、第1の金属層103からなる第1の配線と上層の第
2の配線とを接続するためのプラグ(層間接続用金属プ
ラグ)として形成される。ここで、前述のように第1の
金属層103と第2の金属層104とを同じ第1のレジ
スト105でパターンニングしているため、プラグであ
る第2の金属層104が第1の配線である第1の金属層
103上からずれることなく形成できる。
After that, the second resist 106 is removed. As a result, as shown in FIG.
Are formed as plugs (metal plugs for interlayer connection) for connecting the first wiring made of the first metal layer 103 and the second wiring in the upper layer. Here, since the first metal layer 103 and the second metal layer 104 are patterned by the same first resist 105 as described above, the second metal layer 104 serving as a plug is formed by the first wiring. Can be formed without being shifted from the first metal layer 103.

【0033】この後、通常のSiO2 等の層間絶縁膜を
形成することもできるが、本実施の形態では、図5のよ
うに、第1の金属層103の間に空孔107が形成され
るように、例えばプラズマCVD装置を用いて層間絶縁
膜108を形成する。
Thereafter, a normal interlayer insulating film such as SiO 2 can be formed. In the present embodiment, however, holes 107 are formed between the first metal layers 103 as shown in FIG. As described above, the interlayer insulating film 108 is formed using, for example, a plasma CVD apparatus.

【0034】その後、図示していないが、層間絶縁膜1
08の表面をCMPで平坦化してプラグである第2の金
属層104の上面を露出させるか、または層間絶縁膜1
08をエッチバックによって平坦化してプラグである第
2の金属層104の上面を露出させる。その後、第1の
配線(第1の金属層103)とプラグ(第2の金属層1
04)を介して接続される第2の配線を形成するための
第3の金属層を層間絶縁膜108上の全面に形成し、第
3の金属層を通常のリソグラフィおよびエッチング技術
を用いて第2の配線に加工する。なお、第2の配線の上
層に第3の配線がある場合には、第2の配線とその上の
プラグを、前述した第1の配線とプラグと同様に形成し
た後、層間絶縁膜および第3の配線を形成することによ
り、3層の配線構造を形成することができる。4層以上
の配線構造の場合も同様に形成可能である。
Thereafter, although not shown, the interlayer insulating film 1 is formed.
08 is planarized by CMP to expose the upper surface of the second metal layer 104 which is a plug, or the interlayer insulating film 1
08 is flattened by etch back to expose the upper surface of the second metal layer 104 which is a plug. After that, the first wiring (the first metal layer 103) and the plug (the second metal layer 1)
04), a third metal layer for forming a second wiring connected through the interlayer insulating film 108 is formed on the entire surface of the interlayer insulating film 108, and the third metal layer is formed using a normal lithography and etching technique. Process into 2 wiring. In the case where the third wiring is provided above the second wiring, the second wiring and the plug thereon are formed in the same manner as the first wiring and the plug, and then the interlayer insulating film and the third wiring are formed. By forming three wirings, a three-layer wiring structure can be formed. In the case of a wiring structure of four or more layers, it can be similarly formed.

【0035】なお、図5の空孔107は、層間絶縁膜1
08の表面を平坦化して層間接続用金属プラグである第
2の金属層104の上面を露出させた際に、露出しない
ように形成される必要がある。したがって、層間絶縁膜
108形成時、空孔107は第2の金属層104の上面
よりも低い位置に形成されるようにする。これにより、
第2の配線となる第3の金属層を全面に形成した時に、
第3の金属層が空孔107内に侵入してショート不良に
なるのを防止し、空孔107を確実に形成できる。
The holes 107 shown in FIG.
When the top surface of the second metal layer 104, which is a metal plug for interlayer connection, is exposed by flattening the surface of the substrate 08, it is necessary to form the second metal layer 104 so as not to be exposed. Therefore, when forming the interlayer insulating film 108, the holes 107 are formed at a position lower than the upper surface of the second metal layer 104. This allows
When a third metal layer serving as a second wiring is formed on the entire surface,
It is possible to prevent the third metal layer from invading into the holes 107 to cause a short circuit, and to form the holes 107 reliably.

【0036】以上のように本実施の形態によれば、第1
の配線用の第1の金属層103と層間接続用金属プラグ
形成用の第2の金属層104とを堆積し、それらを同一
の第1のレジスト105をマスクにエッチングして第1
の配線の形状とした後、第2のレジスト106をマスク
に第2の金属層104のみをエッチングして層間接続用
金属プラグを形成することにより、層間接続用金属プラ
グは、第1の配線上からずれることなく第1の配線上に
確実に形成され、層間接続用金属プラグと第1の配線と
の接続不良を防止できる。
As described above, according to the present embodiment, the first
A first metal layer 103 for wiring and a second metal layer 104 for forming a metal plug for interlayer connection are deposited, and these are etched using the same first resist 105 as a mask to form a first metal layer 103.
Then, only the second metal layer 104 is etched using the second resist 106 as a mask to form a metal plug for interlayer connection, whereby the metal plug for interlayer connection is formed on the first wiring. It is reliably formed on the first wiring without deviation from the first wiring, and a poor connection between the metal plug for interlayer connection and the first wiring can be prevented.

【0037】また、本実施の形態によれば、層間接続用
金属プラグを形成した後に、第1の配線間に空孔107
が形成されるように層間絶縁膜108を形成するため、
従来のように層間絶縁膜に層間接続孔を開口する必要が
ない。このように層間接続孔を開口しないため、従来の
ようにアライメントずれにより層間接続孔と空孔が一体
化し、その領域に層間接続用金属が入ることによって配
線間のショート不良の発生や、さらに層間接続孔が深く
エッチングされた場合に、層間接続用金属によって配線
とその下層の半導体基板あるいは下層の配線とが接続
し、ショート不良が発生するというような問題は生じな
い。また、従来のように空孔が層間接続孔と一体化して
空孔に層間接続用金属が入ることがないため、第1の配
線間の空孔107も確実に形成でき、配線間容量を小さ
く抑え、高速動作が可能な半導体装置を実現できる。
Further, according to the present embodiment, after forming the metal plug for interlayer connection, the holes 107 are formed between the first wirings.
To form the interlayer insulating film 108 so that
There is no need to open interlayer connection holes in the interlayer insulating film as in the conventional case. Since the interlayer connection hole is not opened in this manner, the interlayer connection hole and the hole are integrated due to misalignment as in the related art, and the metal for interlayer connection enters the region, thereby causing a short-circuit failure between the wirings and the interlayer. When the connection hole is deeply etched, the problem that the wiring and the underlying semiconductor substrate or the underlying wiring are connected by the metal for interlayer connection and short-circuit failure occurs does not occur. In addition, since the holes are integrated with the interlayer connection holes as in the conventional case and the metal for interlayer connection does not enter the holes, the holes 107 between the first wirings can also be reliably formed, and the capacitance between the wirings can be reduced. It is possible to realize a semiconductor device capable of suppressing the operation and operating at high speed.

【0038】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態について、図6〜図12を参照して説明する。各
図はプロセスフローごとの図面で、(a)は断面図、
(b)は上面図である。本実施例はめっき法を用いたプ
ロセスによるものである。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Each drawing is a drawing for each process flow, (a) is a sectional view,
(B) is a top view. This embodiment is based on a process using a plating method.

【0039】まず、図6で、半導体基板101の上に絶
縁膜102(例えば膜厚0.8μm)を形成し、その上
に例えばアルミニウムとチタン合金との積層構造または
銅材料の第1の金属層103(例えば膜厚0.5μm)
を形成する。次に、例えば窒化膜からなる第1のハード
マスク層111を形成する。次に、ハードマスク層11
1上に第1のレジスト112を塗布し、第1の配線の形
状にパターンニングする。
First, in FIG. 6, an insulating film 102 (for example, a film thickness of 0.8 μm) is formed on a semiconductor substrate 101, and a laminated structure of, for example, aluminum and a titanium alloy or a first metal of a copper material is formed thereon. Layer 103 (for example, 0.5 μm in thickness)
To form Next, a first hard mask layer 111 made of, for example, a nitride film is formed. Next, the hard mask layer 11
A first resist 112 is applied on the substrate 1 and patterned into a shape of a first wiring.

【0040】次に、図7で、第1のレジスト112をマ
スクに第1のハードマスク層111をエッチングする。
次に、第1のレジスト112パターンの残っていない部
分(ハードマスク層111のエッチング除去された部
分)に一時的な埋め込み材料113を埋め込む。この埋
め込み材料113は絶縁物からなり、例えばSiO2
の酸化膜でもよい。
Next, referring to FIG. 7, the first hard mask layer 111 is etched using the first resist 112 as a mask.
Next, a temporary filling material 113 is buried in a portion where the first resist 112 pattern does not remain (a portion where the hard mask layer 111 is removed by etching). The filling material 113 is made of an insulator, and may be an oxide film such as SiO 2 .

【0041】次に、図8で、第1のレジスト112を除
去する。次に第2のレジスト114を塗布し、層間接続
用金属プラグの形成領域部分を開口するようにパターン
ニングする。この図8の工程で、層間接続用金属プラグ
の形成領域を開口するように第2のレジスト114をパ
ターンニングする際、図8のように第2のレジスト11
4の開口部分が第1のハードマスク層111のパターン
ニングと交差するようにパターンニングする。すなわ
ち、開口部分の幅が、隣接する配線に到達しない程度で
配線幅よりも大きい幅にパターンニングすることで、配
線の幅方向にアライメントずれが多少生じても、後述の
層間接続用金属プラグ115を第1の配線上に確実に形
成できる。また配線の長手方向にアライメントずれが生
じた場合に層間接続用金属プラグ115を第1の配線上
に確実に形成できるのは言うまでもない。したがって、
XY平面上に配線が形成されるとした場合に、X方向,
Y方向のいずれの方向にアライメントずれが生じても、
層間接続用金属プラグ115と第1の配線との接続不良
を防止できる。
Next, in FIG. 8, the first resist 112 is removed. Next, a second resist 114 is applied, and patterning is performed so as to open an area where a metal plug for interlayer connection is to be formed. In the process of FIG. 8, when patterning the second resist 114 so as to open the formation region of the metal plug for interlayer connection, as shown in FIG.
The patterning is performed so that the opening of No. 4 intersects the patterning of the first hard mask layer 111. That is, by patterning the opening so that the width of the opening does not reach the adjacent wiring and is larger than the width of the wiring, even if some misalignment occurs in the width direction of the wiring, the later-described metal plug 115 for interlayer connection will be described. Can be reliably formed on the first wiring. It goes without saying that the interlayer connection metal plug 115 can be surely formed on the first wiring when the alignment shift occurs in the longitudinal direction of the wiring. Therefore,
Assuming that wiring is formed on the XY plane,
Even if the misalignment occurs in any of the Y directions,
Poor connection between the metal plug 115 for interlayer connection and the first wiring can be prevented.

【0042】次に、図9で、第2のレジスト114をマ
スクに第1のハードマスク層111をエッチングして第
1の金属層103を露出させる。その後第2のレジスト
114を除去する。
Next, referring to FIG. 9, the first hard mask layer 111 is etched using the second resist 114 as a mask to expose the first metal layer 103. After that, the second resist 114 is removed.

【0043】次に、図10で、第1の金属層103を電
極とし電解めっきを行う。第1の金属層103が銅であ
れば、同様の銅材料をめっきで形成する。このめっき形
成された部分が第1の配線と上層の第2の配線とを接続
するための層間接続用金属プラグ115である。この
後、層間接続用金属プラグ115の上面にのみ例えば窒
化膜からなる第2のハードマスク層116をCVD等の
周知の方法で形成する。
Next, in FIG. 10, electrolytic plating is performed using the first metal layer 103 as an electrode. If the first metal layer 103 is copper, a similar copper material is formed by plating. The plated portion is an interlayer connection metal plug 115 for connecting the first wiring and the second upper wiring. Thereafter, a second hard mask layer 116 made of, for example, a nitride film is formed only on the upper surface of the metal plug 115 for interlayer connection by a known method such as CVD.

【0044】次に、図11で、一時的に埋め込んだ埋め
込み材料113を除去する。この後、第1のハードマス
ク層111と第2のハードマスク層116をマスクとし
て、第1の金属層103をエッチングすることにより第
1の配線を形成する。
Next, in FIG. 11, the embedding material 113 temporarily embedded is removed. After that, the first wiring is formed by etching the first metal layer 103 using the first hard mask layer 111 and the second hard mask layer 116 as a mask.

【0045】次に、図12で、第1のハードマスク11
1と第2のハードマスク116を除去する。この後は第
1の実施の形態と同様であり、通常のSiO2 等の層間
絶縁膜を形成することもできるが、本実施の形態では、
図12のように、第1の金属層103の間に空孔107
が形成されるように、例えばプラズマCVD装置を用い
て層間絶縁膜108を形成する。
Next, referring to FIG. 12, the first hard mask 11
The first and second hard masks 116 are removed. Subsequent steps are the same as in the first embodiment, and a normal interlayer insulating film such as SiO 2 can be formed.
As shown in FIG. 12, holes 107 are formed between the first metal layers 103.
Is formed using, for example, a plasma CVD apparatus.

【0046】その後、図示していないが、層間絶縁膜1
08の表面をCMPで平坦化して層間接続用金属プラグ
115の上面を露出させるか、または層間絶縁膜108
をエッチバックによって平坦化して層間接続用金属プラ
グ115の上面を露出させる。その後、第1の配線(第
1の金属層103)と層間接続用金属プラグ115を介
して接続される第2の配線を形成するための第2の金属
層を層間絶縁膜108上の全面に形成し、第2の金属層
を通常のリソグラフィおよびエッチング技術を用いて第
2の配線に加工する。なお、第2の配線の上層に第3の
配線がある場合には、第2の配線とその上の層間接続用
金属プラグを、前述した第1の配線と層間接続用金属プ
ラグと同様に形成した後、層間絶縁膜および第3の配線
を形成することにより、3層の配線構造を形成すること
ができる。4層以上の配線構造の場合も同様に形成可能
である。
Thereafter, although not shown, the interlayer insulating film 1 is formed.
08 is flattened by CMP to expose the upper surface of the metal plug 115 for interlayer connection, or the interlayer insulating film 108
Is flattened by etch-back to expose the upper surface of the metal plug 115 for interlayer connection. After that, a second metal layer for forming a second wiring connected to the first wiring (the first metal layer 103) via the metal plug 115 for interlayer connection is formed on the entire surface of the interlayer insulating film 108. Then, the second metal layer is processed into a second wiring by using a usual lithography and etching technique. If the third wiring is provided above the second wiring, the second wiring and the metal plug for interlayer connection thereon are formed in the same manner as the first wiring and the metal plug for interlayer connection described above. After that, by forming an interlayer insulating film and a third wiring, a three-layer wiring structure can be formed. In the case of a wiring structure of four or more layers, it can be similarly formed.

【0047】なお、図12の空孔107は、第1の実施
の形態同様、層間絶縁膜108の表面を平坦化して層間
接続用金属プラグ115の上面を露出させた際に、露出
しないように形成される必要がある。したがって、層間
絶縁膜108形成時、空孔107は層間接続用金属プラ
グ115の上面よりも低い位置に形成されるようにす
る。これにより、第2の配線となる第2の金属層を全面
に形成した時に、第2の金属層が空孔107内に侵入し
てショート不良になるのを防止し、空孔107を確実に
形成できる。
The holes 107 in FIG. 12 are not exposed when the surface of the interlayer insulating film 108 is flattened to expose the upper surface of the metal plug 115 for interlayer connection, as in the first embodiment. Need to be formed. Therefore, when forming the interlayer insulating film 108, the holes 107 are formed at a position lower than the upper surface of the metal plug 115 for interlayer connection. Thus, when the second metal layer serving as the second wiring is formed on the entire surface, it is possible to prevent the second metal layer from entering the holes 107 to cause a short circuit, and to reliably form the holes 107. Can be formed.

【0048】以上のように本実施の形態によれば、第1
の配線用の第1の金属層103上に形成する第1のハー
ドマスク層111を第1の配線の形状に加工し、さらに
第2のレジストをマスクに第1のハードマスク層111
をエッチングして層間接続用金属プラグ115の形成領
域部分の第1の金属層103を露出させ、その露出部分
をめっきして層間接続用金属プラグ115を形成し、第
1のハードマスク層111と層間接続用金属プラグ11
5上にのみ形成した第2のハードマスク層116とをマ
スクとして第1の金属層103をエッチングして第1の
配線を形成することにより、層間接続用金属プラグ11
5は、第1の配線上からずれることなく第1の配線上に
確実に形成され、層間接続用金属プラグ115と第1の
配線との接続不良を防止できる。
As described above, according to the present embodiment, the first
The first hard mask layer 111 formed on the first metal layer 103 for wiring is processed into the shape of the first wiring, and the first hard mask layer 111 is formed using the second resist as a mask.
Is etched to expose the first metal layer 103 in the region where the metal plug 115 for interlayer connection is formed, and the exposed portion is plated to form the metal plug 115 for interlayer connection. Metal plug for interlayer connection 11
The first wiring is formed by etching the first metal layer 103 using the second hard mask layer 116 formed only on the substrate 5 as a mask, thereby forming the metal plug 11 for interlayer connection.
5 is reliably formed on the first wiring without shifting from the first wiring, and can prevent poor connection between the interlayer connection metal plug 115 and the first wiring.

【0049】また、本実施の形態によれば、層間接続用
金属プラグ115は第1の配線となる第1の金属層10
3の露出部分をめっきして形成されるため、層間接続用
金属プラグ115と第1の配線との接続部での接続抵抗
の上昇を回避することができる。
Further, according to the present embodiment, the metal plug 115 for interlayer connection is provided in the first metal layer 10 serving as the first wiring.
Since the exposed portion 3 is formed by plating, it is possible to avoid an increase in connection resistance at a connection portion between the metal plug 115 for interlayer connection and the first wiring.

【0050】また、第1の実施の形態同様、層間接続用
金属プラグ115を形成した後に、第1の配線間に空孔
107が形成されるように層間絶縁膜108を形成する
ため、従来のように層間絶縁膜に層間接続孔を開口する
必要がなく、従来のようにアライメントずれにより層間
接続孔と空孔が一体化し、その領域に層間接続用金属が
入ることによって配線間のショート不良の発生や、さら
に層間接続孔が深くエッチングされた場合に、配線とそ
の下層の半導体基板あるいは下層の配線とのショート不
良の発生は生じない。そして、従来のように空孔が層間
接続孔と一体化することがないため、第1の配線間の空
孔107を確実に形成でき、配線間容量を小さく抑え、
高速動作が可能な半導体装置を実現できる。
As in the first embodiment, after the metal plug 115 for interlayer connection is formed, the interlayer insulating film 108 is formed so that the holes 107 are formed between the first wirings. It is not necessary to open the interlayer connection hole in the interlayer insulating film as in the prior art, and the interlayer connection hole and the air hole are integrated due to misalignment as in the conventional case, and the metal for the interlayer connection enters the region, thereby causing a short circuit between the wirings. When the interlayer connection hole is deeply etched, the occurrence of a short circuit between the wiring and the underlying semiconductor substrate or the underlying wiring does not occur. Since the holes are not integrated with the interlayer connection holes unlike the conventional case, the holes 107 between the first wirings can be reliably formed, and the capacitance between the wirings can be reduced.
A semiconductor device capable of high-speed operation can be realized.

【0051】なお、上記第1および第2の実施の形態に
おいて製造される半導体装置は、層間接続用金属プラグ
(図5の104、図12の115)の平面形状がほぼ四
角形であり、そのプラグ幅が第1の配線(図5,図12
の103)の配線幅と同一寸法になっている。
In the semiconductor devices manufactured in the first and second embodiments, the planar shape of the metal plug for interlayer connection (104 in FIG. 5 and 115 in FIG. 12) is substantially square. The width of the first wiring (FIGS. 5 and 12)
103) has the same dimensions as the wiring width.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明の請求項1の半導体装置の製造方
法によれば、第1の配線用の第1の金属層と層間接続用
金属プラグ形成用の第2の金属層とを堆積し、それらを
同一の第1のレジストをマスクにエッチングして第1の
配線の形状とした後、第2のレジストをマスクに第2の
金属層のみをエッチングして層間接続用金属プラグを形
成することにより、層間接続用金属プラグは、第1の配
線上からずれることなく第1の配線上に確実に形成さ
れ、層間接続用金属プラグと第1の配線との接続不良を
防止できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the first aspect of the present invention, a first metal layer for a first wiring and a second metal layer for forming a metal plug for interlayer connection are deposited. And etching them using the same first resist as a mask to form a first wiring, and then etching only the second metal layer using the second resist as a mask to form a metal plug for interlayer connection. Thus, the metal plug for interlayer connection is securely formed on the first wiring without being shifted from the first wiring, and a poor connection between the metal plug for interlayer connection and the first wiring can be prevented.

【0053】本発明の請求項2の半導体装置の製造方法
によれば、第1の配線用の第1の金属層上に形成する第
1のハードマスク層を第1の配線の形状に加工し、さら
に第2のレジストをマスクに第1のハードマスク層をエ
ッチングして層間接続用金属プラグの形成領域部分の第
1の金属層を露出させ、その露出部分をめっきして層間
接続用金属プラグを形成し、第1のハードマスク層と層
間接続用金属プラグ上にのみ形成した第2のハードマス
ク層とをマスクとして第1の金属層をエッチングして第
1の配線を形成することにより、層間接続用金属プラグ
は、第1の配線上からずれることなく第1の配線上に確
実に形成され、層間接続用金属プラグと第1の配線との
接続不良を防止できる。また、層間接続用金属プラグは
第1の配線となる第1の金属層の露出部分をめっきして
形成されるため、層間接続用金属プラグと第1の配線と
の接続部での接続抵抗の上昇を回避することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the second aspect of the present invention, the first hard mask layer formed on the first metal layer for the first wiring is processed into the shape of the first wiring. And etching the first hard mask layer using the second resist as a mask to expose the first metal layer in a region where the metal plug for interlayer connection is formed, and plating the exposed portion to form the metal plug for interlayer connection. Is formed, and the first metal layer is etched using the first hard mask layer and the second hard mask layer formed only on the metal plug for interlayer connection as a mask to form a first wiring. The metal plug for interlayer connection is securely formed on the first wiring without being shifted from the first wiring, and a poor connection between the metal plug for interlayer connection and the first wiring can be prevented. In addition, since the metal plug for interlayer connection is formed by plating the exposed portion of the first metal layer serving as the first wiring, the connection resistance at the connection between the metal plug for interlayer connection and the first wiring is reduced. Ascent can be avoided.

【0054】また、請求項1,請求項2のいずれの製造
方法も、層間接続用金属プラグを形成した後に層間絶縁
膜を形成するため、従来のように層間絶縁膜に層間接続
孔を開口する必要がない。このように層間接続孔を開口
しないため、従来のようにアライメントずれが生じ、さ
らに層間接続孔が深くエッチングされた場合に、層間接
続用金属によって配線とその下層の半導体基板あるいは
下層の配線とが接続し、ショート不良が発生するという
ような問題は生じない。
Also, in any of the manufacturing methods of claims 1 and 2, since the interlayer insulating film is formed after the formation of the metal plug for interlayer connection, an interlayer connection hole is opened in the interlayer insulating film as in the prior art. No need. Since the interlayer connection hole is not opened in this manner, misalignment occurs as in the related art, and when the interlayer connection hole is deeply etched, the wiring and the underlying semiconductor substrate or the underlying wiring are formed by the interlayer connection metal. There is no problem such as the occurrence of short circuit due to connection.

【0055】さらに、本発明の請求項3の半導体装置の
製造方法によれば、第1の配線の配線間でかつ層間接続
用金属プラグの上面よりも低い位置に空孔が形成される
ように層間絶縁膜を形成し、このように、配線間に空孔
が形成されることにより配線間容量を小さく抑えること
ができる。また、従来のように層間絶縁膜に層間接続孔
を開口しないため、従来のようにアライメントずれによ
り層間接続孔と空孔が一体化し、その領域に層間接続用
金属が入ることによって配線間のショート不良が発生す
るというような問題は生じない。このように、従来のよ
うに空孔が層間接続孔と一体化して空孔に層間接続用金
属が入ることがないため、第1の配線間の空孔も確実に
形成でき、配線間容量を小さく抑え、高速動作が可能な
半導体装置を実現できる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the third aspect of the present invention, holes are formed between the first wirings and at a position lower than the upper surface of the metal plug for interlayer connection. By forming an interlayer insulating film and thus forming holes between the wirings, the capacitance between the wirings can be reduced. Also, since the interlayer connection hole is not opened in the interlayer insulating film as in the conventional case, the interlayer connection hole and the hole are integrated due to misalignment as in the conventional case, and the metal for the interlayer connection enters the region, thereby causing a short circuit between the wirings. There is no problem that a defect occurs. As described above, since the holes are integrated with the interlayer connection holes and the metal for interlayer connection does not enter the holes as in the related art, the holes between the first wirings can also be reliably formed, and the capacity between the wirings can be reduced. A semiconductor device which can be kept small and can operate at high speed can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを上
から見た平面図である。
FIG. 1A is a process sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view showing the same from above.

【図2】(a)は本発明の第1の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを上
から見た平面図である。
FIG. 2A is a sectional view showing a step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a plan view of the same as viewed from above.

【図3】(a)は本発明の第1の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを上
から見た平面図である。
FIG. 3A is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a plan view illustrating the same from above.

【図4】(a)は本発明の第1の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを上
から見た平面図である。
FIG. 4A is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a plan view of the same, viewed from above.

【図5】(a)は本発明の第1の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを上
から見た平面(透視)図である。
FIG. 5A is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a plan (perspective) view thereof as viewed from above.

【図6】(a)は本発明の第2の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを上
から見た平面図である。
FIG. 6A is a process sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a plan view showing the same from above.

【図7】(a)は本発明の第2の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを上
から見た平面図である。
FIG. 7A is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a plan view of the same, viewed from above.

【図8】(a)は本発明の第2の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを上
から見た平面図である。
FIG. 8A is a process sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a plan view showing the same from above.

【図9】(a)は本発明の第2の実施の形態に係る半導
体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを上
から見た平面図である。
FIG. 9A is a cross-sectional view showing a step in a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a plan view of the same as viewed from above.

【図10】(a)は本発明の第2の実施の形態に係る半
導体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを
上から見た平面図である。
FIG. 10A is a sectional view showing a step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a plan view of the same as viewed from above.

【図11】(a)は本発明の第2の実施の形態に係る半
導体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを
上から見た平面図である。
FIG. 11A is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a plan view of the same, viewed from above.

【図12】(a)は本発明の第2の実施の形態に係る半
導体装置の製造方法を示す工程断面図、(b)はそれを
上から見た平面(透視)図である。
FIG. 12A is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a plan (perspective) view of the same viewed from above.

【図13】従来の半導体装置の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 13 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device.

【図14】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。
FIG. 14 is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a conventional semiconductor device.

【図15】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面
図である。
FIG. 15 is a process sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 半導体基板 102 絶縁膜 103 第1の金属層 104 第2の金属層 105,106,112,114 レジスト 107 空孔 108 層間絶縁膜 111,116 ハードマスク層 113 埋め込み材料 115 層間接続用金属プラグ Reference Signs List 101 semiconductor substrate 102 insulating film 103 first metal layer 104 second metal layer 105, 106, 112, 114 resist 107 hole 108 interlayer insulating film 111, 116 hard mask layer 113 filling material 115 metal plug for interlayer connection

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 JJ08 JJ18 KK08 KK11 KK18 MM05 NN03 NN19 PP27 QQ08 QQ24 QQ28 QQ31 QQ48 RR29 SS15 XX15 XX24  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F033 JJ08 JJ18 KK08 KK11 KK18 MM05 NN03 NN19 PP27 QQ08 QQ24 QQ28 QQ31 QQ48 RR29 SS15 XX15 XX24

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の配線上に層間絶縁膜を介して第2
の配線が形成され、前記層間絶縁膜を貫通する層間接続
用金属プラグにより前記第1の配線と前記第2の配線と
が接続された半導体装置の製造方法であって、 絶縁膜上に前記第1の配線用の第1の金属層を堆積する
工程と、 前記第1の金属層上に第2の金属層を堆積する工程と、 前記第2の金属層の表面に第1のレジストを塗布し前記
第1の配線の形状にパターンニングする工程と、 前記第1のレジストをマスクに前記第2の金属層をエッ
チングするとともに前記第1の金属層をエッチングして
前記第1の配線を形成する工程と、 前記第1のレジストを除去した後、第2のレジストを塗
布し前記第1の配線の形状に加工された前記第2の金属
層の前記層間接続用金属プラグの形成領域部分を覆うよ
うにパターンニングする工程と、 前記第2のレジストをマスクに前記第2の金属層のみを
エッチングすることにより残存する前記第2の金属層か
らなる前記層間接続用金属プラグを形成する工程と、 前記第2のレジストを除去した後、前記層間絶縁膜を全
面に形成する工程と、 前記層間接続用金属プラグの上面を露出させる工程と、 前記層間接続用金属プラグの上面を露出させた後、全面
に第3の金属層を形成し、前記第3の金属層を所望の形
状にエッチングして前記第2の配線を形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first wiring provided on the first wiring via an interlayer insulating film;
Wherein the first wiring and the second wiring are connected by a metal plug for interlayer connection penetrating the interlayer insulating film, wherein the second wiring is formed on the insulating film. Depositing a first metal layer for one wiring; depositing a second metal layer on the first metal layer; applying a first resist to a surface of the second metal layer Patterning the shape of the first wiring, etching the second metal layer using the first resist as a mask, and etching the first metal layer to form the first wiring And after removing the first resist, apply a second resist to form a portion of the second metal layer, which is processed into the shape of the first wiring, in the region where the metal plug for interlayer connection is formed. Patterning so as to cover; Forming the metal plug for interlayer connection consisting of the remaining second metal layer by etching only the second metal layer using the resist as a mask, after removing the second resist, Forming an interlayer insulating film on the entire surface; exposing an upper surface of the metal plug for interlayer connection; exposing an upper surface of the metal plug for interlayer connection; forming a third metal layer on the entire surface; Forming the second wiring by etching the third metal layer into a desired shape.
【請求項2】 第1の配線上に層間絶縁膜を介して第2
の配線が形成され、前記層間絶縁膜を貫通する層間接続
用金属プラグにより前記第1の配線と前記第2の配線と
が接続された半導体装置の製造方法であって、 絶縁膜上に前記第1の配線用の第1の金属層を堆積する
工程と、 前記第1の金属層上に第1のハードマスク層を堆積する
工程と、 前記第1のハードマスク層の表面に第1のレジストを塗
布し前記第1の配線の形状にパターンニングする工程
と、 前記第1のレジストをマスクに前記第1のハードマスク
層をエッチングする工程と、 前記第1のレジスト以外の部分に埋め込み材料を埋め込
む工程と、 前記第1のレジストを除去した後、第2のレジストを塗
布し前記層間接続用金属プラグの形成領域部分を開口す
るようにパターンニングする工程と、 前記第2のレジストをマスクに前記第1のハードマスク
層をエッチングし前記第1の金属層を露出させる工程
と、 前記第2のレジストを除去した後、電解めっき法により
前記露出した第1の金属層の表面をめっきすることによ
りそのめっき形成部分からなる前記層間接続用金属プラ
グを形成する工程と、 前記層間接続用金属プラグ上にのみ第2のハードマスク
層を堆積する工程と、 前記埋め込み材料を除去する工程と、 前記第1のハードマスク層と第2のハードマスク層とを
マスクとして前記第1の金属層をエッチングして前記第
1の配線を形成する工程と、 前記第1および第2のハードマスク層を除去した後、前
記層間絶縁膜を全面に形成する工程と、 前記層間接続用金属プラグの上面を露出させる工程と、 前記層間接続用金属プラグの上面を露出させた後、全面
に第2の金属層を形成し、前記第2の金属層を所望の形
状にエッチングして前記第2の配線を形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A method according to claim 1, wherein the second wiring is formed on the first wiring via an interlayer insulating film.
Wherein the first wiring and the second wiring are connected by a metal plug for interlayer connection penetrating the interlayer insulating film, wherein the second wiring is formed on the insulating film. Depositing a first metal layer for one wiring, depositing a first hard mask layer on the first metal layer, and depositing a first resist on a surface of the first hard mask layer. Applying a pattern to the shape of the first wiring, etching the first hard mask layer using the first resist as a mask, and filling an embedding material in portions other than the first resist. A step of embedding, a step of applying a second resist after removing the first resist, and patterning so as to open an area where the metal plug for interlayer connection is formed, and a step of using the second resist as a mask Said Etching a first hard mask layer to expose the first metal layer; and removing the second resist, plating the exposed surface of the first metal layer by an electrolytic plating method. Forming the metal plug for interlayer connection composed of the plating formation portion, depositing a second hard mask layer only on the metal plug for interlayer connection, removing the burying material, Forming the first wiring by etching the first metal layer using the first hard mask layer and the second hard mask layer as masks; and removing the first and second hard mask layers. Forming the interlayer insulating film on the entire surface; exposing the upper surface of the metal plug for interlayer connection; exposing the upper surface of the metal plug for interlayer connection; Forming the second metal layer, and etching the second metal layer into a desired shape to form the second wiring.
【請求項3】 層間絶縁膜は、第1の配線の配線間でか
つ層間接続用金属プラグの上面よりも低い位置に空孔が
形成されるように形成することを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の半導体装置の製造方法。
3. The interlayer insulating film according to claim 1, wherein holes are formed between the first wirings and at a position lower than the upper surface of the metal plug for interlayer connection. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 2.
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