JP2003338539A - Method for forming metal wiring in semiconductor device - Google Patents
Method for forming metal wiring in semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の製造方
法に係り、特にデュアルダマシン工程による半導体素子
の金属配線形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming metal wiring of a semiconductor device by a dual damascene process.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子の集積度が増加するにつれて
多層配線構造を有する金属配線層が必要になり、また半
導体素子内で金属配線間の間隔が漸次狭まるようになっ
た。これにより、同一層上で相互に隣接した金属配線層
間または上下に隣接した各配線層間に存在する寄生抵抗
R及びキャパシタンスC成分の影響が最も重要な問題に
なった。2. Description of the Related Art As the degree of integration of semiconductor devices has increased, metal wiring layers having a multilayer wiring structure have been required, and the distance between metal wirings in semiconductor devices has gradually become narrower. As a result, the influence of parasitic resistance R and capacitance C components existing between metal wiring layers adjacent to each other or vertically adjacent wiring layers on the same layer has become the most important problem.
【0003】金属配線システムで寄生抵抗及びキャパシ
タンス成分は、RCにより誘導される遅延によって素子
の電気的性能を劣化させる。また、配線層間に存在する
寄生抵抗及びキャパシタンス成分はチップの総電力消耗
量を増やして信号漏れ量を増やす。Parasitic resistance and capacitance components in metal wiring systems degrade the electrical performance of the device due to RC-induced delays. In addition, the parasitic resistance and capacitance components existing between the wiring layers increase the total power consumption of the chip and increase the amount of signal leakage.
【0004】したがって、超高集積半導体素子において
RCが小さな多層配線技術を開発することが非常に重要
な問題である。Therefore, it is a very important problem to develop a multi-layer wiring technique having a small RC in the ultra-high integration semiconductor device.
【0005】RCが小さな高性能の多層配線構造を形成
するためには比抵抗の低い金属を用いて配線層を形成し
たり誘電率が低い絶縁膜を用いたりする必要がある。In order to form a high-performance multi-layer wiring structure having a small RC, it is necessary to form a wiring layer using a metal having a low specific resistance or use an insulating film having a low dielectric constant.
【0006】金属配線層における抵抗を低めるために、
金属配線層を形成する金属材料として比抵抗の低い金
属、例えば銅を用いる研究が現在活発に進められてい
る。In order to reduce the resistance in the metal wiring layer,
Currently, research using a metal having a low specific resistance, for example, copper as a metal material for forming a metal wiring layer is actively under way.
【0007】銅配線は写真エッチング技術によって直接
パターニングして得ることはむずかしい。したがって、
銅配線を形成するためにデュアルダマシン工程を主に利
用している。It is difficult to obtain a copper wiring by directly patterning it by a photo etching technique. Therefore,
The dual damascene process is mainly used to form copper wiring.
【0008】図1ないし図5は、従来の一例による半導
体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した断
面図である。1 to 5 are sectional views showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example in a process order.
【0009】図1を参照すると、所定の導電層102が
形成された半導体基板100上にストッパー膜104を
形成する。Referring to FIG. 1, a stopper film 104 is formed on a semiconductor substrate 100 on which a predetermined conductive layer 102 is formed.
【0010】続いて、ストッパー膜104上に層間絶縁
膜106を形成する。Then, an interlayer insulating film 106 is formed on the stopper film 104.
【0011】次に、層間絶縁膜106上に第1幅W1を
有して層間絶縁膜106の上面を一部露出させる第1開
口部H1を備えた第1フォトレジストパターン108を
形成する。すなわち、層間絶縁膜106上にフォトレジ
ストを塗布した後、前記フォトレジストを露光及び現像
して第1フォトレジストパターン108を形成する。Next, a first photoresist pattern 108 having a first width W1 and a first opening H1 partially exposing the upper surface of the interlayer insulating film 106 is formed on the interlayer insulating film 106. That is, after applying a photoresist on the interlayer insulating film 106, the photoresist is exposed and developed to form a first photoresist pattern 108.
【0012】図2を参照すると、第1フォトレジストパ
ターン108をエッチングマスクとして層間絶縁膜10
6をエッチングする。前記エッチングはストッパー膜1
04が露出されるまで実施する。前記エッチングによっ
て層間絶縁膜106aに第1幅W1を有するビアホール
110が形成される。Referring to FIG. 2, the interlayer insulating film 10 is formed using the first photoresist pattern 108 as an etching mask.
Etch 6. The etching is a stopper film 1
Perform until 04 is exposed. A via hole 110 having a first width W1 is formed in the interlayer insulating film 106a by the etching.
【0013】次に、第1フォトレジストパターン108
を除去する。第1フォトレジストパターン108は通常
の方法、例えばアッシング工程を利用して除去できる。Next, the first photoresist pattern 108.
To remove. The first photoresist pattern 108 can be removed using a normal method, for example, an ashing process.
【0014】図3を参照すると、ビアホール110が形
成されている層間絶縁膜106a上に前記第1幅W1よ
り大きな第2幅W2を有して層間絶縁膜106aを一部
露出させる第2開口部H2を備えた第2フォトレジスト
パターン112を形成する。第2開口部H2の位置はビ
アホール110の位置に対応されるように形成する。Referring to FIG. 3, a second opening having a second width W2 larger than the first width W1 and partially exposing the interlayer insulating film 106a is formed on the interlayer insulating film 106a in which the via hole 110 is formed. A second photoresist pattern 112 having H2 is formed. The position of the second opening H2 is formed so as to correspond to the position of the via hole 110.
【0015】図4を参照すると、第2フォトレジストパ
ターン112をエッチングマスクとして前記層間絶縁膜
106aを乾式エッチングする。前記エッチングによっ
て、層間絶縁膜106b内に第2幅W2を有する配線領
域114が形成されるようになり、配線領域114の下
部には導電層102と配線領域114を連結するための
第1幅W1を有するビアホール110aが形成される。
しかし、前記エッチングの間にビアホール(110;図
3参照)を通して露出されているストッパー膜104も
共にエッチングされて導電層102が外部に露出されう
る。層間絶縁膜106bはストッパー膜104aに対す
るエッチング選択比の大きな物質を用いるが、前記層間
絶縁膜106aのエッチング時にビアホール(110;
図3参照)を通して露出されているストッパー膜104
も所定速度でエッチングされる。したがって、層間絶縁
膜106bのエッチングが完了された後には露出されて
いるストッパー膜104が完全にエッチングされて導電
層102がエッチング雰囲気に露出される場合も生じう
る。導電層102、例えば銅配線層がエッチング雰囲気
に露出されると側壁を沿ってハードポリマー(図示せ
ず)が形成されるようになるが、前記ハードポリマーは
その除去が容易でないという短所がある。このような現
像はエッチングしなければならない層間絶縁膜106a
の深さが深くて、ストッパー膜104aの厚さが薄く
て、層間絶縁膜106bに対するストッパー膜104a
のエッチング選択比が小さいほどより一層深刻である。Referring to FIG. 4, the interlayer insulating film 106a is dry-etched using the second photoresist pattern 112 as an etching mask. By the etching, the wiring region 114 having the second width W2 is formed in the interlayer insulating film 106b, and the first width W1 for connecting the conductive layer 102 and the wiring region 114 is formed under the wiring region 114. A via hole 110a having a hole is formed.
However, the stopper layer 104 exposed through the via hole (110; see FIG. 3) during the etching may be etched together to expose the conductive layer 102 to the outside. A material having a large etching selection ratio with respect to the stopper film 104a is used for the interlayer insulating film 106b, but a via hole (110;
The stopper film 104 exposed through (see FIG. 3)
Is also etched at a predetermined rate. Therefore, after the etching of the interlayer insulating film 106b is completed, the exposed stopper film 104 may be completely etched to expose the conductive layer 102 to the etching atmosphere. When the conductive layer 102, for example, the copper wiring layer is exposed to the etching atmosphere, a hard polymer (not shown) is formed along the sidewall, but the hard polymer is not easily removed. In such development, the interlayer insulating film 106a which must be etched
Of the stopper film 104a with respect to the interlayer insulating film 106b.
The smaller the etching selection ratio is, the more serious.
【0016】図5を参照すると、第2フォトレジストパ
ターン112を、アッシング工程を利用して除去する。
前記アッシング工程は酸素系プラズマを用いる。したが
って、第2フォトレジストパターン112除去工程の
間、すなわちアッシング工程の間に露出されている導電
層102が酸素と結合して金属酸化物層116が形成さ
れる。金属酸化物層116が形成されると、電気抵抗が
急激に上昇するようになって、配線領域114及びビア
ホール110a内に導電物質が埋め込まれても金属配線
(図示せず)と導電層102とが電気的に連結されずに
浮き上がる現象、すなわちリフティング現象が生じる場
合もある。また、配線領域114及びビアホール110
aを形成した後で酸素系プラズマを用いる前記アッシン
グ工程を進めるため、層間絶縁膜106bの表面に前記
アッシング工程による損傷が生じる。すなわち、前記ア
ッシング工程によりH2O、OH、CO2、H2などが誘
起されて層間絶縁膜106bの表面に固着されるように
なり、これは層間絶縁膜106bの誘電率を急激に上昇
させる要因として作用する。Referring to FIG. 5, the second photoresist pattern 112 is removed using an ashing process.
Oxygen-based plasma is used in the ashing process. Therefore, the conductive layer 102 exposed during the second photoresist pattern 112 removing process, that is, during the ashing process is combined with oxygen to form the metal oxide layer 116. When the metal oxide layer 116 is formed, the electric resistance is rapidly increased, and even if a conductive material is embedded in the wiring region 114 and the via hole 110a, the metal wiring (not shown) and the conductive layer 102 are formed. There is also a case where a floating phenomenon occurs, that is, a lifting phenomenon without being electrically connected. In addition, the wiring region 114 and the via hole 110
Since the ashing process using oxygen-based plasma proceeds after forming a, the surface of the interlayer insulating film 106b is damaged by the ashing process. That is, H 2 O, OH, CO 2 , H 2 and the like are induced by the ashing process and adhered to the surface of the interlayer insulating film 106b, which rapidly increases the dielectric constant of the interlayer insulating film 106b. Act as a factor.
【0017】図6ないし図9は、従来の他の例による半
導体素子の金属配線形成方法を工程順序によって示した
断面図である。6 to 9 are cross-sectional views showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example in the order of steps.
【0018】図6を参照すると、所定の導電層202が
形成された半導体基板200上にストッパー膜204を
形成する。Referring to FIG. 6, a stopper film 204 is formed on the semiconductor substrate 200 on which a predetermined conductive layer 202 is formed.
【0019】続いて、ストッパー膜204上に層間絶縁
膜206を形成する。Then, an interlayer insulating film 206 is formed on the stopper film 204.
【0020】次に、層間絶縁膜206上に第1幅W1を
有して層間絶縁膜206の上面を一部露出させる第1開
口部H1を備えた第1フォトレジストパターン208を
形成する。すなわち、層間絶縁膜206上にフォトレジ
ストを塗布した後、前記フォトレジストを露光及び現像
して第1フォトレジストパターン208を形成する。Next, a first photoresist pattern 208 having a first width H1 and a first opening H1 partially exposing the upper surface of the interlayer insulating film 206 is formed on the interlayer insulating film 206. That is, after coating a photoresist on the interlayer insulating film 206, the photoresist is exposed and developed to form a first photoresist pattern 208.
【0021】図7を参照すると、第1フォトレジストパ
ターン208をエッチングマスクとして一部の層間絶縁
膜206をエッチングする。前記エッチングは層間絶縁
膜206の一部のみをエッチングして所定厚さの層間絶
縁膜206はエッチングしないで残す。前記エッチング
によって層間絶縁膜206aに第1幅W1を有するパー
シャルビアホール210が形成される。Referring to FIG. 7, a part of the interlayer insulating film 206 is etched using the first photoresist pattern 208 as an etching mask. In the etching, only a part of the interlayer insulating film 206 is etched and the interlayer insulating film 206 having a predetermined thickness is left without being etched. By the etching, the partial via hole 210 having the first width W1 is formed in the interlayer insulating film 206a.
【0022】次に、第1フォトレジストパターン208
を除去する。第1フォトレジストパターン108は通常
の方法、例えばアッシング工程を利用して除去できる。Next, the first photoresist pattern 208.
To remove. The first photoresist pattern 108 can be removed using a normal method, for example, an ashing process.
【0023】図8Aを参照すると、パーシャルビアホー
ル210が形成されている層間絶縁膜206a上に前記
第1幅W1より大きな第2幅W2を有して層間絶縁膜2
06aを一部露出させる第2開口部H2を備えた第2フ
ォトレジストパターン212を形成する。第2開口部H
2の位置はパーシャルビアホール210の位置に対応さ
れるように形成する。しかし、層間絶縁膜206a上に
第2フォトレジストパターン212を形成する時、パー
シャルビアホール210の底にフォトレジスト212が
残留する場合がある。パーシャルビアホール212の底
に残留されたフォトレジスト212は後続の層間絶縁膜
206aエッチングに対するバリヤの役割を行って残っ
ている残りの層間絶縁膜206aをエッチングする時に
オープンされていないビアホールが形成されうる。これ
についての詳細な説明は後述する。Referring to FIG. 8A, the interlayer insulating film 2 having a second width W2 larger than the first width W1 is formed on the interlayer insulating film 206a having the partial via hole 210 formed therein.
A second photoresist pattern 212 having a second opening H2 that partially exposes 06a is formed. Second opening H
The position 2 is formed so as to correspond to the position of the partial via hole 210. However, when the second photoresist pattern 212 is formed on the interlayer insulating film 206a, the photoresist 212 may remain on the bottom of the partial via hole 210. The photoresist 212 remaining on the bottom of the partial via hole 212 may serve as a barrier for the subsequent etching of the interlayer insulating film 206a, and an unopened via hole may be formed when the remaining interlayer insulating film 206a is etched. A detailed description of this will be given later.
【0024】一方、図8Bはミスアラインされている第
2フォトレジストパターンの例を図示したものである。
また、図示されていないが、図8Aを参照して説明した
ようにこの場合にもパーシャルビアホール210の底に
フォトレジストが残留する場合もある。On the other hand, FIG. 8B illustrates an example of the misaligned second photoresist pattern.
Although not shown, the photoresist may remain at the bottom of the partial via hole 210 in this case as described with reference to FIG. 8A.
【0025】図9Aを参照すると、第2フォトレジスト
パターン212をエッチングマスクとして層間絶縁膜2
06aを乾式エッチングする。前記エッチングによっ
て、層間絶縁膜206b内に第2幅W2を有する配線領
域214が形成されるようになり、配線領域214の下
部には導電層202と配線領域214を連結するための
第1幅W1を有するビアホール210aが形成される。
しかし、前記エッチングのあいだにパーシャルビアホー
ル(210;図8A参照)の底に残留するフォトレジス
ト212は前記エッチングに対するバリヤの役割を行
う。したがって、パーシャルビアホール(210;図8
A参照)の下部に存在する層間絶縁膜206bはそれ以
上エッチングされず、結局オープンされていないビアホ
ール210aが生じる。Referring to FIG. 9A, the interlayer insulating film 2 is formed using the second photoresist pattern 212 as an etching mask.
06a is dry-etched. By the etching, the wiring region 214 having the second width W2 is formed in the interlayer insulating film 206b, and the first width W1 for connecting the conductive layer 202 and the wiring region 214 is formed under the wiring region 214. A via hole 210a having a is formed.
However, the photoresist 212 remaining on the bottom of the partial via hole (210; see FIG. 8A) during the etching acts as a barrier against the etching. Therefore, the partial via hole (210; FIG. 8)
The interlayer insulating film 206b existing under (see A) is not further etched, and eventually an unopened via hole 210a is formed.
【0026】一方、図9Bはミスアラインされている第
2フォトレジストパターン212が形成された場合、ミ
スアラインされた第2フォトレジストパターン212を
エッチングマスクとして層間絶縁膜206aをエッチン
グして配線領域214及びビアホール210aを形成し
た状態を図示したものである。図9Bに示したように、
ミスアラインが発生した場合、ビアホール210aの幅
は第1幅W1より狭まってビアホール210aのプロフ
ァイルが不良になる。また、図9Aを参照して説明した
ようにパーシャルビアホール(210;図8B参照)の
底にフォトレジストが残留する場合にはオープンされな
いビアホール(図示せず)が形成される場合もある。On the other hand, in FIG. 9B, when the misaligned second photoresist pattern 212 is formed, the interlayer insulating film 206a is etched using the misaligned second photoresist pattern 212 as an etching mask to form the wiring region 214 and the via hole. It shows the state in which 210a is formed. As shown in FIG. 9B,
When misalignment occurs, the width of the via hole 210a becomes narrower than the first width W1 and the profile of the via hole 210a becomes defective. In addition, as described with reference to FIG. 9A, a via hole (not shown) may be formed that is not opened when the photoresist remains at the bottom of the partial via hole (210; see FIG. 8B).
【0027】図10Aは、未開放のビアホールを有した
金属配線層の例を示したものである。図9Aと図10A
とを参照すると、第2フォトレジストパターン212
を、アッシング工程を利用して除去する。前記アッシン
グ工程中にビアホール(210a;図9A参照)内に残
っているフォトレジスト212も共に除去される。しか
し、前述したように、オープンされないビアホール21
0aが形成されて配線領域214と導電層202が連結
されないようになる。また、配線領域214及びビアホ
ール210aを形成した後で酸素系プラズマを用いる前
記アッシング工程を進めるために、層間絶縁膜206b
の表面に前記アッシング工程による損傷が生じる。すな
わち、前記アッシング工程によりH2O、OH、CO2、
H2などが誘起されて層間絶縁膜206bの表面に固着
され、これは層間絶縁膜206bの誘電率を急激に上昇
させる要因として作用する。FIG. 10A shows an example of a metal wiring layer having an unopened via hole. 9A and 10A
Referring to FIG.
Are removed using an ashing process. The photoresist 212 remaining in the via hole (210a; see FIG. 9A) during the ashing process is also removed. However, as described above, the via hole 21 that is not opened.
0a is formed so that the wiring region 214 and the conductive layer 202 are not connected. In addition, after forming the wiring region 214 and the via hole 210a, in order to proceed with the ashing process using oxygen-based plasma, the interlayer insulating film 206b is formed.
The surface of the substrate is damaged by the ashing process. That is, H 2 O, OH, CO 2 ,
H 2 or the like is induced and adhered to the surface of the interlayer insulating film 206b, and this acts as a factor for rapidly increasing the dielectric constant of the interlayer insulating film 206b.
【0028】一方、図10Bは第2フォトレジストパタ
ーン212のミスアラインが発生した場合、第2フォト
レジストパターン212が除去された後の状態を図示し
たものである。図10Bに示したように、第1幅W1よ
り小さな幅を有するビアホール210aが形成されてビ
アホール210aのプロファイルが不良になる。また、
前述したように、パーシャルビアホール(210;図8
B参照)の底にフォトレジストが残留する場合にはオー
プンされていないビアホール(図示せず)が形成されて
配線領域214と導電層202とが連結されない場合も
ある。On the other hand, FIG. 10B illustrates a state after the second photoresist pattern 212 is removed when the misalignment of the second photoresist pattern 212 occurs. As shown in FIG. 10B, the via hole 210a having a width smaller than the first width W1 is formed, and the profile of the via hole 210a becomes defective. Also,
As described above, the partial via hole (210; FIG. 8).
When the photoresist remains at the bottom of the wiring region 214 (see B), an unopened via hole (not shown) may be formed and the wiring region 214 and the conductive layer 202 may not be connected.
【0029】[0029]
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記した従来
技術における問題点を解決しようとするものであり、本
発明が達成しようとする技術的課題は層間絶縁膜をエッ
チングして配線領域及びビアホールを形成する時にスト
ッパー膜がエッチングされて導電層が外部に露出される
ことによって第2フォトレジストパターン除去工程で導
電層の上部に金属酸化物層が形成される問題を防止で
き、アッシング工程による損傷を防止でき、また第2フ
ォトレジストパターンを形成する時にパーシャルビアホ
ール内にフォトレジストが残留してビアホールがオープ
ンされない問題を解決することができ、第2フォトレジ
ストパターンのミスアラインが発生してもビアホールの
プロファイル不良が発生することを防止できる半導体素
子の金属配線形成方法を提供するところにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the above-mentioned problems in the prior art. The technical problem to be achieved by the present invention is to etch an interlayer insulating film to form a wiring region and a via hole. The problem that the metal oxide layer is formed on the conductive layer in the second photoresist pattern removing process due to the stopper film being etched and the conductive layer being exposed to the outside can be prevented, and the damage due to the ashing process can be prevented. It is also possible to solve the problem that the photoresist does not remain in the partial via hole when the second photoresist pattern is formed and the via hole is not opened. Even if misalignment of the second photoresist pattern occurs, the via hole Method for forming metal wiring of semiconductor device that can prevent profile failure It is to provide a.
【0030】[0030]
【課題を解決するための手段】前記技術的課題を達成す
るための第1及び第2実施例による半導体素子の金属配
線形成方法は、半導体基板上に形成された導電層上にス
トッパー膜を形成する段階と、前記ストッパー膜上に層
間絶縁膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜上にハード
マスク層を形成する段階と、前記ハードマスク層上に前
記導電層に対応してビアホールを限定する第1フォトレ
ジストパターンを形成する段階と、前記第1フォトレジ
ストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマス
ク層及び前記層間絶縁膜をエッチングして前記導電層上
に形成されたストッパー膜の表面を露出させるビアホー
ルを形成する段階と、前記第1フォトレジストパターン
を除去する段階と、前記ビアホールを媒介物質層として
埋め込む段階と、前記ハードマスク層の一部をエッチン
グして前記ビアホールの少なくとも一部と重畳される配
線領域を限定するハードマスクパターンを形成する段階
と、前記ビアホールから前記媒介物質層を除去する段階
と、前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとし
て前記層間絶縁膜の一部をエッチングして配線領域を形
成する段階と、前記ビアホール内に残留する前記ストッ
パー層を除去する段階と、前記ビアホール及び配線領域
に導電物質を埋め込む段階と、を含む。The metal wiring forming method for a semiconductor device according to the first and second embodiments for achieving the above-mentioned technical object is to form a stopper film on a conductive layer formed on a semiconductor substrate. Forming, forming an interlayer insulating film on the stopper film, forming a hard mask layer on the interlayer insulating film, and limiting a via hole corresponding to the conductive layer on the hard mask layer. Forming a first photoresist pattern, and a via hole exposing the surface of the stopper film formed on the conductive layer by etching the hard mask layer and the interlayer insulating film using the first photoresist pattern as an etching mask. Forming, a step of removing the first photoresist pattern, a step of embedding the via hole as an intermediate material layer, Etching a portion of the hard mask layer to form a hard mask pattern that defines a wiring region overlapping at least a portion of the via hole; removing the mediator layer from the via hole; Using the mask pattern as an etching mask, a part of the interlayer insulating film is etched to form a wiring region, the stopper layer remaining in the via hole is removed, and a conductive material is embedded in the via hole and the wiring region. And stages.
【0031】前記層間絶縁膜は、前記ストッパー膜上に
第1層間絶縁膜、第2ストッパー膜及び第2層間絶縁膜
が積層されたものであり、この際、前記配線領域を形成
する段階では、前記第2ストッパー膜をエッチングスト
ッパー層として前記第2層間絶縁膜をエッチングして形
成しうる。The interlayer insulating film is formed by laminating a first interlayer insulating film, a second stopper film and a second interlayer insulating film on the stopper film. At this time, in the step of forming the wiring region, The second interlayer insulating film may be formed by etching using the second stopper film as an etching stopper layer.
【0032】前記ハードマスク層は、前記層間絶縁膜と
の高いエッチング選択比を有するシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜、シリコンカーバイド膜、ポリシリコン、金
属酸化物、金属窒化物または金属のうち少なくとも1つ
よりなることが望ましく、前記媒介物質層は、前記層間
絶縁膜及びエッチング選択比を有する炭素系有機物のB
ARC膜またはSOG膜よりなり、前記SOG膜は、前
記層間絶縁膜及びエッチング選択比を有する無機物のH
SQ膜、MSQ膜または多孔性SiO2膜で有り得る。The hard mask layer is at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon carbide film, polysilicon, a metal oxide, a metal nitride or a metal having a high etching selection ratio with respect to the interlayer insulating film. It is preferable that the intermediary material layer comprises a carbon-based organic material B having an etch selectivity and the interlayer insulating layer.
The SOG film is made of an ARC film or an SOG film, and the SOG film is made of an inorganic material H having an etching selection ratio with the interlayer insulating film.
It can be an SQ film, an MSQ film or a porous SiO 2 film.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照しな
がら本発明による望ましい実施例を詳細に説明する。し
かし、以下の実施例はこの技術分野で通常的な知識を有
する者に本発明が十分に理解されるように提供されるも
のであって、多様な他の形態に変形でき、本発明の範囲
が次に記述される実施例に限定されるものではない。以
下の説明である層が他の層の上に存在すると記述される
時、これは他の層の真上に存在する場合もあって、その
間に第3の層が介在される場合もある。また、図面で各
層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張
された。図面上で同一符号は同一な要素を指称する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are provided so that those skilled in the art can understand the present invention sufficiently, and can be modified into various other forms. Are not limited to the embodiments described below. When the following description describes a layer as being on top of another layer, it may be directly on top of the other layer with a third layer interposed therebetween. In addition, the thickness and size of each layer are exaggerated in the drawings for convenience of description and clarity. In the drawings, the same reference numerals refer to the same elements.
【0034】<第1実施例>図11ないし図17は、本
発明の望ましい第1実施例による半導体素子の金属配線
形成方法を工程順序によって示した断面図である。<First Embodiment> FIGS. 11 to 17 are sectional views showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【0035】図11を参照すると、所定の導電層702
が形成された半導体基板700上にストッパー膜704
を形成する。導電層702は半導体基板700に形成さ
れた不純物ドーピング領域、Cu配線層またはその他の
金属配線層で有り得る。ストッパー膜704はその上部
に形成される層間絶縁膜706との高いエッチング選択
比を有する物質、例えばSi3N4またはSiCよりなる
ことが望ましい。Referring to FIG. 11, a predetermined conductive layer 702.
A stopper film 704 is formed on the semiconductor substrate 700 having the film formed thereon.
To form. The conductive layer 702 may be an impurity-doped region formed on the semiconductor substrate 700, a Cu wiring layer, or another metal wiring layer. The stopper film 704 is preferably made of a material having a high etching selection ratio with the interlayer insulating film 706 formed thereon, for example, Si 3 N 4 or SiC.
【0036】次いで、ストッパー膜704上に層間絶縁
膜706を形成する。層間絶縁膜706は、例えばSi
OC膜、多孔性SiO2膜、PSG(phosphor
ous silicate glass)膜、BPSG
(boron phosphorous silicat
e glass)膜、USG(undoped sili
cate glass)膜、FSG(fluorine
doped silicate glass)膜、HDP
(high density plasma)膜、PE−
TEOS(plasma enhanced−tetr
a ethylortho silicate)膜または
SOG(spin on glass)膜のような低誘電
率を有する物質膜よりなることが望ましい。層間絶縁膜
706はストッパー膜704との高いエッチング選択比
を有する物質膜よりなる。Next, an interlayer insulating film 706 is formed on the stopper film 704. The interlayer insulating film 706 is, for example, Si.
OC film, porous SiO 2 film, PSG (phosphor)
ous silicate glass), BPSG
(Boron phosphorous silicat
e-glass) film, USG (undoped sili)
Cate glass) film, FSG (fluorine)
doped silicate glass), HDP
(High density plasma) film, PE-
TEOS (plasma enhanced-tetr
It is desirable to use a material film having a low dielectric constant, such as an aetherthosilicate film or an SOG (spin on glass) film. The interlayer insulating film 706 is made of a material film having a high etching selection ratio with respect to the stopper film 704.
【0037】次いで、層間絶縁膜706上にハードマス
ク層708を形成する。ハードマスク層708は層間絶
縁膜706との高いエッチング選択比を有する物質、例
えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコンカーバ
イド膜、ポリシリコン、酸化アルミニウムのような金属
酸化物、TiNのような金属窒化物、アルミニウムまた
はチタンなどの金属よりなることが望ましい。Then, a hard mask layer 708 is formed on the interlayer insulating film 706. The hard mask layer 708 is a material having a high etching selection ratio with respect to the interlayer insulating film 706, such as a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon carbide film, polysilicon, a metal oxide such as aluminum oxide, or a metal nitride such as TiN. It is desirable that the object be made of metal such as aluminum or titanium.
【0038】次いで、ハードマスク層708上に第1幅
W1で前記導電層702に対応するビアホール(後述す
る)を限定するハードマスク層708の上面を一部露出
させる第1開口部H1を有する第1フォトレジストパタ
ーン710を形成する。すなわち、ハードマスク層70
8上にフォトレジストを塗布した後、前記フォトレジス
トを露光及び現像して第1フォトレジストパターン71
0を形成する。Next, a first opening H1 is formed on the hard mask layer 708, which has a first width W1 and partially exposes an upper surface of the hard mask layer 708 which defines a via hole (described later) corresponding to the conductive layer 702. A photoresist pattern 710 is formed. That is, the hard mask layer 70
8 is coated with a photoresist, and then the photoresist is exposed and developed to form a first photoresist pattern 71.
Form 0.
【0039】図12を参照すれば、第1フォトレジスト
パターン710をエッチングマスクとしてハードマスク
層708及び層間絶縁膜706をエッチングして前記ス
トッパー層704を露出させるビアホール712を形成
する。Referring to FIG. 12, the hard mask layer 708 and the interlayer insulating layer 706 are etched using the first photoresist pattern 710 as an etching mask to form a via hole 712 exposing the stopper layer 704.
【0040】次いで、第1フォトレジストパターン71
0を除去する。第1フォトレジストパターン710は通
常の方法、例えばアッシング工程を用いて除去しうる。Next, the first photoresist pattern 71
Remove 0. The first photoresist pattern 710 may be removed using a conventional method, for example, an ashing process.
【0041】図13を参照すれば、ビアホール712が
形成されている半導体基板700上に媒介物質層714
を塗布してビアホール712を埋め込む。前記媒介物質
層714は、ビアホール712内にのみ形成しても良
く、ハードマスク層708a上にも所定高さだけ薄く形
成しても良い。前記媒介物質層714は有機物質膜とし
て炭素系有機物のBARC(Bottom Anti−
Reflection Coating)膜で形成しう
る。前記BARC膜は、スピンコーティング方法によっ
て形成しうる。この際、スピンコータの回転数は100
0〜5000rpm程度であることが望ましい。スピン
コーティング方法で有機物質膜を塗布した後には100
℃〜150℃程度の温度でベークを実施する。Referring to FIG. 13, an intermediate material layer 714 is formed on the semiconductor substrate 700 in which the via hole 712 is formed.
Is applied to fill the via hole 712. The mediator layer 714 may be formed only in the via hole 712, or may be thinly formed on the hard mask layer 708a by a predetermined height. The mediator layer 714 is a carbon-based organic material BARC (Bottom Anti-).
It may be formed of a Reflection Coating film. The BARC film may be formed by a spin coating method. At this time, the rotation speed of the spin coater is 100.
It is desirable to be about 0 to 5000 rpm. 100 after applying the organic material film by the spin coating method.
Baking is performed at a temperature of about ℃ to 150 ℃.
【0042】一方、前記媒介物質層714はSOG膜よ
りなりうる。前記SOG膜は、例えば無機物のHSQ
(hydro silsesquioxane)膜、M
SQ膜または多孔性SiO2膜であることが望ましい。Meanwhile, the mediator layer 714 may include an SOG layer. The SOG film is, for example, an inorganic HSQ.
(Hydro silsesquioxane) membrane, M
It is preferably an SQ film or a porous SiO 2 film.
【0043】図14を参照すれば、媒介物質層714が
形成されている半導体基板700上に前記第1幅W1よ
り大きい第2幅W2を有し、媒介物質層714を一部露
出させる第2開口部H2を有する第2フォトレジストパ
ターン716を形成する。第2開口部H2の位置はビア
ホール712の位置に対応するように形成し、ビアホー
ル712の少なくとも一部と重畳させるべくその上部に
第2開口部H2を位置させる。Referring to FIG. 14, a second width W2, which is larger than the first width W1, is formed on the semiconductor substrate 700 on which the mediator layer 714 is formed. A second photoresist pattern 716 having an opening H2 is formed. The position of the second opening H2 is formed so as to correspond to the position of the via hole 712, and the second opening H2 is positioned above the via hole 712 so as to overlap with at least a part of the via hole 712.
【0044】図15を参照すれば、第2フォトレジスト
パターン716をエッチングマスクとして層間絶縁膜7
06上部の媒介物質層714及びハードマスク層708
aを乾式エッチングする。媒介物質層714が有機物質
膜のBARC膜である場合、前記エッチングはO2を含
むガスまたはN2及びH2を含むガスをエッチングガスと
して使用する。あるいは、CxFy系ガスまたはCxHyF
z系ガスと、Arのような不活性ガス、及びCOまたは
O2ガスを含むエッチングガスを使用しうる。この際、
ビアホール712内の媒介物質層714も前記エッチン
グ時にある程度はリセスされる。Referring to FIG. 15, the interlayer insulating film 7 is formed using the second photoresist pattern 716 as an etching mask.
06 Mediator layer 714 and hard mask layer 708
dry etch a. When the mediator layer 714 is a BARC film, which is an organic material film, the etching uses a gas containing O 2 or a gas containing N 2 and H 2 . Alternatively, C x F y based gas or C x H y F
An etching gas containing a z-based gas, an inert gas such as Ar, and CO or O 2 gas may be used. On this occasion,
The mediator layer 714 in the via hole 712 is also recessed to some extent during the etching.
【0045】一方、前記媒介物質層714がSOG膜で
ある場合、前記乾式エッチングはCxFy系ガスまたは
CxHyFz系ガスと、Arのような不活性ガス、及び
CO、CO2またはO2ガスを含むエッチングガスを使用
する。前記乾式エッチングは5〜50mTorrの圧力
で、1000〜5000W程度のパワーで1〜2分間実
施することが望ましい。On the other hand, when the mediator layer 714 is an SOG film, the dry etching may include a CxFy-based gas or a CxHyFz-based gas, an inert gas such as Ar, and CO, CO 2 or O 2 gas. Use gas. The dry etching is preferably performed at a pressure of 5 to 50 mTorr and a power of about 1000 to 5000 W for 1 to 2 minutes.
【0046】図16を参照すれば、第2フォトレジスト
パターン716を除去する。第2フォトレジストパター
ン716は通常の方法、例えばアッシング工程を用いて
除去しうる。この際、媒介物質層714が有機物である
場合、有機物質膜も共に除去される。すなわち、ハード
マスク層708aの上部及びビアホール712内に存在
する有機物質膜よりなる媒介物質層714も第2フォト
レジストパターン716の除去工程、例えばアッシング
工程で共に除去される。第2フォトレジストパターン7
16及び媒介物質層714が除去されれば、第2幅W2
を有する開口部を有するハードマスク層708bが露出
される。Referring to FIG. 16, the second photoresist pattern 716 is removed. The second photoresist pattern 716 may be removed using a conventional method, for example, an ashing process. At this time, when the mediator layer 714 is an organic material, the organic material film is also removed. That is, the intermediate material layer 714 made of an organic material film, which is present in the upper portion of the hard mask layer 708a and the via hole 712, is also removed in the step of removing the second photoresist pattern 716, for example, the ashing step. Second photoresist pattern 7
16 and the mediator layer 714 are removed, the second width W2
The hard mask layer 708b having an opening having a is exposed.
【0047】媒介物質層714がSOG膜である場合、
ハードマスク層708bの上部及びビアホール712内
に形成されたSOG膜を湿式エッチングして除去する。
層間絶縁膜706に対するSOG膜のエッチング速度が
速くてSOG膜だけを選択的に除去しうるエッチング
液、例えばHF溶液を使用することが望ましい。HSQ
のようなSOG膜はHF溶液でエッチング速度が非常に
速いが、一方、層間絶縁膜706、例えばSiOC膜は
HF溶液ではほとんどエッチングされない。When the mediator layer 714 is an SOG film,
The SOG film formed on the hard mask layer 708b and in the via hole 712 is removed by wet etching.
It is preferable to use an etching solution, such as an HF solution, which has a high etching rate of the SOG film with respect to the interlayer insulating film 706 and can selectively remove only the SOG film. HSQ
The SOG film as described above has an extremely high etching rate in the HF solution, while the interlayer insulating film 706, for example, the SiOC film is hardly etched in the HF solution.
【0048】図17を参照すれば、ハードマスク層70
8bをエッチングマスクとして層間絶縁膜706を乾式
エッチングして配線領域718及びビアホール712a
を同時に形成する。すなわち、層間絶縁膜706内に第
2幅W2を有する配線領域718を形成し、配線領域7
18の下部には前記第2幅W2より小さい第1幅を有す
るビアホール712aを形成する。一方、ハードマスク
層708bをエッチングマスクとして使用するので、ハ
ードマスク層708bは層間絶縁膜706がエッチング
される間に耐えられるほどに十分な厚さを有さねばなら
ない。Referring to FIG. 17, a hard mask layer 70
The interlayer insulating film 706 is dry-etched by using 8b as an etching mask to form the wiring region 718 and the via hole 712a.
Are formed at the same time. That is, the wiring region 718 having the second width W2 is formed in the interlayer insulating film 706, and the wiring region 7 is formed.
A via hole 712a having a first width smaller than the second width W2 is formed in the lower part of 18. On the other hand, since the hard mask layer 708b is used as an etching mask, the hard mask layer 708b must have a sufficient thickness to withstand while the interlayer insulating film 706 is etched.
【0049】次いで、ビアホール712aを通じて露出
されたストッパー膜704をエッチングして除去する。
この際、ハードマスク層708bも共にエッチングして
除去してもよく、あるいはハードマスク層708bを除
去せず、そのまま残して後続工程を進行しても良い。Next, the stopper film 704 exposed through the via hole 712a is etched and removed.
At this time, the hard mask layer 708b may be etched and removed together, or the hard mask layer 708b may be left as it is and the subsequent process may be performed.
【0050】次いで、ストッパー膜704が除去された
半導体基板700上に段差に沿って障壁層(図示せず)
及び導電層(図示せず)を形成した後、平坦化してデュ
アルダマシン構造の金属配線形成を完了する。Next, a barrier layer (not shown) is formed along the step on the semiconductor substrate 700 from which the stopper film 704 has been removed.
And after forming a conductive layer (not shown), it is planarized to complete the formation of the metal wiring of the dual damascene structure.
【0051】<第2実施例>図18ないし図24は、本
発明の望ましい第2実施例に係る半導体素子の金属配線
形成方法を工程順によって示す断面図である。第1実施
例と比較すると、第1実施例の層間絶縁膜706の代り
に第1層間絶縁膜805、第2ストッパー膜806及び
第2層間絶縁膜807を使用する点を除いては同一であ
る。<Second Embodiment> FIGS. 18 to 24 are sectional views showing, in the order of steps, a method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention. Compared with the first embodiment, the first embodiment is the same as the first embodiment except that a first interlayer insulation film 805, a second stopper film 806 and a second interlayer insulation film 807 are used instead of the interlayer insulation film 706. .
【0052】図18を参照すれば、所定の導電層802
が形成された半導体基板800上に第1ストッパー膜8
04を形成する。次いで、第1ストッパー膜804上に
第1層間絶縁膜805、第2ストッパー膜806及び第
2層間絶縁膜807を順次に形成する。Referring to FIG. 18, a predetermined conductive layer 802 is formed.
The first stopper film 8 is formed on the semiconductor substrate 800 on which the
To form 04. Then, a first interlayer insulating film 805, a second stopper film 806, and a second interlayer insulating film 807 are sequentially formed on the first stopper film 804.
【0053】次いで、第2層間絶縁膜807上にハード
マスク層808を形成する。ハードマスク層808は層
間絶縁膜706との高いエッチング選択比を有する物
質、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン
カーバイド膜、ポリシリコン、酸化アルミニウムのよう
な金属酸化物、TiNのような金属窒化物、アルミニウ
ムまたはチタンなどの金属よりなることが望ましい。Next, a hard mask layer 808 is formed on the second interlayer insulating film 807. The hard mask layer 808 is a material having a high etching selection ratio with respect to the interlayer insulating film 706, such as a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon carbide film, polysilicon, a metal oxide such as aluminum oxide, or a metal nitride such as TiN. It is desirable that the object be made of metal such as aluminum or titanium.
【0054】次いで、ハードマスク層808上に第1幅
W1で前記導電層802に対応するビアホール(後述す
る)を限定するハードマスク層808の上面を一部露出
させる第1開口部H1を有する第1フォトレジストパタ
ーン810を形成する。Next, a first opening H1 is formed on the hard mask layer 808, which has a first width W1 and partially exposes an upper surface of the hard mask layer 808 which defines a via hole (described later) corresponding to the conductive layer 802. A photoresist pattern 810 is formed.
【0055】図19を参照すれば、第1フォトレジスト
パターン810をエッチングマスクとしてハードマスク
層808、第2層間絶縁膜807a、第2ストッパー膜
806及び第1層間絶縁膜806を順次にエッチング条
件を変更しつつエッチングして前記ストッパー層804
を露出させるビアホール812を形成する。次いで、第
1フォトレジストパターン810を除去する。Referring to FIG. 19, the hard mask layer 808, the second interlayer insulating film 807a, the second stopper film 806 and the first interlayer insulating film 806 are sequentially etched using the first photoresist pattern 810 as an etching mask. Etching while changing the stopper layer 804
A via hole 812 that exposes is formed. Then, the first photoresist pattern 810 is removed.
【0056】図20を参照すれば、ビアホール812を
媒介物質層814で埋め込む。前記媒介物質層814は
ビアホール812内にのみ形成しても良く、ハードマス
ク層808a上にも所定高さだけ薄く形成しても良い。
前記媒介物質層814は前述した第1実施例のような有
機物質膜として炭素系有機物のBARC(Bottom
Anti−Reflection Coating)膜
またはSOG膜よりなりうる。Referring to FIG. 20, the via hole 812 is filled with a medium material layer 814. The mediator layer 814 may be formed only in the via hole 812, or may be thinly formed on the hard mask layer 808a by a predetermined height.
The mediator layer 814 is a carbon-based organic BARC (Bottom) as an organic material layer as in the first embodiment.
The anti-reflection coating film or the SOG film may be used.
【0057】図21を参照すれば、媒介物質層814が
形成されている半導体基板800上に前記第1幅W1よ
り大きい第2幅W2を有し、媒介物質層814を一部露
出させる第2開口部H2を有する第2フォトレジストパ
ターン816を形成する。第2開口部H2の位置はビア
ホール812の位置に対応するように形成し、デュアル
ダマシン構造を形成するためにビアホール812の少な
くとも一部と重畳されるようにその上部に第2開口部H
2を位置させる。Referring to FIG. 21, a second width W2, which is larger than the first width W1, is formed on the semiconductor substrate 800 on which the mediator layer 814 is formed. A second photoresist pattern 816 having an opening H2 is formed. The second opening H2 is formed so as to correspond to the position of the via hole 812, and the second opening H is formed on the upper portion of the via hole 812 so as to overlap with at least a part of the via hole 812 to form a dual damascene structure.
Position 2.
【0058】図22を参照すれば、第2フォトレジスト
パターン816をエッチングマスクとして媒介物質層8
14及びハードマスク層808bを乾式エッチングす
る。この際、ビアホール812内の媒介物質層814も
前記エッチング時にある程度はリセスさせる。Referring to FIG. 22, the medium material layer 8 using the second photoresist pattern 816 as an etching mask.
14 and hard mask layer 808b are dry etched. At this time, the mediator layer 814 in the via hole 812 is also recessed to some extent during the etching.
【0059】図23を参照すれば、第2フォトレジスト
パターン816を除去する。第2フォトレジストパター
ン816は通常の方法、例えばアッシング工程を用いて
除去しうる。次いで、第1実施例のようにビアホール8
12内に残留する媒介物質層814を除去する。Referring to FIG. 23, the second photoresist pattern 816 is removed. The second photoresist pattern 816 may be removed using a normal method, for example, an ashing process. Then, as in the first embodiment, the via hole 8 is formed.
The mediator layer 814 remaining in 12 is removed.
【0060】図24を参照すれば、ハードマスク層80
8bをエッチングマスクとして第2層間絶縁膜807b
を第2ストッパー膜806が露出されるまで乾式エッチ
ングして配線領域818を形成する。次いで、ビアホー
ル812aを通じて露出された第1ストッパー膜804
をエッチングして除去する。この際、ハードマスク層8
08bも共にエッチングして除去しても、あるいはハー
ドマスク層808bを除去せずにそのまま残して後続工
程を進行しても良い。Referring to FIG. 24, the hard mask layer 80
Second interlayer insulating film 807b using 8b as an etching mask
Is dry-etched until the second stopper film 806 is exposed to form a wiring region 818. Then, the first stopper film 804 exposed through the via hole 812a.
Are removed by etching. At this time, the hard mask layer 8
08b may be removed by etching together, or the hard mask layer 808b may be left as it is and the subsequent process may be performed.
【0061】次いで、第1実施例と同様に第1ストッパ
ー膜804が除去された半導体基板800上に段差に沿
って障壁層(図示せず)及び導電層(図示せず)を形成
した後、平坦化してデュアルダマシン構造の金属配線形
成を完了する。Then, a barrier layer (not shown) and a conductive layer (not shown) are formed along the steps on the semiconductor substrate 800 from which the first stopper film 804 has been removed, as in the first embodiment. Planarization is completed to complete the formation of the dual damascene metal wiring.
【0062】以上、本発明の望ましい実施例を挙げて詳
細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本
発明の技術的思想の範囲内で当業者によって多様な変形
が可能である。Although the preferred embodiments of the present invention have been described above in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. is there.
【0063】[0063]
【発明の効果】本発明による半導体素子の金属配線形成
方法によると、層間絶縁膜(または第2層間絶縁膜及び
第1層間絶縁膜)をエッチングして配線領域及びビアホ
ールを形成する時にストッパー膜(または第1ストッパ
ー膜)がエッチングされて導電層が外部に露出される心
配なく、したがって、第2フォトレジストパターン除去
工程で導電層の上部に金属酸化物層が形成された従来の
ような問題は発生しない。According to the method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to the present invention, a stopper film is formed when a wiring region and a via hole are formed by etching an interlayer insulating film (or a second interlayer insulating film and a first interlayer insulating film). Alternatively, there is no concern that the conductive layer is exposed to the outside due to the etching of the first stopper film). Therefore, the conventional problem that the metal oxide layer is formed on the conductive layer in the second photoresist pattern removing step is not a problem. Does not occur.
【0064】また、本発明はパーシャルビアホールを形
成した後で第2フォトレジストパターンを形成する前に
パーシャルビアホールを有機物または無機物で埋め込む
ために、第2フォトレジストパターンを形成する時にパ
ーシャルビアホールの底にフォトレジストが残留してビ
アホールがオープンされない従来のような問題は発生し
ない。In addition, according to the present invention, since the partial via hole is filled with an organic material or an inorganic material after the partial via hole is formed and before the second photoresist pattern is formed, the bottom of the partial via hole is formed when the second photoresist pattern is formed. The conventional problem that the photoresist remains and the via hole is not opened does not occur.
【0065】また、本発明はパーシャルビアホールを形
成した後で第2フォトレジストパターンを形成する前に
パーシャルビアホールを有機物または無機物で埋め込む
ために、第2フォトレジストパターンのミスアラインが
発生しても従来のようなビアホールのプロファイル不良
は発生しない。Further, according to the present invention, since the partial via hole is filled with an organic material or an inorganic material after the partial via hole is formed and before the second photoresist pattern is formed, even if the misalignment of the second photoresist pattern occurs, the conventional method is used. The profile defect of such a via hole does not occur.
【0066】更に、本発明は第2フォトレジストパター
ンを除去した後でハードマスク層をエッチングマスクと
して配線領域及びビアホールを形成するために従来のよ
うな層間絶縁膜の表面にあらわれるアッシング工程によ
る損傷を受けない。また、本発明の第1及び第2実施例
のように媒介物質層を用いてフルビアホールを適用しう
る。Further, according to the present invention, after the second photoresist pattern is removed, the hard mask layer is used as an etching mask to form a wiring region and a via hole, so that damage caused by the ashing process that appears on the surface of the interlayer insulating film as in the prior art is prevented. I do not receive it. In addition, as in the first and second embodiments of the present invention, a full via hole may be applied using an intermediate material layer.
【図1】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方
法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example in order of steps.
【図2】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方
法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example in order of process steps.
【図3】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方
法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example in a process order.
【図4】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方
法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example, in the order of steps.
【図5】従来の一例による半導体素子の金属配線形成方
法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a conventional example in order of steps.
【図6】従来の他の例による半導体素子の金属配線形成
方法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing, in the order of steps, a method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example.
【図7】従来の他の例による半導体素子の金属配線形成
方法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing, in the order of steps, a method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example.
【図8】従来の他の例による半導体素子の金属配線形成
方法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing, in the order of steps, a method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example.
【図9】従来の他の例による半導体素子の金属配線形成
方法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing, in the order of steps, a method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example.
【図10】従来の他の例による半導体素子の金属配線形
成方法を工程順序によって示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing, in the order of steps, a method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to another conventional example.
【図11】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図12】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to the first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図13】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to the first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図14】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図15】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to the first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図16】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to the first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図17】本発明の望ましい第1実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to the first preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図18】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図19】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 19 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図20】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 20 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図21】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 21 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図22】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 22 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図23】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 23 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
【図24】本発明の望ましい第2実施例に係る半導体素
子の金属配線形成方法を工程順序によって示す断面図で
ある。FIG. 24 is a cross-sectional view showing a method of forming a metal wiring of a semiconductor device according to a second preferred embodiment of the present invention in the order of steps.
104,204,704 ストッパー膜 804 第1ストッパー膜 806 第2ストッパー膜 106,206,706 層間絶縁膜 805 第1層間絶縁膜 807 第2層間絶縁膜 110,210 パーシャルビアホール 110a,210a,712,812 ビアホール 114,214,718,818 配線領域 104,204,704 Stopper film 804 First stopper film 806 Second stopper film 106, 206, 706 Interlayer insulation film 805 First interlayer insulating film 807 Second interlayer insulating film 110, 210 partial beer holes 110a, 210a, 712, 812 via holes 114, 214, 718, 818 Wiring area
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 在 鶴 大韓民国ソウル特別市松坡区文井洞62−5 番地 現代アパート1207号 (72)発明者 李 守 根 大韓民国京畿道水原市八達区望浦洞 碧山 アパート117棟1602号 Fターム(参考) 5F033 KK01 KK11 MM02 QQ11 QQ25 QQ27 QQ28 QQ37 RR01 RR03 RR04 RR06 RR09 RR11 RR14 RR15 RR29 SS04 SS15 TT01 XX15 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Kim, Tsuru 62-5 Bunjeong-dong, Songpa-gu, Seoul, South Korea Address Hyundai Apartment No. 1207 (72) Inventor Lee Morone Buksan, Wokpo-dong, Bat-gu, Suwon-si, Gyeonggi-do, Republic of Korea Apartment 117 Building 1602 F term (reference) 5F033 KK01 KK11 MM02 QQ11 QQ25 QQ27 QQ28 QQ37 RR01 RR03 RR04 RR06 RR09 RR11 RR14 RR15 RR29 SS04 SS15 TT01 XX15
Claims (10)
トッパー膜を形成する段階と、 前記ストッパー膜上に層間絶縁膜を形成する段階と、 前記層間絶縁膜上にハードマスク層を形成する段階と、 前記ハードマスク層上に前記導電層に対応してビアホー
ルを限定する第1フォトレジストパターンを形成する段
階と、 前記第1フォトレジストパターンをエッチングマスクと
して前記ハードマスク層及び前記層間絶縁膜をエッチン
グして前記導電層上に形成されたストッパー膜の表面を
露出させるビアホールを形成する段階と、 前記第1フォトレジストパターンを除去する段階と、 前記ビアホールを媒介物質層として埋め込む段階と、 前記ハードマスク層の一部をエッチングして前記ビアホ
ールの少なくとも一部と重畳される配線領域を限定する
ハードマスクパターンを形成する段階と、 前記ビアホールから前記媒介物質層を除去する段階と、 前記ハードマスクパターンをエッチングマスクとして前
記層間絶縁膜の一部をエッチングして配線領域を形成す
る段階と、 前記ビアホール内に残留する前記ストッパー層を除去す
る段階と、 前記ビアホール及び配線領域に導電物質を埋め込む段階
と、を含む半導体素子の金属配線形成方法。1. A step of forming a stopper film on a conductive layer formed on a semiconductor substrate, a step of forming an interlayer insulating film on the stopper film, and a step of forming a hard mask layer on the interlayer insulating film. Forming a first photoresist pattern on the hard mask layer to define a via hole corresponding to the conductive layer; and using the first photoresist pattern as an etching mask to form the hard mask layer and the interlayer insulating film. Etching to form a via hole exposing the surface of the stopper layer formed on the conductive layer, removing the first photoresist pattern, filling the via hole as an intermediate material layer, Etching a part of the hard mask layer to limit a wiring region overlapping with at least a part of the via hole Forming a hard mask pattern, removing the intermediary material layer from the via hole, and forming a wiring region by etching a part of the interlayer insulating film using the hard mask pattern as an etching mask, A method of forming a metal wiring of a semiconductor device, comprising: removing the stopper layer remaining in the via hole; and burying a conductive material in the via hole and the wiring region.
に第1層間絶縁膜、第2ストッパー膜及び第2層間絶縁
膜が積層されたものであることを特徴とする請求項1に
記載の半導体素子の金属配線形成方法。2. The interlayer insulating film is formed by laminating a first interlayer insulating film, a second stopper film and a second interlayer insulating film on the stopper film. Method for forming metal wiring of semiconductor device.
2ストッパー膜をエッチングストッパー層として前記第
2層間絶縁膜をエッチングして形成することを特徴とす
る請求項2に記載の半導体素子の金属配線形成方法。3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the forming of the wiring region is performed by etching the second interlayer insulating film using the second stopper film as an etching stopper layer. Metal wiring forming method.
は、前記層間絶縁膜とエッチング選択比を有するシリコ
ン窒化膜またはシリコンカーバイド膜よりなることを特
徴とする請求項1または2に記載の半導体素子の金属配
線形成方法。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the stopper film and the second stopper film are formed of a silicon nitride film or a silicon carbide film having an etching selection ratio with the interlayer insulating film. Metal wiring forming method.
SiO2膜、PSG膜、BPSG膜、USG膜、FSG
膜、HDP膜、PE−TEOS膜またはSOG膜よりな
ることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素
子の金属配線形成方法。5. The interlayer insulating film is a SiOC film, a porous SiO 2 film, a PSG film, a BPSG film, a USG film, an FSG.
3. The method for forming metal wiring of a semiconductor element according to claim 1, comprising a film, an HDP film, a PE-TEOS film or an SOG film.
との高いエッチング選択比を有するシリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜、シリコンカーバイド膜、ポリシリコン、
金属酸化物、金属窒化物または金属のうち少なくとも1
つよりなることを特徴とする請求項1に記載の半導体素
子の金属配線形成方法。6. The hard mask layer comprises a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon carbide film, polysilicon, which has a high etching selection ratio with respect to the interlayer insulating film.
At least one of metal oxide, metal nitride or metal
The method for forming metal wiring of a semiconductor device according to claim 1, wherein the method comprises:
エッチング選択比を有する炭素系有機物のBARC膜ま
たはSOG膜よりなることを特徴とする請求項1に記載
の半導体素子の金属配線形成方法。7. The method of claim 1, wherein the mediator layer comprises a BARC film or a SOG film of a carbon-based organic material having an etching selection ratio with the interlayer insulating film. .
ッチング選択比を有する無機物のHSQ膜、MSQ膜ま
たは多孔性SiO2膜であることを特徴とする請求項7
に記載の半導体素子の金属配線形成方法。8. The SOG film is an inorganic HSQ film, an MSQ film or a porous SiO 2 film having an etching selection ratio with the interlayer insulating film.
A method for forming a metal wiring of a semiconductor device according to 1.
め込みつつ前記ハードマスク層上へ所定高さだけ形成さ
れることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金
属配線形成方法。9. The method of claim 1, wherein the medium material layer is formed on the hard mask layer to a predetermined height while filling the via hole.
段階は、 前記媒介物質層が形成された半導体基板上に前記ハード
マスクパターンに対応する第2フォトレジストパターン
を形成する段階と、 前記第2フォトレジストパターンをエッチングマスクと
して前記媒介物質層及びハードマスク層をエッチングす
る段階と、 前記第2フォトレジストパターン及び前記ハードマスク
層上の媒介物質層を除去する段階と、を含むことを特徴
とする請求項9に記載の半導体素子の金属配線形成方
法。10. The step of forming the hard mask pattern, the step of forming a second photoresist pattern corresponding to the hard mask pattern on the semiconductor substrate having the mediator layer formed thereon, and the second photoresist. The method may include etching the mediator layer and the hard mask layer using the pattern as an etching mask, and removing the mediator layer on the second photoresist pattern and the hard mask layer. 9. The method for forming metal wiring of a semiconductor device according to item 9.
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