JP2004221191A - Manufacturing method for semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method for semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2004221191A
JP2004221191A JP2003004689A JP2003004689A JP2004221191A JP 2004221191 A JP2004221191 A JP 2004221191A JP 2003004689 A JP2003004689 A JP 2003004689A JP 2003004689 A JP2003004689 A JP 2003004689A JP 2004221191 A JP2004221191 A JP 2004221191A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mask
film
insulating film
wiring groove
wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003004689A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4436606B2 (en
Inventor
Kunihiko Nagase
邦彦 長瀬
Yoshio Ishikawa
石川 吉夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Applied Materials Inc
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd, Applied Materials Inc filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2003004689A priority Critical patent/JP4436606B2/en
Publication of JP2004221191A publication Critical patent/JP2004221191A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4436606B2 publication Critical patent/JP4436606B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a semiconductor device by which a residue generated when a wiring groove is formed in a dual damascene method can be reduced. <P>SOLUTION: The bottom of a groove 12a formed at when a machining is stopped is irradiated with the plasma of a gas containing fluorine by stopping the machining once without forming the wiring groove 12 to an interlayer insulating film 3 by one-time machining. Accordingly, the residue 15 composed of an Si compound or the like existing on the bottom of the groove 12a at the point of time is removed. The residue is removed in this manner, and the wiring groove 12 is formed by machining. The residue can be generated by further machining in this case, but an SiC film 2 is formed generally between the film 3 and a Cu wiring 1 positioned at the lower section of the film 3 by the dual damascene method, and the residue is removed when the film 2 is machined. Consequently, the lowering of a yield, the increase of the resistivity of the wiring, the deterioration of a reliability or the like can be avoided. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デュアルダマシン法を採用した半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の微細化に伴い、配線のRC遅延がデバイス速度を制限する主な要因となっていることが知られている。
このため、近時、配線材料には、主にCuが用いられている。しかし、Cuそのものに配線パターンを転写することは困難である。このため、Cu配線を形成するに当たっては、層間絶縁膜に配線溝(トレンチ)のパターンを転写し、そこへCuを埋め込んで配線パターンを形成するダマシン法が有効である。また、ダマシン法は、溝のCuとビア(Via)のCuを個別に形成するシングルダマシン法と、溝とビアを同時に作るデュアルダマシン法とに分類される。
【0003】
その一方で、層間絶縁膜の材料についても、RC遅延の問題を解決するため、従来の酸化膜より誘電率が低い低誘電率膜が使用されている。低誘電率膜の材料は、無機材料と有機材料との2種類に大別される。これらは、一般的には、各デバイス特性の要求を満たすように、使い分けられている。
【0004】
層間絶縁膜として、有機の低誘電率膜を用いる場合、層間構造は、先溝ハードマスク方式を用いるのが一般的である。ここで、先溝ハードマスク方式とは、予め、配線溝のパターンを形成するためのハードマスクのパターンを層間絶縁膜上に形成しておき、配線溝パターンの段差上に直接、ビアのパターニングを行い、ビアの加工、層間絶縁膜の配線溝の加工を順次行い、デュアルダマシン構造を形成する方式である。
【0005】
有機の低誘電率膜のエッチングは、NガスとHガスの混合ガス、NHガス又はこれら3種のガスを組み合わせた混合ガスを用いて行うことが、一般に知られている。また、デュアルダマシン法を採用して単一の有機低誘電率膜に対して配線溝及びビアホールを形成する場合には、配線溝の形成に当たって、有機低誘電率膜にハーフエッチングを行う。具体的には、エッチングにより、有機低誘電率膜の途中までビアホールを形成した後、ビアホールの残り及び配線溝を一括して形成する。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−118825号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようなデュアルダマシン法では、有機低誘電率膜とハードマスクとの間に薄く形成される密着膜中に含まれるSiや、ハードマスク中のSiが、ハードマスクのスパッタを行った際にSi化合物となって有機低誘電率膜上に付着したり、有機低誘電率膜のエッチング時に、チャンバの内壁に付着していたデポ物(Si化合物)が有機低誘電率膜上に飛来したりすることがある。しかしながら、上記の有機低誘電率膜をエッチングするためのガス(NガスとHガスの混合ガス、NHガス又はこれら3種のガスを組み合わせた混合ガス)では、Si化合物を除去することができない。このため、有機低誘電率膜に溝及びビアホールを形成するためのエッチング時に、Si化合物がマスクとして機能してしまい、最終的に形成された溝の底部に残渣が発生してしまう。
【0008】
図12は、従来の半導体装置の製造方法における途中の状態を示す断面図である。図12には、先溝ハードマスク方式のデュアルダマシン法によりビアホール及び配線溝を形成した状態を示している。この状態では、Cu配線101上に、SiC膜102、有機低誘電率膜103、SiC膜104及びSiO膜105が積層され、SiC膜102及び有機低誘電率膜103の下部にビアホールが形成され、有機低誘電率膜103の上部、SiC膜104及びSiO膜105に配線溝が形成されている。しかし、従来の製造方法では、図12に示すように、ビアホール及び配線溝が形成されたときに、配線溝の底部に残渣115が生成されてしまう。このような残渣115が存在していると、歩留りが低下したり、配線の抵抗率が上昇したり、信頼性が低下したりしてしまう。
【0009】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、デュアルダマシン法において配線溝を形成する際に生じる残渣を低減することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【0011】
本願発明に係る半導体装置の製造方法は、デュアルダマシン法により配線を形成する半導体装置の製造方法を対象とする。本製造方法では、先ず、ビアホール用のマスクを用いて、有機誘電体からなる層間絶縁膜を加工することにより、前記層間絶縁膜に前記層間絶縁膜の厚さよりも浅い孔を形成する。次に、配線溝用のマスクを用いて、前記層間絶縁膜を加工することにより、前記層間絶縁膜に配線溝を形成すると共に、前記孔を下層まで貫通させてビアホールを形成する。次いで、前記配線溝及びビアホール内に配線材料を埋め込む。そして、本製造方法では、前記配線溝を形成するに際して、先ず、前記配線溝用のマスクを用いて、前記層間絶縁膜を加工することにより、前記層間絶縁膜に溝を形成し、前記配線溝用のマスクを用いて、前記溝の底部に向けてフッ素を含有するガスのプラズマを照射する。その後、前記配線溝用のマスクを用いて、前記層間絶縁膜を加工することにより、前記溝の深さを深くして前記配線溝とする。
【0012】
本発明においては、配線溝の形成に当たって、一回の加工によって層間絶縁膜に配線溝を形成するのではなく、一旦加工を停止して、その時点で形成されている溝の底部に向けてフッ素を含有するガスのプラズマを照射する。これにより、その時点で溝の底部に存在しているSi化合物等からなる残渣が除去される。そして、このようにして残渣を除去した後に、更に加工を行って配線溝を形成している。このとき、更なる加工によって残渣が生じ得るが、一般に、デュアルダマシン法では、層間絶縁膜とその下方に位置する配線層との間に絶縁膜が形成されており、この絶縁膜を加工する際に残渣が除去される。従って、歩留りの低下、配線の抵抗率の上昇、及び信頼性の低下等を回避することが可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について添付の図面を参照して具体的に説明する。
【0014】
(第1の実施形態)
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1乃至図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。本実施形態では、先溝ハードマスク方式のデュアルダマシン法により半導体装置を製造する。
【0015】
先ず、図1(a)に示すように、Cu配線1上に、エッチングストッパ膜としてSiC膜2を形成する。SiC膜2の厚さは、例えば50nmである。次に、SiC膜2上に、層間絶縁膜として有機低誘電率膜(有機誘電体膜)3を形成する。有機低誘電率膜3の厚さは、例えば450nmである。有機低誘電率膜3の原料としては、例えばダウ・ケミカル社製のSiLK(登録商標)、有機SOG、アモルファスカーボンフロライド及びポリテトラフルオロエチレン(デュポン社のテフロン(登録商標)等)及びポリアリールエーテル(ハネウェル・エレクトロニク・マテリアルズ・ジャパン社のFLARE(登録商標)等)を使用することができる。
【0016】
次いで、有機低誘電率膜3上に、第1のハードマスクとしてSiC膜4を形成し、更に、第2のハードマスクとしてSiO膜5を形成する。SiC膜4及びSiO膜5の厚さは、夫々、例えば50nm、100nmである。その後、SiO膜5上に、感光性レジストを塗布し、これに露光及び現像を施すことにより、配線溝(トレンチ)のパターンが形成されたレジストマスク8aを形成する。
【0017】
続いて、図1(b)に示すように、レジストマスク8aをマスクとして、SiO膜5をエッチングする。このエッチングは、例えば、C:5〜40sccm、O:20〜70sccm、Ar:50〜1000sccm、圧力:1.33〜13.3Pa(10〜100mTorr)、RF電源パワー:100〜1000Wの条件の下で、反応性イオンエッチング装置を用いて行う。
【0018】
次に、図1(c)に示すように、全面に感光性レジストを塗布し、これに露光及び現像を施すことにより、ビアホールのパターンが形成されたレジストマスク11aを形成する。
【0019】
次いで、図2(a)に示すように、レジストマスク11aをマスクとして、SiO膜5及びSiC膜4をエッチングする。このエッチングは、例えば、CF:50〜200sccm、Ar:0〜500sccm、圧力:2.66〜26.6Pa(20〜200mTorr)、RF電源パワー:100〜1000Wの条件の下で、反応性イオンエッチング装置を用いて行う。このエッチングにより、SiC膜4がビアホールの平面形状にパターニングされる。
【0020】
その後、図2(b)に示すように、2層のハードマスクをマスクとして、有機低誘電率膜3を200nm程度だけエッチングすると同時に、レジストマスク11aを除去する。このエッチングは、例えば、NH:50〜300sccm、圧力:2.66〜20Pa(20〜150mTorr)、RF電源パワー:100〜800Wの条件の下で、反応性イオンエッチング装置を用いて行う。このエッチングにより有機低誘電率膜3に形成された孔は、ビアホールの一部となる。
【0021】
続いて、図2(c)に示すように、SiO膜5をマスクとして、SiC膜4をエッチングする。このエッチングは、例えば、CHF:5〜30sccm、N:0〜50sccm、O:0〜100sccm、圧力:1.33〜13.3Pa(10〜100mTorr)、RF電源パワー:50〜200Wの条件の下で、反応性イオンエッチング装置を用いて行う。このエッチングにより、SiC膜4が配線溝の平面形状にパターニングされる。また、SiO膜5の膜厚が減少する。
【0022】
次に、図3(a)に示すように、SiO膜5及びSiC膜4をマスクとして、層間絶縁膜である有機低誘電率膜3のエッチングを行う。このエッチングは、例えば、NH:50〜200sccm、Ar:0〜300sccm、圧力:26.6〜106Pa(200〜800mTorr)、RF電源パワー:50〜400Wの条件の下で、反応性イオンエッチング装置を用いて行う。
【0023】
但し、図3(a)に示すように、このエッチングは、エッチングにより形成される溝12aの深さが、形成しようとする配線の厚さ(設計値)に達する前に、例えば溝12aの深さが配線の厚さの約半分に達したときに停止する。例えば、厚さが200nmの配線を形成しようとする場合には、このエッチングは、溝12aの深さが100nm程度ととなったときに停止すればよい。また、このエッチングにより、前の工程で有機低誘電率膜3に形成されていた孔が深くなる。この孔は、図3(a)に示すように、SiC膜2まで到達してビアホール13が形成されてもよく、SiC膜2まで到達しなくてもよい。
【0024】
このエッチングが行われた後には、図3(a)に示すように、Si化合物を含む残渣15が溝12aの底部に存在する。
【0025】
次いで、溝12aの底部に、F(フッ素)を含有するガスのプラズマを照射することにより、残渣15を除去する。この処理は、例えば、CH:5〜50sccm、O:5〜50sccm、圧力:0.665〜13.3Pa(5〜100mTorr)、RF電源パワー:50〜200Wの条件の下で、反応性イオンエッチング装置を用いて行う。
【0026】
その後、図3(b)に示すように、再度、SiO膜5及びSiC膜4をマスクとして、有機低誘電率膜3のエッチングを行う。このエッチングは、例えば、NH:50〜200sccm、Ar:0〜300sccm、圧力:26.6〜106Pa(200〜800mTorr)、RF電源パワー:50〜400Wの条件の下で、反応性イオンエッチング装置を用いて行う。このエッチングにより、溝12aの深さを深くして配線溝12を形成する。また、有機低誘電率膜3に形成されていた孔が、残渣15を除去する前のエッチング後にSiC膜2まで到達していない場合には、このエッチングにより孔をSiC膜2まで到達させる。
【0027】
このエッチングが行われた後には、図示しないが、Si化合物を含む残渣が配線溝12の底部に存在する。
【0028】
続いて、SiO膜5、SiC膜4及び有機低誘電率膜3をマスクとして、SiC膜2のエッチングを行う。この結果、デュアルダマシンの形状が完成する。このエッチングは、例えば、CH:5〜50sccm、O:5〜50sccm、N:10〜100sccm、圧力:0.665〜13.3Pa(5〜100mTorr)、RF電源パワー:50〜2000Wの条件の下で、反応性イオンエッチング装置を用いて行う。このエッチングにより、配線溝12の底部に存在していた残渣が除去される。
【0029】
そして、図3(c)に示すように、ビアホール13及び配線溝12内にCu配線14を埋め込む。その後、必要に応じて、更に層間絶縁膜及び配線等の形成を行い、半導体装置を完成させる。
【0030】
図4は、本実施形態を適用して製造した半導体装置の構造を示す断面図である。図4に示す例では、半導体基板21の表面に、素子分離領域22が形成され、この素子分離領域22により区画された素子活性領域内にトランジスタが形成されている。このトランジスタには、半導体基板21の表面に形成されたソース・ドレイン領域23、半導体基板21上に形成されたゲート絶縁膜24、ゲート絶縁膜24上に形成されたゲート電極25、及びゲート電極25の側方に形成されたサイドウォール26が設けられている。そして、このトランジスタを覆うようにして層間絶縁膜27が形成されている。層間絶縁膜27には、ソース・ドレイン領域23まで到達するコンタクトプラグ28が埋め込まれている。このコンタクトプラグ28が図1乃至図3中のCu配線1に相当する。
【0031】
更に、全面にSiC膜29、層間絶縁膜30、SiC膜33、層間絶縁膜34及びSiC膜37が順次積層されている。そして、これらの膜にビアプラグ31、配線32、ビアプラグ35及び配線36が埋め込まれている。ビアプラグ31及び35が図3(c)中のCu配線14のビアホール13内に存在する部分に相当し、配線32及び36が配線溝12内に存在する部分に相当する。このように、図4に示す例では、上述の実施形態に係る製造方法により、少なくとも2層の多層配線が形成されている。
【0032】
このように、本実施形態に係る製造方法によれば、デュアルダマシン法により単一の有機低誘電率膜3内にビアホール及び配線溝を形成する際に、配線溝の形成に当たって、エッチングの途中でFを含有するガスのプラズマを用いた処理によりSi化合物を除去しているため、ビアホール及び配線溝が形成されたときに、残渣15が存在しない。このため、その後に形成されるCu配線14の特性が安定するので、歩留りが向上し、抵抗率の上昇を抑制し、高い信頼性を得ることが可能である。
【0033】
なお、従来の製造方法でも、有機低誘電率膜内にビアホール及び配線溝を形成した後のSiC膜のエッチングの際に、残渣が若干除去される。しかしながら、SiC膜のエッチングを行う直前に存在している残渣が大量であるため、多くの残渣が残ってしまい、信頼性の低下等の不具合を回避することはできない。
【0034】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、より微細なパターンの形成に好適な方法である。図5乃至図9は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。本実施形態でも、先溝ハードマスク方式のデュアルダマシン法により半導体装置を製造する。
【0035】
先ず、図5(a)に示すように、Cu配線1上に、エッチングストッパ膜としてSiC膜2を形成する。次に、SiC膜2上に、層間絶縁膜として有機低誘電率膜3を形成する。
【0036】
次いで、有機低誘電率膜3上に、第1のハードマスクとしてSiC膜4を形成し、更に、第2のハードマスクとしてSiO膜5を形成する。続いて、SiO膜5上に、第3のハードマスクとしてSi膜6を形成する。Si膜6は、配線溝のハードマスクパターンを形成する際の被エッチング膜となる。その後、Si膜6上に、パターニング時に必要な反射防止膜として有機BARC(Bottom anti−reflection coating)7を形成する。そして、有機BARC7上に、有機系の感光性レジストを塗布し、これに露光及び現像を施すことにより、配線溝のパターンが形成されたレジストマスク8bを形成する。
【0037】
次に、図5(b)に示すように、レジストマスク8bをマスクとして、有機BARC7をエッチングする。
【0038】
次いで、図5(c)に示すように、レジストマスク8b及び有機BARC7をマスクとして、Si膜をエッチングする。この結果、Si膜が配線溝のパターンにパターニングされる。
【0039】
続いて、図6(a)に示すように、レジストマスク8b及び有機BARC7を、アッシングにより除去する。そして、層間絶縁膜である有機低誘電率膜3等に、ビアホールのパターンを形成する。ここでは、Si膜6に形成された配線溝のパターンに対して、トリレベル技術を用いる。
【0040】
具体的には、先ず、図6(b)に示すように、Si膜6の段差を埋めて平坦化する下層樹脂膜(有機膜)9を形成する。次に、下層樹脂膜9上に、下層樹脂膜9のエッチングの際にマスクとして使用するSOG(Spin On Glass)膜(無機膜)10を形成する。続いて、SOG膜10上に、有機系の感光性レジストを塗布し、これに露光及び現像を施すことにより、ビアホールのパターンが形成されたレジストマスク(感光性レジスト膜)11bを形成する。
【0041】
次に、図6(c)に示すように、レジストマスク11bをマスクとして、SOG膜10をエッチングする。
【0042】
次いで、図7(a)に示すように、SOG膜10をマスクとして、下層樹脂膜9をエッチングすると同時に、レジストマスク11bを除去する。このエッチングでは、下層樹脂膜9が、レジストマスク11と同様に、有機系であるため、これらのエッチング選択比は1程度である。従って、レジストマスク11bの膜厚が、下層樹脂膜9の膜厚よりも著しく厚い場合は、下層樹脂膜9のエッチングが終了しても、SOG膜10上にレジストマスク11が残り得る。このため、レジストマスク11の膜厚は、下層樹脂膜9の膜厚よりも同等以下であることが望ましい。
【0043】
続いて、図7(b)に示すように、下層樹脂膜9をマスクとして、Si膜6、SiO膜5及びSiC膜4(3層のハードマスク)をエッチングすることにより、これらの膜にビアホールのパターンを形成すると同時に、SOG膜10を除去する。このエッチングでは、SOG膜10と3層のハードマスクとのエッチング選択比が1程度となる条件を用いることにより、SOG膜11の除去を同時にできるようにしている。従って、SOG膜10の膜厚が、3層のハードマスクの総厚よりも著しく厚い場合は、3層のハードマスクのエッチングが終了しても、SOG膜10が残り得る。このため、SOG膜10の膜厚は、Si膜6、SiO膜5及びSiC膜4の総厚よりも同等以下であることが望ましい。
【0044】
その後、図7(c)に示すように、3層のハードマスクをマスクとして、有機低誘電率膜3を200〜400nm程度だけエッチングすると同時に、下層樹脂膜9を除去する。このエッチングにより有機低誘電率膜3に形成された孔は、ビアホールの一部となる。
【0045】
次に、下層樹脂膜9の除去により露出されたSi膜6をマスクとして、SiO膜5のエッチングを行う。この結果、図8(a)に示すように、SiO膜5にも、配線溝のパターンが形成される。
【0046】
次いで、Si膜6及びSiO膜5をマスクとして、SiC膜4のエッチングを行う。この結果、図8(b)に示すように、SiC膜4にも、配線溝のパターンが形成されると同時に、Si膜6が除去される。
【0047】
続いて、SiO膜5及びSiC膜4をマスクとして、層間絶縁膜である有機低誘電率膜3のエッチングを行う。但し、図8(c)に示すように、図3(a)に示す工程と同様に、このエッチングは、エッチングにより形成される溝12aの深さが、形成しようとする配線の厚さ(設計値)に達する前に、例えば溝12aの深さが配線の厚さの半分に達したときに停止する。例えば、厚さが200nmの配線を形成しようとする場合には、このエッチングは、溝12aの深さが100nm程度ととなったときに停止すればよい。また、このエッチングにより、前の工程で有機低誘電率膜3に形成されていた孔が深くなる。この孔は、図8(c)に示すように、SiC膜2まで到達してビアホール13が形成されてもよく、SiC膜2まで到達しなくてもよい。
【0048】
このエッチングが行われた後には、図8(c)に示すように、Si化合物を含む残渣15が溝12aの底部に存在する。
【0049】
次いで、第1の実施形態と同様に、溝12aの底部に、Fを含有するガスのプラズマを照射することにより、残渣15を除去する。
【0050】
その後、図9(a)に示すように、再度、SiO膜5及びSiC膜4をマスクとして、有機低誘電率膜3のエッチングを行う。このエッチングにより、溝12aの深さを深くして配線溝12を形成する。また、有機低誘電率膜3に形成されていた孔が、残渣15を除去する前のエッチング後にSiC膜2まで到達していない場合には、このエッチングにより孔をSiC膜2まで到達させる。
【0051】
このエッチングが行われた後には、図示しないが、Si化合物を含む残渣が配線溝12の底部に存在する。
【0052】
続いて、図9(b)に示すように、SiO膜5、SiC膜4及び有機低誘電率膜3をマスクとして、SiC膜2のエッチングを行う。この結果、デュアルダマシンの形状が完成する。また、このエッチングにより、配線溝12の底部に存在していた残渣が除去される。
【0053】
そして、図9(c)に示すように、ビアホール13及び配線溝12内にCu配線14を埋め込む。その後、必要に応じて、更に層間絶縁膜及び配線等の形成を行い、半導体装置を完成させる。
【0054】
このような第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。更に、第2の実施形態によれば、多層レジストを用いてパターニングを行っているため、より一層微細な加工が可能となる。
【0055】
図10(a)及び(b)は、第2の実施形態に基づいて実際に製造したときに得られた走査型電顕微鏡(SEM)写真であり、図11(a)及び(b)は、従来の方法に基づいて実際に製造したときに得られたSEM写真である。なお、図10は図2(c)に相当し、図11は図12に相当する。
【0056】
これらの写真を比較すると分かるように、図11(a)及び(b)に示すSEM写真では、針状の残渣が満遍なく存在しているが、図10(a)及び(b)に示すSEM写真では、残渣が全く存在しない。
【0057】
なお、残渣の除去に使用するプラズマは、フッ素を含有するガスのプラズマであればよく、上記のCHには限定されない。例えば、CF、C、C、C、CHF又はCHF等のガスのプラズマを用いることができる。
【0058】
また、フッ素を含有するガスのプラズマの照射は、1回に限定されるものではなく、層間絶縁膜の厚さ及び残渣の発生量に応じて、複数回行ってもよい。
【0059】
更に、第2の実施形態では、層間絶縁膜上に3層のハードマスクを形成しているが、Si膜6を形成せずに、SiO膜5を配線溝用のマスクとし、SiC膜4をビアホール用のマスクとしてもよい。
【0060】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、配線溝を形成する際に生じる残渣を低減することができる。このため、歩留りの低下及び配線の抵抗率の上昇を防止することができると共に、初期特性及び信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図2】図1に引き続き、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図3】図2に引き続き、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図4】本発明の第1の実施形態を適用して製造した半導体装置の構造を示す断面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図6】図5に引き続き、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図7】図6に引き続き、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図8】図7に引き続き、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図9】図8に引き続き、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図10】本発明の第2の実施形態に基づいて半導体装置を製造したときに得られた走査型電顕微鏡写真である。
【図11】従来の方法に基づいて半導体装置を製造したときに得られた走査型顕微鏡写真である。
【図12】従来の半導体装置の製造方法における途中の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1;Cu配線
2;SiC膜
3;有機低誘電率膜
4;SiC膜
5;SiO
6;Si
7;有機BARC
8a、8b;レジストマスク
9;下層樹脂膜
10;SOG膜
11a、11b;レジストマスク
12;配線溝
13;ビアホール
14;Cu配線
15;残渣
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device employing a dual damascene method.
[0002]
[Prior art]
It is known that with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, the RC delay of wiring is a main factor limiting the device speed.
For this reason, recently, Cu is mainly used as a wiring material. However, it is difficult to transfer the wiring pattern to Cu itself. For this reason, in forming a Cu wiring, a damascene method in which a wiring groove (trench) pattern is transferred to an interlayer insulating film and Cu is buried therein to form a wiring pattern is effective. Further, the damascene method is classified into a single damascene method in which Cu of a groove and Cu of a via (Via) are separately formed, and a dual damascene method in which a groove and a via are simultaneously formed.
[0003]
On the other hand, as for the material of the interlayer insulating film, a low dielectric constant film having a lower dielectric constant than a conventional oxide film is used in order to solve the problem of RC delay. The material of the low dielectric constant film is roughly classified into two types: an inorganic material and an organic material. These are generally used properly to satisfy the requirements of each device characteristic.
[0004]
When an organic low-dielectric-constant film is used as an interlayer insulating film, an interlayer structure generally uses a pre-groove hard mask method. Here, the pre-groove hard mask method means that a hard mask pattern for forming a wiring groove pattern is formed on an interlayer insulating film in advance, and via patterning is performed directly on a step of the wiring groove pattern. In this method, via processing and wiring groove processing of an interlayer insulating film are sequentially performed to form a dual damascene structure.
[0005]
It is generally known that the etching of an organic low dielectric constant film is performed using a mixed gas of N 2 gas and H 2 gas, NH 3 gas, or a mixed gas of these three gases. When a wiring groove and a via hole are formed in a single organic low dielectric constant film by employing the dual damascene method, half etching is performed on the organic low dielectric constant film in forming the wiring groove. Specifically, after a via hole is formed halfway through the organic low dielectric constant film by etching, the remainder of the via hole and the wiring groove are collectively formed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-118825 A
[Problems to be solved by the invention]
In the dual damascene method as described above, when the Si contained in the adhesive film formed thin between the organic low dielectric constant film and the hard mask and the Si in the hard mask are subjected to sputtering of the hard mask, Si compounds are attached to the organic low-k film, and when the organic low-k film is etched, depots (Si compounds) attached to the inner wall of the chamber fly over the organic low-k film. Sometimes. However, in the above-mentioned gas for etching the organic low dielectric constant film (a mixed gas of N 2 gas and H 2 gas, NH 3 gas or a mixed gas of these three gases), it is necessary to remove the Si compound. Can not. Therefore, at the time of etching for forming a groove and a via hole in the organic low dielectric constant film, the Si compound functions as a mask, and a residue is generated at the bottom of the finally formed groove.
[0008]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state in the middle of a conventional method for manufacturing a semiconductor device. FIG. 12 shows a state in which a via hole and a wiring groove have been formed by a dual damascene method of a hard groove method using a leading groove. In this state, the SiC film 102, the organic low dielectric constant film 103, the SiC film 104, and the SiO 2 film 105 are stacked on the Cu wiring 101, and a via hole is formed below the SiC film 102 and the organic low dielectric constant film 103. A wiring groove is formed in the upper part of the organic low dielectric constant film 103, the SiC film 104 and the SiO 2 film 105. However, in the conventional manufacturing method, as shown in FIG. 12, when a via hole and a wiring groove are formed, a residue 115 is generated at the bottom of the wiring groove. When such a residue 115 is present, the yield is reduced, the resistivity of the wiring is increased, and the reliability is reduced.
[0009]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing residues generated when forming a wiring groove in a dual damascene method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the inventor of the present application has come up with the following aspects of the invention.
[0011]
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is directed to a method for manufacturing a semiconductor device in which wiring is formed by a dual damascene method. In the present manufacturing method, first, a hole shallower than the thickness of the interlayer insulating film is formed in the interlayer insulating film by processing an interlayer insulating film made of an organic dielectric using a mask for a via hole. Next, a wiring groove is formed in the interlayer insulating film by processing the interlayer insulating film using a wiring groove mask, and a via hole is formed by penetrating the hole to a lower layer. Next, a wiring material is embedded in the wiring grooves and the via holes. In the present manufacturing method, when forming the wiring groove, first, the interlayer insulating film is processed using the mask for the wiring groove, thereby forming a groove in the interlayer insulating film. A plasma of a gas containing fluorine is irradiated toward the bottom of the groove by using a mask for use. Thereafter, the interlayer insulating film is processed using the wiring groove mask, so that the depth of the groove is increased to form the wiring groove.
[0012]
In the present invention, in forming the wiring groove, instead of forming the wiring groove in the interlayer insulating film by one processing, the processing is temporarily stopped, and the fluorine is directed toward the bottom of the groove formed at that time. Is irradiated with a plasma of a gas containing As a result, the residue of the Si compound or the like existing at the bottom of the groove at that time is removed. After removing the residue in this manner, further processing is performed to form a wiring groove. At this time, residues may be generated by further processing. However, in general, in the dual damascene method, an insulating film is formed between an interlayer insulating film and a wiring layer located thereunder. The residue is removed. Therefore, it is possible to avoid a decrease in yield, an increase in wiring resistivity, a decrease in reliability, and the like.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
[0014]
(1st Embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. 1 to 3 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. In the present embodiment, a semiconductor device is manufactured by a dual-damascene method using a hard-groove method.
[0015]
First, as shown in FIG. 1A, an SiC film 2 is formed on a Cu wiring 1 as an etching stopper film. The thickness of the SiC film 2 is, for example, 50 nm. Next, an organic low dielectric constant film (organic dielectric film) 3 is formed on the SiC film 2 as an interlayer insulating film. The thickness of the organic low dielectric constant film 3 is, for example, 450 nm. The raw materials of the organic low dielectric constant film 3 include, for example, SiLK (registered trademark), organic SOG, amorphous carbon fluoride and polytetrafluoroethylene (such as Teflon (registered trademark) of DuPont) and polyaryl manufactured by Dow Chemical Company. Ether (FLARE (registered trademark) of Honeywell Electronic Materials Japan, Inc.) can be used.
[0016]
Next, on the organic low dielectric constant film 3, an SiC film 4 is formed as a first hard mask, and further, an SiO 2 film 5 is formed as a second hard mask. The thicknesses of the SiC film 4 and the SiO 2 film 5 are, for example, 50 nm and 100 nm, respectively. After that, a photosensitive resist is applied on the SiO 2 film 5, and the resist is exposed and developed to form a resist mask 8a having a pattern of wiring grooves (trench).
[0017]
Subsequently, as shown in FIG. 1B, the SiO 2 film 5 is etched using the resist mask 8a as a mask. This etching is, for example, C 4 F 6: 5~40sccm, O 2: 20~70sccm, Ar: 50~1000sccm, Pressure: 1.33~13.3Pa (10~100mTorr), RF power:: 100 to 1000 W Under the conditions described above, using a reactive ion etching apparatus.
[0018]
Next, as shown in FIG. 1C, a photosensitive resist is applied to the entire surface, and is exposed and developed to form a resist mask 11a having a pattern of via holes.
[0019]
Next, as shown in FIG. 2A, the SiO 2 film 5 and the SiC film 4 are etched using the resist mask 11a as a mask. This etching is performed, for example, under the following conditions: CF 4 : 50 to 200 sccm, Ar: 0 to 500 sccm, pressure: 2.66 to 26.6 Pa (20 to 200 mTorr), RF power supply: 100 to 1000 W. This is performed using an etching apparatus. By this etching, the SiC film 4 is patterned into a planar shape of the via hole.
[0020]
Thereafter, as shown in FIG. 2B, using the two-layer hard mask as a mask, the organic low dielectric constant film 3 is etched by about 200 nm, and at the same time, the resist mask 11a is removed. This etching is, for example, NH 3: 50 to 300, pressure: 2.66~20Pa (20~150mTorr), RF power:: Under 100~800W conditions, carried out using a reactive ion etching apparatus. The hole formed in the organic low dielectric constant film 3 by this etching becomes a part of the via hole.
[0021]
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the SiC film 4 is etched using the SiO 2 film 5 as a mask. This etching is performed, for example, under the following conditions: CHF 3 : 5 to 30 sccm, N 2 : 0 to 50 sccm, O 2 : 0 to 100 sccm, pressure: 1.33 to 13.3 Pa (10 to 100 mTorr), and RF power supply power: 50 to 200 W It is performed under a condition using a reactive ion etching apparatus. By this etching, the SiC film 4 is patterned into a planar shape of the wiring groove. Further, the thickness of the SiO 2 film 5 decreases.
[0022]
Next, as shown in FIG. 3A, the organic low dielectric constant film 3 as an interlayer insulating film is etched using the SiO 2 film 5 and the SiC film 4 as a mask. This etching is performed, for example, under the following conditions: NH 3 : 50 to 200 sccm, Ar: 0 to 300 sccm, pressure: 26.6 to 106 Pa (200 to 800 mTorr), and RF power supply power: 50 to 400 W. This is performed using
[0023]
However, as shown in FIG. 3A, this etching is performed before the depth of the groove 12a formed by etching reaches the thickness (design value) of the wiring to be formed, for example, the depth of the groove 12a. Stops when it reaches about half the thickness of the wiring. For example, when a wiring having a thickness of 200 nm is to be formed, this etching may be stopped when the depth of the groove 12a becomes about 100 nm. In addition, this etching deepens the holes formed in the organic low dielectric constant film 3 in the previous step. This hole may reach the SiC film 2 to form the via hole 13 as shown in FIG. 3A, or may not reach the SiC film 2.
[0024]
After this etching is performed, as shown in FIG. 3A, a residue 15 containing a Si compound exists at the bottom of the groove 12a.
[0025]
Next, the residue 15 is removed by irradiating the bottom of the groove 12a with a plasma of a gas containing F (fluorine). This process is performed, for example, under the conditions of CH 2 F 2 : 5 to 50 sccm, O 2 : 5 to 50 sccm, pressure: 0.665 to 13.3 Pa (5 to 100 mTorr), and RF power source power: 50 to 200 W. This is performed using a reactive ion etching apparatus.
[0026]
Thereafter, as shown in FIG. 3B, the organic low dielectric constant film 3 is etched again using the SiO 2 film 5 and the SiC film 4 as a mask. This etching is performed, for example, under the following conditions: NH 3 : 50 to 200 sccm, Ar: 0 to 300 sccm, pressure: 26.6 to 106 Pa (200 to 800 mTorr), and RF power supply power: 50 to 400 W. This is performed using By this etching, the wiring groove 12 is formed by increasing the depth of the groove 12a. If the holes formed in the organic low dielectric constant film 3 have not reached the SiC film 2 after the etching before removing the residue 15, the holes reach the SiC film 2 by this etching.
[0027]
After this etching is performed, although not shown, a residue containing a Si compound exists at the bottom of the wiring groove 12.
[0028]
Subsequently, the SiC film 2 is etched using the SiO 2 film 5, the SiC film 4, and the organic low dielectric constant film 3 as a mask. As a result, the shape of the dual damascene is completed. This etching is, for example, CH 2 F 2: 5~50sccm, O 2: 5~50sccm, N 2: 10~100sccm, Pressure: 0.665~13.3Pa (5~100mTorr), RF power:: 50 This is performed under a condition of 2000 W using a reactive ion etching apparatus. By this etching, the residue existing at the bottom of the wiring groove 12 is removed.
[0029]
Then, as shown in FIG. 3C, a Cu wiring 14 is buried in the via hole 13 and the wiring groove 12. Thereafter, if necessary, an interlayer insulating film, wiring, and the like are further formed to complete the semiconductor device.
[0030]
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device manufactured by applying the present embodiment. In the example shown in FIG. 4, an element isolation region 22 is formed on the surface of the semiconductor substrate 21, and a transistor is formed in an element active region partitioned by the element isolation region 22. The transistor includes a source / drain region 23 formed on a surface of a semiconductor substrate 21, a gate insulating film 24 formed on the semiconductor substrate 21, a gate electrode 25 formed on the gate insulating film 24, and a gate electrode 25. Is provided on the side of the side wall. Then, an interlayer insulating film 27 is formed so as to cover this transistor. A contact plug 28 reaching the source / drain region 23 is embedded in the interlayer insulating film 27. This contact plug 28 corresponds to the Cu wiring 1 in FIGS.
[0031]
Further, an SiC film 29, an interlayer insulating film 30, a SiC film 33, an interlayer insulating film 34, and a SiC film 37 are sequentially stacked on the entire surface. The via plug 31, the wiring 32, the via plug 35, and the wiring 36 are embedded in these films. The via plugs 31 and 35 correspond to the portions existing in the via holes 13 of the Cu wiring 14 in FIG. 3C, and the wires 32 and 36 correspond to the portions existing in the wiring grooves 12. Thus, in the example shown in FIG. 4, at least two layers of multilayer wiring are formed by the manufacturing method according to the above-described embodiment.
[0032]
As described above, according to the manufacturing method according to the present embodiment, when the via hole and the wiring groove are formed in the single organic low-dielectric-constant film 3 by the dual damascene method, the formation of the wiring groove is performed during the etching. Since the Si compound is removed by the treatment using the plasma of the gas containing F, the residue 15 does not exist when the via hole and the wiring groove are formed. Therefore, the characteristics of the Cu wiring 14 formed thereafter are stabilized, so that the yield can be improved, the rise in resistivity can be suppressed, and high reliability can be obtained.
[0033]
In addition, even in the conventional manufacturing method, when etching the SiC film after forming the via hole and the wiring groove in the organic low dielectric constant film, some residues are removed. However, since a large amount of residue exists immediately before the etching of the SiC film, a large amount of residue remains, and it is not possible to avoid problems such as a decrease in reliability.
[0034]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is a method suitable for forming a finer pattern. 5 to 9 are sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. Also in the present embodiment, a semiconductor device is manufactured by a dual damascene method using a hard-groove method with a trench.
[0035]
First, as shown in FIG. 5A, an SiC film 2 is formed on a Cu wiring 1 as an etching stopper film. Next, an organic low dielectric constant film 3 is formed on the SiC film 2 as an interlayer insulating film.
[0036]
Next, on the organic low dielectric constant film 3, an SiC film 4 is formed as a first hard mask, and further, an SiO 2 film 5 is formed as a second hard mask. Subsequently, an Si 3 N 4 film 6 is formed on the SiO 2 film 5 as a third hard mask. The Si 3 N 4 film 6 becomes a film to be etched when forming a hard mask pattern of the wiring groove. Thereafter, an organic BARC (Bottom anti-reflection coating) 7 is formed on the Si 3 N 4 film 6 as an anti-reflection film required at the time of patterning. Then, an organic photosensitive resist is applied on the organic BARC 7, and is exposed and developed to form a resist mask 8b on which a wiring groove pattern is formed.
[0037]
Next, as shown in FIG. 5B, the organic BARC 7 is etched using the resist mask 8b as a mask.
[0038]
Next, as shown in FIG. 5C, the Si 3 N 4 film is etched using the resist mask 8b and the organic BARC 7 as a mask. As a result, the Si 3 N 4 film is patterned into a wiring groove pattern.
[0039]
Subsequently, as shown in FIG. 6A, the resist mask 8b and the organic BARC 7 are removed by ashing. Then, a pattern of a via hole is formed in the organic low dielectric constant film 3 or the like which is an interlayer insulating film. Here, a tri-level technique is used for the pattern of the wiring groove formed in the Si 3 N 4 film 6.
[0040]
Specifically, first, as shown in FIG. 6B, a lower resin film (organic film) 9 that fills the steps of the Si 3 N 4 film 6 and planarizes it is formed. Next, an SOG (Spin On Glass) film (inorganic film) 10 used as a mask when etching the lower resin film 9 is formed on the lower resin film 9. Subsequently, an organic photosensitive resist is applied on the SOG film 10, and is exposed and developed to form a resist mask (photosensitive resist film) 11b having a pattern of via holes.
[0041]
Next, as shown in FIG. 6C, the SOG film 10 is etched using the resist mask 11b as a mask.
[0042]
Next, as shown in FIG. 7A, using the SOG film 10 as a mask, the lower resin film 9 is etched, and at the same time, the resist mask 11b is removed. In this etching, since the lower resin film 9 is organic like the resist mask 11, their etching selectivity is about 1. Therefore, when the thickness of the resist mask 11 b is significantly larger than the thickness of the lower resin film 9, the resist mask 11 may remain on the SOG film 10 even after the etching of the lower resin film 9 is completed. Therefore, it is desirable that the thickness of the resist mask 11 be equal to or less than the thickness of the lower resin film 9.
[0043]
Subsequently, as shown in FIG. 7B, by using the lower resin film 9 as a mask, the Si 3 N 4 film 6, the SiO 2 film 5, and the SiC film 4 (three-layer hard mask) are etched to form these. The SOG film 10 is removed at the same time as forming a via hole pattern in the film. In this etching, the SOG film 11 can be simultaneously removed by using the condition that the etching selectivity between the SOG film 10 and the three-layer hard mask is about 1. Therefore, when the thickness of the SOG film 10 is significantly larger than the total thickness of the three-layer hard mask, the SOG film 10 may remain even after the etching of the three-layer hard mask is completed. Therefore, the thickness of the SOG film 10 is desirably equal to or less than the total thickness of the Si 3 N 4 film 6, the SiO 2 film 5, and the SiC film 4.
[0044]
Thereafter, as shown in FIG. 7C, the organic low dielectric constant film 3 is etched by about 200 to 400 nm using the three-layer hard mask as a mask, and at the same time, the lower resin film 9 is removed. The hole formed in the organic low dielectric constant film 3 by this etching becomes a part of the via hole.
[0045]
Next, the SiO 2 film 5 is etched using the Si 3 N 4 film 6 exposed by removing the lower resin film 9 as a mask. As a result, as shown in FIG. 8A, a wiring groove pattern is also formed on the SiO 2 film 5.
[0046]
Next, the SiC film 4 is etched using the Si 3 N 4 film 6 and the SiO 2 film 5 as a mask. As a result, as shown in FIG. 8B, the Si 3 N 4 film 6 is removed simultaneously with the formation of the wiring groove pattern in the SiC film 4.
[0047]
Subsequently, the organic low dielectric constant film 3, which is an interlayer insulating film, is etched using the SiO 2 film 5 and the SiC film 4 as a mask. However, as shown in FIG. 8C, similar to the process shown in FIG. 3A, in this etching, the depth of the groove 12a formed by the etching depends on the thickness (design of the wiring) to be formed. Before reaching the value, for example, when the depth of the groove 12a reaches half of the thickness of the wiring, it stops. For example, when a wiring having a thickness of 200 nm is to be formed, this etching may be stopped when the depth of the groove 12a becomes about 100 nm. In addition, this etching deepens the holes formed in the organic low dielectric constant film 3 in the previous step. This hole may reach the SiC film 2 to form the via hole 13 as shown in FIG. 8C, or may not reach the SiC film 2.
[0048]
After this etching is performed, as shown in FIG. 8C, the residue 15 containing the Si compound exists at the bottom of the groove 12a.
[0049]
Next, similarly to the first embodiment, the residue 15 is removed by irradiating the bottom of the groove 12a with a plasma of a gas containing F.
[0050]
Thereafter, as shown in FIG. 9A, the organic low dielectric constant film 3 is etched again using the SiO 2 film 5 and the SiC film 4 as a mask. By this etching, the wiring groove 12 is formed by increasing the depth of the groove 12a. If the holes formed in the organic low dielectric constant film 3 have not reached the SiC film 2 after the etching before removing the residue 15, the holes reach the SiC film 2 by this etching.
[0051]
After this etching is performed, although not shown, a residue containing a Si compound exists at the bottom of the wiring groove 12.
[0052]
Subsequently, as shown in FIG. 9B, the SiC film 2 is etched using the SiO 2 film 5, the SiC film 4, and the organic low dielectric constant film 3 as a mask. As a result, the shape of the dual damascene is completed. Further, the residue existing at the bottom of the wiring groove 12 is removed by this etching.
[0053]
Then, as shown in FIG. 9C, a Cu wiring 14 is buried in the via hole 13 and the wiring groove 12. Thereafter, if necessary, an interlayer insulating film, wiring, and the like are further formed to complete the semiconductor device.
[0054]
According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, according to the second embodiment, since the patterning is performed using the multilayer resist, it is possible to perform finer processing.
[0055]
FIGS. 10A and 10B are scanning electron microscope (SEM) photographs obtained when the device is actually manufactured based on the second embodiment, and FIGS. It is a SEM photograph obtained when it actually manufactured based on the conventional method. FIG. 10 corresponds to FIG. 2C, and FIG. 11 corresponds to FIG.
[0056]
As can be seen by comparing these photographs, in the SEM photographs shown in FIGS. 11A and 11B, needle-like residues are present evenly, but the SEM photographs shown in FIGS. 10A and 10B are shown. Then, no residue is present.
[0057]
Note that the plasma used for removing the residue may be a plasma of a gas containing fluorine, and is not limited to the above CH 2 F 2 . For example, plasma of a gas such as CF 4 , C 4 F 6 , C 4 F 8 , C 5 F 8 , CHF 3, or CH 3 F can be used.
[0058]
The plasma irradiation with the gas containing fluorine is not limited to one time, and may be performed plural times depending on the thickness of the interlayer insulating film and the amount of the residue generated.
[0059]
Furthermore, in the second embodiment, a three-layer hard mask is formed on the interlayer insulating film. However, the Si 3 N 4 film 6 is not formed, and the SiO 2 film 5 is used as a mask for a wiring groove. The SiC film 4 may be used as a mask for a via hole.
[0060]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to reduce residues generated when forming a wiring groove. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the yield and an increase in the resistivity of the wiring, and it is possible to improve the initial characteristics and the reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps, following FIG. 1;
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps, following FIG. 2;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device manufactured by applying the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps, following FIG. 5;
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps, following FIG. 6;
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps, following FIG. 7;
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps, following FIG. 8;
FIG. 10 is a scanning electron microscope photograph obtained when a semiconductor device is manufactured based on the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a scanning microscope photograph obtained when a semiconductor device is manufactured based on a conventional method.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a state in the middle of a conventional method of manufacturing a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1; Cu wiring 2; SiC film 3; organic low dielectric constant film 4; SiC film 5; SiO 2 film 6; Si 3 N 4 film 7;
8a, 8b; resist mask 9; lower resin film 10; SOG films 11a, 11b; resist mask 12; wiring groove 13; via hole 14;

Claims (10)

デュアルダマシン法により配線を形成する半導体装置の製造方法において、
ビアホール用のマスクを用いて、有機誘電体からなる層間絶縁膜を加工することにより、前記層間絶縁膜に前記層間絶縁膜の厚さよりも浅い孔を形成する工程と、
配線溝用のマスクを用いて、前記層間絶縁膜を加工することにより、前記層間絶縁膜に配線溝を形成すると共に、前記孔を下層まで貫通させてビアホールを形成する工程と、
前記配線溝及びビアホール内に配線材料を埋め込む工程と、
を有し、
前記配線溝を形成する工程は、
前記配線溝用のマスクを用いて、前記層間絶縁膜を加工することにより、前記層間絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記配線溝用のマスクを用いて、前記溝の底部に向けてフッ素を含有するガスのプラズマを照射する工程と、
前記配線溝用のマスクを用いて、前記層間絶縁膜を加工することにより、前記溝の深さを深くして前記配線溝とする工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a semiconductor device in which wiring is formed by a dual damascene method,
Forming a hole shallower than the thickness of the interlayer insulating film in the interlayer insulating film by processing the interlayer insulating film made of an organic dielectric using a mask for a via hole;
Forming a wiring hole in the interlayer insulating film by processing the interlayer insulating film using a wiring groove mask, and forming a via hole by penetrating the hole to a lower layer;
Embedding a wiring material in the wiring groove and the via hole;
Has,
The step of forming the wiring groove,
Forming a groove in the interlayer insulating film by processing the interlayer insulating film using the wiring groove mask;
Using a mask for the wiring groove, irradiating plasma of a gas containing fluorine toward the bottom of the groove,
Using the mask for the wiring groove, processing the interlayer insulating film to increase the depth of the groove to form the wiring groove;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記フッ素を含有するガスとして、化学式Cx1y1又はCHx2y2で表されるガスを用いることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein a gas represented by a chemical formula C x1 F y1 or CH x2 F y2 is used as the fluorine-containing gas. 3. 前記層間絶縁膜を加工する工程は、水素、窒素及びアンモニアからなる群から選択された少なくとも1種のガスのプラズマを用いて前記層間絶縁膜のエッチングを行う工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。The step of processing the interlayer insulating film includes a step of etching the interlayer insulating film using plasma of at least one gas selected from the group consisting of hydrogen, nitrogen, and ammonia. 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to 1 or 2. 前記孔を形成する工程の前に、前記層間絶縁膜上に前記配線溝用のマスク及び前記ビアホール用のマスクを形成する工程を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 1, further comprising a step of forming a mask for the wiring groove and a mask for the via hole on the interlayer insulating film before the step of forming the hole. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above. 前記配線溝用のマスク及び前記ビアホール用のマスクを形成する工程の前に、前記層間絶縁膜上に第1及び第2の絶縁膜を順次形成する工程を有し、
前記配線溝用のマスク及び前記ビアホール用のマスクを形成する工程は、
前記第2の絶縁膜を前記配線溝の平面形状に加工する工程と、
前記第1の絶縁膜を前記ビアホールの平面形状に加工する工程と、
を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
Prior to the step of forming the wiring groove mask and the via hole mask, a step of sequentially forming first and second insulating films on the interlayer insulating film,
Forming a mask for the wiring groove and a mask for the via hole;
Processing the second insulating film into a planar shape of the wiring groove;
Processing the first insulating film into a planar shape of the via hole;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, comprising:
前記配線溝用のマスク及び前記ビアホール用のマスクを形成する工程は、
前記第2の絶縁膜上に配線溝用のレジストマスクを形成する工程と、
前記配線溝用のレジストマスクを用いて前記第2の絶縁膜をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
Forming a mask for the wiring groove and a mask for the via hole;
Forming a resist mask for a wiring groove on the second insulating film;
Etching the second insulating film using the resist mask for the wiring groove;
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, comprising:
前記配線溝用のマスク及び前記ビアホール用のマスクを形成する工程は、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜上にビアホール用のレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクを用いて前記第1の絶縁膜をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体装置の製造方法。
Forming a mask for the wiring groove and a mask for the via hole;
Forming a resist mask for via holes on the first insulating film and the second insulating film;
Etching the first insulating film using the resist mask;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, comprising:
前記配線溝用のマスク及び前記ビアホール用のマスクを形成する工程は、前記ビアホール用のレジストマスクとして、多層レジストからなるマスクを形成することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。8. The method according to claim 7, wherein in the step of forming the wiring groove mask and the via hole mask, a mask made of a multilayer resist is formed as the via hole resist mask. . 前記第1の絶縁膜として、互いに材質の異なる2つの膜からなる積層膜を形成することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。9. The method according to claim 8, wherein a stacked film including two films made of different materials is formed as the first insulating film. 前記孔を形成する工程において、前記ビアホール用のレジストの少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein in the step of forming the hole, at least a part of the via-hole resist is removed.
JP2003004689A 2003-01-10 2003-01-10 Manufacturing method of semiconductor device Expired - Fee Related JP4436606B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003004689A JP4436606B2 (en) 2003-01-10 2003-01-10 Manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003004689A JP4436606B2 (en) 2003-01-10 2003-01-10 Manufacturing method of semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004221191A true JP2004221191A (en) 2004-08-05
JP4436606B2 JP4436606B2 (en) 2010-03-24

Family

ID=32895598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003004689A Expired - Fee Related JP4436606B2 (en) 2003-01-10 2003-01-10 Manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4436606B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245268A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Fujitsu Ltd Method of manufacturing semiconductor device
EP1796159A2 (en) 2005-12-07 2007-06-13 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing a semiconductor device by using a dual damascene process

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006245268A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Fujitsu Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP4540504B2 (en) * 2005-03-03 2010-09-08 富士通セミコンダクター株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
EP1796159A2 (en) 2005-12-07 2007-06-13 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing a semiconductor device by using a dual damascene process
US7422981B2 (en) 2005-12-07 2008-09-09 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing semiconductor device by using dual damascene process and method for manufacturing article having communicating hole
US7598172B2 (en) 2005-12-07 2009-10-06 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing semiconductor device by using dual damascene process and method for manufacturing article having communicating hole

Also Published As

Publication number Publication date
JP4436606B2 (en) 2010-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5123924B2 (en) Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device
JP3248492B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US11018021B2 (en) Curing photo resist for improving etching selectivity
JP4256347B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4104426B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3757213B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JPH0590501A (en) Manufacture of thin film resistor
JP4108228B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5201326B2 (en) Manufacturing method of multilayer wiring
JP3781729B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP4173454B2 (en) Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device
US6878619B2 (en) Method for fabricating semiconductor device
JP2008198990A (en) Method of forming metal wiring in semiconductor device
JP4436606B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2005005697A (en) Manufacturing method of semiconductor device
KR100876532B1 (en) Manufacturing Method of Semiconductor Device
JP2010171457A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2022544026A (en) How to use ultra-thin ruthenium metal hardmasks for etch profile control
JP2006032721A (en) Fabrication process of semiconductor device
JP2007189054A (en) Manufacturing method for semiconductor device
JPH1167909A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2006156591A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2005327873A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP4797821B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
TW202349465A (en) Pre-etch treatment for metal etch

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080131

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20080731

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090804

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091001

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091208

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091228

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4436606

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130108

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130108

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130108

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140108

Year of fee payment: 4

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees