JP2002222860A

JP2002222860A - 半導体装置の作成方法

Info

Publication number: JP2002222860A
Application number: JP2001020457A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hasegawa; 利昭長谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ビアコンタクト層や配線層に低誘電率膜を用
いて有効にデュアルダマシン構造による多層配線層を形
成する。【解決手段】基板上に有機膜１４、１８、有機ＳＯＧ
膜１６、２０の積層構造を形成した後、ＣＭＰストッパ
層となるシリコン酸化膜、あるいは、有機ＳＯＧ膜、エ
ッチングマスクとなるシリコン窒化膜を形成する。次
に、レジストマスクでシリコン窒化膜に配線パターンを
形成し、レジストをアッシングする。次に、平坦化のた
めにＳＯＧを塗布し、段差の影響を解消する。さらに、
ＳＯＧ材料に露光波長を吸収する樹脂を混合させておく
ことで、良好な解像度が得られるようにする。次に、コ
ンタクトホールをパターニングし、シリコン酸化膜、有
機膜、シリコン酸化膜を順次エッチングする。次に、シ
リコン窒化膜をマスクにして、シリコン酸化膜、有機膜
をエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デュアルダマシン
構造による多層配線層を形成するための半導体装置の作
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置（以下、単にデバイス
ともいう）の微細化に伴って、配線の微細化、配線ピッ
チの縮小化が必要となっている。また、同時に、低消費
電力、及び高速化などの要求に伴い、層間絶縁膜の低誘
電率化、及び配線の低抵抗化が必要になってきた。特に
ロジック系のデバイスでは、微細配線による抵抗上昇、
配線容量の増加がデバイスのスピード劣化につながるた
め、微細でかつ低誘電率膜を層間絶縁膜とした多層配線
が必要となっている。しかし、配線幅の微細化、ピッチ
の縮小化は、配線自体の縦横比を大きくするだけでな
く、配線間のスペースのアスペクト比を大きくし、結果
として、縦に細長い微細配線を形成する技術、微細な配
線間を層間膜で埋め込む技術などに負担がかかり、プロ
セスを複雑にすると同時に、プロセス数の増大を招いて
いる。

【０００３】ところで、ビアコンタクトホールと配線溝
を金属（Ａｌ、Ｃｕなど）のリフロースパッタリングに
よって同時に埋め込み、ＣＭＰにより表面の金属を研磨
するダマシンプロセスでは、高アスペクト比の金属配線
をエッチングで形成することも、配線間の狭隙を層間膜
で埋め込む必要もなく、大幅にプロセス数を減らすこと
が可能である。このプロセスでは、配線アスペクト比が
高くなるほど、また、配線総数が増大するほど、トータ
ルコストの削減に大きく寄与するようになる。一方、層
間絶縁膜の低誘電率化は配線間の容量を低減するが、例
えば０．１８μｍルール以下のデバイスに適用される比
誘電率２．５以下の膜は、従来のデバイスに用いられて
いるシリコン酸化膜と膜質が大きく異なり、それら低誘
電率膜に対応したプロセス技術が求められている。例え
ば、比誘電率３．０を下回る低誘電率膜の多くは、カー
ボンを含むいわゆる有機膜が従来の層間絶縁膜に代わっ
て採用されており、その層間絶縁膜に接続孔を開ける場
合には、酸素を用いる必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体プロセスで用いられてきたパターニング技術に
は、有機膜であるレジストが用いられているため、それ
を除去する工程で、低誘電率膜がダメージを受けるとい
う問題がある。なぜなら、低誘電率膜の組成は、レジス
トのそれに近く、レジスト除去プロセスで、低誘電率膜
も除去されてしまう可能性があるからである。

【０００５】そこで本発明の第１の目的は、ビアコンタ
クト層や配線層に低誘電率膜を用いて有効にデュアルダ
マシン構造による多層配線層を形成することが可能な半
導体装置の作成方法を提供することにある。さらに、本
発明の第２の目的は、第１の目的を達成するためにハー
ドマスクを用いてデュアルダマシン構造を加工する際
に、段差のある基板へレジストを塗布する場合に、パタ
ーン不良の発生を防止することが可能な半導体装置の作
成方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、デュアルダマシン構造による多層配線層を形
成する作成方法において、ビアコンタクト層となる下層
の層間絶縁膜と配線層となる上層の層間絶縁膜とを有す
る積層膜上にハードマスクを設け、前記ハードマスクに
溝パターンを形成した後、その上層に平坦化膜を形成
し、その後、コンタクトホール及び配線溝を形成するよ
うにしたことを特徴とする。本発明の半導体装置の作成
方法においては、デュアルダマシン構造による多層配線
層を構成するための積層膜上に、シリコン窒化膜、シリ
コン酸化物、シリコン炭化物、あるいは、それらの混合
物よりなるハードマスクを設け、このハードマスクに溝
パターンを形成する。

【０００７】そして、このハードマスクの上層に平坦化
膜を形成することで、溝パターンによって生じたハード
マスクの段差を平坦化する。この後、平坦化膜及びハー
ドマスクを介して層間絶縁膜にコンタクトホール及び配
線溝の形成作業を行ない、ダマシン法によるビアコンタ
クト及び金属配線の形成作業を行なう。これにより、ビ
アコンタクト層や配線層に低誘電率膜を用いた構成にお
いて、ハードマスクも低誘電率膜であるため、実行誘電
率が低下し、半導体装置の性能を向上させることが可能
となる。また、ハードマスクの段差上にレジストを塗布
する必要がなくなり、特にコンタクトホールをパターン
ニングする際の解像不良を低減できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体装置の
作成方法の実施の形態について説明する。なお、以下に
説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する
旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないもの
とする。本実施の形態は、層間絶縁膜に有機膜、金属配
線として銅を用いた半導体装置をダマシン法で形成する
ための方法、及び半導体装置の構造を提供するものであ
る。すなわち、低誘電率膜が露出した状態で、レジスト
除去が必要でなく、ハードマスクによって生じた段差上
へのレジスト塗布と露光する必要のない方法及び構造を
実現するものである。

【０００９】ここで、ダマシン法は、配線パターンを予
め層間絶縁膜に形成しておき、そこに金属を埋め込み、
ＣＭＰで金属を研磨し、配線を形成するというものであ
る。しかし、微細化に伴う容量増大を制御する目的か
ら、低誘電率材料が採用されつつある。その際、比誘電
率が例えば３．０以下の材料としては有機膜が採用さ
れ、比誘電率２．５以下の材料としてはフッ素樹脂膜が
採用され、比誘電率が２．０以下の材料としてキセロゲ
ル膜が採用されることが予想される。そこで本実施の形
態では、有機膜と透明無機膜の組み合わせで、信頼性の
あるデバイス構造を提案する。すなわち、上層に材質の
異なる少なくとも２種類の光透過性マスクを積層するこ
とにより、レジスト除去工程を下層の有機膜を露出せず
に行うことが可能になり、有機膜を劣化させることな
く、デュアルダマシン構造が作成できるようにしたもの
である。

【００１０】図１は、本発明の実施の形態によって作成
する半導体装置の構造例を示す断面図である。以下、こ
の図１を用いて、本形態で用いるエッチングマスクとな
る光透過性無機膜と有機膜との配置について説明する。
図１に示す積層構造は、下地基板（半導体素子などを形
成したもの）１０、１２の上にビアコンタクト２２を形
成するコンタクト層として有機膜１４を形成し、その上
に中間層としての無機膜（有機ＳＯＧ膜）１６を形成し
ている。さらに、その上に金属配線２４を設けるための
配線層として有機膜１８を形成し、その上に、必要に応
じて光透過性無機膜（有機ＳＯＧ膜）２０を形成してい
る。

【００１１】次に、このような多層膜にデュアルダマシ
ン構造を作成する方法について簡単に説明する。まず、
基板上に上述した有機膜１４、１８、有機ＳＯＧ膜１
６、２０の積層構造を形成した後、ＣＭＰストッパ層と
なるシリコン酸化膜、あるいは、有機ＳＯＧ膜、エッチ
ングマスクとなるシリコン窒化膜を形成する。次に、レ
ジストマスクでシリコン窒化膜に配線パターンを形成す
る。そして、レジストをアッシングするが、このとき、
有機膜及び有機ＳＯＧ膜は、シリコン酸化膜等に守られ
ているのでダメージを受けないことになる。次に、本発
明の特徴であるハードマスクの段差除去工程を行う。す
なわち、配線パターンを形成したハードマスク上にレジ
ストを塗布して後述するコンタクトのパターンを形成し
なければならないが、その際の段差は、露光解像度に影
響する。

【００１２】そこで、本形態では、ＳＯＧ（スピリオン
グラス）を塗布することにより、段差の影響を解消す
る。さらに、ＳＯＧ材料に露光波長を吸収する樹脂、た
とえば、アルキル基やアリールエテール基を混合させて
おくことで、さらに、良好な解像度が得られるようにす
る。このマスクになったＳＯＧは、デュアルダマシン加
工プロセスを工夫することで、工程数を増加させること
なく除去することができる。次に、コンタクトホールを
パターニングし、シリコン酸化膜、有機膜、シリコン酸
化膜を順次エッチングする。有機膜をエッチングする
際、レジストも同時に無くなる。次に、シリコン窒化膜
をマスクにして、シリコン酸化膜、有機膜をエッチング
する。このような工程を経て、デュアルダマシン構造を
作成できる。

【００１３】図２〜図４は、以上のような本形態による
半導体装置の作成方法を適用した具体的実施例を示す工
程図である。なお、以下の説明において、特に説明しな
い商品名については(TM)の記号を付している。以下、本
図を用いて具体的に本発明を説明する。（１）まず、図２（Ａ）では、シリコン基板１００上に
トランジスタや配線パターンなどの素子層１０１を形成
し、下地基板を形成する。そして、この下地基板上に図
２（Ｂ）に示すように、第１の低誘電率膜１０２を３０
０ｎｍ〜８００ｎｍ形成する。この第１の低誘電率膜１
０２を形成した層（レイヤ）は層間膜（ＩＬＤ）になる
ので、比誘電率２．５程度の有機膜であればよい。ま
た、このレイヤを低誘電率膜でなく、比誘電率４．０程
度のシリコン酸化膜、比誘電率３．５程度のフッ素ドー
プシリコン酸化膜（ＳｉＯＦ）、比誘電率３．０程度の
カーボンドープシリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）で形成して
もよい。これらのシリコン系酸化膜は、市販のＣＶＤ装
置で成膜が可能な公知の技術であるので説明は省略す
る。なお、本実施例の場合は、例えばポリアリールエテ
ールと総称される有機ポリマ（商品名：アライドシグナ
ル社製ＦＬＡＲＥ、ダウケミカル社製ＳｉＬＫ、シュー
マッカー社製ＶＥＬＯＸ）を用いる。また、その他に
は、ＢＣＢ膜、ポリイミド膜、アモルファスカーボン
膜、フッ素樹脂膜環状フッ素樹脂、テフロン（登録商
標）（ＰＴＦＥ）、アモルファステフロン(TM)、フッ化
アリールエテール、フッ化ポリイミドなどを用いること
ができる。

【００１４】また、有機ポリマの形成には、例えば、前
駆体をスピンコーターで基板上に製膜し、その後、３０
０°Ｃから４５０°Ｃでキュア（焼成）した。また、必
ずしも好ましくはないが、下地基板の表面状態が疎水性
などの状態で、有機膜との密着性が悪い場合、あるい
は、銅の拡散を防止するために、シリコン酸化膜、ある
いは、シリコン酸化窒化膜、炭化シリコン膜、あるい
は、シリコン窒化膜を形成する。また、シリコン酸化膜
は、例えば、スピンコート法を用い、市販の無機ＳＯＧ
（シラノールあるいはシラノールを含むポリマを主成分
とする）を約３０ｎｍ〜１００ｎｍ形成する。この際、
スピンコート後は、べークを１５０°Ｃ〜２００°Ｃ、
１分程度、キュアを３５０°Ｃ〜４５０°Ｃで３０分か
ら１時間程度行う。なお、シリコン酸化膜は、市販のプ
ラズマＣＶＤ装置を用いて、プラズマＣＶＤ法によって
形成してもよい。ただし、この方法では、銅配線を酸化
させるため、必ずしも好ましくない。そこで、この場合
には、銅配線を極力酸化させないために、酸化剤として
Ｎ2 Ｏガスを用い、シリコン源としてシラン（モノシラ
ン、ジシラン、トリシランなど）を用い、基板温度３０
０°Ｃ〜４００°Ｃ、プラズマパワー３５０Ｗ、圧力１
ｋＰａ程度の条件で製膜する。

【００１５】シリコン窒化酸化膜の場合は、アミノ基を
有する市販の無機ＳＯＧをスピンコート法で製膜しても
構わないが、好ましくは、プラズマＣＶＤ法を用いて製
膜する。使用ガスとしては、シリコンソースとしてシラ
ン（モノシラン、ジシラン、トリシランなど）、窒化剤
としてマンモニア、ヒドラジンなどを用い、酸化剤とし
てＮ2 Ｏガスを用い、キャリアガスとして窒素、ヘリウ
ム、アルゴンなどを用い、基板温度３００°Ｃ〜４００
°Ｃ、プラズマパワー３５０Ｗ、圧力１ｋＰａ程度の条
件で製膜する。シリコン窒化膜の場合も同様で、アミノ
基を有する市販の無機ＳＯＧをスピンコート法で製膜し
ても構わないが、好ましくは、プラズマＣＶＤ法を用い
て製膜する。使用ガスとしては、シリコンソースとして
シラン（モノシラン、ジシラン、トリシランなど）、窒
化剤として、アンモニア、ヒドラジンなどを用い、キャ
リアガスとして窒素、ヘリウム、アルゴンなどを用い、
基板温度３００°Ｃ〜４００°Ｃ、プラズマパワー３５
０Ｗ、圧力１ｋＰａ程度の条件で製膜する。炭化シリコ
ン膜の形成には、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用
い、原料ガスは、例えばメチルシランを用い、基板温度
３００〜４００°Ｃ、プラズマパワー１５０Ｗ〜３５０
Ｗ、圧力１００Ｐａ〜１０００Ｐａという条件を用い
た。

【００１６】（２）次に図２（Ｂ）に示すように、中間
層としてシリカ系の膜１０３を形成する。このシリカ系
の膜には、有機ＳＯＧ膜を用いることができる。なお、
有機ＳＯＧ膜（ＭＳＱ：メチルシリシスキオキサンと総
称される）とは、Ｓｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｈ結合、及びＳ
ｉ−ＣＨｘ結合（Ｘ＝１、２、３）を有する膜であり、
塗布法で形成するか、ＣＶＤ法で形成する（この膜は、
ＳｉＯＣと呼ばれている。原料ガスはトリメチルシラン
ガス、２窒化酸素ガス（あるいは酸素ガス）で、プラズ
マＣＶＤで形成することが多い。基板温度は、２００°
Ｃ〜４００°Ｃである）ことができる。また、ＨＳＱ
（ハイドロシリシスキオキサン）と総称される、Ｓｉ−
Ｈ結合とＳｉ−Ｏ結合を有する膜を用いることもでき
る。通常は、塗布法で形成する。また、膜厚は、２０ｎ
ｍから１００ｎｍで有ることが望ましい。これ以上薄く
すると、エッチングストッパとして役に立たず、これ以
上厚いと、配線間容量を増加させるためである。また、
有機ＳＯＧの代わりに、ＣＶＤシリコン酸化膜を用いる
ことも可能である。この場合の成膜方法は、使用ガスと
しては、シリコンソースとしてシラン（モノシラン、ジ
シラン、トリシランなど）、酸化剤として二窒化酸素、
酸素などを用い、キャリアガスとして窒素、ヘリウム、
アルゴンなどを用い、基板温度３００°Ｃ〜４００°
Ｃ、プラズマパワー３５０Ｗ、圧力１ｋＰａ程度の条件
で製膜する。

【００１７】（３）次に、図２（Ｂ）に示すように、第
２の低誘電率有機膜１０４を製膜する。この有機膜とし
ては、例えば、ポリアリールエテールと総称される有機
ポリマ（商品名：アライドシグナル社製ＦＬＡＲＥ、ダ
ウケミカル社製ＳｉＬＫ、シューマッカー社製ＶＥＬＯ
Ｘ）フルオロカーボン膜（環状フッ素樹脂、テフロン
（ＰＴＦＥ）、アモルファステフロン(TM)、フッ化アリ
ールエテール、フッ化ポリイミド）を４００ｎｍの膜厚
で製膜する。この有機膜１０４の形成には、前駆体をス
ピンコーターで基板上に製膜し、その後、３００°Ｃか
ら４５０°Ｃでキュア（焼成）する。フッ素化アモルフ
ァスカーボンなどの材料は、アセチレン、フルオロカー
ボンガス（Ｃ4 Ｆ8 が代表的）を用い、プラズマＣＶＤ
装置を用いて形成する。この際にも、３００°Ｃから４
５０°Ｃでキュア（焼成）をＣＶＤ製膜後に行う。ただ
し、アモルファステフロン(TM)は、図５（Ａ）に示す化
学構造式で表すことができる材料である。従って、商品
名「テフロンＡＦ」に限らず、図５（Ａ）に示すような
構造を有するものであれば、他のものであってもよい。

【００１８】また、有機ＳＯＧ膜の表面が疎水性で（接
触角が５０度程度以上の場合）、有機膜が塗布できない
場合は、アルゴンなどの不活性ガスでプラズマ処理する
か、紫外線照射（基板温度は２００°Ｃ〜３００°Ｃ）
し、疎水性を緩和しておく。通常は、水の接触角が５０
度以上であることが好ましい。なお、低誘電率膜として
は、その他にサイトップ(TM)でもよい。この材料は、図
５（Ｂ）に示す化学構造式で表せられる材料である。従
って、商品名「サイトップ」に限らず、図５（Ｂ）に示
すような構造を有するものであれば、他のものであって
もよい。さらに、その他の低誘電率膜として、フッ素化
ＦＬＡＲＥ(TM)（一般名：フッ化ポリアリルエーテル）
を用いた。この材料は、図５（Ｃ）に示すような化学構
造式で表せられる材料である。従って、商品名「ＦＬＡ
ＲＥ」に限らず、図５（Ｃ）に示すような構造を有する
ものであれば、他のものであってもよい。

【００１９】（４）次に、図２（Ｃ）に示すように、ハ
ードマスクとして、上述した中間層として用いた膜（有
機ＳＯＧ膜またはシリコン酸化膜など）１０３と同じ材
質を用いた膜１０５と、シリコン酸化膜１０６と、シリ
コン窒化膜１０７を連続して形成する。なお、各膜１０
５、１０６、１０７の膜厚は、順番に例えば５０〜１０
０ｎｍ、５０〜３００ｎｍ、５０ｎｍ〜１５０ｎｍで形
成する。また、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜の製膜
の方法は、一般的なＣＶＤ装置を用い、前述の条件を用
いて行う。なお、中間層に用いた膜１０３がシリコン酸
化膜である場合は、中間のシリコン酸化膜１０６は省略
できる。また、シリコン酸化膜１０６を形成する前に、
必要（第２の低誘電率膜１０４の酸化を配慮にする場
合）に応じて、シリコン窒化膜、アモルファスシリコ
ン、シリコン窒化酸化膜、あるいは、化学量論よりシリ
コンが多いシリコン酸化膜を形成する。すなわち、還元
雰囲気でＣＶＤ膜を形成する。なお、これらの膜厚はで
きるだけ薄い方が好ましく、１０ｎｍ程度が一般的であ
る。

【００２０】（５）次に、図２（Ｄ）に示すように、レ
ジストマスクでメタル配線用溝１０８をパターニング
し、一般的なマグネトロン方式のエッチング装置を用い
て、無機マスクのシリコン窒化膜１０７あるいは金属膜
をエッチングする。このエッチングには、市販のエッチ
ング装置を用い、ＣＨＦ3 （５ｓｃｃｍ）、Ｏ2 （５ｓ
ｃｃｍ）、Ａｒ（２０ｓｃｃｍ）の各ガスを用いてＲＦ
プラズマ６００Ｗでエッチングする。その後、レジスト
をアッシングし、除去する。このとき有機ＳＯＧ膜１０
５は、シリコン酸化膜１０６によって保護されているの
で、ダメージは入らない。しかし、アッシングで酸素を
用いない方法、すなわち、窒素、水素、アンモニアのい
ずれかを含むガス系でアッシングした場合は、中間層の
シリコン酸化膜は必要がない。

【００２１】（６）次に、図３（Ｅ）に示すように、平
坦化を目的としてＳＯＧ１０９を塗布する。このＳＯＧ
としては、一般的なシラノールを主成分とする市販の材
料を塗布する。例えば、東京応化工業が発売しているＴ
ｙｐｅ−９などがあげられる。その他、日立化成工業が
発売しているＨＳＧシリーズなども使うことができる。
スピンコートは、市販のコーターを用い、５００ｒｐｍ
から４０００ｒｐｍの範囲で塗布する。また、溶媒を揮
発させるためのプリべークは、１５０°Ｃから３５０°
Ｃの範囲で大気圧下の窒素雰囲気で行うことが好まし
い。また、その後のキュアは行わないことが好ましい。
すなわち、ＳＯＧが脱水縮合して架橋すると、通常の有
機溶媒に溶解しなくなるため、レジスト工程と相性が悪
くなり、再生などが行えなくなる。また、市販のＳＯＧ
の中に、後述する露光装置で使用する光を吸収する樹脂
を混合しておくことが好ましい。例えば、アルキル基、
アリールエテール基などを混合させておくことで実現で
きる。すなわち、ＳＯＧに反射防止効果を入れておくこ
とで、次の露光工程での解像度をあげることができる。

【００２２】（７）次に、図３（Ｆ）に示すように、レ
ジストマスクでシリコン酸化膜１０６、有機ＳＯＧ膜
（無くてもよい）１０５にビアコンタクトホール１１０
をパターニングし、市販のエッチング装置で窒素、必要
に応じてアンモニア、水素ガスを用いて、第２の低誘電
率膜１０４をエッチングする。また、エッチングガスに
は、有機膜がダメージを受けるので酸素を含まない。こ
のとき、ＣＦ系のガス、ＣＯガスなどは必ずしも必要で
ない。なお、第２の低誘電率膜１０４の下層は、無機膜
（シリコン酸化膜）であるのでエッチングされない。（８）次に、図３（Ｇ）に示すように、シリコン窒化膜
１０７をマスクとして、シリコン酸化膜１０６及び有機
ＳＯＧ膜（平坦化に用いたものも含む）１０５、１０９
をエッチングする。ここでは市販のエッチング装置を用
い、Ｃ4 Ｆ8 （５ｓｃｃｍ）、ＣＯ（５ｓｃｃｍ）、Ａ
ｒ（２０ｓｃｃｍ）ガスを用いてＲＦプラズマ６００Ｗ
でエッチングする。なお、図４（Ｈ）は、第１の低誘電
率膜にシリコン酸化膜１０２’を用いた場合の例を示し
ている。

【００２３】（９）次に、図４（Ｉ）に示すように、シ
リコン酸化膜１０６をマスクに、市販のエッチング装置
で窒素、必要に応じてアンモニア、水素ガスを用いて、
第１の低誘電率膜１０２をエッチングする。また、エッ
チングガスには、有機膜がダメージを受けるので酸素を
含まない。このとき、上述したレジストマスクは有機膜
をエッチングする際に完全に除去される。従って、アッ
シング工程は必要でない。（１０）次に、ダマシン法で配線を形成する。すなわ
ち、配線材料（金属）、例えば、銅をスパッタ装置ある
いはＣＶＤ装置あるいは電界メッキで形成し、続いて、
アルミナスラリを用いたＣＭＰにより、余分な金属膜及
びシリコン酸化膜を研磨する。以上のような（１）から
（１０）までの工程を繰り返し、多層配線を形成する。

【００２４】本実施例による作成方法によれば、ハード
マスクも低誘電率膜であるため、実行誘電率が低下し、
半導体装置の性能を向上させることが可能となる。ま
た、特に銅配線と有機膜を組み合わせた半導体装置を歩
留まりの低下を招くことなく有効に形成することができ
る。また、レジストマスクの再生作業が可能である。さ
らに、低誘電率膜、及び有機ＳＯＧ膜が剥き出しになっ
た際のレジストのアッシング作業が必要ないという利点
がある。また、ハードマスクの段差上にレジストを塗布
する必要がなくなり、コンタクトホールパターン時の解
像不良が低減される。

【００２５】次に、第２の実施例について説明する。図
６〜図８は、本形態による半導体装置の作成方法の第２
の実施例を示す工程図である。この実施例は、従来のシ
リコン酸化膜とシリコン窒化膜を組み合わせた場合の例
を示す。すなわち、上述のような低誘電率膜を組み合わ
せなくても、ＳＯＧの平坦化による効果でコンタクトホ
ールのパターニングが良好に行なえるものとなる。ま
ず、下地基板２００の下層配線２０１上にシリコン窒化
膜２０２、シリコン酸化膜２０３、シリコン窒化膜２０
４、シリコン酸化膜２０５、シリコン窒化膜２０６を順
次成膜する（図６（Ａ））。なお、各膜厚は、例えば、
下から順番に５０ｎｍ、５００ｎｍ、５０ｎｍ、４００
ｎｍ、１００ｎｍとする。

【００２６】次に最上層のシリコン窒化膜２０６に溝パ
ターン２０７を形成する（図６（Ｂ））。これは前述し
た図２（Ｄ）の工程と同じである。次に、ＳＯＧ（また
はＳｉＯ）２０８で平坦化する（図６（Ｃ））。平坦化
のＳＯＧも前述と同じで、キュアは行わない。次にレジ
スト２０９で、コンタクトホールをパターニングする
（図６（Ｄ））。次に、シリコン酸化膜エッチング条件
で、ＳＯＧ２０８、シリコン酸化膜２０５、２０３をエ
ッチングする（図７（Ｅ））。次に、シリコン窒化膜２
０４をエッチングする（図７（Ｆ））。次に、レジスト
２０９をアッシングする（図７（Ｇ））。なお、このと
きＳＯＧ２０８をアッシングしないように、アンモニア
ガスを用いた上述の有機膜エッチング条件でアッシング
することが望ましいが、酸素系の従来のアッシングでも
かまわない。ただし、酸素系でエッチングを行った場
合、ＳＯＧの膜厚が減少することがある。

【００２７】次に、酸化膜エッチング条件で溝パターン
とビアコンタクトホールをエッチングする（図７
（Ｈ））。次に、シリコン窒化膜２０２をエッチング
し、コンタクトホールを完全に開口する（図８
（Ｉ））。次に、配線材料をデュアルダマシン構造へ埋
め込み、配線２１０を形成する（図８（Ｊ））。以上の
ような工程を繰り返し、多層配線を形成する。したがっ
て、この実施例においても、ハードマスクの段差上にレ
ジストを塗布する必要がなくなり、コンタクトホールパ
ターン時の解像不良が低減される。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の作成方法では、デュアルダマシン構造による多層配線
層を形成する作成方法において、ビアコンタクト層とな
る下層の層間絶縁膜と配線層となる上層の層間絶縁膜と
を有する積層膜上にハードマスクを設け、前記ハードマ
スクに溝パターンを形成した後、その上層に平坦化膜を
形成し、その後、コンタクトホール及び配線溝を形成す
るようにした。したがって、例えばビアコンタクト層や
配線層に低誘電率膜を用いた構成において、ハードマス
クも低誘電率膜であるため、実行誘電率が低下し、半導
体装置の性能を向上させることが可能となる効果があ
る。また、ハードマスクの段差上にレジストを塗布する
必要がなくなり、特にコンタクトホールをパターンニン
グする際の解像不良を低減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による半導体装置の作成方
法によって作成する半導体の積層構造を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態による半導体装置の作成方
法の第１実施例を示す工程図である。

【図３】本発明の実施の形態による半導体装置の作成方
法の第１実施例を示す工程図である。

【図４】本発明の実施の形態による半導体装置の作成方
法の第１実施例を示す工程図である。

【図５】本発明の実施の形態で用いる低誘電率膜の化学
構造式の具体例を示す説明図である。

【図６】本発明の実施の形態による半導体装置の作成方
法の第２実施例を示す工程図である。

【図７】本発明の実施の形態による半導体装置の作成方
法の第２実施例を示す工程図である。

【図８】本発明の実施の形態による半導体装置の作成方
法の第２実施例を示す工程図である。

【符号の説明】

１０、１２……下地基板、１４、１８……有機膜、１
６、２０……有機ＳＯＧ膜、１００……シリコン基板、
１０１……素子層、１０２……第１の低誘電率膜、１０
３……有機ＳＯＧ膜、１０４……第２の低誘電率有機
膜、１０５……有機ＳＯＧ膜、１０６……シリコン酸化
膜、１０７……シリコン窒化膜、１０８……メタル配線
用溝、１０９……ＳＯＧ、１１０……ビアコンタクトホ
ール。

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/90 ＳＦターム(参考） 5F033 HH11 JJ01 JJ11 KK00 MM02 PP06 PP15 PP27 QQ09 QQ10 QQ12 QQ25 QQ37 QQ48 RR01 RR04 RR06 RR07 RR09 RR11 RR21 RR22 RR24 RR25 SS01 SS02 SS15 SS22 TT04 XX24 5F058 AA06 AC03 AD05 AD10 AG01 AH02 BA09 BD02 BD04 BD07 BE04 BF07 BF23 BF29 BF39 BF46 BH01 BJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デュアルダマシン構造による多層配線層
を形成する作成方法において、ビアコンタクト層となる下層の層間絶縁膜と配線層とな
る上層の層間絶縁膜とを有する積層膜上にハードマスク
を設け、前記ハードマスクに溝パターンを形成した後、その上層
に平坦化膜を形成し、その後、コンタクトホール及び配
線溝を形成するようにした、ことを特徴とする半導体装置の作成方法。
【請求項２】前記平坦化膜は、ＳＯＧ膜であることを
特徴とする請求項１記載の半導体装置の作成方法。
【請求項３】前記ＳＯＧ膜に次工程のパターニングに
用いる露光装置の光を吸収する樹脂を混合しておくこと
を特徴とする請求項２記載の半導体装置の作成方法。
【請求項４】前記ハードマスクは、シリコン窒化膜、
シリコン酸化物、シリコン炭化物、あるいは、それらの
混合物よりなることを特徴とする請求項１記載の半導体
装置の作成方法。
【請求項５】前記層間絶縁膜を低誘電率有機膜より形
成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の作
成方法。
【請求項６】前記層間絶縁膜をシリコン酸化膜より形
成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の作
成方法。