JP2002170883A - Method for fabricating wiring structure for semiconductor device - Google Patents

Method for fabricating wiring structure for semiconductor device

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JP2002170883A
JP2002170883A JP2000367264A JP2000367264A JP2002170883A JP 2002170883 A JP2002170883 A JP 2002170883A JP 2000367264 A JP2000367264 A JP 2000367264A JP 2000367264 A JP2000367264 A JP 2000367264A JP 2002170883 A JP2002170883 A JP 2002170883A
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JP
Japan
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wiring
film
insulating film
wiring structure
manufacturing
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Application number
JP2000367264A
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Japanese (ja)
Inventor
Munehiro Tada
宗弘 多田
Taku Ogura
卓 小倉
Yoshihiro Hayashi
喜宏 林
Tatsuro Nagahara
達郎 長原
Hideki Matsuo
英樹 松尾
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NEC Corp
Clariant Japan KK
Original Assignee
NEC Corp
Clariant Japan KK
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fabrication method by which a fine wiring structure is formable without using dry etching or ashing process of a wiring trench for a multiple layer fine wiring in a semiconductor device, at the same time the simplification of wiring process, the improvement of wiring reliability, and cost reduction are achieved. SOLUTION: A desirable wiring trench is formed by ultra violet lithography using insulation film comprising essentially of polysilazane as an interlayer insulation film 404 with ultraviolet ray photoactivity. A desirable developing property is obtainable by carrying out simultaneously humidifying heating process by steam. The wiring trench becomes a fixed wiring 408 by being filled with Cu film 407 and carrying out CMP. An anti reflection and protection film 405 is used as a topcoat for ensuring the stability of the photoactive insulation film in air, and for suppressing multiple interferences in exposure. The used protection film 405 is removed at the same time, or before or later with development.

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、配線構造とその製
造方法に関し、さらに詳しくは、層間絶縁膜に配線溝や
ビアホールを形成し、その上に導電性膜を堆積した後、
化学的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polish
ing)法などによって余剰な導電性膜を除去し、配線溝
やビアホールに内に導電性膜を埋め込む、いわゆるダマ
シン(Damascene)法を用いた配線構造とその製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to forming a wiring groove or a via hole in an interlayer insulating film and depositing a conductive film thereon.
Chemical mechanical polishing (CMP)
In addition, the present invention relates to a wiring structure using a so-called Damascene method, in which an excess conductive film is removed by a method such as an ining method, and a conductive film is buried in a wiring groove or a via hole, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、集積回路(IC)における配線材
料には、アルミニウム(Al)もしくはAl合金が、配
線間及び配線層間の絶縁膜にはシリコン酸化膜(SiO
2)が広く用いられてきた。しかし、大規模集積回路
(LSI)の微細化の進行に伴い、配線における信号伝
送の遅延を抑制、低減する上で、配線抵抗の低減のため
に配線材には銅(Cu)が、配線間容量の低減のために
配線間及び配線層間の絶縁膜には誘電率の低い有機物や
空孔を含んだシリコン酸化膜が使用されるようになって
きた。しかし、Cuを主成分とする配線を用いる場合に
おいては、シリコン(Si)半導体層中やSiO2をは
じめとする絶縁膜中におけるCuの拡散が、Alよりも
速いので、トランジスタをはじめとするシリコンデバイ
ス部へのCuの侵入や配線間の絶縁耐圧劣化等を防いで
信頼性を確保するために、Cu配線の周囲にそのCuの
拡散を防止するバリア膜を形成することが必要となる。
2. Description of the Related Art Conventionally, aluminum (Al) or Al alloy is used as a wiring material in an integrated circuit (IC), and a silicon oxide film (SiO 2) is used as an insulating film between wirings and between wiring layers.
2 ) has been widely used. However, with the progress of miniaturization of large-scale integrated circuits (LSI), copper (Cu) is used as a wiring material in order to reduce wiring resistance in order to suppress and reduce signal transmission delay in wiring, and to reduce wiring resistance. In order to reduce capacitance, a silicon oxide film containing an organic substance having a low dielectric constant or vacancies has been used as an insulating film between wirings and between wiring layers. However, in the case of using a wiring containing Cu as a main component, diffusion of Cu in a silicon (Si) semiconductor layer or an insulating film such as SiO 2 is faster than that of Al. In order to prevent the intrusion of Cu into the device portion and the deterioration of the withstand voltage between the wirings and to secure the reliability, it is necessary to form a barrier film around the Cu wiring to prevent the diffusion of the Cu.

【0003】このCuを用いた配線構造の形成において
は、工程の簡略化とプロセスコストダウンが必要とされ
ており、デュアルダマシン(dual Damascene)法の実用化
や、感光性材料の提案などがされている。以下、Cu膜
の下面及び側面をCuの拡散防止(バリア)膜となる導
体膜で覆う従来の配線構造とその製造方法について説明
する。
In the formation of the wiring structure using Cu, simplification of the process and reduction of the process cost are required, and practical use of a dual damascene method and proposal of a photosensitive material have been made. ing. Hereinafter, a conventional wiring structure in which a lower surface and side surfaces of a Cu film are covered with a conductor film serving as a Cu diffusion prevention (barrier) film and a method of manufacturing the same will be described.

【0004】[従来技術1]現在一般に用いられるダマ
シン法を用いた従来の配線構造の製造方法に関して、図
1を用いて説明する。図1は、この配線構造の製造工程
を工程順に示す断面図である。
[Prior Art 1] A conventional method of manufacturing a wiring structure using a damascene method generally used now will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view showing the steps of manufacturing the wiring structure in the order of steps.

【0005】シリコン基板101上に酸化シリコン膜1
02、SiON膜103、酸化シリコン膜104を順次
堆積し[図1(a)]、その上にレジストパターン10
5を形成する[図1(b)]。そしてレジストパターン
105をマスクとする異方性エッチングによって酸化シ
リコン膜104をエッチングし、レジストパターン10
5を除去することで配線溝を形成する[図1(c)]。
A silicon oxide film 1 is formed on a silicon substrate 101.
02, a SiON film 103 and a silicon oxide film 104 are sequentially deposited (FIG. 1A), and a resist pattern 10 is formed thereon.
5 is formed [FIG. 1 (b)]. Then, the silicon oxide film 104 is etched by anisotropic etching using the resist pattern 105 as a mask.
5 is removed to form a wiring groove [FIG. 1 (c)].

【0006】次にこの全表面に、ここでは導体からなる
バリア膜106を成膜後、Cu膜107を成膜する[図
1(d)]。化学機械研磨(CMP)によって配線溝内
もしくはビアホール内以外の余剰なCu膜107を除去
し、同様に余剰なバリア膜106を除去する[図1
(e)]。その後、絶縁体からなるバリア膜108を成
膜することで、下面及び側面を導体であるバリア膜10
6で、上面を絶縁体からなるバリア膜108で覆われた
Cu配線構造が形成される[図1(f)]。この導体か
らなるバリア膜には、Cuの拡散防止能力が高いこと、
下地となる絶縁物及びCu配線部との密着性、プロセス
上の熱的安定性等の理由から、高融点であるチタン(T
i)、タンタル(Ta)、タングステン(W)などの金
属及びそれらの金属の窒化物、またはそれらにSiなど
を添加した3元系もしくは4元系の窒化物、もしくはそ
れらを積層したものが用いられる。一方、上面の絶縁体
バリア膜には同様に、Cuの拡散防止能力が高いこと、
下地となる絶縁物及びCu配線部との密着性、プロセス
上の熱的安定性等の理由から、シリコン(Si)の窒化
物(SiN)もしくは炭化物(SiC)などが用いられ
る。
Next, a Cu film 107 is formed on the entire surface after forming a barrier film 106 made of a conductor here (FIG. 1D). Excess Cu film 107 other than in the wiring groove or the via hole is removed by chemical mechanical polishing (CMP), and the excess barrier film 106 is similarly removed [FIG.
(E)]. Thereafter, a barrier film 108 made of an insulator is formed, so that the lower surface and the side surfaces of the barrier film 108 are conductors.
6, a Cu wiring structure whose upper surface is covered with the barrier film 108 made of an insulator is formed [FIG. 1 (f)]. The barrier film made of this conductor has a high Cu diffusion preventing ability,
Titanium (T) having a high melting point is used for reasons such as adhesion to the underlying insulator and the Cu wiring portion and thermal stability in the process.
i) a metal such as tantalum (Ta) or tungsten (W) and a nitride of the metal, or a ternary or quaternary nitride obtained by adding Si or the like to them, or a laminate of them Can be On the other hand, the insulating barrier film on the upper surface also has a high Cu diffusion preventing ability,
Silicon (Si) nitride (SiN) or carbide (SiC) or the like is used for reasons such as adhesion to a base insulating material and a Cu wiring portion and thermal stability in a process.

【0007】[従来技術2]現在一般に用いられるデュ
アルダマシン法を用いた配線構造の製造方法に関して、
図2を用いて説明する。図2(a)に示すようにシリコ
ン基板上に作製したCu配線210上に、窒化シリコン
膜201、酸化シリコン膜202、SiON膜203、
酸化シリコン膜204を順次堆積し[図2(b)]、そ
の上にビアホールに対応するレジストパターン205を
形成する[図2(c)]。そしてレジストパターン20
5をマスクとする異方性エッチングによって酸化シリコ
ン膜202、SiON膜203、酸化シリコン膜204
を順次エッチングした後、レジストパターン205を除
去することでビアホール212を形成する[図2
(d)]。
[Prior Art 2] Regarding a method of manufacturing a wiring structure using a dual damascene method generally used at present,
This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, a silicon nitride film 201, a silicon oxide film 202, a SiON film 203,
A silicon oxide film 204 is sequentially deposited (FIG. 2B), and a resist pattern 205 corresponding to a via hole is formed thereon (FIG. 2C). And the resist pattern 20
Silicon oxide film 202, SiON film 203, silicon oxide film 204 by anisotropic etching using mask 5 as a mask.
Are sequentially etched, and the via hole 212 is formed by removing the resist pattern 205 [FIG.
(D)].

【0008】次に、ビアホール212上に配線溝に対応
するレジストパターン(トレンチパターン)206を形
成し[図2(e)]、トレンチパターン206をマスク
に異方性エッチングによって配線溝213に相当する酸
化シリコン膜204を除去する。そしてレジストパター
ン206を除去後、エッチングによってビアホール21
2の底にある窒化シリコン膜201を除去し、これによ
って底部にCuが露出したビアホール及び配線溝が形成
される[図2(f)]。
Next, a resist pattern (trench pattern) 206 corresponding to the wiring groove is formed on the via hole 212 (FIG. 2E), and the trench pattern 206 is used as a mask to correspond to the wiring groove 213 by anisotropic etching. The silicon oxide film 204 is removed. After removing the resist pattern 206, the via holes 21 are etched.
Then, the silicon nitride film 201 at the bottom of the substrate 2 is removed, thereby forming a via hole and a wiring groove in which Cu is exposed at the bottom [FIG. 2 (f)].

【0009】次にこの全表面に、導体からなるバリア膜
207を成膜し、Cu膜208を成膜する[図2
(g)]。CMPによって配線溝内もしくはビアホール
内以外の余剰なCu膜208を除去し、同様に余剰なバ
リア膜208を除去し、その後、絶縁体からなるバリア
膜209を成膜することで、下面及び側面を導体である
バリア層で、上面を絶縁膜であるバリア層で覆われたC
u配線211が形成される[図2(h)]。
Next, a barrier film 207 made of a conductor is formed on the entire surface, and a Cu film 208 is formed [FIG.
(G)]. The surplus Cu film 208 other than in the wiring groove or the via hole is removed by CMP, the surplus barrier film 208 is similarly removed, and then a barrier film 209 made of an insulator is formed. C whose upper surface is covered with a barrier layer which is an insulating film by a barrier layer which is a conductor
The u wiring 211 is formed [FIG. 2 (h)].

【0010】[従来技術3]さらに、絶縁膜として感光
性材料を用いることも提案されている。感光性材料をダ
マシン法に適用した現在提案されている配線構造の製造
方法に関して、図3を用いて説明する。
[Prior Art 3] It has also been proposed to use a photosensitive material as an insulating film. With reference to FIG. 3, a description will be given of a currently proposed method of manufacturing a wiring structure in which a photosensitive material is applied to a damascene method.

【0011】まず、シリコン基板301上に酸化シリコ
ン膜302を堆積し[図3(a)]、続いて感光性材料
を塗布し、これをベークすることで感光性絶縁膜304
を形成する[図3(b)]。この感光性絶縁膜304と
しては、ポリイミド、ポリアミド酸、ベンゾシクロブテ
ン、ポリオキシベンゾール(PBO)などを基質とした
ベース材料にポジ型感光材を添加した材料が用いられ
る。ここでは例えばPBOをベースとするポジ型感光製
樹脂として、住友ベークライト株式会社製のCRC83
00(商品名)を用いた場合を説明する。図3(c)に
示すように、所望の配線溝を形成するため、感光性絶縁
膜304に紫外線を露光し、潜像を形成する。ここでフ
ォトマスクには、合成石英などから構成された透明基板
上にクロム(Cr)などの金属膜からなる遮光膜が所定
のところに形成され、遮光部と透過部から配線パターン
が形成されている。ここではポジ型の感光性樹脂を用い
ているため、フォトマスクパターンは透過部で構成され
ている。続いて現像を行うことで感光性樹脂からなる配
線溝を形成する[図3(d)]。現像にはアルカリ水溶
液の現像液を用いる。次に配線溝が形成された樹脂層を
硬化するため、窒素雰囲気下で150℃で30分加熱
し、続けて310℃〜320℃の温度で30分間加熱す
る。
First, a silicon oxide film 302 is deposited on a silicon substrate 301 (FIG. 3A), and then a photosensitive material is applied and baked to form a photosensitive insulating film 304.
Is formed [FIG. 3 (b)]. As the photosensitive insulating film 304, a material obtained by adding a positive photosensitive material to a base material using polyimide, polyamic acid, benzocyclobutene, polyoxybenzol (PBO) or the like as a substrate is used. Here, for example, as a positive photosensitive resin based on PBO, CRC83 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd. is used.
The case where 00 (product name) is used will be described. As shown in FIG. 3C, in order to form a desired wiring groove, the photosensitive insulating film 304 is exposed to ultraviolet light to form a latent image. Here, on the photomask, a light-shielding film made of a metal film such as chromium (Cr) is formed at a predetermined position on a transparent substrate made of synthetic quartz or the like, and a wiring pattern is formed from the light-shielding portion and the transmitting portion. I have. Here, since a positive photosensitive resin is used, the photomask pattern is constituted by a transmission portion. Subsequently, a wiring groove made of a photosensitive resin is formed by performing development [FIG. 3D]. For the development, an alkaline aqueous solution developer is used. Next, in order to cure the resin layer in which the wiring groove is formed, the resin layer is heated at 150 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, and subsequently heated at a temperature of 310 ° C. to 320 ° C. for 30 minutes.

【0012】その後、図3(e)に示すように硬化処理
されて感光性が消失した樹脂層305に、ここでは導体
からなるバリア膜306を成膜後、Cu膜307を成膜
する[図3(f)]。CMPによって配線溝内もしくは
ビアホール内以外の余剰なCu膜307を除去し、同様
に余剰なバリア膜306を除去し、ダマシン配線を形成
する[図3(g)]。
Thereafter, as shown in FIG. 3E, a barrier film 306 made of a conductor is formed on the resin layer 305 which has been cured and has lost the photosensitivity, and then a Cu film 307 is formed. 3 (f)]. Excess Cu film 307 other than in the wiring groove or the via hole is removed by CMP, and the excess barrier film 306 is similarly removed to form a damascene wiring (FIG. 3G).

【0013】なお、このような感光性層間材料を用いた
ダマシン構造の銅配線を有する配線構造に関する提案と
しては、例えば特開2000−138219号公報等に
開示されたものがある。
A proposal for a wiring structure having a damascene-structured copper wiring using a photosensitive interlayer material is disclosed in, for example, JP-A-2000-138219.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の方法で
は、次に示すような問題点があった。
The above-mentioned conventional method has the following problems.

【0015】従来技術1では層間膜の低誘電率化が必要
とされているとともに、工程数が多く、加えて製造装置
も多くなりコストアップにつながっていた。
In the prior art 1, the dielectric constant of the interlayer film is required to be reduced, and the number of steps is increased, and the number of manufacturing apparatuses is increased, leading to an increase in cost.

【0016】従来技術2を、低誘電率膜にダマシン配線
を形成する工程に適用した場合には、その低誘電率膜中
に配線を形成するための配線溝やビアホールを、レジス
トを用いたフォトリソグラフィとエッチングを用いた加
工技術を用いて形成するが、低誘電率膜のエッチングと
(エッチング後の)アッシングには加工上の課題が多
く、また、微細な配線パターンの形成には工程数が多
く、加えて製造装置も多くなりコストアップにつながっ
ていた。
When the prior art 2 is applied to a process of forming a damascene wiring in a low dielectric constant film, a wiring groove or a via hole for forming a wiring in the low dielectric constant film is formed by photolithography using a resist. It is formed using a processing technique using lithography and etching. However, etching and ashing (after etching) of a low dielectric constant film have many processing problems, and forming a fine wiring pattern requires many steps. In addition, the number of manufacturing apparatuses increases, leading to an increase in cost.

【0017】それらに対し従来技術3、特に特開200
0−138219号公報等に開示された技術は、有機感
光材料を絶縁膜として用いることで、エッチング、アッ
シング工程を不用としている。しかしながら、前述の公
報に記される有機感光性材料では、第1に耐熱性が低い
ため、実用的な多層配線、特に配線材をCuとした場合
における層間絶縁膜としての適用は不可能であった。第
2にこれら公報に開示のものでは、Cuのバリア膜と感
光性材料との組み合わせを想定していないため、微細な
配線において、配線間でのCuの拡散が生じ、配線信頼
性が低下することが容易に予想される。第3には紫外線
を直接照射したフォトリソグラフィによるパターニング
を行っているため、微細なパターンを形成することが困
難であった。特に、図11に示すように、シリコン基板
1101上に酸化シリコン膜1102、SiON膜11
03、感光性層間膜1104を順次堆積し紫外線を用い
て露光を行った場合、無機のバリア膜が介在するため
に、実際には感光性層間膜1104から形成される溝側
壁に反射による多重干渉が生じ、定在波がそのまま溝側
壁形状へ転写されることとなる。そのため、配線材の埋
め込みや、配線性能、配線信頼性に課題を有していた。
[0017] On the other hand, in the prior art 3, especially in JP-A-200
The technology disclosed in Japanese Patent Application No. 0-138219 uses an organic photosensitive material as an insulating film, thereby making the etching and ashing steps unnecessary. However, the organic photosensitive material described in the above-mentioned publication is firstly low in heat resistance, so that it cannot be applied as an interlayer insulating film when practical multilayer wiring is used, particularly when the wiring material is Cu. Was. Secondly, in those disclosed in these publications, a combination of a Cu barrier film and a photosensitive material is not assumed, so that in fine wiring, diffusion of Cu occurs between wirings, and wiring reliability is reduced. It is easily expected. Third, since patterning is performed by photolithography directly irradiating ultraviolet rays, it has been difficult to form a fine pattern. In particular, as shown in FIG. 11, a silicon oxide film 1102 and a SiON film 11 are formed on a silicon substrate 1101.
03. When the photosensitive interlayer film 1104 is sequentially deposited and exposed using ultraviolet rays, since the inorganic barrier film is interposed, the multiple interference due to reflection actually occurs on the groove side wall formed from the photosensitive interlayer film 1104. Occurs, and the standing wave is transferred to the groove side wall shape as it is. Therefore, there are problems in embedding the wiring material, wiring performance, and wiring reliability.

【0018】特開2000−181069号公報は、感
光性層間膜としてポリシラザンを用いることの有用性を
提案している。しかしながらこの公報に開示された技術
では、前述と同様に、リソグラフィ時における反射効果
の改善、露光条件の大気安定性の改善、焼成後の耐熱性
の改善、スループットの向上など、実際の多層配線形成
プロセスへ適用するためには、不十分であった。この公
報に開示された感光性層間膜材料は、光の照射によって
ポリシラザンのSi−N結合が開裂し、雰囲気中の水分
との反応によりシラノール(Si−OH結合)に変化
し、シラノールが現像液に溶解することでパターンを形
成することを特徴とする。具体的な課題として、第1に
露光部について選択的にシラノール化反応を進めること
が望ましいが、浸水処理では効果的に溶解性を促進する
ことができず、良好な現像特性を得ることが困難であ
り、そのための手段および条件を見出すことは容易では
なかった。第2には加湿処理時に露光部のシラノール化
反応が進むことが望ましいが、未露光部が大気時間中に
雰囲気中の水分によってシラノール化してしまうこと
で、所望の寸法のパターニングが不可能であった。第3
には未露光部について加熱を行うだけでは、膜中に未反
応のSi−N結合が残存し、膜質の悪化、詳しくは誘電
率の上昇と耐熱性の低下を招いていた。第4には特に配
線材をCuとした多層配線へ適用するためには、実用的
な多層配線のスループロセスを構築する必要があった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-181069 proposes the usefulness of using polysilazane as a photosensitive interlayer film. However, in the technology disclosed in this publication, similar to the above, actual multilayer wiring formation such as improvement of the reflection effect at the time of lithography, improvement of atmospheric stability of exposure conditions, improvement of heat resistance after firing, improvement of throughput, etc. It was not enough to apply to the process. In the photosensitive interlayer material disclosed in this publication, the Si—N bond of polysilazane is cleaved by light irradiation, and changes into silanol (Si—OH bond) by reaction with moisture in the atmosphere, and the silanol is converted into a developing solution. A pattern is formed by dissolving in As a specific problem, firstly, it is desirable to selectively promote the silanolation reaction in the exposed area, but it is difficult to effectively promote the solubility by the immersion treatment, and it is difficult to obtain good development characteristics. It was not easy to find the means and conditions for that. Secondly, it is desirable that the silanolation reaction of the exposed portion progresses during the humidification process. However, since the unexposed portion is silanolized by the moisture in the atmosphere during the atmospheric time, it is impossible to perform patterning of a desired size. Was. Third
However, simply heating the unexposed portion left unreacted Si-N bonds in the film, resulting in deterioration of the film quality, specifically, an increase in dielectric constant and a decrease in heat resistance. Fourth, in particular, in order to apply to a multilayer wiring using Cu as a wiring material, it is necessary to construct a practical multilayer wiring through process.

【0019】図12に、ここで用いられたポリシラザン
膜のフーリエ変換赤外(FT−IR)吸収スペクトルを
示すが、大気中に放置(60分引き置き後)すること
で、未露光部においてもシラノール化反応が進むことが
確認されている。
FIG. 12 shows the Fourier transform infrared (FT-IR) absorption spectrum of the polysilazane film used here. By leaving the film in the air (after leaving it for 60 minutes), even the unexposed portion can be obtained. It has been confirmed that the silanolation reaction proceeds.

【0020】そこで本発明は、かかる課題を解決するた
め、感光性低誘電率材料を用いたダマシン法によって多
層配線などの配線を形成する配線構造及びその製造方法
を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a wiring structure for forming a wiring such as a multilayer wiring by a damascene method using a photosensitive low dielectric constant material, and a method for manufacturing the same.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明の配線構造は、半
導体素子が形成された基板上における配線構造であっ
て、基板上に形成された絶縁膜と、絶縁膜に形成された
配線溝及びビアホールに銅を主成分とする金属配線材を
充填して形成された配線及び接続プラグと、を有し、絶
縁膜が対紫外線感光性を有する材料から形成されてい
る。ここで、対紫外線感光性を有する材料から形成され
ている絶縁膜は、ポリシラザンを主成分とした基質から
なる絶縁膜である。
A wiring structure according to the present invention is a wiring structure on a substrate on which a semiconductor element is formed. The wiring structure includes an insulating film formed on the substrate, a wiring groove formed on the insulating film, and a wiring groove formed on the insulating film. A wiring and a connection plug formed by filling a via hole with a metal wiring material containing copper as a main component, and the insulating film is formed of a material having photosensitivity to ultraviolet light. Here, the insulating film formed of a material having ultraviolet light sensitivity is an insulating film made of a substrate containing polysilazane as a main component.

【0022】この配線構造において、絶縁膜を複数積層
する多層配線とすることが可能であって、その場合に
は、隣接する絶縁膜の層間にバリア絶縁膜が介在させる
ことが好ましい。絶縁膜としてポリシラザンを主成分と
した基質からなるものを使用する場合には、バリア絶縁
膜としては、SiN,SiC,SiCNからなる群から
選ばれた1種以上のものによって形成されているものを
用いることが好ましい。
In this wiring structure, it is possible to form a multilayer wiring in which a plurality of insulating films are stacked. In this case, it is preferable that a barrier insulating film is interposed between adjacent insulating films. In the case where a film composed of a substrate containing polysilazane as a main component is used as the insulating film, a film formed of at least one material selected from the group consisting of SiN, SiC, and SiCN is used as the barrier insulating film. Preferably, it is used.

【0023】本発明の配線構造の製造方法は、基本的に
は、半導体素子が形成されその上に下層配線が形成され
た基板上に、対紫外線感光性を有する絶縁膜を形成する
工程と、絶縁膜の所定の領域に紫外線を照射し、絶縁膜
を露光する工程と、絶縁膜を現像することで露光部を除
去し、これによって配線溝、ビアホール及びコンタクト
ホールのうちの少なくとも1つ以上を絶縁膜に開設する
現像工程と、を有する。
The method of manufacturing a wiring structure according to the present invention basically comprises the steps of forming an insulating film having ultraviolet light sensitivity on a substrate on which a semiconductor element is formed and a lower wiring is formed thereon; A step of irradiating a predetermined region of the insulating film with ultraviolet light to expose the insulating film, and removing the exposed portion by developing the insulating film, thereby removing at least one or more of a wiring groove, a via hole, and a contact hole. And a developing step for opening the insulating film.

【0024】本発明の配線構造の製造方法において、絶
縁膜は、典型的には、ポリシラザンを主成分とした基質
からなるものである。また本発明によれば、金属配線材
は、現像工程により開設された部分に充填されることに
なる。
In the method of manufacturing a wiring structure according to the present invention, the insulating film is typically made of a substrate containing polysilazane as a main component. Further, according to the present invention, the metal wiring material is filled in the portion opened in the developing step.

【0025】本発明においては、この基本的工程群に加
え、(1)対紫外線感光性を有する絶縁膜を形成する工
程と露光する工程との間の、所定の温度で絶縁膜の加熱
を行う工程、(2)露光する工程と現像工程との間の、
露光部の溶解性を促進するための、所定の湿度及び温度
で絶縁膜の加湿及び加熱を同時に行う工程、(3)露光
する工程と加湿及び加熱を同時に行う工程との間の、所
定の温度で絶縁膜を加熱する工程、などの工程の1以上
を設けてもよい。
In the present invention, in addition to the basic steps, (1) the insulating film is heated at a predetermined temperature between the step of forming an insulating film having ultraviolet light sensitivity and the step of exposing. Step, (2) between the step of exposing and the step of developing,
A step of simultaneously humidifying and heating the insulating film at a predetermined humidity and temperature to promote the solubility of the exposed portion; and (3) a predetermined temperature between the step of exposing and the step of simultaneously humidifying and heating. , One or more steps of heating the insulating film.

【0026】さらに本発明では、対紫外線感光性を有す
る絶縁膜を形成する工程の直後に、露光特定の安定化等
のために、大気放置保護機能及び反射(多重干渉)防止
機能とを有する保護膜を絶縁膜上に形成し、遅くとも金
属配線材を充填する前にこの保護膜を除去するようにす
ることが好ましい。保護膜としては、水溶性の高分子膜
が好ましく使用される。
Further, according to the present invention, immediately after the step of forming an insulating film having photosensitivity to ultraviolet light, a protection function having a protection function for leaving in the air and a reflection (multiple interference) function for stabilizing the exposure, etc. It is preferable to form a film on the insulating film and remove the protective film at least before filling the metal wiring material. As the protective film, a water-soluble polymer film is preferably used.

【0027】またさらに本発明の製造方法では、現像工
程の後に、紫外線照射を行う工程と、紫外線照射を行う
工程に引き続いて所定の湿度及び温度で絶縁膜の加湿及
び加熱を同時に行う工程、更に加熱による硬化処理を行
う工程とを設け、感光性の消失、絶縁膜の硬化、及び絶
縁膜の耐熱性の改善、誘電率の低減を図ることが好まし
い。
Further, in the manufacturing method of the present invention, after the developing step, a step of irradiating ultraviolet rays, and a step of simultaneously humidifying and heating the insulating film at a predetermined humidity and temperature following the step of irradiating ultraviolet rays, It is preferable that a step of performing a curing treatment by heating is provided to reduce the photosensitivity, cure the insulating film, improve the heat resistance of the insulating film, and reduce the dielectric constant.

【0028】本発明の配線構造の製造方法を多層配線に
適用する場合には、金属配線材を充填する工程の後、絶
縁膜の露出表面及び金属配線材の露出表面上に絶縁性バ
リア膜を堆積することが好ましい。無機バリア膜として
は、絶縁膜にポリシラザンを基質とするものを用いる場
合であれば、SiN,SiC,SiCNからなる群から
選ばれた1種以上のものが好ましい。有機バリア膜とし
てはBCBなども有効である。また、現像工程によって
開設された配線溝の底部及び/またはビアホールの底部
に無機バリア膜が露出した場合に、この無機バリア膜を
反応性イオンエッチングもしくはスパッタリング法によ
って除去することが好ましい。
When the method for manufacturing a wiring structure of the present invention is applied to a multilayer wiring, after the step of filling the metal wiring material, an insulating barrier film is formed on the exposed surface of the insulating film and on the exposed surface of the metal wiring material. Preferably, it is deposited. As the inorganic barrier film, if a film using polysilazane as a substrate is used for the insulating film, at least one selected from the group consisting of SiN, SiC, and SiCN is preferable. BCB is also effective as an organic barrier film. Further, when the inorganic barrier film is exposed at the bottom of the wiring groove and / or the bottom of the via hole opened in the developing step, it is preferable to remove the inorganic barrier film by reactive ion etching or sputtering.

【0029】また、絶縁性のバリア膜を用いない場合に
は、Cu上に選択的に高融点の金属、例えば、Cu合金
(シリコン、タンタル、チタン、タングステン、などと
の合金)あるいはそれらの化合物を成長させ、Cuの拡
散を防ぐことが必要である。
When an insulating barrier film is not used, a metal having a high melting point is selectively formed on Cu, for example, a Cu alloy (alloy with silicon, tantalum, titanium, tungsten, etc.) or a compound thereof. To prevent Cu diffusion.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0031】(実施形態1)まず、図4(a)に示すよ
うに、半導体素子が形成された半導体基板401上にお
いて、層間絶縁膜402に配線材Wプラグ403を形成
する。その後、配線層間膜となる層間絶縁膜404を堆
積する[図4(b)]。この時、層間膜401は、例え
ばCVD(化学気相成長;Chemical Vapor Depositio
n)法により成膜されたSiO2絶縁膜であり、層間絶縁
膜404は、対紫外線感光性を有しかつ比誘電率が3.
0以下の材料からなる膜であって、例えば、ポリシラザ
ンを主成分とする基質からなり、それに光酸発生材など
を加えたものである。例えばクラリアント・ジャパン株
式会社製のポリシラザン製品が挙げられる。特に、ポリ
メチルシラザン又はフェニルシラザンと光酸発生材とを
含むポリシラザン組成物であり、詳しくは特開2000
−181069により開示されたものである。
(Embodiment 1) First, as shown in FIG. 4A, a wiring material W plug 403 is formed in an interlayer insulating film 402 on a semiconductor substrate 401 on which semiconductor elements are formed. After that, an interlayer insulating film 404 serving as a wiring interlayer film is deposited [FIG. 4B]. At this time, the interlayer film 401 is formed, for example, by CVD (Chemical Vapor Deposition).
n) is an SiO 2 insulating film formed by the method n. The interlayer insulating film 404 has ultraviolet sensitivity and a relative dielectric constant of 3.
This is a film made of a material of 0 or less, for example, a substrate composed mainly of polysilazane, to which a photoacid generator and the like are added. For example, a polysilazane product manufactured by Clariant Japan KK can be mentioned. In particular, it is a polysilazane composition containing polymethylsilazane or phenylsilazane and a photoacid generator.
-181069.

【0032】本発明で用いるポリシラザンあるいはポリ
シラザン組成物は、ポリシラザンを単独で用いたもので
あっても、ポリシラザンと他のポリマーの共重合体やポ
リシラザンと他の化合物の混合物でもよい。用いるポリ
シラザンの一般式は下式に示す通りである。
The polysilazane or polysilazane composition used in the present invention may be one using polysilazane alone, a copolymer of polysilazane and another polymer, or a mixture of polysilazane and another compound. The general formula of polysilazane used is as shown in the following formula.

【0033】[0033]

【化1】 Embedded image

【0034】(上記式中R1,R2,R3は、それぞれ単
独に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロア
ルキル基、アリール基、これらの基以外でケイ素又は水
素に直結する部分が炭素である基、アルキルシリル基、
アルキルアミノ基を表す。)またこの時、回転する基板
に溶液を塗布するスピンコーティング法によって層間絶
縁膜404を堆積することとし、回転数と溶液の粘度を
調節することで、層間絶縁膜404の塗布膜厚を制御す
ることが可能である。
(In the above formula, R 1 , R 2 , and R 3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a part other than these groups that is directly bonded to silicon or hydrogen. A group that is carbon, an alkylsilyl group,
Represents an alkylamino group. At this time, the interlayer insulating film 404 is deposited by a spin coating method of applying a solution to a rotating substrate, and the applied film thickness of the interlayer insulating film 404 is controlled by adjusting the number of rotations and the viscosity of the solution. It is possible.

【0035】次に、図4(c)に示すように、露光前の
感光性材料の表面に、保護機能と反射防止機能を有する
保護膜405をコーティングする。ただしこの保護膜4
05は、加湿加熱処理の前、もしくは現像前後もしくは
現像と同時のいずれかに除去することが必要である。保
護膜405を用いない場合には未露光部においてシラノ
ール化反応が進むのに対して、保護膜405を用いた場
合には反応が抑制できることを、赤外吸収スペクトルを
測定することで確認している。ここで用いる保護膜(コ
ーティング材)としては、層間絶縁膜404との組み合
わせが重要である。すなわち、第1には、塗布されたポ
リシラザン(層間絶縁膜404)と反射防止兼保護膜4
05のインターミキシングを防止することであり、第2
には、保護機能と反射防止機能を同時に有すること、第
3には現像液に浸漬する段階であるいはそれまでに完全
に除去されており感光性材料に悪影響を与えないこと、
が必要である。このような保護膜を構成する材料として
例えば水溶性の高分子膜が適切であることを見い出して
おり、水溶性重合体(セルロール重合体、アクリル酸重
合体、メタクリル酸重合体、N−ビニルピロリドン重合
体、ビニルアルコール重合体など、 及びこれらの誘導
体及び任意の組み合わせの共重合体)と水溶性フッ素樹
脂を混合した物などが好ましく使用される。
Next, as shown in FIG. 4C, the surface of the photosensitive material before exposure is coated with a protective film 405 having a protective function and an antireflection function. However, this protective film 4
05 needs to be removed before the humidification heat treatment, before or after the development, or simultaneously with the development. By measuring the infrared absorption spectrum, it was confirmed that the silanolation reaction proceeds in the unexposed area when the protective film 405 is not used, whereas the reaction can be suppressed when the protective film 405 is used. I have. As the protective film (coating material) used here, a combination with the interlayer insulating film 404 is important. That is, first, the applied polysilazane (interlayer insulating film 404) and the antireflection / protective film 4
05 to prevent intermixing.
Has a protective function and an anti-reflection function at the same time, and thirdly, it has been completely removed at or before the stage of immersion in a developing solution and does not adversely affect the photosensitive material.
is necessary. As a material constituting such a protective film, for example, a water-soluble polymer film has been found to be suitable, and a water-soluble polymer (cellulose polymer, acrylic acid polymer, methacrylic acid polymer, N-vinylpyrrolidone) has been found. A mixture of a polymer, a vinyl alcohol polymer, a derivative thereof and a copolymer of any combination thereof) and a water-soluble fluororesin is preferably used.

【0036】これらの膜によって膜厚10nm以上で大
気中の水分に対する十分な保護機能を果たすことも確認
している。一方、反射防止効果については、最適な保護
膜405の厚さが存在する。露光波長と保護膜405の
屈折率nに依存し、式(1)及び式(2)によって導き出すこ
とが可能である。ここでmは0以上の整数である。
It has also been confirmed that these films fulfill a sufficient protective function against moisture in the atmosphere at a film thickness of 10 nm or more. On the other hand, regarding the anti-reflection effect, there is an optimum thickness of the protective film 405. Depending on the exposure wavelength and the refractive index n of the protective film 405, it can be derived by the equations (1) and (2). Here, m is an integer of 0 or more.

【0037】 保護膜の膜厚=露光波長×(2m+1)/4n (1) 保護膜の屈折率n=(塗布後の層間絶縁膜の屈折率)1/2 (2) 例えばArF(193nm)によって露光する場合に
は、塗布直後の層間絶縁膜404の屈折率の屈折率が
2.0だとすると、保護膜405の厚さ34nmが、反
射防止には最適となる。
Film thickness of protective film = exposure wavelength × (2m + 1) / 4n (1) Refractive index n of protective film = (refractive index of interlayer insulating film after application) 1/2 (2) For example, by ArF (193 nm) In the case of exposure, assuming that the refractive index of the interlayer insulating film 404 immediately after application is 2.0, the thickness of the protective film 405 of 34 nm is optimal for antireflection.

【0038】従って、保護膜405を使用することで、
引き置きにおける大気放置安定性改善と、露光における
反射防止機能とを両立することができ、微細な配線溝の
パターニングを達成することが可能となる。
Therefore, by using the protective film 405,
It is possible to achieve both the improvement of the stability of standing in the atmosphere during the withdrawal and the antireflection function in the exposure, and to achieve the fine patterning of the wiring groove.

【0039】保護膜405の塗布後に、エッジ・バック
リンスを、例えばPGMEA/PGME(プロピレング
リコールモノメチルエーテルアセテート/プロピレング
リコールモノメチルエーテル)などを用いて行う。次
に、溶媒を蒸発させるため、40℃〜150℃の範囲で
加熱処理を行うことが望ましい。低温では下地との密着
性が不十分であり、温度が高すぎると感光性が消失する
ため、加熱処理の温度範囲は、添加している光酸発生材
の種類や濃度に応じて調節する必要がある。
After the application of the protective film 405, edge / back rinsing is performed using, for example, PGMEA / PGME (propylene glycol monomethyl ether acetate / propylene glycol monomethyl ether). Next, in order to evaporate the solvent, it is desirable to perform a heat treatment in the range of 40 ° C to 150 ° C. If the temperature is too low, the adhesion to the substrate is insufficient, and if the temperature is too high, the photosensitivity is lost. Therefore, the temperature range of the heat treatment needs to be adjusted according to the type and concentration of the photoacid generator added. There is.

【0040】次に図4(d)に示すように、露光処理、
すなわち紫外線リソグラフィーによるパターンニング、
好ましくはKrF(248nm)、ArF(193n
m)、F2(152nm)等のエキシマレーザーや、高
圧水銀灯などの光源などを用いるパターニングを行う。
露光量は用いる紫外線の種類や、光酸発生材の種類や量
に大きく依存するが、0.1mJ/cm2から1000m
J/cm2程度が良い。その後、所望の現像特性を得る
ために加湿と加熱同時処理を行う。
Next, as shown in FIG.
That is, patterning by ultraviolet lithography,
Preferably, KrF (248 nm), ArF (193n)
m), patterning is performed using an excimer laser such as F 2 (152 nm) or a light source such as a high-pressure mercury lamp.
The amount of exposure greatly depends on the type of ultraviolet light used and the type and amount of the photoacid generator, but is from 0.1 mJ / cm 2 to 1000 mJ.
J / cm 2 is good. Thereafter, simultaneous humidification and heating are performed to obtain desired development characteristics.

【0041】この加湿加熱同時処理の条件は、膜厚や溶
剤、露光量、紫外線の波長などにもよるが、湿度は25
%〜100%、温度は室温〜80℃の範囲で処理するこ
とが望ましい。特に、45%〜95%、30℃〜80℃
の条件が好ましい。 また、加熱と加湿との同時処理を
行わない場合や、処理条件が不適切は場合には、狭ピッ
チ、特に0.6μmピッチ以下の微細配線パターンにお
いて膜剥がれが生じやすくなるという結果を得ている。
The condition of the simultaneous humidifying and heating treatment depends on the film thickness, the solvent, the exposure dose, the wavelength of the ultraviolet ray, and the like.
% To 100%, and the temperature is preferably in the range of room temperature to 80 ° C. In particular, 45% to 95%, 30C to 80C
The following conditions are preferred. In addition, when simultaneous processing of heating and humidification is not performed, or when processing conditions are inappropriate, a result is obtained in which film peeling is likely to occur in a fine wiring pattern having a narrow pitch, particularly a 0.6 μm pitch or less. I have.

【0042】さらにまた、露光後加湿加熱処理前に膜内
多重干渉効果改善のためPEB(post exposure bake)処
理を80℃〜150℃の温度範囲にて1分〜5分程度行
うことも有効である。
It is also effective to perform a post exposure bake (PEB) treatment at a temperature in the range of 80 ° C. to 150 ° C. for about 1 minute to 5 minutes before the humidifying heat treatment after the exposure to improve the multiple interference effect in the film. is there.

【0043】次に、露光部を現像し、図4(e)に示す
ように、層間絶縁膜(感光性絶縁膜)404に配線溝を
形成する。この時の現像液はアルカリ水溶性の現像液、
例えば、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイド)などを用いる。
Next, the exposed portion is developed, and a wiring groove is formed in the interlayer insulating film (photosensitive insulating film) 404 as shown in FIG. At this time, the developer is an alkaline aqueous solution,
For example, TMAH (tetramethylammonium hydroxide) or the like is used.

【0044】次に、ウェハの全面に紫外線照射を1分〜
5分程度行い、感光特性を消失させる。紫外線照射後
に、再び加湿加熱処理を行う。この時の条件は、湿度は
40%〜90%、温度は室温〜80℃の範囲の雰囲気で
行うことが必要である。この加湿加熱処理によって未露
光部におけるSi−N結合を消失させることが可能とな
り、これらの条件で処理を行わない場合には、最終的に
得られる膜の耐熱性の劣化、及び比誘電率の上昇が生じ
る。その後、硬化処理として、300℃〜400℃の温
度で30分加熱する。後工程でのCuのアニール処理と
同一条件となる400℃、30分の加熱とすることが好
ましい。
Next, the entire surface of the wafer is irradiated with ultraviolet light for 1 minute to
Perform for about 5 minutes to eliminate the photosensitive properties. After the ultraviolet irradiation, the humidifying heat treatment is performed again. The conditions at this time need to be set in an atmosphere with a humidity in the range of 40% to 90% and a temperature in the range of room temperature to 80 ° C. This humidification heat treatment makes it possible to eliminate Si—N bonds in the unexposed portions. If the treatment is not performed under these conditions, the heat resistance of the finally obtained film deteriorates and the relative dielectric constant decreases. A rise occurs. Thereafter, as a curing treatment, heating is performed at a temperature of 300 ° C to 400 ° C for 30 minutes. Preferably, heating is performed at 400 ° C. for 30 minutes, which is the same condition as the Cu annealing treatment in the subsequent step.

【0045】ここで図13は、最終的に得られた膜を加
熱したときの脱ガス量を、露光後の加湿加熱処理条件ご
とに示したグラフである。脱ガス量は、質量分析におけ
る総スペクトル強度で示した。また、図14は、最終的
に得られた膜の比誘電率と、その膜を400℃まで加熱
したときの脱ガス量との関係を示すグラフである。これ
らの図から分かるように、最終的に得られる膜の特性、
特に耐熱性及び比誘電率に大きな影響を与えるため、こ
の加湿加熱処理条件が重要である。
FIG. 13 is a graph showing the degassing amount when the finally obtained film is heated for each humidifying heat treatment condition after exposure. The degassing amount was indicated by the total spectrum intensity in mass spectrometry. FIG. 14 is a graph showing the relationship between the relative dielectric constant of the finally obtained film and the outgassing amount when the film is heated to 400 ° C. As can be seen from these figures, the characteristics of the finally obtained film,
In particular, the humidification heat treatment conditions are important because they greatly affect heat resistance and relative permittivity.

【0046】一方、ウェハ全面への紫外線照射を行わな
いと、加熱処理後に得られる膜の耐熱性が劣化する。こ
の結果を図15の脱離ガススペクトルを用いて説明す
る。図15は、最終的に得られた膜を加熱したときの脱
ガス量を質量分析での総スペクトル強度で表すものとし
て、加熱温度と脱ガス量との関係を示したグラフであ
る。紫外線照射処理を行わない場合には、300℃付近
で多量の脱離ガスが発生する。したがって、膜の耐熱性
を向上させるためには、紫外線照射処理が非常に有効な
手法であることが分かる。
On the other hand, if the entire surface of the wafer is not irradiated with ultraviolet rays, the heat resistance of the film obtained after the heat treatment is deteriorated. This result will be described with reference to the desorption gas spectrum of FIG. FIG. 15 is a graph showing the relationship between the heating temperature and the amount of degassing, where the amount of degassing when the finally obtained film is heated is represented by the total spectrum intensity in mass spectrometry. When the ultraviolet irradiation treatment is not performed, a large amount of desorbed gas is generated at around 300 ° C. Therefore, it can be seen that the ultraviolet irradiation treatment is a very effective method for improving the heat resistance of the film.

【0047】また、下地のWプラグと作製した溝パター
ンにミスアライメントが生じた場合には、ウェハの全面
に前記の紫外線照射を1分〜4分程度行った後、加湿加
熱処理を行い、つづいてアルカリ水溶液、例えば、TM
AHなどに溶解させることで、容易にミスアライメント
パターンを除去し、再び対紫外線感光性を有する層間絶
縁膜404を形成することが可能である。
If misalignment occurs between the underlying W plug and the formed groove pattern, the entire surface of the wafer is irradiated with the ultraviolet rays for about 1 to 4 minutes, and then subjected to a humidifying heat treatment. Alkaline aqueous solution, for example, TM
By dissolving in AH or the like, the misalignment pattern can be easily removed and the interlayer insulating film 404 having photosensitivity to ultraviolet light can be formed again.

【0048】次にこの全表面に、図4(f)に示すよう
に、導電性のバリア膜406を成膜し、その後、スパッ
タ法によってCuシード膜を堆積し、これを電極として
電解メッキ法によってCuを堆積してCu膜407を形
成する。この時、導電性バリア膜406としては、Cu
の拡散を阻止できる、例えば、Ti,Ta,Wなどの金
属及びその窒化物またはケイ化物もしくはそれらを積層
したものを用いるのがよく、好ましくはTa/TaNの
積層したものがよい。成膜厚さは5nm〜40nmが好
ましい。また、Cuシード膜の厚さは50nm〜200
nmの範囲が好ましい。その後、200℃〜400℃の
温度範囲で、10〜30分のCu膜の結晶化アニールを
行う。特に400℃、30分程度の加熱が最適である
が、これはCuの結晶性が促進されるためである。
Next, as shown in FIG. 4 (f), a conductive barrier film 406 is formed on the entire surface, and then a Cu seed film is deposited by sputtering, and this is used as an electrode for electrolytic plating. Is deposited to form a Cu film 407. At this time, as the conductive barrier film 406, Cu
For example, a metal such as Ti, Ta, W or the like and a nitride or silicide thereof or a laminate thereof are preferably used, and a laminate of Ta / TaN is preferred. The thickness of the formed film is preferably 5 nm to 40 nm. The thickness of the Cu seed film is 50 nm to 200 nm.
The range of nm is preferred. Thereafter, crystallization annealing of the Cu film is performed in a temperature range of 200 ° C. to 400 ° C. for 10 to 30 minutes. In particular, heating at 400 ° C. for about 30 minutes is optimal, because the crystallinity of Cu is promoted.

【0049】ここで、バリア膜を用いない場合には、N
3などの窒素を含むガスプラズマを照射することで、
溝側壁部分を窒化し、Cuの拡散耐性を向上させること
も可能である。
Here, when no barrier film is used, N
By irradiating a gas plasma containing nitrogen such as H 3 ,
It is also possible to improve the diffusion resistance of Cu by nitriding the groove side wall.

【0050】続いて、図4(g)に示すように、化学機
械研磨(CMP)によって配線溝内及びビアホール内以
外の余剰なCu膜407及び余剰なバリア膜406を除
去して、Cu配線408を形成する。そして、図4
(h)に示すように、その上に絶縁性のバリア膜40
9、例えばSiC、SiCN、SiNなどを成膜する。
この時、絶縁性バリア膜409の厚さは5nm以上50
nm以下とする。これは、薄すぎるとCuの拡散バリア
性が不十分であり、厚すぎると配線間容量の増大及びビ
アホール開口時におけるエッチングに負荷がかかるため
である。上記製造方法によって、感光性を有する材料か
ら微細かつ良好な低誘電率パターンを形成することがで
きるとともに、高性能な多層配線を実用的なスループッ
トで作製することが可能となる。また、これらの絶縁性
のバリア膜の成膜直前にNH3やHeなどのプラズマに
よってCuおよび感光性絶縁膜の表面処理を行うこと
で、配線の信頼性を向上させるのも有効な手段である。
Subsequently, as shown in FIG. 4G, the excess Cu film 407 and the excess barrier film 406 other than in the wiring groove and the via hole are removed by chemical mechanical polishing (CMP), and the Cu wiring 408 is removed. To form And FIG.
As shown in (h), an insulating barrier film 40 is formed thereon.
9, for example, a film of SiC, SiCN, SiN or the like is formed.
At this time, the thickness of the insulating barrier film 409 is not less than 5 nm and not more than 50 nm.
nm or less. This is because if it is too thin, the diffusion barrier property of Cu is insufficient, and if it is too thick, a load is imposed on the etching at the time of increasing the inter-wiring capacitance and opening the via hole. According to the above manufacturing method, a fine and good low dielectric constant pattern can be formed from a photosensitive material, and a high-performance multilayer wiring can be manufactured with a practical throughput. Improving the reliability of wiring by performing surface treatment of Cu and the photosensitive insulating film by plasma such as NH 3 or He immediately before forming these insulating barrier films is also an effective means. .

【0051】以上は、配線部上に埋め込みと研磨によっ
て単層の上層配線を形成する、すなわちシングルダマシ
ン(Single Damascene)法と呼ばれる手法に本発明を適用
したものである。さらに本発明は、上層の配線層及び下
層と接続するビアホール層を形成したのち両者に配線材
を埋め込んで研磨を行う、いわゆるデュアルダマシン(D
ual Damascene)法に関しても同様に適用することができ
る。以下、デュアルダマシン法に適用した実施の形態に
ついて説明する。
The above is an application of the present invention to a method called a single damascene (Single Damascene) method in which a single-layer upper-layer wiring is formed by embedding and polishing on a wiring portion. Further, the present invention provides a so-called dual damascene (D) in which after forming an upper wiring layer and a via hole layer connected to the lower layer, a wiring material is buried in both and polished.
ual Damascene) method can be similarly applied. Hereinafter, an embodiment applied to a dual damascene method will be described.

【0052】(実施形態2)図5は、図4と同様の手法
をデュアルダマシン法に適用した際の工程を順を追って
説明したものである。 ポリシラザンの加熱や加湿条件
は、典型的には実施形態1に示すものと同一であること
が好ましい。
(Embodiment 2) FIGS. 5A and 5B sequentially explain steps when a method similar to that of FIG. 4 is applied to a dual damascene method. Typically, the heating and humidifying conditions for the polysilazane are preferably the same as those described in the first embodiment.

【0053】まず、例えば実施形態1の場合と同様の手
順により、図5(a)に示すように、半導体素子が形成
された半導体基板501上において、層間絶縁膜502
に配線材Wプラグ503を形成した後に、下層層間絶縁
膜504を堆積し、下層層間絶縁膜504に配線材50
5を形成する。下層層間絶縁膜504は、対紫外線感光
特性を有する絶縁膜から形成されており、配線材505
は、Cu及び導電性Ta/TaN積層バリア膜からな
る。さらにその上に、無機バリア膜として、SiCN膜
506を形成する。なお、図5(a)に示す下層配線構
造においては、ここに示す材料に限定されるものではな
く、例えば層間絶縁膜502及び504としてはSiO
2、HSQ、MSQ及び芳香族を含む有機ポリマーなど
を使用してもよく、配線材505としてはAg,Al、
Ni、Co、W、Si、Ti、Ta及びそれらの合金あ
るいは化合物を使用してもよく、無機バリア膜であるS
iCN膜506の代わりにSiC,SiNなどを使用し
てもよい。
First, for example, in the same procedure as in the first embodiment, as shown in FIG. 5A, an interlayer insulating film 502 is formed on a semiconductor substrate 501 on which semiconductor elements are formed.
After the wiring material W plug 503 is formed on the lower interlayer insulating film 504, the wiring material 50 is formed on the lower interlayer insulating film 504.
5 is formed. The lower interlayer insulating film 504 is formed of an insulating film having ultraviolet light sensitivity, and is formed of a wiring material 505.
Is composed of Cu and a conductive Ta / TaN laminated barrier film. Further thereon, a SiCN film 506 is formed as an inorganic barrier film. In the lower wiring structure shown in FIG. 5A, the material is not limited to the material shown here. For example, the interlayer insulating films 502 and 504 are made of SiO.sub.2.
2 , HSQ, MSQ and organic polymers containing aromatics may be used. As the wiring material 505, Ag, Al,
Ni, Co, W, Si, Ti, Ta and their alloys or compounds may be used.
Instead of the iCN film 506, SiC, SiN, or the like may be used.

【0054】次に、層間絶縁膜507をスピンコート法
を用いて堆積する。ここで層間絶縁膜507としては、
対紫外線感光性を有しかつ比誘電率が3.0以下の材料
が使用され、例えば、ポリシラザンを主成分とした基質
からなり、これに光酸発生材などを加えたものである。
クラリアント・ジャパン株式会社製のポリシラザンを用
いることができる。
Next, an interlayer insulating film 507 is deposited by using a spin coating method. Here, as the interlayer insulating film 507,
A material having ultraviolet light sensitivity and a relative dielectric constant of 3.0 or less is used. For example, the material is made of a substrate containing polysilazane as a main component, to which a photoacid generator and the like are added.
Polysilazane manufactured by Clariant Japan KK can be used.

【0055】次に図5(c)に示すように、露光前に、
感光性材料(層間絶縁膜507)の表面に、保護機能と
反射防止機能を有する保護膜508をコーティングす
る。ここで保護膜508の材質を考慮する際には層間絶
縁膜507との組み合わせを検討することが重要であ
り、例えば水溶性の高分子膜が適切である。このような
保護膜508を用いることで、引き置きにおける大気放
置安定性改善と、露光における反射防止機能とを両立す
ることができ、微細な配線溝のパターニングを達成する
ことが可能となる。
Next, as shown in FIG. 5C, before the exposure,
A protective film 508 having a protective function and an antireflection function is coated on the surface of the photosensitive material (the interlayer insulating film 507). Here, when considering the material of the protective film 508, it is important to consider a combination with the interlayer insulating film 507. For example, a water-soluble polymer film is appropriate. By using such a protective film 508, it is possible to achieve both the improvement in the stability of standing in the air during the withdrawal and the antireflection function in the exposure, and to achieve the fine patterning of the wiring groove.

【0056】保護膜508の塗布後に、エッジ・バック
リンスを、例えばPGMEA/PGMEなどを用いて行
う。次に溶媒を蒸発させるため、60℃〜120℃の範
囲で加熱処理を行う。この加熱処理は、60℃より低温
では下地との密着性が不十分であり、温度が高すぎると
感光性が消失するため、添加している光酸発生材の種類
や濃度に応じて調節する必要がある。また、露光前に、
膜内多重干渉効果改善のためPEB処理を80℃〜15
0℃の温度範囲において1分〜5分程度行うことも有効
である。
After the application of the protective film 508, edge / back rinsing is performed using, for example, PGMEA / PGME. Next, in order to evaporate the solvent, heat treatment is performed in the range of 60 ° C to 120 ° C. In this heat treatment, if the temperature is lower than 60 ° C., the adhesion to the base is insufficient, and if the temperature is too high, the photosensitivity is lost. Therefore, the heat treatment is adjusted according to the type and concentration of the photoacid generator added. There is a need. Before exposure,
PEB treatment at 80 ° C to 15 to improve the multiple interference effect in the film
It is also effective to carry out for about 1 minute to 5 minutes in a temperature range of 0 ° C.

【0057】次に図5(d)に示すように、露光処理、
すなわち紫外線リソグラフィーによるパターニング、好
ましくはKrF(248nm)、ArF(193n
m)、F 2(152nm)等のエキシマレーザーや高圧
水銀灯などの光源などによるパターニングを行い、その
後、所望の現像特性を得るために、加湿と加熱の同時処
理を行う。
Next, as shown in FIG.
That is, patterning by ultraviolet lithography
Preferably, KrF (248 nm), ArF (193n)
m), F Two(152 nm) and other high-pressure excimer lasers
Perform patterning using a light source such as a mercury lamp
Then, in order to obtain desired development characteristics, simultaneous humidification and heating are performed.
Work.

【0058】この加湿加熱同時処理の条件は、膜厚や溶
剤、露光量、紫外線の波長などにもよるが、湿度は25
%〜100%、温度は室温〜80℃の範囲で処理するこ
とが望ましい。特に、45%〜95%、30℃〜80℃
の条件が好ましい。これらの条件で処理を行わない場合
には、0.6μmピッチ以下の微細配線パターンにおい
て膜剥がれが生じるという結果を確認している。
The conditions for the simultaneous humidifying and heating treatment depend on the film thickness, solvent, exposure dose, wavelength of ultraviolet rays, etc.
% To 100%, and the temperature is preferably in the range of room temperature to 80 ° C. In particular, 45% to 95%, 30C to 80C
The following conditions are preferred. It has been confirmed that when no treatment is performed under these conditions, film peeling occurs in a fine wiring pattern having a pitch of 0.6 μm or less.

【0059】さらにまた、露光後加湿加熱処理前に膜内
多重干渉効果改善のためPEB(post exposure bake)処
理を80℃〜150℃の温度範囲にて1分〜5分程度行
うことも有効である。
Further, it is also effective to perform a PEB (post exposure bake) treatment at a temperature range of 80 ° C. to 150 ° C. for about 1 minute to 5 minutes before the humidifying heat treatment after the exposure to improve the multiple interference effect in the film. is there.

【0060】次に露光部を現像し、図5(e)に示すよ
うに感光性絶縁膜にビアホールパターン509を形成す
る。この時の現像液として、アルカリ水溶性の現像液、
例えば、TMAHなどを用いる。
Next, the exposed portion is developed to form a via hole pattern 509 in the photosensitive insulating film as shown in FIG. As a developer at this time, an alkali aqueous developer,
For example, TMAH is used.

【0061】次に、その後、ウェハの全面に紫外線照射
を1分〜5分程度行い、感光特性を消失させる。紫外線
照射後に、再び加湿加熱処理を行う。この時の条件は、
湿度は40%〜90%、温度は室温〜80℃の範囲の雰
囲気で行うことが必要である。これらの条件で処理を行
わない場合には、最終的に得られる膜の耐熱性の劣化、
及び比誘電率の上昇が生じる。続いて硬化処理として、
300℃〜400℃の温度で30分加熱する。後工程で
のCuのアニール処理と同一条件となる400℃、30
分の加熱とすることが好ましい。
Next, the entire surface of the wafer is irradiated with ultraviolet rays for about 1 to 5 minutes to eliminate the photosensitive characteristics. After the ultraviolet irradiation, the humidifying heat treatment is performed again. The condition at this time is
It is necessary to perform the treatment in an atmosphere with a humidity in the range of 40% to 90% and a temperature in the range of room temperature to 80 ° C. If the treatment is not performed under these conditions, the heat resistance of the finally obtained film deteriorates,
And an increase in the relative dielectric constant. Then, as a curing process,
Heat at a temperature of 300 ° C to 400 ° C for 30 minutes. 400 ° C., 30 which is the same condition as the annealing process of Cu in the subsequent process.
Minutes of heating.

【0062】また、下地側の配線パターンと作製したビ
アホールパターンにミスアライメントが生じた場合に
は、ウェハの全面に紫外線照射を1分〜5分程度行い、
加湿加熱処理を行った後に、アルカリ水溶液、例えば、
TMAHなどに溶解させることで、容易にミスアライメ
ントパターンを除去し、再び対紫外線感光性を有する層
間絶縁膜507を形成することが可能である。また、現
像と同時に、あるいは現像の前後において、保護膜50
8の除去を行う。
If misalignment occurs between the underlying wiring pattern and the formed via hole pattern, the entire surface of the wafer is irradiated with ultraviolet light for about 1 to 5 minutes.
After performing the humidifying heat treatment, an alkaline aqueous solution, for example,
By dissolving in TMAH or the like, the misalignment pattern can be easily removed and the interlayer insulating film 507 having photosensitivity to ultraviolet light can be formed again. At the same time as the development, or before and after the development, the protective film 50 may be used.
8 is removed.

【0063】次に、図5(f)に示すように、この感光
性が消失して形成されたビアホールパターン509上
に、スピンコートなどによって再び層間絶縁膜(感光性
絶縁膜)510を塗布し、塗布後にエッジ・バックリン
スを行う。この層間絶縁膜510としては、層間絶縁膜
507と同じものを使用できる。次に前述の温度範囲に
て加熱処理を行い、続いて反射防止兼保護膜511を塗
布する。そして、紫外線リソグラフィーによって、配線
溝パターニングを行う。この時、ビアホールパターン5
09は、すでに感光特性を消失しているため、露光処理
による影響は全く受けない。
Next, as shown in FIG. 5F, an interlayer insulating film (photosensitive insulating film) 510 is applied again on the via hole pattern 509 formed by losing the photosensitivity by spin coating or the like. After the coating, edge back rinse is performed. As the interlayer insulating film 510, the same one as the interlayer insulating film 507 can be used. Next, heat treatment is performed in the above-mentioned temperature range, and subsequently, an anti-reflection / protective film 511 is applied. Then, wiring groove patterning is performed by ultraviolet lithography. At this time, via hole pattern 5
No. 09 is already unaffected by the exposure processing since the photosensitive characteristics have already been lost.

【0064】次に、露光部を現像し、図5(g)に示す
ように感光性絶縁膜上に配線溝パターン形成する。この
時の現像液としては、アルカリ水溶性の現像液、例え
ば、TMAHなどを用いるが、ビアホールパターン50
9は、すでに硬化処理が行なわれているため、現像処理
による影響は全く受けない。
Next, the exposed portion is developed to form a wiring groove pattern on the photosensitive insulating film as shown in FIG. As a developing solution at this time, an alkali aqueous developing solution, for example, TMAH is used.
No. 9 is not affected at all by the development processing since the curing processing has already been performed.

【0065】次に、図5(h)に示すように、反応性イ
オンエッチング法あるいはスパッタリング法などによ
り、ビアホール底面の無機バリア膜であるSiCN膜5
06を除去する。この時用いるエッチング条件として
は、層間絶縁膜(感光性絶縁膜)510に対して選択比
の高いものが望ましく、例えば低バイアス下でCHF3
/Ar系ガスやCH22/Arガス系を使用するエッチ
ングが行われる。
Next, as shown in FIG. 5H, a SiCN film 5 serving as an inorganic barrier film on the bottom of the via hole is formed by a reactive ion etching method or a sputtering method.
06 is removed. The etching conditions used at this time are preferably those having a high selectivity with respect to the interlayer insulating film (photosensitive insulating film) 510, for example, CHF 3 under a low bias.
Etching using a / Ar gas or a CH 2 F 2 / Ar gas system is performed.

【0066】次に、この全表面に、図5(i)に示すよ
うに、導電性のバリア膜512を成膜した後、スパッタ
法によってCuシード膜を堆積し、これを電極として電
解メッキ法によってCuを堆積してCu膜513を形成
する。この時、導電性のバリア膜512しては、Cuの
拡散を阻止できる例えばTi,Ta,Wなどの金属及び
その窒化物またはケイ化物もしくはそれらを積層したも
のが好ましく使用される。成膜厚さは、5nm〜40n
mが好ましい。
Next, as shown in FIG. 5 (i), after a conductive barrier film 512 is formed on the entire surface, a Cu seed film is deposited by a sputtering method, and this is used as an electrode to form an electrolytic plating method. Is deposited to form a Cu film 513. At this time, as the conductive barrier film 512, a metal such as Ti, Ta, W or the like, which can prevent the diffusion of Cu, a nitride or silicide thereof, or a laminate of them is preferably used. The film thickness is 5 nm to 40 n
m is preferred.

【0067】続いて、図5(j)に示すように、CMP
法によって配線溝内及びビアホール内以外の余剰なCu
膜513及び余剰なバリア膜512を除去し、Cu配線
を形成する。そして、図5(h)に示すように、その上
に絶縁性のバリア膜514、例えばSiC、SiCN、
SiNなどの膜を成膜する。この時、絶縁性バリア膜5
14の厚さは5nm以上50nm以下とするのが望まし
い。
Subsequently, as shown in FIG.
Excess Cu other than in the wiring groove and via hole by the method
The film 513 and the excess barrier film 512 are removed, and a Cu wiring is formed. Then, as shown in FIG. 5H, an insulating barrier film 514, for example, SiC, SiCN,
A film such as SiN is formed. At this time, the insulating barrier film 5
It is desirable that the thickness of 14 be 5 nm or more and 50 nm or less.

【0068】(実施形態3)実施形態3では、図6を用
いて、感光性絶縁膜を用いるとともに、従来のフォトレ
ジスト工程とエッチング工程とを組み合わせて配線構造
を作成する例を説明する。
(Embodiment 3) In Embodiment 3, an example in which a photosensitive insulating film is used and a conventional photoresist process and an etching process are combined to form a wiring structure will be described with reference to FIG.

【0069】まず、例えば実施形態1に示した手順によ
り、図6(a)に示すように、半導体素子が形成された
半導体基板601上において、層間絶縁膜602に配線
材Wプラグ603を形成した後に、下層層間絶縁膜60
4を形成し、下層層間絶縁膜604に形成された配線溝
に配線材605を充填し、さらにその上に無機バリア膜
としてのSiCN膜606を形成する。ここで下層層間
絶縁膜604は、対紫外線感光特性を有する絶縁膜から
形成されており、配線材605はCu及び導電性Ta/
TaN積層バリア膜からなる。なお、図6(a)に示す
下層配線構造を構成する材料は、ここに示す材料に限定
されるものではなく、例えば層間絶縁膜602及び60
4には、SiO2、HSQ、MSQ及び芳香族を含む有
機ポリマーなどを用いることができ、配線材605に
は、Ag,Al、Ni、Co、W、Si、Ti、Ta及
びそれらの合金あるいは化合物などを用いることがで
き、無機バリア膜にはSiC,SiN、SiCNなどを
用いることができる。
First, according to the procedure described in the first embodiment, for example, as shown in FIG. 6A, a wiring material W plug 603 was formed on an interlayer insulating film 602 on a semiconductor substrate 601 on which a semiconductor element was formed. Later, the lower interlayer insulating film 60
4 is formed, a wiring groove formed in the lower interlayer insulating film 604 is filled with a wiring material 605, and a SiCN film 606 as an inorganic barrier film is formed thereon. Here, the lower interlayer insulating film 604 is formed of an insulating film having ultraviolet light sensitivity, and the wiring material 605 is made of Cu and conductive Ta /
It is made of a TaN laminated barrier film. The material constituting the lower wiring structure shown in FIG. 6A is not limited to the material shown here, but may be, for example, the interlayer insulating films 602 and 60.
4 can be made of an organic polymer containing SiO 2 , HSQ, MSQ, or an aromatic material, and the wiring member 605 is made of Ag, Al, Ni, Co, W, Si, Ti, Ta, or an alloy thereof. A compound or the like can be used, and SiC, SiN, SiCN, or the like can be used for the inorganic barrier film.

【0070】次に、層間絶縁膜607をスピンコート法
を用いて堆積する。ここで層間絶縁膜607としては、
対紫外線感光性を有しかつ比誘電率が3.0以下の材料
が使用され、例えば、ポリシラザンを主成分とした基質
からなり、これに光酸発生材などを加えたものである。
クラリアント・ジャパン株式会社製のポリシラザンを用
いることができる。
Next, an interlayer insulating film 607 is deposited by using a spin coating method. Here, as the interlayer insulating film 607,
A material having ultraviolet light sensitivity and a relative dielectric constant of 3.0 or less is used. For example, the material is made of a substrate containing polysilazane as a main component, to which a photoacid generator and the like are added.
Polysilazane manufactured by Clariant Japan KK can be used.

【0071】次に図6(c)に示すように、露光前に、
感光性材料(層間絶縁膜607)の表面に、保護機能と
反射防止機能を有する保護膜608をコーティングす
る。ここで保護膜608の材質を考慮する際には層間絶
縁膜607との組み合わせを検討することが重要であ
る。例えば水溶性の高分子膜が保護膜608として適切
であることを見い出しており、膜厚10nm以上で大気
中の水分に対する十分な保護機能を果たすことも確認し
ている。このような保護膜608を使用することで、引
き置きにおける大気放置安定性改善と、露光における反
射防止機能とを両立することができ、微細な配線溝のパ
ターニングを達成することが可能となる。
Next, as shown in FIG. 6C, before exposure,
A protective film 608 having a protective function and an antireflection function is coated on the surface of the photosensitive material (the interlayer insulating film 607). Here, when considering the material of the protective film 608, it is important to consider a combination with the interlayer insulating film 607. For example, a water-soluble polymer film has been found to be appropriate as the protective film 608, and it has been confirmed that a film thickness of 10 nm or more fulfills a sufficient protective function against atmospheric moisture. By using such a protective film 608, it is possible to achieve both the improvement in stability of standing in the air during the withdrawal and the antireflection function in the exposure, and to achieve the fine patterning of the wiring groove.

【0072】保護膜608の塗布後に、エッジ・バック
リンスを、例えばPGMEA/PGMEなどを用いて行
う。次に溶媒を蒸発させるため、40℃〜150℃の範
囲で加熱処理を行う。この加熱処理は、低温では下地と
の密着性が不十分であり、温度が高すぎると感光性が消
失するため、添加している光酸発生材の種類や濃度に応
じて調節する必要がある。
After the application of the protective film 608, edge / back rinsing is performed using, for example, PGMEA / PGME. Next, in order to evaporate the solvent, heat treatment is performed in a range of 40 ° C to 150 ° C. In this heat treatment, the adhesion to the base is insufficient at a low temperature, and the photosensitivity is lost if the temperature is too high. Therefore, the heat treatment needs to be adjusted according to the type and concentration of the photoacid generator added. .

【0073】次に図6(d)に示すように、露光処理、
すなわち紫外線リソグラフィーによるパターニング、好
ましくはKrF(248nm)、ArF(193n
m)、F 2(152nm)等のエキシマレーザーや高圧
水銀灯などの光源などによるパターニングを行い、その
後、所望の現像特性を得るために、加湿と加熱の同時処
理を行う。
Next, as shown in FIG.
That is, patterning by ultraviolet lithography
Preferably, KrF (248 nm), ArF (193n)
m), F Two(152 nm) and other high-pressure excimer lasers
Perform patterning using a light source such as a mercury lamp
Then, in order to obtain desired development characteristics, simultaneous humidification and heating are performed.
Work.

【0074】この加湿加熱同時処理の条件は、膜厚や溶
剤、露光量、紫外線の波長などにもよるが、湿度は25
%〜100%、温度は室温〜80℃の範囲とすることが
必要である。特に45%〜95%、30℃〜80℃の条
件が好ましい。これらの条件で処理を行わない場合に
は、0.6μmピッチ以下の微細配線パターンにおいて
膜剥がれが生じるという結果を確認している。
The conditions for the simultaneous humidifying and heating treatment depend on the film thickness, the solvent, the exposure dose, the wavelength of the ultraviolet light, and the like.
% To 100%, and the temperature must be in the range of room temperature to 80 ° C. In particular, conditions of 45% to 95% and 30 ° C to 80 ° C are preferable. It has been confirmed that when no treatment is performed under these conditions, film peeling occurs in a fine wiring pattern having a pitch of 0.6 μm or less.

【0075】また、露光後加湿加熱処理前に、膜内多重
干渉効果改善のためPEB処理を80℃〜150℃の温
度範囲において1分〜5分程度行うことも有効である。
It is also effective to perform the PEB treatment in the temperature range of 80 ° C. to 150 ° C. for about 1 minute to 5 minutes before the humidifying heat treatment after the exposure to improve the multiple interference effect in the film.

【0076】次に露光部を現像し、図6(e)に示すよ
うに感光性絶縁膜にビアホール609を形成する。この
時、現像液としては、アルカリ水溶性の現像液、例えば
TMAHなどを用いる。
Next, the exposed portion is developed to form a via hole 609 in the photosensitive insulating film as shown in FIG. At this time, an alkali-water-soluble developer such as TMAH is used as the developer.

【0077】次に、ウェハの全面に紫外線照射を1分〜
5分程度行い、感光特性を消失させる。その後、再び加
湿加熱処理を湿度は40%〜90%、温度は室温〜80
℃の範囲の雰囲気で行うことが必要である。これらの条
件で処理を行わない場合には、最終的に得られる膜の耐
熱性の劣化、及び比誘電率の上昇が生じる。その後、紫
外線照射後に、硬化処理として、300℃〜400℃の
温度で30分加熱する。後工程でのCuのアニール処理
と同一条件となる400℃、30分の加熱とすることが
好ましい。
Next, the entire surface of the wafer is irradiated with ultraviolet light for 1 minute to
Perform for about 5 minutes to eliminate the photosensitive properties. Thereafter, the humidifying heat treatment is again performed at a humidity of 40% to 90% and a temperature of room temperature to 80%.
It is necessary to perform in an atmosphere in the range of ° C. If the treatment is not performed under these conditions, the heat resistance of the finally obtained film deteriorates and the relative dielectric constant increases. Then, after ultraviolet irradiation, it is heated at a temperature of 300 to 400 ° C. for 30 minutes as a curing treatment. Preferably, heating is performed at 400 ° C. for 30 minutes, which is the same condition as the Cu annealing treatment in the subsequent step.

【0078】また、下地側の配線パターンと作製したビ
アホールパターンにミスアライメントが生じた場合に
は、ウェハの全面に紫外線照射を1分〜5分程度行い、
加湿加熱処理を行った後、アルカリ水溶液、例えば、T
MAHなどに溶解させることで、容易にミスアライメン
トパターンを除去し、再び対紫外線感光性を有する層間
絶縁膜607を形成することが可能である。また、現像
と同時に、あるいは現像の前後において、保護膜608
の除去を行う。
If misalignment occurs between the underlying wiring pattern and the formed via hole pattern, the entire surface of the wafer is irradiated with ultraviolet rays for about 1 to 5 minutes.
After performing the humidifying heat treatment, an alkaline aqueous solution such as T
By dissolving in MAH or the like, the misalignment pattern can be easily removed, and the interlayer insulating film 607 having photosensitivity to ultraviolet light can be formed again. At the same time as the development, or before and after the development, the protective film 608 is formed.
Is removed.

【0079】次に、形成されたビアホール609を含む
この感光性が消失した絶縁膜607上に、フォトレジス
トを塗布し、配線溝パターンを露光現像し、所望の配線
溝パターンをフォトレジストパターン610を形成する
[図6(f)]。次に、そのフォトレジストパターン6
10をマスクとして感光性絶縁膜とレジストを同時にエ
ッチングし、感光性絶縁膜に溝パターンを形成する[図
6(g)]。そして図6(h)に示すように、ビアホー
ル底に露出している無機バリア膜を反応性イオンエッチ
ング法あるいはスパッタリング法などにより除去する。
この時用いるエッチングガスは、層間絶縁膜(感光性絶
縁膜)607に対して選択比の高いものが望ましい。な
お、ここではフォトレジストと記したが、感光性絶縁膜
をフォトレジストとして使用し、同様の手法によってエ
ッチングを行うことも可能である。
Next, a photoresist is applied on the insulating film 607 including the formed via hole 609 and the photosensitivity has been lost, and a wiring groove pattern is exposed and developed, and a desired wiring groove pattern is formed into a photoresist pattern 610. It is formed [FIG. 6 (f)]. Next, the photoresist pattern 6
Using the mask 10 as a mask, the photosensitive insulating film and the resist are simultaneously etched to form a groove pattern in the photosensitive insulating film [FIG. 6 (g)]. Then, as shown in FIG. 6H, the inorganic barrier film exposed at the bottom of the via hole is removed by a reactive ion etching method, a sputtering method, or the like.
It is desirable that the etching gas used at this time has a high selectivity with respect to the interlayer insulating film (photosensitive insulating film) 607. In addition, although described as a photoresist here, it is also possible to use a photosensitive insulating film as a photoresist and perform etching by a similar method.

【0080】次に、この全表面に、実施形態2と同様に
して金属配線を埋め込み、Cu配線611を形成する
[図6(i)]。そして、図6(j)に示すようにその
上に絶縁性のバリア膜612を成膜することで、配線構
造が形成される。
Next, a metal wiring is buried on the entire surface in the same manner as in the second embodiment to form a Cu wiring 611 [FIG. 6 (i)]. Then, as shown in FIG. 6J, an insulating barrier film 612 is formed thereon to form a wiring structure.

【0081】この実施形態3では、実施形態2と比べ
て、フォトレジスト工程及び溝エッチング工程が追加さ
れるが、逆に、あらかじめ形成されたビアパターンに重
なって配線溝パターンが形成されるため、露光のミスア
ライメントに対して配線の信頼性を確保可能な構造とな
る。
In the third embodiment, a photoresist step and a groove etching step are added as compared with the second embodiment. On the contrary, a wiring groove pattern is formed so as to overlap with a via pattern formed in advance. The structure can secure the reliability of the wiring against exposure misalignment.

【0082】[0082]

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳し
く説明する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

【0083】(実施例1)図7(a)に示すように、半
導体素子が形成された半導体基板701上において、層
間絶縁膜702に配線材Wプラグ703を形成した後、
配線層間膜となる層間絶縁膜704を堆積した[図7
(b)]。続いて、対紫外線感光性を有しかつ比誘電率
が3.0以下の層間絶縁膜704を0.3μm厚で堆積
した。ここでは、層間絶縁膜704として、クラリアン
ト・ジャパン株式会社製のポリシラザン(商品名:PS
−MSZ)を使用した。この時、回転する基板に溶液を
塗布するスピンコーティング法によって、層間絶縁膜7
04を塗布、堆積した。塗布後に、PGMEA/PGM
Eを用いてエッジ・バックリンスを行った。
(Embodiment 1) As shown in FIG. 7A, after a wiring material W plug 703 is formed on an interlayer insulating film 702 on a semiconductor substrate 701 on which a semiconductor element is formed,
An interlayer insulating film 704 serving as a wiring interlayer film was deposited [FIG.
(B)]. Subsequently, an interlayer insulating film 704 having ultraviolet sensitivity and a relative dielectric constant of 3.0 or less was deposited to a thickness of 0.3 μm. Here, as the interlayer insulating film 704, polysilazane (trade name: PS, manufactured by Clariant Japan KK)
-MSZ) was used. At this time, the interlayer insulating film 7 is formed by a spin coating method of applying a solution to the rotating substrate.
04 was applied and deposited. After application, PGMEA / PGM
Edge back rinse was performed using E.

【0084】次に、溶媒を蒸発させるために、感光性特
性を維持するとともに良好な密着性を確保する条件であ
る、80℃での加熱を1分間行った。続いて、露光前に
感光性材料(層間絶縁膜704)の表面に、フッ素系ポ
リマーを主成分とした水溶性の反射防止兼保護膜705
を43nm厚でコーティングし、大気安定性を確保した
[(図7(c)]。そして、露光処理として、KrFエ
キシマレーザーを28mJ/cm2で照射してパターニ
ングを行い、その後、膜内多重干渉効果改善のためPE
B(post exposure bake)処理として130℃で1分加熱
した後、80%、60℃での加湿加熱同時処理を1分間
行った[図7(d)]。
Next, in order to evaporate the solvent, heating at 80 ° C., which is a condition for maintaining the photosensitive characteristics and ensuring good adhesion, was performed for 1 minute. Subsequently, before exposure, a water-soluble antireflection / protective film 705 containing a fluorine-based polymer as a main component is formed on the surface of the photosensitive material (interlayer insulating film 704).
Was coated with a thickness of 43 nm to ensure atmospheric stability [(FIG. 7 (c)]. As exposure processing, patterning was performed by irradiating a KrF excimer laser at 28 mJ / cm 2 , and then multiple interference in the film was performed. PE for improved effect
After heating at 130 ° C. for 1 minute as a B (post exposure bake) treatment, simultaneous humidifying and heating treatment at 80% and 60 ° C. was performed for 1 minute (FIG. 7D).

【0085】次に、露光部をTMAHを用いて現像し、
同時に反射防止兼保護膜705を除去した。その後、ウ
ェハの全面に高圧水銀灯による紫外線照射を4分行い、
感光特性を消失させた。その後、再び80%、60℃で
の加湿加熱同時処理を1分間行った後、400℃の温度
で30分間加熱することにより硬化処理を行い、配線溝
パターンを得た[図7(e)]。この時、硬化処理にお
ける膜厚の減少は、膜厚方向のみに10%以下であっ
た。また、反射防止効果を有する保護膜を使用している
ため、大気放置安定性も24時間以上あり、多重干渉に
よる溝側壁への弊害もない。
Next, the exposed portion is developed using TMAH,
At the same time, the anti-reflection and protection film 705 was removed. After that, the entire surface of the wafer is irradiated with ultraviolet light by a high-pressure mercury lamp for 4 minutes,
Photosensitivity was lost. After that, a simultaneous humidifying and heating treatment at 80% and 60 ° C. was performed again for 1 minute, and then a curing treatment was performed by heating at a temperature of 400 ° C. for 30 minutes to obtain a wiring groove pattern [FIG. . At this time, the decrease in the film thickness in the curing treatment was 10% or less only in the film thickness direction. In addition, since a protective film having an anti-reflection effect is used, the stability in the atmosphere is maintained for 24 hours or more, and there is no adverse effect on the groove side wall due to multiple interference.

【0086】次に、この全表面に、図7(f)に示すよ
うに、導電性のTaN/Ta積層バリア膜706を計4
0nm成膜した後、スパッタ法によるCuシード膜を1
00nm堆積し、これを電極として電解メッキ法にてC
u膜を600nm堆積し、計700nmのCu膜707
を堆積した。その後、400℃で20分のCu膜の結晶
化アニールを行った後、CMPによって配線溝内以外の
余剰なCuを除去し、Cu配線708を形成した[図7
(g)]。CMPは、シリカ(SiO2)を主成分とす
る研磨剤に過酸化水素(H22)を混合した研磨溶液
(スラリー)を用いて行った。このCuのCMPにおい
ては、層間絶縁膜(感光性絶縁膜)704とバリア膜7
06との界面、及び層間絶縁膜(感光性絶縁膜)704
と層間絶縁膜(SiO2膜)702との界面のいずれに
おいても、剥がれ等が起こらないことを確認した。そし
て、図7(h)に示すように、その上に絶縁性のバリア
膜としてSiCN膜710を25nm成膜し、配線構造
を形成した。
Next, as shown in FIG. 7F, a conductive TaN / Ta laminated barrier film 706 is formed on the entire surface for a total of four times.
After forming a 0 nm film, a Cu seed film is
00 nm, and using this as an electrode by electrolytic plating
A u film is deposited to a thickness of 600 nm, and a Cu film 707 having a total of 700 nm is deposited.
Was deposited. Then, after crystallization annealing of the Cu film was performed at 400 ° C. for 20 minutes, excess Cu other than in the wiring groove was removed by CMP to form a Cu wiring 708 [FIG.
(G)]. The CMP was performed using a polishing solution (slurry) in which hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) was mixed with an abrasive mainly composed of silica (SiO 2 ). In this Cu CMP, an interlayer insulating film (photosensitive insulating film) 704 and a barrier film 7 are formed.
06 and an interlayer insulating film (photosensitive insulating film) 704
It was confirmed that peeling or the like did not occur at any of the interfaces between the substrate and the interlayer insulating film (SiO 2 film) 702. Then, as shown in FIG. 7H, a 25 nm-thick SiCN film 710 was formed thereon as an insulating barrier film to form a wiring structure.

【0087】かかる工程により間隔0.20μmで隣接
する10mm長の配線対を形成し、400℃で10時間
アニールした場合であっても、配線間リーク電流が10
-9A/cm2程度と、十分な絶縁耐性を確保しているこ
とを確認した。また、配線間容量も、SiO2を層間膜
とした場合と比較して約30%低減することも確認し
た。
In this process, adjacent 10 mm long wire pairs are formed at an interval of 0.20 μm and annealed at 400 ° C. for 10 hours.
It was confirmed that sufficient insulation resistance of about -9 A / cm 2 was secured. It was also confirmed that the capacitance between wirings was reduced by about 30% as compared with the case where SiO 2 was used as the interlayer film.

【0088】(実施例2)実施例1は、下層の配線部上
に埋め込みと研磨によって単層の上層配線を形成する、
すなわちシングルダマシンと呼ばれる手法の場合につい
ての実施例であるが、次に、上層の配線層及び下層と接
続するビアホール層を形成した後、両者に配線材を埋め
込んで研磨を行う、デュアルダマシン法に関して本発明
を適用した例を説明する。
(Embodiment 2) In Embodiment 1, a single-layer upper wiring is formed by embedding and polishing on a lower wiring portion.
That is, this is an example of a method called a single damascene method.Next, after forming an upper wiring layer and a via hole layer connected to a lower layer, a wiring material is buried in both, and polishing is performed. An example to which the present invention is applied will be described.

【0089】図8(a)に示すように、半導体素子が形
成された半導体基板801上において、層間絶縁膜であ
るSiO2膜802に配線材Wプラグ803を形成し、
下層層間絶縁膜804を堆積し、下層層間絶縁膜804
内に配線材805を設け、下層配線を形成した。配線材
805は、Cu及び導電性Ta/TaN積層バリア膜に
よって形成した。その上に、無機バリア膜としてSiC
N膜806を25nm厚で形成した。
As shown in FIG. 8A, a wiring material W plug 803 is formed on an SiO 2 film 802 as an interlayer insulating film on a semiconductor substrate 801 on which a semiconductor element is formed.
A lower interlayer insulating film 804 is deposited, and the lower interlayer insulating film 804 is deposited.
A wiring material 805 was provided in the inside, and a lower layer wiring was formed. The wiring member 805 was formed of Cu and a conductive Ta / TaN laminated barrier film. On top of that, as an inorganic barrier film, SiC
An N film 806 was formed with a thickness of 25 nm.

【0090】次に、図8(b)に示すように、対紫外線
感光性を有しかつ比誘電率が2.7であるクラリアント
・ジャパン株式会社製のポリシラザン(商品名PS−M
SZ)からなる層間絶縁膜807をスピンコーティング
法によって0.7μm厚で塗布した。塗布後に、エッジ
・バックリンスをPGMEA/PGMEを用いて行っ
た。
Next, as shown in FIG. 8B, a polysilazane (trade name: PS-M) manufactured by Clariant Japan Co., Ltd., which is photosensitive to ultraviolet light and has a relative dielectric constant of 2.7.
An interlayer insulating film 807 made of SZ) was applied to a thickness of 0.7 μm by spin coating. After coating, edge back rinse was performed using PGMEA / PGME.

【0091】次に、溶媒を蒸発させるために、感光性特
性を維持するとともに良好な密着性を確保する条件であ
る、60℃での加熱を1分間行った。次にポリシラザン
(層間絶縁膜807)の表面に、水溶性の反射防止兼保
護膜808を43nm厚でコーティングし、大気安定性
を確保した[図8(c)]。続いて、露光処理として、
KrFエキシマレーザーを40mJ/cm2で照射して
パターニングを行い、その後、80%、60℃での加湿
加熱同時処理を3分間行った[図8(d)]。
Next, in order to evaporate the solvent, heating at 60 ° C., which is a condition for maintaining the photosensitive characteristics and ensuring good adhesion, was performed for 1 minute. Next, the surface of the polysilazane (interlayer insulating film 807) was coated with a water-soluble antireflection / protective film 808 with a thickness of 43 nm to ensure atmospheric stability [FIG. 8 (c)]. Then, as exposure processing,
Patterning was performed by irradiating with a KrF excimer laser at 40 mJ / cm 2 , and then simultaneous humidification and heating at 80% at 60 ° C. was performed for 3 minutes (FIG. 8D).

【0092】次に、露光部をTMAHを用いて現像し
た。次にウェハの全面に紫外線照射を4分間行って感光
特性を消失させた後、再び80%、60℃での加湿加熱
同時処理を3分間行った。400℃の温度で30分加熱
する硬化処理を行った[図8(e)]。
Next, the exposed portion was developed using TMAH. Next, the entire surface of the wafer was irradiated with ultraviolet rays for 4 minutes to eliminate the photosensitive characteristics, and then subjected to simultaneous humidification and heating at 80% and 60 ° C. for 3 minutes. A curing treatment of heating at a temperature of 400 ° C. for 30 minutes was performed [FIG. 8 (e)].

【0093】次に、形成されたビアホールパターン80
9及びこの感光性が消失した層間絶縁膜807上に、ス
ピンコート法によって再び層間絶縁膜810として感光
性ポリシラザンを塗布し、続いて反射防止兼保護膜81
1を塗布した。ここで感光性ポリシラザンとしては、層
間絶縁膜807に用いたものと同じものを用いた。塗布
後に、前述と同様に、エッジ・バックリンスを行った
[図8(f)]。さらに前述の温度範囲での加熱処理を
行った。
Next, the formed via hole pattern 80
9 and the interlayer insulating film 807 from which the photosensitivity has disappeared, a photosensitive polysilazane is applied again as an interlayer insulating film 810 by a spin coating method, and then the anti-reflection and protection film 81 is applied.
1 was applied. Here, the same photosensitive polysilazane as that used for the interlayer insulating film 807 was used. After the application, edge / back rinsing was performed in the same manner as described above [FIG. 8 (f)]. Further, heat treatment was performed in the above-mentioned temperature range.

【0094】次に、露光処理として、紫外線リソグラフ
ィーによる配線溝パターニングを行った。この時、ビア
ホールパターン809はすでに感光特性を消失している
ため、露光処理による影響は全く受けない。例えばKr
Fエキシマレーザーを28mJ/cm2照射してパター
ニングを行い、その後80%、60℃での加湿加熱同時
処理を1分間行った。そののち露光部を現像し、図8
(g)に示すように、感光性絶縁膜(層間絶縁膜80
7,810)に配線溝及びビアホールを形成した。この
時、現像液としてアルカリ水溶性の現像液TMAHを用
いた。ビアホールパターン809は、既に硬化処理が行
なわれているため、現像処理による影響は全く受けなか
った。
Next, wiring groove patterning by ultraviolet lithography was performed as an exposure process. At this time, since the via hole pattern 809 has already lost the photosensitive characteristics, it is not affected by the exposure processing at all. For example, Kr
Patterning was performed by irradiating an F excimer laser at 28 mJ / cm 2 , and then simultaneous humidification and heating at 80% at 60 ° C. was performed for 1 minute. After that, the exposed portion is developed, and FIG.
As shown in (g), a photosensitive insulating film (interlayer insulating film 80) is formed.
7, 810), wiring grooves and via holes were formed. At this time, an alkaline water-soluble developer TMAH was used as a developer. The via-hole pattern 809 was not affected by the development processing at all because the curing processing was already performed.

【0095】次に、反応性イオンエッチング法、詳しく
はCHF3/Ar系のガスを用いた反応性イオンエッチ
ングにより、ビアホール底面ののSiCN膜806を選
択的に除去した[図8(h)]。次に、図8(i)に示
すように、導電性のTaN/Ta積層バリア膜812を
計40nm成膜した後、スパッタ法によるCuシード膜
を100nm堆積しこれを電極として電解メッキ法によ
ってCuを堆積して、Cu膜813を計700nm堆積
した。その後、400℃、20分のCu膜の結晶化アニ
ールを行った後、CMPによって配線溝内あるいはビア
ホール内以外の余剰なCuを除去する[図8(j)]。
CMPは、シリカ(SiO2)を主成分とする研磨剤に
過酸化水素(H22)を混合した研磨溶液(スラリー)
を用いて行った。この時、CuのCMPにおいて、感光
性絶縁膜/TaN界面、及び感光性絶縁膜/SiO2
界面のいずれにおいても、剥がれ等が起こらないことを
確認した。そして、図8(k)に示すように、その上に
絶縁性のバリア膜としてSiCN膜714を25nm厚
で成膜し、配線構造を形成した。
Next, the SiCN film 806 on the bottom surface of the via hole was selectively removed by a reactive ion etching method, specifically, a reactive ion etching using a CHF 3 / Ar-based gas [FIG. 8 (h)]. . Next, as shown in FIG. 8I, a conductive TaN / Ta laminated barrier film 812 is formed in a total thickness of 40 nm, and then a Cu seed film is deposited to a thickness of 100 nm by a sputtering method. Was deposited, and a Cu film 813 was deposited in a total of 700 nm. Then, after performing crystallization annealing of the Cu film at 400 ° C. for 20 minutes, excess Cu other than in the wiring groove or the via hole is removed by CMP [FIG. 8 (j)].
CMP is a polishing solution (slurry) obtained by mixing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) with an abrasive mainly composed of silica (SiO 2 ).
This was performed using At this time, it was confirmed that peeling did not occur at any of the photosensitive insulating film / TaN interface and the photosensitive insulating film / SiO 2 film interface in the Cu CMP. Then, as shown in FIG. 8K, a 25 nm-thick SiCN film 714 was formed thereon as an insulating barrier film to form a wiring structure.

【0096】かかる工程により間隔0.20μmで隣接
する10mm長の配線対を形成し、400℃で10時間
アニールした場合であっても、配線間リーク電流が10
-9A/cm2程度と、十分な絶縁耐性を確保しているこ
とを確認した。
In this process, adjacent 10 mm long wire pairs are formed at an interval of 0.20 μm, and even if annealed at 400 ° C. for 10 hours, the leak current between the wires becomes 10 mm.
It was confirmed that sufficient insulation resistance of about -9 A / cm 2 was secured.

【0097】(実施例3)実施例2は、感光性低誘電率
膜によって形成したビアホール上に上層配線層間膜とな
る感光性絶縁膜を形成し、上層の配線層及び下層と接続
するビアホールを形成し、そののち両者に配線材を埋め
込んで研磨を行う手法であるが、実施例3では、ビアホ
ール部と上層配線部の感光性層間絶縁膜を堆積し、紫外
線リソグラフィーによってビアパターンを形成した後、
フォトレジストとエッチングを用いて配線溝パターンを
形成する手法を説明する。
(Example 3) In Example 2, a photosensitive insulating film to be an upper wiring interlayer film was formed on a via hole formed by a photosensitive low dielectric constant film, and a via hole connecting to an upper wiring layer and a lower layer was formed. This is a method of forming and then embedding a wiring material in both to polish. In Example 3, a photosensitive interlayer insulating film of a via hole portion and an upper wiring portion is deposited, and a via pattern is formed by ultraviolet lithography. ,
A method of forming a wiring groove pattern using a photoresist and etching will be described.

【0098】図9(a)に示すように、半導体素子が形
成された半導体基板901上において、層間絶縁膜であ
るSiO2膜902に配線材Wプラグ903を形成し、
下層層間絶縁膜904を堆積し、下層層間絶縁膜904
内に配線材905を設け、下層配線を形成した。配線材
905は、Cu及び導電性Ta/TaN積層バリア膜に
よって形成した。その上に、無機バリア膜としてSiC
N膜906を25nm厚で形成した。
As shown in FIG. 9A, a wiring material W plug 903 is formed on an SiO 2 film 902 as an interlayer insulating film on a semiconductor substrate 901 on which a semiconductor element is formed.
A lower interlayer insulating film 904 is deposited, and the lower interlayer insulating film 904 is deposited.
A wiring material 905 was provided in the inside, and a lower layer wiring was formed. The wiring material 905 was formed of Cu and a conductive Ta / TaN laminated barrier film. On top of that, SiC is used as an inorganic barrier film.
An N film 906 was formed with a thickness of 25 nm.

【0099】次に、図9(b)に示すように、対紫外線
感光性を有しかつ比誘電率が2.7であるクラリアント
・ジャパン株式会社製のポリシラザン(商品名PS−M
SZ)からなる層間絶縁膜907をスピンコーティング
法によって1.0μm厚で塗布した。次に層間絶縁膜9
07の表面に、水溶性の反射防止兼保護膜908を43
nm厚でコーティングし、大気安定性を確保した[図9
(c)]。塗布後に、エッジ・バックリンスをPGME
A/PGMEを用いて行った。
Next, as shown in FIG. 9B, a polysilazane (trade name: PS-M) manufactured by Clariant Japan Co., Ltd., which is photosensitive to ultraviolet light and has a relative dielectric constant of 2.7.
An interlayer insulating film 907 made of SZ) was applied to a thickness of 1.0 μm by spin coating. Next, the interlayer insulating film 9
07, a water-soluble anti-reflection / protective film 908 was
Coating with a thickness of nm ensures atmospheric stability [Fig.
(C)]. After coating, apply edge back rinse to PGME
Performed using A / PGME.

【0100】次に、溶媒を蒸発させるために、感光性特
性を維持するとともに良好な密着性を確保する条件であ
る、40℃での加熱を1分間行った。続いて、露光処理
として、KrFエキシマレーザーを28mJ/cm2
照射してパターニングを行い、その後、80%、40℃
での加湿加熱同時処理を3分間行った[図9(d)]。
Next, in order to evaporate the solvent, heating at 40 ° C., which is a condition for maintaining the photosensitive characteristics and ensuring good adhesion, was performed for 1 minute. Subsequently, as exposure processing, patterning is performed by irradiating a KrF excimer laser at 28 mJ / cm 2 , and thereafter, 80%, 40 ° C.
Humidification heating simultaneous processing was performed for 3 minutes [FIG. 9 (d)].

【0101】次に、露光部をTMAHを用いて現像し
た。ウェハの全面に紫外線照射を4分間行って感光特性
を消失させ、加湿加熱同時処理を80%、40℃にて行
った後、400℃の温度で30分加熱する硬化処理を行
った[図9(e)]。
Next, the exposed portion was developed using TMAH. The entire surface of the wafer was irradiated with ultraviolet rays for 4 minutes to eliminate the photosensitive property, and the humidifying and heating simultaneous treatment was performed at 40 ° C. at 80%, and then the curing treatment was performed by heating at 400 ° C. for 30 minutes [FIG. (E)].

【0102】次に、形成されたビアホールパターン90
9及びこの感光性が消失した層間絶縁膜907上に、フ
ォトレジストを塗布し、配線溝パターンを露光現像し、
所望の配線溝パターンをフォトレジストによって形成し
た[図9(f)]。次に、そのフォトレジストパターン
910をマスクとして、層間絶縁膜907をエッチング
し、この層間絶縁膜907に溝パターンを形成した。こ
のとき、このエッチングによる溝パターンの深さは、既
に形成されているビアホールパターン909よりも浅い
ようにし、これによって、溝パターン自体は無機バリア
膜であるSiCN膜906まで達しないようにした。
Next, the formed via hole pattern 90
9 and a photoresist is applied on the interlayer insulating film 907 having lost the photosensitivity, and a wiring groove pattern is exposed and developed.
A desired wiring groove pattern was formed by a photoresist [FIG. 9 (f)]. Next, using the photoresist pattern 910 as a mask, the interlayer insulating film 907 was etched to form a groove pattern in the interlayer insulating film 907. At this time, the depth of the groove pattern formed by this etching was set to be shallower than the already formed via hole pattern 909, so that the groove pattern itself did not reach the SiCN film 906 which was an inorganic barrier film.

【0103】続いて、図9(g)に示すように、ビアホ
ール底に露出している無機バリア膜(SiCN膜90
6)を反応性イオンエッチング法、詳しくはCHF3
Ar系のガスを用いた反応性イオンエッチングにより除
去した。その後、図9(h)に示すように、導電性のT
aN/Ta積層バリア膜911を計40nm成膜した
後、スパッタ法によるCuシード膜を100nm堆積
し、これを電極として電解メッキ法によってCuを堆積
してCu膜912を計700nm堆積した。その後、4
00℃、20分のCu膜の結晶化アニールを行った後、
CMPによってビアホール内及び配線溝内以外の余剰な
Cuを除去した[図9(i)]。CMPは、シリカ(S
iO2)を主成分とする研磨剤に過酸化水素(H22
を混合した研磨溶液(スラリー)を用いて行った。この
時、このCuのCMPにおいて、感光性絶縁膜/TaN
界面、及び感光性絶縁膜/SiO2膜界面のいずれにお
いても、剥がれ等が起こらないことを確認した。そし
て、図9(j)に示すように、その上に絶縁性のバリア
膜としてSiCN膜913を25nm厚で成膜し、配線
構造を形成した。
Subsequently, as shown in FIG. 9G, the inorganic barrier film (SiCN film 90) exposed at the bottom of the via hole is formed.
6) is a reactive ion etching method, specifically CHF 3 /
It was removed by reactive ion etching using an Ar-based gas. Thereafter, as shown in FIG.
After forming the aN / Ta laminated barrier film 911 in a total thickness of 40 nm, a Cu seed film was deposited in a thickness of 100 nm by a sputtering method, and Cu was deposited by an electrolytic plating method using the Cu seed film as an electrode to deposit a Cu film 912 in a total thickness of 700 nm. Then 4
After crystallization annealing of the Cu film at 00 ° C. for 20 minutes,
Excess Cu other than in the via hole and the wiring groove was removed by CMP [FIG. 9 (i)]. CMP is made of silica (S
Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is used as an abrasive mainly composed of iO 2 ).
Was carried out using a polishing solution (slurry) in which was mixed. At this time, in this Cu CMP, the photosensitive insulating film / TaN
It was confirmed that peeling did not occur at any of the interface and the photosensitive insulating film / SiO 2 film interface. Then, as shown in FIG. 9 (j), a 25 nm-thick SiCN film 913 was formed thereon as an insulating barrier film to form a wiring structure.

【0104】かかる工程により間隔0.20μmで隣接
する10mm長の配線対を形成し、400℃で10時間
アニールした場合であっても、配線間リーク電流が10
-9A/cm2程度と、十分な絶縁耐性を確保しているこ
とを確認した。実施例3では、実施例2と比べて、フォ
トレジストの使用及び溝エッチング工程が追加されてい
るが、逆に、あらかじめ形成されたビアパターンに重な
って配線溝パターンが形成されるため、露光のミスアラ
イメントに対しては強い構造が得られる。
In this process, even if adjacent 10 mm long wiring pairs are formed at an interval of 0.20 μm and annealed at 400 ° C. for 10 hours, the leakage current between the wirings is 10 μm.
It was confirmed that sufficient insulation resistance of about -9 A / cm 2 was secured. In the third embodiment, the use of a photoresist and a groove etching process are added as compared with the second embodiment. On the contrary, since the wiring groove pattern is formed so as to overlap the via pattern formed in advance, the exposure A strong structure against misalignment can be obtained.

【0105】上述の実施例1〜3では配線層となるCu
の成膜方法として電解メッキ法を用いたが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、例えばMOCVD(有機
金属CVD)法やスピンコート法などによるCu成膜も
可能である。また、感光性絶縁膜を使用する範囲は、W
プラグ上、Cu配線上に限定されるものではなく、いわ
ゆるコンタクトホールの層間膜として適用することも可
能である。
In Examples 1 to 3 described above, the Cu
Although the electrolytic plating method was used as the film forming method, the present invention is not limited to this. For example, a Cu film can be formed by MOCVD (organic metal CVD) or spin coating. The range in which the photosensitive insulating film is used is W
The present invention is not limited to the plug and the Cu wiring, but may be applied as a so-called interlayer film of a contact hole.

【0106】図10は、本発明の配線構造の製造方法を
用いてLSIの多層配線を形成した場合の断面図を示
す。MOS(metal-oxide-semiconductor)トランジスタ
などの半導体素子が形成された半導体基板1000上
に、酸化シリコン膜1001が形成され、この酸化シリ
コン膜1001には、半導体基板1000に形成された
半導体素子の電極に至る配線プラグ1002が、貫通す
るように設けられている。酸化シリコン膜1001上に
は、SiON膜1103が形成され、さらに、その上
に、本発明に基づき感光性絶縁膜1104を多層に積層
した多層配線構造が設けられている。多層配線構造にお
いて、感光性絶縁膜1104には、配線溝やビアホール
が形成されており、配線溝やビアホールの内部はCu膜
1106で充填されている。Cu膜1106と配線溝や
ビアホールの底面、側面との界面には、導電性のバリア
膜1105が形成されている。
FIG. 10 is a sectional view showing a case where an LSI multilayer wiring is formed by using the wiring structure manufacturing method of the present invention. A silicon oxide film 1001 is formed on a semiconductor substrate 1000 on which a semiconductor element such as a MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor is formed, and an electrode of the semiconductor element formed on the semiconductor substrate 1000 is formed on the silicon oxide film 1001. Is provided so as to penetrate. An SiON film 1103 is formed on the silicon oxide film 1001, and a multilayer wiring structure in which a photosensitive insulating film 1104 is stacked in multiple layers based on the present invention is provided thereon. In the multilayer wiring structure, a wiring groove and a via hole are formed in the photosensitive insulating film 1104, and the inside of the wiring groove and the via hole is filled with a Cu film 1106. A conductive barrier film 1105 is formed at the interface between the Cu film 1106 and the bottom and side surfaces of the wiring groove or via hole.

【0107】[0107]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
誘電率層間膜を用いた配線構造を製造する際に、対紫外
線感光特性を有する層間絶縁膜を用いることで、配線溝
のドライエッチングやアッシングを用いることなく、微
細な配線構造の形成が可能となるという効果がある。ま
た、配線材であるCuと対紫外線感光特性を有する層間
絶縁膜を組み合わせた配線構造とその実用的な製造方法
とを構築することで、配線性能の向上と、配線工程の簡
略化及び低コスト化とを同時に達成することができる。
As described above, according to the present invention, when a wiring structure using a low dielectric constant interlayer film is manufactured, by using an interlayer insulating film having UV-sensitive characteristics, the dryness of the wiring groove can be improved. There is an effect that a fine wiring structure can be formed without using etching or ashing. In addition, by constructing a wiring structure in which Cu as a wiring material and an interlayer insulating film having an ultraviolet light-sensitive property and a practical manufacturing method thereof are constructed, the wiring performance is improved, the wiring process is simplified, and the cost is reduced. Can be achieved at the same time.

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

【図1】(a)〜(f)は、従来の配線構造の製造工程
の一例を順を追って示す断面図である。
FIGS. 1A to 1F are cross-sectional views sequentially showing an example of a conventional manufacturing process of a wiring structure.

【図2】(a)〜(h)は、従来の配線構造の製造工程
の別の例を順を追って示す断面図である。
FIGS. 2A to 2H are cross-sectional views sequentially illustrating another example of a conventional manufacturing process of a wiring structure.

【図3】(a)〜(g)は、従来の配線構造の製造工程
のさらに別の例を順を追って示す断面図である。
FIGS. 3A to 3G are cross-sectional views sequentially illustrating still another example of a conventional wiring structure manufacturing process.

【図4】(a)〜(h)は、本発明の実施形態1におけ
る配線構造の製造工程を順を追って示す断面図である。
FIGS. 4A to 4H are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of a wiring structure according to the first embodiment of the present invention.

【図5】(a)〜(j)は、本発明の実施形態2におけ
る配線構造の製造工程を順を追って示す断面図である。
5 (a) to 5 (j) are cross-sectional views sequentially showing manufacturing steps of a wiring structure according to a second embodiment of the present invention.

【図6】(a)〜(j)は、本発明の実施形態3におけ
る配線構造の製造工程を順を追って示す断面図である。
FIGS. 6A to 6J are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process of a wiring structure according to a third embodiment of the present invention.

【図7】(a)〜(h)は、実施例1における配線構造
の製造工程を順を追って示す断面図である。
FIGS. 7A to 7H are cross-sectional views sequentially showing manufacturing steps of a wiring structure in the first embodiment.

【図8】(a)〜(j)は、実施例2における配線構造
の製造工程を順を追って示す断面図である。
FIGS. 8A to 8J are cross-sectional views sequentially showing the steps of manufacturing the wiring structure in the second embodiment.

【図9】(a)〜(j)は、実施例3における配線構造
の製造工程を順を追って示す断面図である。
FIGS. 9A to 9J are cross-sectional views sequentially illustrating the steps of manufacturing the wiring structure in the third embodiment.

【図10】本発明をLSIの多層配線に適用した場合の
多層配線構造の断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view of a multilayer wiring structure when the present invention is applied to a multilayer wiring of an LSI.

【図11】反射防止保護膜を用いない場合の配線構造を
示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a wiring structure when an antireflection protective film is not used.

【図12】感光性絶縁膜として用いられるポリシラザン
膜の赤外吸収スペクトルを示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing an infrared absorption spectrum of a polysilazane film used as a photosensitive insulating film.

【図13】脱ガス特性を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing degassing characteristics.

【図14】脱ガス量と比誘電率との関係を示すグラフで
ある。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the outgas amount and the relative permittivity.

【図15】脱ガス特性を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing degassing characteristics.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

401,501,601,701,801,901
半導体基板 402,404,502,504,507,510,6
02,604、607,702,704,804,80
7,810,904,907 層間絶縁膜 403,503,603,703,803,903
配線材Wプラグ 405,508,511,608,705,808,9
08 保護膜 406,409,512,514,612,706,8
12,911 バリア膜 407,513,707,813,912 Cu膜 408,611,708 Cu配線 505,605,805,905 配線材 506,606,710,806,906,913
SiCN膜 509,809,909 ビアホールパターン 609 ビアホール 610,910 フォトレジストパターン 802,902 SiO2
401,501,601,701,801,901
Semiconductor substrate 402, 404, 502, 504, 507, 510, 6
02,604,607,702,704,804,80
7,810,904,907 Interlayer insulating film 403,503,603,703,803,903
Wiring material W plug 405, 508, 511, 608, 705, 808, 9
08 Protective film 406, 409, 512, 514, 612, 706, 8
12,911 barrier film 407,513,707,813,912 Cu film 408,611,708 Cu wiring 505,605,805,905 Wiring material 506,606,710,806,906,913
SiCN film 509, 809, 909 Via hole pattern 609 Via hole 610, 910 Photoresist pattern 802, 902 SiO 2 film

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成14年2月7日(2002.2.7)[Submission date] February 7, 2002 (2002.2.7)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の名称[Correction target item name] Name of invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【発明の名称】 半導体装置における配線構造の
造方法
Manufacturing <br/> method for producing a wiring structure in a semiconductor device [Title of the Invention]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0001[Correction target item name] 0001

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、配線構造の製造方
法に関し、さらに詳しくは、層間絶縁膜に配線溝やビア
ホールを形成し、その上に導電性膜を堆積した後、化学
的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishin
g)法などによって余剰な導電性膜を除去し、配線溝や
ビアホールに内に導電性膜を埋め込む、いわゆるダマシ
ン(Damascene)法を用いた配線構造の製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a wiring structure, and more particularly, after forming wiring grooves and via holes in the interlayer insulating film and a conductive film is deposited thereon, chemical mechanical polishing (CMP; Chemical Mechanical Polishin
g) method or the like to remove excess conductive film, embedding a conductive film on the inner wiring grooves and via holes, to a so-called Damascene (Damascene) Method A method for manufacturing a wiring structure using.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0020[Correction target item name] 0020

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0020】そこで本発明は、かかる課題を解決するた
め、感光性低誘電率材料を用いたダマシン法によって多
層配線などの配線を形成する配線構造の製造方法を提供
することを目的とする。
[0020] The present invention, in order to solve the above problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a wiring structure for forming the wiring of a multilayer wiring by a damascene method using a photosensitive low dielectric constant material.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0021[Correction target item name] 0021

【補正方法】削除[Correction method] Deleted

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0022[Correction target item name] 0022

【補正方法】削除[Correction method] Deleted

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Correction target item name] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0023】 [0023]

【課題を解決するための手段】 本発明の配線構造の製造
方法は、基本的には、半導体素子が形成されその上に下
層配線が形成された基板上に、対紫外線感光性を有する
絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の所定の領域に紫外線
を照射し、絶縁膜を露光する工程と、絶縁膜を現像する
ことで露光部を除去し、これによって配線溝、ビアホー
ル及びコンタクトホールのうちの少なくとも1つ以上を
絶縁膜に開設する現像工程と、を有する。
According to the method of manufacturing a wiring structure of the present invention, an insulating film having ultraviolet light sensitivity is basically formed on a substrate on which a semiconductor element is formed and a lower wiring is formed thereon. Forming a film, irradiating a predetermined region of the insulating film with ultraviolet light, exposing the insulating film, and removing the exposed portion by developing the insulating film, thereby removing the wiring groove, the via hole, and the contact hole. Developing at least one or more of them in the insulating film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/88 K 21/90 B (72)発明者 小倉 卓 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 林 喜宏 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 長原 達郎 東京都文京区本駒込二丁目28番8号 文京 グリーンコート センターオフィス9階 クラリアントジャパン株式会社内 (72)発明者 松尾 英樹 東京都文京区本駒込二丁目28番8号 文京 グリーンコート センターオフィス9階 クラリアントジャパン株式会社内 Fターム(参考) 5F033 HH04 HH05 HH06 HH07 HH08 HH11 HH14 HH15 HH18 HH19 HH21 HH27 HH28 HH30 HH32 HH33 HH34 JJ01 JJ11 JJ18 JJ19 JJ21 JJ27 JJ28 JJ30 JJ32 JJ33 JJ34 KK01 KK04 KK05 KK06 KK07 KK08 KK11 KK14 KK15 KK18 KK19 KK21 KK27 KK28 KK30 KK32 KK33 KK34 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP11 PP15 PP26 PP27 PP33 QQ04 QQ09 QQ13 QQ14 QQ37 QQ48 QQ54 QQ72 QQ73 QQ74 RR01 RR04 RR06 RR08 RR21 RR24 RR27 SS11 SS22 TT04 XX01 XX03 XX15 XX24 XX33 XX34 5F058 AB06 AC03 AC07 AF04 AG01 AG09 AH02 BD04 BD10 BD18 BD19 BE01 BF46 BH01 BH17 BJ02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/88 K 21/90 B (72) Inventor Taku Ogura 5-7-1 Shiba 5-chome, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation (72) Yoshihiro Hayashi 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo NEC Corporation Tatsuro Nagahara 2-28-8 Honkomagome, Bunkyo-ku, Tokyo Bunkyo Green Court Center Office 9F Clariant Japan K.K. (72) Inventor Hideki Matsuo 2-28-8 Honkomagome Bunkyo-ku, Tokyo Bunkyo Green Court Center Office 9F Clariant Japan K.K. HH06 HH07 HH08 HH11 HH14 HH15 HH18 HH19 HH21 HH27 HH28 HH30 HH32 HH33 HH34 JJ01 JJ11 JJ18 JJ19 JJ21 JJ27 JJ28 JJ30 JJ32 JJ33 JJ34 KK01 KK04 KK05 KK06 KK07 KK08 KK11 KK14 KK15 KK18 KK19 KK21 KK27 KK28 KK30 KK32 KK33 KK34 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP11 PP15 PP26 PP27 PP33 QQ04 QQ09 QQ13 QQ14 QQ37 QQ48 QQ54 QQ72 QQ73 QQ74 RR01 RR04 RR06 RR08 RR21 RR24 RR27 SS11 SS22 TT04 XX01 XX03 XX15 XX24 XX33 XX34 5F058 AB06 AC03 AC07 AF04 AG01 AG09 AH02 BD04 BD10 BD18 BD19 BE01 BF46 BH01 BH17 BJ02

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子が形成された基板上における
配線構造であって、 前記基板上に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜に形成された配線溝及びビアホールに銅を主
成分とする金属配線材を充填して形成された配線及び接
続プラグと、を有し、 前記絶縁膜が対紫外線感光性を有する材料から形成され
ている配線構造。
1. A wiring structure on a substrate on which a semiconductor element is formed, comprising: an insulating film formed on the substrate; and a metal containing copper as a main component in wiring grooves and via holes formed in the insulating film. A wiring structure, comprising: a wiring and a connection plug formed by filling a wiring material, wherein the insulating film is formed of a material having ultraviolet sensitivity.
【請求項2】 半導体素子が形成された基板上における
配線構造であって、 前記基板上に積層した複数の絶縁膜と、 前記各絶縁膜に形成された配線溝及びビアホールに銅を
主成分とする金属配線剤を充填して形成された配線及び
接続プラグと、を有し、 前記複数の絶縁膜のうちの少なくとも1層が対紫外線感
光性を有する材料から形成されている配線構造。
2. A wiring structure on a substrate on which a semiconductor element is formed, comprising: a plurality of insulating films stacked on the substrate; and a wiring groove and a via hole formed in each of the insulating films mainly containing copper. And a connection plug formed by filling a metal wiring agent, wherein at least one of the plurality of insulating films is formed of a material having ultraviolet sensitivity.
【請求項3】 隣接する絶縁膜の層間にバリア絶縁膜が
介在している請求項2に記載の配線構造。
3. The wiring structure according to claim 2, wherein a barrier insulating film is interposed between adjacent insulating films.
【請求項4】 バリア絶縁膜が、SiN,SiC,Si
CNからなる群から選ばれた1種以上のものによって形
成されている請求項3に記載の配線構造。
4. The barrier insulating film is made of SiN, SiC, Si
4. The wiring structure according to claim 3, wherein the wiring structure is formed of at least one selected from the group consisting of CN.
【請求項5】 対紫外線感光性を有する材料から形成さ
れている絶縁膜が、ポリシラザンを主成分とした基質か
らなる請求項1乃至4のいずれか1項に記載の配線構
造。
5. The wiring structure according to claim 1, wherein the insulating film formed of a material having photosensitivity to ultraviolet light comprises a substrate containing polysilazane as a main component.
【請求項6】 半導体素子が形成されその上に下層配線
が形成された基板上に、対紫外線感光性を有する絶縁膜
を形成する工程と、 前記絶縁膜の所定の領域に紫外線を照射し、前記絶縁膜
を露光する工程と、 前記絶縁膜を現像することで露光部を除去し、これによ
って配線溝、ビアホール及びコンタクトホールのうちの
少なくとも1つ以上を前記絶縁膜に開設する現像工程
と、 を有する配線構造の製造方法。
6. A step of forming an insulating film having ultraviolet light sensitivity on a substrate on which a semiconductor element is formed and a lower wiring is formed thereon, and irradiating a predetermined region of the insulating film with ultraviolet light; A step of exposing the insulating film, a developing step of removing the exposed portion by developing the insulating film, thereby opening at least one or more of a wiring groove, a via hole, and a contact hole in the insulating film; A method for manufacturing a wiring structure having:
【請求項7】 対紫外線感光性を有する絶縁膜を形成す
る工程と露光する工程との間に、所定の温度で前記絶縁
膜の加熱を行う工程を備える、請求項6に記載の配線構
造の製造方法。
7. The wiring structure according to claim 6, further comprising a step of heating the insulating film at a predetermined temperature between the step of forming the insulating film having ultraviolet light sensitivity and the step of exposing. Production method.
【請求項8】 露光する工程と現像工程との間に、所定
の湿度及び温度で前記絶縁膜の加湿及び加熱を同時に行
う工程を備える、請求項6に記載の配線構造の製造方
法。
8. The method of manufacturing a wiring structure according to claim 6, further comprising a step of simultaneously humidifying and heating the insulating film at a predetermined humidity and temperature between the exposing step and the developing step.
【請求項9】 露光する工程と加湿及び加熱を同時に行
う工程との間に、所定の温度で絶縁膜を加熱する工程を
備える、請求項8に記載の配線構造の製造方法。
9. The method according to claim 8, further comprising a step of heating the insulating film at a predetermined temperature between the step of exposing and the step of simultaneously performing humidification and heating.
【請求項10】 現像工程により開設された部分に金属
配線材を充填する工程をさらに備える請求項6乃至9い
ずれか1項に記載の配線構造の製造方法。
10. The method of manufacturing a wiring structure according to claim 6, further comprising a step of filling a metal wiring material in a portion opened in the developing step.
【請求項11】 対紫外線感光性を有する絶縁膜を形成
する工程の直後に保護機能及び反射防止機能とを有する
保護膜を前記絶縁膜上に形成する工程と、金属配線材を
充填する工程を実施するまでに前記保護膜を除去する工
程と、をさらに有する請求項10に記載の配線構造の製
造方法。
11. A step of forming a protective film having a protective function and an anti-reflection function on the insulating film immediately after the step of forming an insulating film having ultraviolet light sensitivity, and a step of filling a metal wiring material. The method for manufacturing a wiring structure according to claim 10, further comprising: a step of removing the protective film before performing.
【請求項12】 保護膜が水溶性の高分子膜からなる請
求項11に記載の配線構造の製造方法。
12. The method according to claim 11, wherein the protective film comprises a water-soluble polymer film.
【請求項13】 現像工程の後に、紫外線照射を行う工
程と、前記紫外線照射を行う工程に引き続いて加湿加熱
処理を行う工程と、前記加湿加熱処理工程に引き続い
て、加熱による硬化処理を行う工程とを有する、請求項
6乃至9いずれか1項に記載の配線構造の製造方法。
13. A step of performing ultraviolet irradiation after the developing step, a step of performing humidifying heat treatment following the step of performing ultraviolet irradiation, and a step of performing a curing treatment by heating subsequent to the humidifying heat treatment step. The method for manufacturing a wiring structure according to claim 6, comprising:
【請求項14】 硬化処理を行う工程の後に、現像工程
により開設された部分に金属配線材を充填する工程をさ
らに備える請求項13に記載の配線構造の製造方法。
14. The method of manufacturing a wiring structure according to claim 13, further comprising, after the step of performing the curing treatment, a step of filling a metal wiring material in a portion opened in the developing step.
【請求項15】 対紫外線感光性を有する絶縁膜を形成
する工程の直後に保護機能及び反射防止機能とを有する
保護膜を前記絶縁膜上に形成する工程と、 紫外線照射を行う工程を実施するまでに前記保護膜を除
去する工程と、 をさらに有する請求項13または14に記載の配線構造
の製造方法。
15. Immediately after the step of forming an insulating film having photosensitivity to ultraviolet light, a step of forming a protective film having a protective function and an antireflection function on the insulating film and a step of performing ultraviolet irradiation are performed. The method of manufacturing a wiring structure according to claim 13, further comprising: removing the protective film by the following.
【請求項16】 保護膜が水溶性の高分子膜からなる請
求項15に記載の配線構造の製造方法。
16. The method according to claim 15, wherein the protective film is formed of a water-soluble polymer film.
【請求項17】 金属配線材を充填する工程の後、絶縁
膜の露出表面及び前記金属配線材の露出表面上に無機バ
リア膜を堆積する工程を備える、請求項10、11及び
14のいずれか1項に記載の配線構造の製造方法。
17. The method according to claim 10, further comprising, after the step of filling the metal wiring material, a step of depositing an inorganic barrier film on the exposed surface of the insulating film and the exposed surface of the metal wiring material. 2. The method for manufacturing a wiring structure according to claim 1.
【請求項18】 無機バリア膜を、SiN,SiC,S
iCNからなる群から選ばれた1種以上のものによって
形成する請求項17に記載の配線構造の製造方法。
18. An inorganic barrier film comprising: SiN, SiC, S
The method for manufacturing a wiring structure according to claim 17, wherein the wiring structure is formed by at least one member selected from the group consisting of iCN.
【請求項19】 前記現像工程によって開設された配線
溝の底部及び/またはビアホールの底部に無機バリア膜
が露出した場合に、前記無機バリア膜を反応性イオンエ
ッチングもしくはスパッタリング法によって除去する工
程を備える、請求項6乃至18のいずれか1項に記載の
多層配線の製造方法。
19. When the inorganic barrier film is exposed at the bottom of the wiring groove and / or the bottom of the via hole opened in the developing step, the inorganic barrier film is removed by reactive ion etching or sputtering. A method for manufacturing a multilayer wiring according to any one of claims 6 to 18.
【請求項20】 絶縁膜が、ポリシラザンを主成分とし
た基質からなる請求項6乃至19のいずれか1項に記載
の配線構造の製造方法。
20. The method for manufacturing a wiring structure according to claim 6, wherein the insulating film is made of a substrate containing polysilazane as a main component.
【請求項21】 現像工程が少なくとも1つのビアホー
ルを開設するものであって、前記現像工程の後、金属配
線材を充填する工程の前に、 開設された前記ビアホール上に対紫外線感光性を有する
第2の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第2の絶縁膜に所定の領域に紫外線を照射し、前記
第2の絶縁膜を露光する工程と、 前記第2の絶縁膜を現像することで露光部を除去し、所
望の配線溝とビアホールを同時に形成する工程と、を有
する請求項10、11及び14のいずれか1項に記載の
配線構造の製造方法。
21. The developing step, wherein at least one via hole is opened, and after the developing step, before the step of filling a metal wiring material, the photosensitive layer has ultraviolet sensitivity on the opened via hole. Depositing a second insulating film, irradiating a predetermined region with ultraviolet light to the second insulating film to expose the second insulating film, and developing the second insulating film. 15. The method of manufacturing a wiring structure according to claim 10, further comprising: removing an exposed portion to simultaneously form a desired wiring groove and a via hole.
【請求項22】 絶縁膜及び第2の絶縁膜が、ポリシラ
ザンを主成分とした基質からなる請求項21項に記載の
配線構造の製造方法。
22. The method according to claim 21, wherein the insulating film and the second insulating film are made of a substrate containing polysilazane as a main component.
【請求項23】 現像工程によって開設された部分と下
層配線との間にミスアライメントを生じた場合に、半導
体基板全面に紫外線照射と加湿加熱処理を行った後、現
像工程で用いた現像液と同一の溶液にて溶解させること
で、再びパターンの形成を可能とする、請求項6乃至2
2のいずれか1項に記載の多層配線の製造方法。
23. When misalignment occurs between a portion opened in the developing step and a lower wiring, after performing ultraviolet irradiation and humidifying heat treatment on the entire surface of the semiconductor substrate, the developing solution used in the developing step is removed. 3. A pattern can be formed again by dissolving in the same solution.
3. The method for manufacturing a multilayer wiring according to any one of 2.
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