JP2005150493A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing semiconductor device by which the reliability, manufacturing yield, etc., of a semiconductor device can be improved by securing a short margin between a wiring pattern and a via pattern in the groove-first dual damascene method. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the semiconductor device includes a step of forming a lower film 3 on interlayer insulating films 1 and 2 formed on lower-layer wiring, a step of forming a wiring groove pattern 5 by etching the lower film 3 in a linear or striped state, and a step of forming an upper film 6 on the lower film 3 having the formed wiring groove pattern 5. The method also includes a step of forming a linear pattern 7 intersecting the wiring groove pattern 5 by etching the upper film 6 in a linear or striped state, and a step of forming openings 8 in the intersecting areas of the wiring groove pattern 5 and linear pattern 7 by etching the interlayer insulating films 1 and 2 by using the lower and upper films 3 and 5 as masks. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure.

近年、半導体装置の微細化に伴って配線寄生容量の増大による回路遅延や微細配線のエレクトロマイグレーション耐性の劣化等が問題となることから、アルミニウムより電気抵抗が低く配線信頼性の高いCu(銅)が、半導体装置の配線材料として用いられるようになっている。銅配線を形成する方法としては、銅のドライエッチングが一般に困難であることから、いわゆるダマシンプロセスが広く採用されるが、特に製造コスト面からデュアルダマシン法が有望視されている(例えば、特許文献1)。デュアルダマシン法とは、多層配線構造における層間絶縁膜に配線溝とヴィアホール(開口)とを形成しておき、その配線溝とヴィアホールとに同時に配線材料を埋め込んだ後、化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;以下「CMP」と略す)によって層間絶縁膜上の余分な配線材料を除去する方法であり、配線材料の埋め込みやその後のCMP工程が1回で済むことから、コスト的な利点が高い。   In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, circuit delay due to an increase in parasitic capacitance of wiring, deterioration of electromigration resistance of fine wiring, and the like have become problems. Therefore, Cu (copper) having lower electrical resistance than aluminum and higher wiring reliability However, it is used as a wiring material for semiconductor devices. As a method for forming a copper wiring, since so-called dry etching of copper is generally difficult, a so-called damascene process is widely employed, but a dual damascene method is particularly promising from the viewpoint of manufacturing cost (for example, Patent Documents). 1). In the dual damascene method, a wiring groove and a via hole (opening) are formed in an interlayer insulating film in a multilayer wiring structure, and a wiring material is buried in the wiring groove and the via hole at the same time, and then chemical mechanical polishing ( Chemical Mechanical Polishing (hereinafter abbreviated as “CMP”) is a method for removing excess wiring material on the interlayer insulating film. Since the wiring material is embedded and the subsequent CMP process is performed once, there is a cost advantage. high.

デュアルダマシン法において配線溝およびヴィアホールを形成する方法としては、様々な方法が提案されているが、図15(a)に示すような配線溝61を形成してからヴィアホール62を形成する先溝タイプのフローと、図15(b)に示すようなヴィアホール62形成後に配線溝61を形成する先穴タイプのフローとに大別される。また、先溝タイプのフローでは、ソニー(株)宮田幸児等がアドバンス・メタライゼーション・カンファレンス(Advanced Metallization Conference)1999:アジアン・セッション(Asian Session)にて「ア・ノーベル・インテグレーション・アプローチ・トゥ・オーガニック・ロゥケー・デュアル・ダマシン・プロセッシング(A Nobel Integration Approach to Organic Low-k Dual Damascene Processing)」という題名で発表しているように、層間絶縁膜の上に無機膜(ハードマスク膜)を用いる方法も提案されている。なお、図15の例では、各層間絶縁膜63の間にバリアエッチストッパ膜64が存在する場合を示しているが、このバリアエッチストッパ膜64を用いない場合もあり得る。   Various methods have been proposed as a method for forming wiring grooves and via holes in the dual damascene method. However, after forming the wiring grooves 61 as shown in FIG. The flow is roughly divided into a groove type flow and a tip hole type flow in which the wiring groove 61 is formed after the via hole 62 is formed as shown in FIG. In addition, Sony Corporation's Sachiko Miyata et al. In the Sekizo-type flow at the Advanced Metallization Conference 1999: Asian Session “A Nobel Integration Approach to A method of using an inorganic film (hard mask film) on an interlayer insulating film as announced under the title of “A Nobel Integration Approach to Organic Low-k Dual Damascene Processing” Has also been proposed. In the example of FIG. 15, the barrier etch stopper film 64 is present between the interlayer insulating films 63, but the barrier etch stopper film 64 may not be used.

特開平10−261707号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-261707

ところで、先溝タイプのデュアルダマシン法で多層配線構造の半導体装置を製造する場合、その製造工程の一つであるリソグラフィ工程では、(1)下層配線→(2)上層配線を形成するための配線溝→(3)下層配線と上層配線とを接続するためのヴィアホールの順に形成を行う。そして、その際に、上層配線の配線溝およびヴィアホールを、下層配線の位置に合わせて露光する。したがって、これら配線溝とヴィアホールとの間では、その形成位置が間接合わせの関係にあることになる。   By the way, when a semiconductor device having a multi-layer wiring structure is manufactured by a pre-groove type dual damascene method, (1) lower layer wiring → (2) wiring for forming upper layer wiring in a lithography process which is one of the manufacturing processes. Groove → (3) Via holes for connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring are formed in this order. At that time, the wiring groove and the via hole of the upper layer wiring are exposed in accordance with the position of the lower layer wiring. Therefore, the formation positions of these wiring trenches and via holes are in an indirect relationship.

そのため、先溝タイプのデュアルダマシン法による半導体装置については、配線パターンとヴィアパターンとのショートマージンが確保できないおそれがある。これは、配線溝とヴィアホールとが間接合わせの関係にあると、最終的に形成される配線層の導通領域は配線溝とヴィアホールとの各パターン領域の論理和になることから、その位置ずれが直接合わせの場合の21/2倍となってしまうためである。このことは、複数の配線層が狭ピッチでストライプ状に並列配置される場合に特に顕著となり、例えば図16に示すように、配線溝とヴィアホールとの間の位置ずれに起因して、ヴィアホール形成時に隣り合う配線溝同士の間の隔壁71が削れてしまい、その結果配線層72a,72b同士の間における電気的耐圧を確保できなくなるといったことも起こり得る。 Therefore, there is a possibility that a short margin between the wiring pattern and the via pattern cannot be secured in the semiconductor device using the tip groove type dual damascene method. This is because, if the wiring groove and the via hole are in an indirect relationship, the conductive region of the finally formed wiring layer is the logical sum of the pattern regions of the wiring groove and the via hole. This is because the deviation is 2 1/2 times that in the case of direct alignment. This is particularly noticeable when a plurality of wiring layers are arranged in parallel at a narrow pitch in a stripe shape. For example, as shown in FIG. 16, the vias are displaced due to the positional deviation between the wiring grooves and the via holes. When the holes are formed, the partition walls 71 between the adjacent wiring grooves are scraped, and as a result, it is possible that the electric breakdown voltage between the wiring layers 72a and 72b cannot be secured.

これらのことは、デュアルダマシン法により製造される半導体装置の信頼性や製造歩留まり等の低下を招くため回避すべきである。
そこで、本発明は、先溝タイプのデュアルダマシン法により半導体装置を製造する場合であっても、配線パターンとヴィアパターンとのショートマージンを確保することができ、半導体装置の信頼性向上や製造歩留まり向上等を実現することのできる、半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
These should be avoided because it leads to a decrease in reliability and manufacturing yield of a semiconductor device manufactured by the dual damascene method.
Therefore, the present invention can secure a short margin between a wiring pattern and a via pattern even when a semiconductor device is manufactured by a tip-drum type dual damascene method, thereby improving the reliability of the semiconductor device and the manufacturing yield. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can realize improvement and the like.

本発明は、上記目的を達成するために案出された半導体装置の製造方法である。すなわち、下層配線の上に層間絶縁膜を介して上層配線が積層されるとともに、前記下層配線と前記上層配線とが前記層間絶縁膜に設けられたヴィア部によって導通するように構成される半導体装置の製造方法であって、前記層間絶縁膜の上に下層膜を成膜する工程と、前記下層膜をライン状またはストライプ状にエッチングして当該下層膜に前記上層配線を形成するための配線溝パターンを形成する工程と、前記配線溝パターンが形成された下層膜の上に上層膜を成膜する工程と、前記上層膜をライン状またはストライプ状にエッチングして当該上層膜に前記配線溝パターンと交差する線パターンを形成する工程と、前記配線溝パターンが形成された下層膜および前記線パターンが形成された上層膜をマスクにして前記層間絶縁膜をエッチングし、当該層間絶縁膜の前記配線溝パターンと前記線パターンとが交差する領域に開口を形成する工程と、前記配線溝パターンの溝部および前記開口に配線材料を埋め込んで前記上層配線および前記ヴィア部を形成する工程とを含むことを特徴とする。   The present invention is a semiconductor device manufacturing method devised to achieve the above object. That is, a semiconductor device configured such that an upper layer wiring is laminated on an upper layer wiring via an interlayer insulating film, and the lower layer wiring and the upper layer wiring are electrically connected by a via portion provided in the interlayer insulating film A method of forming a lower layer film on the interlayer insulating film, and a wiring groove for etching the lower layer film in a line shape or a stripe shape to form the upper layer wiring in the lower layer film A step of forming a pattern, a step of forming an upper layer film on the lower layer film on which the wiring groove pattern is formed, and etching the upper layer film in a line shape or a stripe shape to form the wiring groove pattern on the upper layer film. A step of forming a line pattern that intersects the substrate, and etching the interlayer insulating film using the lower layer film on which the wiring groove pattern is formed and the upper layer film on which the line pattern is formed as a mask Forming an opening in a region where the wiring groove pattern and the line pattern intersect in the interlayer insulating film, and embedding a wiring material in the groove portion and the opening of the wiring groove pattern to form the upper layer wiring and the via Forming a portion.

上記手順による半導体装置の製造方法では、配線溝パターンおよび線パターンを、それぞれライン状またはストライプ状にエッチングして形成する。ここで、「ライン状」とは、平面上において幅方向よりも長手方向のほうが大きい略矩形状のものをいう。また、「ストライプ状」とは、ライン状のものが複数並列した状態のものをいう。そして、これら配線溝パターンと線パターンとが交差する領域に開口を形成し、その開口および配線溝パターンの溝部に配線材料を埋め込んで上層配線およびヴィア部を形成するようになっている。したがって、配線溝パターンの溝部の全幅にわたって開口が形成されることになるので、それぞれの間の位置合わせの影響を受けることなく、すなわち配線溝パターンと線パターンとに多少の位置ずれが生じても、上層配線とヴィア部との導通領域を十分に確保し得るようになる。しかも、配線溝パターンおよび線パターンは、共に、線幅方向に一次元の周期を持つライン状またはストライプ状に形成されるので、形状安定性を得るのが容易である。そのため、配線溝パターンの溝部および開口の寸法制御性の容易化を図りつつ、微細な上層配線およびヴィア部であっても寸法精度良く形成することができる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the above procedure, the wiring groove pattern and the line pattern are formed by etching into a line shape or a stripe shape, respectively. Here, the “line shape” means a substantially rectangular shape whose longitudinal direction is larger than the width direction on a plane. The “striped shape” refers to a state in which a plurality of line-shaped objects are arranged in parallel. An opening is formed in a region where the wiring groove pattern and the line pattern intersect, and an upper layer wiring and a via portion are formed by embedding a wiring material in the opening and the groove portion of the wiring groove pattern. Therefore, since the opening is formed over the entire width of the groove portion of the wiring groove pattern, it is not affected by the alignment between them, that is, even if a slight misalignment occurs between the wiring groove pattern and the line pattern. Thus, a sufficient conduction region between the upper layer wiring and the via portion can be secured. Moreover, since both the wiring groove pattern and the line pattern are formed in a line shape or a stripe shape having a one-dimensional period in the line width direction, it is easy to obtain shape stability. Therefore, it is possible to form fine upper layer wiring and via portions with high dimensional accuracy while facilitating the dimensional controllability of the groove portions and openings of the wiring groove pattern.

本発明によれば、微細な上層配線およびヴィア部であっても導通領域を十分に確保しつつ寸法精度良く形成できるようになるので、先溝タイプのデュアルダマシン法で多層配線構造の半導体装置を製造する場合でも、微細な寸法の配線パターン形成が実現可能となり、高度に集積化した半導体装置等の製造に適用して非常に好適なものとなる。   According to the present invention, even a fine upper layer wiring and a via portion can be formed with high dimensional accuracy while ensuring a sufficient conduction region. Even in the case of manufacturing, it is possible to form a wiring pattern with a fine dimension, and it is very suitable for application to manufacturing a highly integrated semiconductor device or the like.

以下、図面に基づき本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施形態で説明する製造方法は、多層配線構造の半導体装置を製造するためのものである。すなわち、下層配線の上に層間絶縁膜を介して上層配線が積層されるとともに、下層配線と上層配線とが層間絶縁膜に設けられたヴィア部によって導通するように構成される半導体装置の製造方法である。さらには、このような構成の半導体装置を、先溝タイプのデュアルダマシン法で製造するためのものである。すなわち、(1)下層配線→(2)上層配線を形成するための配線溝→(3)下層配線と上層配線とを接続するためのヴィアホール→(4)上層配線およびヴィア部(配線溝およびヴィアホールへの配線材料の埋め込み)の順に形成を行う場合における半導体装置の製造方法である。なお、ここでは、本発明の特徴点、具体的には上記(2)〜(4)の工程についてのみ説明し、その他の工程については従来と略同様であるため、その説明を省略する。   The manufacturing method described in this embodiment is for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure. That is, a method of manufacturing a semiconductor device configured such that an upper layer wiring is laminated on a lower layer wiring via an interlayer insulating film, and the lower layer wiring and the upper layer wiring are electrically connected by a via portion provided in the interlayer insulating film It is. Furthermore, the present invention is for manufacturing a semiconductor device having such a structure by a tip-drum type dual damascene method. That is, (1) lower layer wiring → (2) wiring groove for forming upper layer wiring → (3) via hole for connecting lower layer wiring and upper layer wiring → (4) upper layer wiring and via portion (wiring groove and This is a method for manufacturing a semiconductor device in the case of forming in the order of embedding of wiring material in via holes. Here, the characteristic points of the present invention, specifically, only the steps (2) to (4) described above will be described, and the other steps are substantially the same as those in the prior art, and the description thereof will be omitted.

図1〜7は、本発明の半導体装置の製造方法の概要の一例を示す模式図である。
本実施形態の製造方法では、先ず、図1(a)に示すように、下層配線が形成された半導体基板(ただし不図示)上に第1の層間絶縁膜1と第2の層間絶縁膜2とを成膜し、その上にハードマスク膜となる第1の無機膜3を成膜し、さらにその上に下層膜となる第2の無機膜4を成膜する。そして、第2の無機膜4を積層したら、続いて、リソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、その第2の無機膜4をライン状またはストライプ状にエッチングする。これにより、第2の無機膜4には、図1(b)に示すように、一方向に延びるライン状またはストライプ状の線パターン5が形成されることになる。この線パターン5は、上層配線を形成するためのものである。以下、この線パターンを「配線溝パターン」という。
1 to 7 are schematic views showing an example of an outline of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
In the manufacturing method of the present embodiment, first, as shown in FIG. 1A, a first interlayer insulating film 1 and a second interlayer insulating film 2 are formed on a semiconductor substrate (not shown) on which a lower layer wiring is formed. Are formed, a first inorganic film 3 to be a hard mask film is formed thereon, and a second inorganic film 4 to be a lower layer film is further formed thereon. Then, after the second inorganic film 4 is laminated, the second inorganic film 4 is etched into a line shape or a stripe shape by using a lithography technique and a dry etching technique. Thereby, as shown in FIG.1 (b), the line pattern 5 of the line form or stripe form extended in one direction is formed in the 2nd inorganic film | membrane 4. As shown in FIG. This line pattern 5 is for forming an upper layer wiring. Hereinafter, this line pattern is referred to as a “wiring groove pattern”.

その後は、配線溝パターン5が形成された第2の無機膜4の上に、上層膜となるレジスト膜6を成膜して積層する。そしてさらに、リソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、そのレジスト膜6を配線溝パターン5と交差する方向のライン状またはストライプ状にエッチングする。これにより、レジスト膜6には、図1(c)に示すように、配線溝パターン5とは異なる方向に延びるライン状またはストライプ状の線パターン7が形成されることになる。以下、この線パターンを単に「線パターン」という。   Thereafter, a resist film 6 serving as an upper layer film is formed and laminated on the second inorganic film 4 on which the wiring groove pattern 5 is formed. Further, the resist film 6 is etched into a line shape or a stripe shape in a direction intersecting with the wiring groove pattern 5 by using a lithography technique and a dry etching technique. As a result, as shown in FIG. 1C, a line or stripe line pattern 7 extending in a direction different from the wiring groove pattern 5 is formed on the resist film 6. Hereinafter, this line pattern is simply referred to as “line pattern”.

これら配線溝パターン5および線パターン7は、形成すべきヴィアホールの配置に対応するように形成される。すなわち、図1(d)に示すように、配線溝パターン5と線パターン7とが交差する領域は、詳細を後述するように、ヴィアホール8の形成位置に一致しているものとする。   These wiring groove pattern 5 and line pattern 7 are formed so as to correspond to the arrangement of via holes to be formed. That is, as shown in FIG. 1D, the region where the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 intersect is assumed to coincide with the formation position of the via hole 8 as will be described in detail later.

なお、層間絶縁膜1,2、無機膜3,4およびレジスト膜6の成膜、並びに、配線溝パターン5と線パターン7の形成については、公知技術を利用して具現化すればよい。また、配線溝パターン5、線パターン7の形成の際には、ハーフトーン位相シフトマスクやレベンソン位相シフトマスク、アシストパターン、OPC(Optical Proximity Correction)等といった公知の寸法精度向上技術を適用することも考えられる。   The formation of the interlayer insulating films 1, 2, the inorganic films 3, 4 and the resist film 6 and the formation of the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 may be realized using a known technique. In forming the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7, a known dimensional accuracy improvement technique such as a halftone phase shift mask, a Levenson phase shift mask, an assist pattern, or OPC (Optical Proximity Correction) may be applied. Conceivable.

そして、線パターン7の形成後は、図1(e)に示すように、配線溝パターン5が形成された第2の無機膜4および線パターン7が形成されたレジスト膜6をマスクにして、第1の無機膜3に対するエッチング処理を行う。このエッチング処理により、各パターン5,7が重なった領域、すなわち配線溝パターン5と線パターン7とが交差する領域では、第1の無機膜3が除去されることになる。したがって、このエッチング処理の後、第1の無機膜3には、図1(d)に示すような四辺形状のヴィアホール(開口)8の形成位置に対応したパターン(以下「ヴィアパターン」という)が形成されることになる。   After the formation of the line pattern 7, as shown in FIG. 1E, the second inorganic film 4 in which the wiring groove pattern 5 is formed and the resist film 6 in which the line pattern 7 is formed are used as a mask. An etching process is performed on the first inorganic film 3. By this etching process, the first inorganic film 3 is removed in a region where the patterns 5 and 7 are overlapped, that is, in a region where the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 intersect. Therefore, after this etching process, the first inorganic film 3 has a pattern (hereinafter referred to as “via pattern”) corresponding to the formation position of a quadrilateral via hole (opening) 8 as shown in FIG. Will be formed.

第1の無機膜3にヴィアパターンを形成した後は、次いで、そのヴィアパターンが形成された第1の無機膜3マスクにして、第2の層間絶縁膜2に対するエッチング処理を行う。このエッチング処理により、図1(f)に示すように、第2の層間絶縁膜2にも、ヴィアホール8によって構成されるヴィアパターンが転写されることになる。なお、このエッチング処理によって、レジスト膜6は消滅してなくなっている。   After the via pattern is formed on the first inorganic film 3, the second interlayer insulating film 2 is then etched using the first inorganic film 3 mask on which the via pattern is formed. By this etching process, as shown in FIG. 1 (f), the via pattern constituted by the via hole 8 is also transferred to the second interlayer insulating film 2. Note that the resist film 6 has disappeared due to this etching process.

その後は、第2の無機膜4をマスクにして、第1の無機膜3に対するエッチング処理を行う。これにより、第1の無機膜3には、図2(a)に示すように、配線溝パターン5が転写されることになる。そしてさらに、配線溝パターン5が形成された第1の無機膜3およびヴィアパターンが形成された第2の層間絶縁膜2をマスクにして、第1の層間絶縁膜1に対するエッチング処理を行う。これにより、第1の層間絶縁膜1にも、図2(b)に示すように、ヴィアホール8によって構成されるヴィアパターンが転写されることになる。さらにその後は、配線溝パターン5が形成された第1の無機膜3をマスクにして、第2の層間絶縁膜2に対するエッチング処理を行う。これにより、第2の層間絶縁膜2にも、図2(c)に示すように、配線溝パターン5が転写されることになる。   Thereafter, the first inorganic film 3 is etched using the second inorganic film 4 as a mask. As a result, the wiring groove pattern 5 is transferred to the first inorganic film 3 as shown in FIG. Further, an etching process is performed on the first interlayer insulating film 1 using the first inorganic film 3 in which the wiring groove pattern 5 is formed and the second interlayer insulating film 2 in which the via pattern is formed as a mask. As a result, the via pattern constituted by the via hole 8 is also transferred to the first interlayer insulating film 1 as shown in FIG. After that, the second interlayer insulating film 2 is etched using the first inorganic film 3 on which the wiring groove pattern 5 is formed as a mask. As a result, the wiring groove pattern 5 is also transferred to the second interlayer insulating film 2 as shown in FIG.

そして、第1の層間絶縁膜1にヴィアパターンを形成し、第2の層間絶縁膜2に配線溝パターン5を形成した後は、それぞれを構成するヴィアホール8および配線溝の内壁に、バリアメタルおよびシード層を成膜し、メッキの手法によりヴィアホール8内および配線溝内にCuからなる配線材料9を埋め込み、さらにCMPによって第2の層間絶縁膜2の上部まで削り込み、余分な配線材料を除去する。これにより、図2(d)に示すような、デュアルダマシン配線構造の銅配線が完成することになる。   After the via pattern is formed in the first interlayer insulating film 1 and the wiring groove pattern 5 is formed in the second interlayer insulating film 2, the barrier metal is formed on the via hole 8 and the inner wall of the wiring groove constituting each of them. Then, a seed layer is formed, a wiring material 9 made of Cu is embedded in the via hole 8 and in the wiring groove by a plating method, and further etched into the upper portion of the second interlayer insulating film 2 by CMP to remove excess wiring material Remove. As a result, a copper wiring having a dual damascene wiring structure as shown in FIG. 2D is completed.

以上のように、本実施形態で説明したデュアルダマシン配線構造の半導体装置の製造方法では、配線溝パターン5と線パターン7とが交差する領域にヴィアホール8を形成し、そのヴィアホール8および配線溝パターン5の溝部にCuからなる配線材料9を埋め込んで上層配線およびヴィア部を形成するようになっている。そのため、配線溝パターン5の溝部の全幅にわたってヴィアホール8が形成されることになるので、それぞれの間の位置合わせの影響を受けることなく、すなわち配線溝パターン5と線パターン7とに多少の位置ずれが生じても、上層配線とヴィア部との導通領域を十分に確保し得るようになる。しかも、配線溝パターン5および線パターン7は、共に、線幅方向に一次元の周期を持つライン状またはストライプ状に形成されるので、形状安定性を得るのが容易である。そのため、配線溝パターン5の溝部およびヴィアホール8の寸法制御性の容易化を図りつつ、微細な上層配線およびヴィア部であっても寸法精度良く形成することができる。
したがって、本実施形態による製造方法によれば、微細な上層配線およびヴィア部であっても導通領域を十分に確保しつつ寸法精度良く形成できるようになるので、先溝タイプのデュアルダマシン法で多層配線構造の半導体装置を製造する場合でも、微細な寸法の配線パターン形成が実現可能となり、高度に集積化した半導体装置等の製造に適用して非常に好適なものとなる。
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device having the dual damascene wiring structure described in the present embodiment, the via hole 8 is formed in the region where the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 intersect, and the via hole 8 and the wiring The wiring material 9 made of Cu is embedded in the groove portion of the groove pattern 5 to form the upper layer wiring and the via portion. For this reason, the via hole 8 is formed over the entire width of the groove portion of the wiring groove pattern 5, so that it is not affected by the alignment between them, that is, the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 are slightly positioned. Even if a shift occurs, a sufficient conduction region between the upper wiring and the via portion can be secured. Moreover, since both the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 are formed in a line shape or a stripe shape having a one-dimensional period in the line width direction, it is easy to obtain shape stability. Therefore, it is possible to form fine upper layer wiring and via portions with high dimensional accuracy while facilitating the dimensional controllability of the groove portions of the wiring groove pattern 5 and the via holes 8.
Therefore, according to the manufacturing method according to the present embodiment, even a fine upper layer wiring and via portion can be formed with high dimensional accuracy while sufficiently securing a conduction region. Even when a semiconductor device having a wiring structure is manufactured, it is possible to form a wiring pattern with a fine dimension, which is very suitable for application to manufacturing a highly integrated semiconductor device or the like.

なお、ここでは、加工のし易さから層間絶縁膜1,2が二層である場合を例に挙げたが、層間絶縁膜は必ずしも二層である必要はなく、一層のみであっても構わない。その場合に、層間絶縁膜に対するパターンエッチングは、一層である故に時間制御を行って、エッチングを層の途中で止めるように、その加工深さをコントロールすることが考えられる。   Here, the case where the interlayer insulating films 1 and 2 are two layers is taken as an example for ease of processing, but the interlayer insulating film is not necessarily two layers, and may be only one layer. Absent. In that case, since the pattern etching for the interlayer insulating film is a single layer, it is conceivable to control the processing depth so as to stop the etching in the middle of the layer by controlling the time.

また、層間絶縁膜にアミン成分が含まれる場合には、そのアミン成分が洩れ出すと、レジスト膜6中の酸が失活し、パターン形成が適正に行えなくなるおそれがあるため、アミン成分を遮断する材料を用いて第1の無機膜3を成膜することが望ましい。例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)技術で成膜した、SiN(窒化珪素)膜、TEOS(tetraethoxy silane)膜、SiO(酸化珪素)膜等が、これに該当する。   In addition, when an amine component is contained in the interlayer insulating film, if the amine component leaks out, the acid in the resist film 6 may be deactivated, and pattern formation may not be performed properly. It is desirable to form the first inorganic film 3 using the material to be used. For example, a SiN (silicon nitride) film, a TEOS (tetraethoxy silane) film, a SiO (silicon oxide) film, or the like formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) technology corresponds to this.

ところで、本実施形態の製造方法では、配線溝パターン5と線パターン7とが重なるように交差させてヴィアホール8を形成するようになっている。したがって、図3(a)に示すように、配線溝パターン5における溝部の幅が形成すべきヴィアホール8aよりも十分に大きい場合には、配線溝パターン5に線パターン7を重ねて形成することで、図3(b)に示すように、最終的に形成されるヴィアホール8bの大きさが、配線溝パターン5の溝幅と略同等にまで大きくなってしまう。このように、最終的なヴィアホール8bが形成すべきヴィアホール8aより大きくなってしまうこと、すなわち必要である大きさに比べて大きくなってしまうことは、導通すべきでない下層配線とショートするおそれが生じるため、回避すべきである。このことから、配線溝パターン5に線パターン7を重ねてヴィアホール8を形成する際には、配線溝パターン5および線パターン7を、以下に述べるようにすることが考えられる。   By the way, in the manufacturing method of this embodiment, the via hole 8 is formed by intersecting the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 so as to overlap each other. Therefore, as shown in FIG. 3A, when the width of the groove portion in the wiring groove pattern 5 is sufficiently larger than the via hole 8a to be formed, the line pattern 7 is formed so as to overlap the wiring groove pattern 5. Thus, as shown in FIG. 3B, the size of the finally formed via hole 8 b becomes substantially equal to the groove width of the wiring groove pattern 5. Thus, if the final via hole 8b is larger than the via hole 8a to be formed, that is, larger than the necessary size, there is a risk of short-circuiting with the lower layer wiring that should not be conducted. Should be avoided. From this, when the via hole 8 is formed by overlapping the line pattern 7 on the wiring groove pattern 5, it is considered that the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 are described as follows.

例えば、図4(a)に示すように、形成すべきヴィアホール8aのエッジ位置と、配線溝パターン5における溝部のエッジ位置との間の距離Wが、形成可能な溝部の最小幅寸法の二倍未満であれば、その箇所について、図4(b)に示すように、溝部のエッジ位置がヴィアホールのエッジ位置と重なるように、配線溝パターン5の溝幅(形状)を当該配線溝パターン5の設計段階で修正する。このようにすれば、配線溝パターン5に線パターン7を重ねてヴィアホール8を形成する場合であっても、位置ずれの影響を受けることなく導通領域を十分に確保すべく、最終的に形成されるヴィアホール8bが大きくなってしまうことによるショート発生等を防止することができる。   For example, as shown in FIG. 4A, the distance W between the edge position of the via hole 8a to be formed and the edge position of the groove part in the wiring groove pattern 5 is the minimum width dimension of the groove part that can be formed. If it is less than twice, as shown in FIG. 4B, the groove width (shape) of the wiring groove pattern 5 is set to the wiring groove pattern so that the edge position of the groove portion overlaps the edge position of the via hole. 5 is corrected at the design stage. In this way, even when the via pattern 8 is formed by overlapping the line pattern 7 on the wiring groove pattern 5, it is finally formed in order to ensure a sufficient conduction region without being affected by the positional deviation. It is possible to prevent the occurrence of a short-circuit due to the enlarged via hole 8b.

一方、例えば、図5(a)に示すように、形成すべきヴィアホール8aのエッジ位置と、配線溝パターン5における溝部のエッジ位置との間の距離Wが、形成可能な溝部の最小幅寸法の二倍以上であれば、その箇所について、図5(b)に示すように、配線溝パターン5における溝部内に絶縁膜からなるピラーパターン10を形成するよう、当該配線溝パターン5を設計段階で修正する。さらには、線パターン7の長さが、ピラーパターン10の外側エッジ位置を超えないようにする。このようにすれば、位置ずれの影響を受けることなく導通領域を十分に確保すべく、配線溝パターン5に線パターン7を重ねてヴィアホール8を形成する場合であっても、最終的に形成されるヴィアホール8bが大きくなってしまうことによるショート発生等を防止することができる。   On the other hand, for example, as shown in FIG. 5A, the distance W between the edge position of the via hole 8a to be formed and the edge position of the groove portion in the wiring groove pattern 5 is the minimum width dimension of the groove portion that can be formed. If it is more than twice, as shown in FIG. 5 (b), the wiring groove pattern 5 is designed at the design stage so as to form the pillar pattern 10 made of an insulating film in the groove portion of the wiring groove pattern 5. To fix it. Furthermore, the length of the line pattern 7 is made not to exceed the outer edge position of the pillar pattern 10. In this way, even if the via hole 8 is formed by overlapping the line pattern 7 on the wiring groove pattern 5 in order to ensure a sufficient conduction region without being affected by the positional deviation, it is finally formed. It is possible to prevent the occurrence of a short-circuit due to the enlarged via hole 8b.

ただし、配線溝パターン5に線パターン7を重ねてヴィアホール8を形成するのは、既に説明したように、隣接する配線とヴィア部との位置ずれによるショートを防ぐことを目的としている。したがって、図6に示すように、複数の配線層が狭ピッチで並列配置されているのではなく、多少の位置ずれが生じてもショートのおそれがない箇所では、従来と同様の手法を用いるようにしてもよい。すなわち、同一層に対して加工を行う場合であっても、配線溝パターンや形成すべきヴィアホールの形状(大きさ)によって、本実施形態で説明した製造方法と、従来と同様の製造方法とを、適宜使い分けるようにすることが考えられる。   However, the purpose of forming the via hole 8 by superimposing the line pattern 7 on the wiring groove pattern 5 is to prevent a short circuit due to a positional shift between the adjacent wiring and the via portion, as already described. Therefore, as shown in FIG. 6, a plurality of wiring layers are not arranged in parallel at a narrow pitch, but in a place where there is no possibility of short-circuiting even if a slight misalignment occurs, a method similar to the conventional method should be used. It may be. That is, even when processing is performed on the same layer, depending on the wiring groove pattern and the shape (size) of the via hole to be formed, the manufacturing method described in the present embodiment, and the manufacturing method similar to the conventional one, It is conceivable to properly use these.

また、従来と同様の手法によりヴィアホールを形成する場合であっても、下層配線の形成パターンによっては、ライン状またはストライプ状の線パターン7を利用するようにしても構わない。その場合、線パターン7は、図7(a)に示すように、下層配線11が延びる方向と長手方向が一致するように配置する。このようにすれば、図7(b)に示すように、最終的に形成されるヴィアホール8bは設計寸法より大きくなるが、多少の位置ずれが発生しても、下層配線11が延びる方向に大きくなるようにしているので、ショート発生等が起こることはない。   Even in the case where via holes are formed by the same method as in the prior art, a line or stripe line pattern 7 may be used depending on the formation pattern of the lower layer wiring. In that case, as shown in FIG. 7A, the line pattern 7 is arranged so that the direction in which the lower layer wiring 11 extends and the longitudinal direction thereof coincide. In this way, as shown in FIG. 7B, the finally formed via hole 8b becomes larger than the design size, but even if a slight misalignment occurs, the lower layer wiring 11 extends in the extending direction. Since it is made larger, no short circuit occurs.

次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について、図8〜10の説明図を参照しながら、具体例を挙げて詳細に説明する。
具体例の一つ目として説明する実施例1では、先ず、図8(a)に示すように、下層配線となる一層目の銅配線21が形成された半導体基板22上に、SiN膜23を70nm厚で成膜し、次いで第1の層間絶縁膜1となるSiO膜24を350nm厚で成膜し、さらに第2の層間絶縁膜2となるポリアリルエーテル系の有機高分子膜25を150nm厚で成膜する。そして、その有機高分子膜25上に、第1の無機膜3となるSiO膜26を180nm厚で成膜し、さらに第2の無機膜4となるSiN膜27を100nm厚で成膜する。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with a specific example with reference to FIGS.
In Example 1 described as the first specific example, first, as shown in FIG. 8A, a SiN film 23 is formed on a semiconductor substrate 22 on which a first-layer copper wiring 21 to be a lower-layer wiring is formed. The SiO film 24 to be the first interlayer insulating film 1 is formed to a thickness of 350 nm, and then the polyallyl ether organic polymer film 25 to be the second interlayer insulating film 2 is 150 nm. The film is formed with a thickness. Then, on the organic polymer film 25, a SiO film 26 to be the first inorganic film 3 is formed with a thickness of 180 nm, and a SiN film 27 to be the second inorganic film 4 is formed with a thickness of 100 nm.

その後は、図8(b)に示すように、SiN膜27上に有機系の反射防止膜28を70nm厚で塗布し、さらにポジ型化学増幅レジスト膜29を400nm厚で塗布する。そして、KrFエキシマレーザ・リソグラフィ技術を用いて、ポジ型化学増幅レジスト膜29に配線溝パターンを露光転写する。これにより、ポジ型化学増幅レジスト膜29の配線溝になる部分が現像で除去され、配線溝パターン5が形成されることとなる。このときのリソグラフィ条件は、以下のようにすることが考えられる。   Thereafter, as shown in FIG. 8B, an organic antireflection film 28 is applied on the SiN film 27 with a thickness of 70 nm, and a positive chemically amplified resist film 29 is applied with a thickness of 400 nm. Then, the wiring groove pattern is exposed and transferred to the positive chemically amplified resist film 29 by using a KrF excimer laser lithography technique. As a result, the portion of the positive chemically amplified resist film 29 that becomes the wiring groove is removed by development, and the wiring groove pattern 5 is formed. The lithography conditions at this time can be considered as follows.

露光装置:KrFエキシマレーザ縮小投影型スキャナー(縮小率1/4、NA=0.75)
照明形状:輪帯(σin/σout=0.50/0.75)
アライメント:下層配線に合わせる
レジスト:アセタール系ポジ型化学増幅レジスト(膜厚400nm)
レチクル:Crレチクル
現像液:TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide)2.38%
Exposure apparatus: KrF excimer laser reduction projection type scanner (reduction ratio 1/4, NA = 0.75)
Illumination shape: Ring zone (σin / σout = 0.50 / 0.75)
Alignment: Match lower layer wiring Resist: Acetal positive chemical amplification resist (film thickness 400nm)
Reticle: Cr reticle Developer: TMAH (Tetramethyl ammonium hydroxide) 2.38%

また、このときに露光転写する配線溝パターン5の設計データの一部を図8(c)に示す。図例のように、配線の最小幅は160nm、配線間の最小スペースは160nmである。なお、図例の配線溝パターン5は、ヴィアホール8の形成領域を含んで一方向に延びるライン状の配線溝が規則的に複数並設されたものである。   A part of the design data of the wiring groove pattern 5 to be exposed and transferred at this time is shown in FIG. As shown in the figure, the minimum width of the wiring is 160 nm, and the minimum space between the wirings is 160 nm. Note that the wiring groove pattern 5 in the illustrated example is one in which a plurality of line-shaped wiring grooves extending in one direction including the formation region of the via hole 8 are regularly arranged in parallel.

その後は、図8(d)に示すように、ポジ型化学増幅レジスト膜29をマスクに、ECR(electron cyclotron resonance)プラズマエッチング装置およびエッチングガス(CHF3/Ar/O2)を用いて、反射防止膜28およびSiN膜27をエッチングして、ポジ型化学増幅レジスト膜29を除去する。これにより、SiN膜27に、配線溝パターン5が形成されることになる。 Thereafter, as shown in FIG. 8D, reflection is performed using an ECR (electron cyclotron resonance) plasma etching apparatus and an etching gas (CHF 3 / Ar / O 2 ) using the positive chemically amplified resist film 29 as a mask. The prevention film 28 and the SiN film 27 are etched to remove the positive chemically amplified resist film 29. As a result, the wiring groove pattern 5 is formed in the SiN film 27.

そして、図8(e)に示すように、配線溝パターン5が形成されたSiN膜27上に、有機系の反射防止膜30を塗布し(SiO膜26からの厚さ140nm)、さらにポジ型化学増幅レジスト膜31を400nm厚で塗布して、そのポジ型化学増幅レジスト膜31に配線溝パターン5とは直交する方向に延びるストライプ状の線パターンを露光転写する。これにより、ポジ型化学増幅レジスト膜31には、線パターン7が形成されることとなる。このときのリソグラフィ条件は、以下のようにすることが考えられる。   Then, as shown in FIG. 8E, an organic antireflection film 30 is applied on the SiN film 27 on which the wiring groove pattern 5 is formed (thickness 140 nm from the SiO film 26). A chemically amplified resist film 31 is applied to a thickness of 400 nm, and a stripe-like line pattern extending in a direction perpendicular to the wiring groove pattern 5 is exposed and transferred onto the positive chemically amplified resist film 31. As a result, the line pattern 7 is formed on the positive chemically amplified resist film 31. The lithography conditions at this time can be considered as follows.

露光装置:KrFエキシマレーザ縮小投影型スキャナー(縮小率1/4、NA=0.75、σ=0.70)
アライメント:下層配線に合わせる
レジスト:アセタール系ポジ型化学増幅レジスト(膜厚400nm)
レチクル:Crレチクル
現像液:TMAH2.38%
Exposure apparatus: KrF excimer laser reduction projection scanner (reduction ratio 1/4, NA = 0.75, σ = 0.70)
Alignment: Match lower layer wiring Resist: Acetal positive chemical amplification resist (film thickness 400nm)
Reticle: Cr reticle Developer: TMAH 2.38%

また、このときに露光転写する線パターン7のレイアウトを図8(f)に示す。図例のように、線パターン7は、ヴィアホール8の形成領域を含んで一方向に延びるライン状の配線溝が規則的に複数並設されたものであり、そのヴィアホール8の形成領域で配線溝パターン5と直交するものである。   Further, FIG. 8F shows the layout of the line pattern 7 to be exposed and transferred at this time. As shown in the figure, the line pattern 7 is formed by regularly arranging a plurality of line-shaped wiring grooves extending in one direction including the formation region of the via hole 8, and in the formation region of the via hole 8. It is orthogonal to the wiring groove pattern 5.

線パターン7の形成の後は、図9(a)に示すように、ポジ型化学増幅レジスト膜31をマスクに、反射防止膜30およびSiO膜26をエッチングする。このときのエッチング条件は、以下のようにすることが考えられる。   After the formation of the line pattern 7, as shown in FIG. 9A, the antireflection film 30 and the SiO film 26 are etched using the positive chemically amplified resist film 31 as a mask. The etching conditions at this time can be considered as follows.

エッチング装置:ECRプラズマエッチャー
反射防止膜エッチング:Ar/O2,30%オーバー
SiO膜エッチング:C5F8/Ar/O2,30%オーバー
Etching apparatus: ECR plasma etcher Antireflection film etching: Ar / O 2 , 30% over SiO film etching: C5F8 / Ar / O 2 , 30% over

その後は、図9(b)に示すように、有機高分子膜25をアンモニアガスを用いてエッチングする。このときのエッチングにより、ポジ型化学増幅レジスト膜31および反射防止膜30条件も同時に除去されることになる。さらには、図9(c)に示すように、SiO膜24をエッチングする。これにより、SiO膜24には、平面四辺形状のヴィアホール8によって構成されるヴィアパターンが形成される。また、SiO膜26には、SiN膜27がマスクとなり、配線溝パターン5が形成される。次いで、図9(d)に示すように、SiN膜27をマスクに有機高分子膜25をエッチングし、さらに図9(e)に示すように、SiN膜23をエッチングする。このとき、上面のSiN膜27の一部が全面エッチバックされる。   Thereafter, as shown in FIG. 9B, the organic polymer film 25 is etched using ammonia gas. By etching at this time, the conditions of the positive chemically amplified resist film 31 and the antireflection film 30 are also removed at the same time. Further, as shown in FIG. 9C, the SiO film 24 is etched. As a result, a via pattern constituted by a planar quadrangular via hole 8 is formed in the SiO film 24. Further, the wiring groove pattern 5 is formed on the SiO film 26 using the SiN film 27 as a mask. Next, as shown in FIG. 9D, the organic polymer film 25 is etched using the SiN film 27 as a mask, and the SiN film 23 is further etched as shown in FIG. 9E. At this time, a part of the upper surface of the SiN film 27 is etched back.

そして、その後は、図9(f)に示すように、エッチング箇所の内壁に、バリアメタルとしてのTa(タンタル)膜(ただし不図示)を25nm厚で成膜し、さらにCuのシード膜(ただし不図示)を成膜し、形成されたヴィアホール8および配線溝パターン5の溝部にCu32を電解メッキして埋め込み、その上面をCMP技術でSiO膜26の途中まで研磨し、キャップ膜としてSiN膜33を70nm厚で成膜する。これにより、銅配線(上層配線)と銅ヴィアプラグ(ヴィア部)とが同時に形成されることになる。   Then, as shown in FIG. 9 (f), a Ta (tantalum) film (not shown) as a barrier metal is formed to a thickness of 25 nm on the inner wall of the etched portion, and a Cu seed film (however, (Not shown) is formed, Cu32 is electrolytically embedded in the formed via hole 8 and the groove portion of the wiring groove pattern 5, and the upper surface thereof is polished to the middle of the SiO film 26 by a CMP technique, and a SiN film is used as a cap film. 33 is deposited to a thickness of 70 nm. Thereby, the copper wiring (upper layer wiring) and the copper via plug (via portion) are formed at the same time.

ここで、以上のような各工程から成る手順のうち、図9(a)を示して説明したリソグラフィ工程において、ヴィアホール8を形成するための線パターン7に位置ずれが生じた場合を考える。
例えば、図10(a)に示すように、線パターン7の位置がその長手方向に沿ってずれた場合、すなわち線パターン7と直交する配線溝パターン5の幅方向にずれた場合には、その線パターン7と配線溝パターン5とが重なる位置にヴィアホール8が形成されるので、線パターン7の位置ずれに影響を受けることなく、所望の位置(設計通りの位置)にヴィアホール8が形成されることになる。
一方、図10(b)に示すように、線パターン7の位置がその幅方向にずれた場合、すなわち線パターン7と直交する配線溝パターン5の長手方向に沿ってずれた場合には、そのずれた分だけ、ヴィアホール8の形成位置も移動することになる。ただし、その移動方向は、配線溝パターン5の長手方向であり幅方向でないことから、複数の配線層が狭ピッチで並列配置されていても、ヴィアホール8(ヴィア部)が隣接する同層の配線に近づくことはない。したがって、各配線層の間の電気的耐圧は十分に保つことができ、その位置ずれ量が許容範囲内であれば問題とはならない。
つまり、図10(a)または(b)のいずれの場合であっても、ヴィアホール8と配線溝パターン5が間接合わせの関係にあるにも拘わらず、ヴィアホール8が隣接する同層の配線に近づくことはないので、各配線層の間の電気的耐圧を十分に保てるようになる。
Here, in the procedure composed of the steps as described above, a case will be considered in which a positional deviation occurs in the line pattern 7 for forming the via hole 8 in the lithography step described with reference to FIG.
For example, as shown in FIG. 10A, when the position of the line pattern 7 is shifted along its longitudinal direction, that is, when it is shifted in the width direction of the wiring groove pattern 5 orthogonal to the line pattern 7, Since the via hole 8 is formed at the position where the line pattern 7 and the wiring groove pattern 5 overlap, the via hole 8 is formed at a desired position (position as designed) without being affected by the positional deviation of the line pattern 7. Will be.
On the other hand, as shown in FIG. 10B, when the position of the line pattern 7 is shifted in the width direction, that is, when the position is shifted along the longitudinal direction of the wiring groove pattern 5 orthogonal to the line pattern 7, The position where the via hole 8 is formed also moves by the amount shifted. However, since the moving direction is the longitudinal direction of the wiring groove pattern 5 and not the width direction, even if a plurality of wiring layers are arranged in parallel at a narrow pitch, the via hole 8 (via portion) is adjacent to the same layer. Never get close to the wiring. Therefore, the electric withstand voltage between the wiring layers can be kept sufficiently, and there is no problem as long as the positional deviation amount is within an allowable range.
That is, in any of the cases shown in FIGS. 10A and 10B, the via hole 8 and the wiring groove pattern 5 are in the indirect alignment relationship, but the via hole 8 is adjacent to the same layer. Therefore, the electric withstand voltage between the wiring layers can be sufficiently maintained.

図11,12は、パターンレイアウトの一具体例を示す平面図である。
配線溝パターンおよび線パターンの形状や大きさ等は、形成すべきヴィアホール並びに下層配線の位置・形状を総合的に勘案して決定すればよい。具体的には、図11に示すように、単にヴィアホール8の形成位置で配線溝パターン5と線パターン7とが重なるように交差させるだけではなく、配線溝パターン5の溝幅をヴィアホール8の大きさと略同等になるようにしたり、配線溝パターン5の溝部内にピラーパターン10を発生させたり、線パターン7の長手方向を下層配線11が延びる方向と一致させたりすることが考えられる。
図12では、線パターン7の形成位置が、配線溝パターン5の形成位置に対して、図中上側に50nm、右側に50nmだけ位置ずれした場合を示している。このような位置ずれが発生した場合であっても、配線溝パターン5および線パターン7の形状や大きさ等を適宜決定し、これらが重なるように交差させてヴィアホール8を形成すれば、図12に示すように、形成されるヴィア部12が配線溝パターン5からはみ出すことがなく、位置ずれによるショート発生等を防止することができる。
11 and 12 are plan views showing a specific example of the pattern layout.
The shape and size of the wiring groove pattern and the line pattern may be determined in consideration of the position and shape of the via hole to be formed and the lower layer wiring. Specifically, as shown in FIG. 11, not only is the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 intersected at the formation position of the via hole 8, but the groove width of the wiring groove pattern 5 is set to the via hole 8. It is conceivable that the pillar pattern 10 is generated in the groove portion of the wiring groove pattern 5, or the longitudinal direction of the line pattern 7 is made to coincide with the direction in which the lower layer wiring 11 extends.
FIG. 12 shows a case where the formation position of the line pattern 7 is displaced by 50 nm on the upper side and 50 nm on the right side with respect to the formation position of the wiring groove pattern 5. Even if such misalignment occurs, if the shape and size of the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 are appropriately determined, and the via holes 8 are formed so as to overlap with each other, the FIG. As shown in FIG. 12, the formed via portion 12 does not protrude from the wiring groove pattern 5, and it is possible to prevent occurrence of a short circuit due to misalignment.

次に、具体例の二つ目である実施例2について、図13,14の説明図を参照しながら説明する。上述した実施例1では、層間絶縁膜がSiO膜24と有機高分子膜25との二層である場合を例に挙げたが、ここでは一層のみである場合について説明する。
実施例2では、先ず、図13(a)に示すように、下層配線となる一層目の銅配線41が形成された半導体基板42上に、SiCN(炭素ドープ珪素窒化膜)膜43を50nm厚で成膜し、次いで低誘電率層間絶縁膜としてのSiOCH膜44を300nm厚で成膜する。そして、そのSiOCH膜44上に、第1の無機膜3となるTEOS膜45を80nm厚で成膜し、さらに第2の無機膜4となるSiCN膜46を50nm厚で成膜する。
Next, a second specific example, Example 2, will be described with reference to FIGS. In the first embodiment described above, the case where the interlayer insulating film is a two-layered structure of the SiO film 24 and the organic polymer film 25 is described as an example. However, here, a case where only one layer is formed will be described.
In Example 2, first, as shown in FIG. 13A, a SiCN (carbon-doped silicon nitride film) film 43 is formed to a thickness of 50 nm on a semiconductor substrate 42 on which a first-layer copper wiring 41 serving as a lower wiring is formed. Then, a SiOCH film 44 as a low dielectric constant interlayer insulating film is formed with a thickness of 300 nm. Then, a TEOS film 45 to be the first inorganic film 3 is formed on the SiOCH film 44 with a thickness of 80 nm, and a SiCN film 46 to be the second inorganic film 4 is formed with a thickness of 50 nm.

その後は、図13(b)に示すように、SiCN膜46上に有機系の反射防止膜47を80nm厚で塗布し、さらにポジ型化学増幅レジスト膜48を400nm厚で塗布する。そして、ArFエキシマレーザ・リソグラフィ技術を用いて、ポジ型化学増幅レジスト膜48に配線溝パターンを露光転写する。これにより、ポジ型化学増幅レジスト膜48の配線溝になる部分が現像で除去され、配線溝パターン5が形成されることとなる。このときのリソグラフィ条件は、以下のようにすることが考えられる。   Thereafter, as shown in FIG. 13B, an organic antireflection film 47 is applied on the SiCN film 46 to a thickness of 80 nm, and a positive chemically amplified resist film 48 is applied to a thickness of 400 nm. Then, the wiring groove pattern is exposed and transferred to the positive chemically amplified resist film 48 using ArF excimer laser lithography. As a result, the portion of the positive chemically amplified resist film 48 that becomes the wiring groove is removed by development, and the wiring groove pattern 5 is formed. The lithography conditions at this time can be considered as follows.

露光装置:ArFエキシマレーザ縮小投影型スキャナー(縮小率1/4)
露光波長:193nm
投影レンズの像側開口数:0.80
投影レンズの照明側開口数:0.75
照明形状:輪帯(内側半径/外側半径=0.50/0.75)
アライメント:下層配線に合わせる
マスク:ハーフトーン位相シフトマスク(背景透過率6%)
レジスト:アクリル系ポジ型化学増幅レジスト(膜厚250nm)
反射防止膜:有機系反射防止膜(80nm厚)
現像液:TMAH2.38%
Exposure device: ArF excimer laser reduction projection scanner (reduction ratio 1/4)
Exposure wavelength: 193nm
Image side numerical aperture of projection lens: 0.80
Numerical aperture on the illumination side of the projection lens: 0.75
Illumination shape: Ring zone (inner radius / outer radius = 0.50 / 0.75)
Alignment: Match lower layer wiring Mask: Halftone phase shift mask (background transmittance 6%)
Resist: Acrylic positive chemically amplified resist (thickness 250 nm)
Antireflection film: Organic antireflection film (80 nm thickness)
Developer: TMAH 2.38%

また、このときに露光転写する配線溝パターン5の設計データの一部を図13(c)に示す。図例のように、配線の最小幅は100nm、配線間の最小スペースは100nmである。なお、図例の配線溝パターン5は、ヴィアホール8の形成領域を含んで一方向に延びるライン状の配線溝が規則的に複数並設されたものである。   FIG. 13C shows part of the design data of the wiring groove pattern 5 that is exposed and transferred at this time. As shown in the figure, the minimum width of the wiring is 100 nm, and the minimum space between the wirings is 100 nm. Note that the wiring groove pattern 5 in the illustrated example is one in which a plurality of line-shaped wiring grooves extending in one direction including the formation region of the via hole 8 are regularly arranged in parallel.

その後は、図13(d)に示すように、ポジ型化学増幅レジスト膜48をマスクに、ECRプラズマエッチング装置およびエッチングガス(CHF3/Ar/O2)を用いて、反射防止膜47およびSiCN膜46をエッチングし、ポジ型化学増幅レジスト膜48を除去する。これにより、SiCN膜46に、配線溝パターン5が形成されることになる。 Thereafter, as shown in FIG. 13 (d), using the positive chemical amplification resist film 48 as a mask, using an ECR plasma etching apparatus and an etching gas (CHF 3 / Ar / O 2 ), the antireflection film 47 and the SiCN The film 46 is etched, and the positive chemically amplified resist film 48 is removed. As a result, the wiring groove pattern 5 is formed in the SiCN film 46.

そして、図13(e)に示すように、配線溝パターン5が形成されたSiCN膜46上に、ノボラック樹脂膜49を350nm厚で塗布し、さらにSOG(Spin On Glass)膜50を100nm厚で塗布し、最後にその上にアクリル系化学増幅型のポジレジスト膜51を200nm厚塗布する。そして、そのポジレジスト膜51に配線溝パターン5とは直交する方向に延びるストライプ状の線パターン7を露光転写する。これにより、ポジレジスト膜51には、線パターン7が形成されることとなる。このときのリソグラフィ条件は、以下のようにすることが考えられる。   Then, as shown in FIG. 13E, a novolac resin film 49 is applied with a thickness of 350 nm on the SiCN film 46 on which the wiring groove pattern 5 is formed, and an SOG (Spin On Glass) film 50 is further formed with a thickness of 100 nm. Finally, an acrylic chemical amplification type positive resist film 51 having a thickness of 200 nm is applied thereon. Then, the stripe-shaped line pattern 7 extending in the direction orthogonal to the wiring groove pattern 5 is exposed and transferred onto the positive resist film 51. As a result, the line pattern 7 is formed on the positive resist film 51. The lithography conditions at this time can be considered as follows.

露光装置:ArFエキシマレーザ縮小投影型スキャナー(縮小率1/4)
露光波長:193nm
投影レンズの像側開口数:0.80
投影レンズの照明側開口数:0.70
アライメント:下層配線に合わせる
マスク:ハーフトーン位相シフトマスク(背景透過率6%)
レジスト:アクリル系ポジ型化学増幅レジスト(膜厚200nm)
現像液:TMAH2.38%
Exposure device: ArF excimer laser reduction projection scanner (reduction ratio 1/4)
Exposure wavelength: 193nm
Image side numerical aperture of projection lens: 0.80
The numerical aperture on the illumination side of the projection lens: 0.70
Alignment: Match lower layer wiring Mask: Halftone phase shift mask (background transmittance 6%)
Resist: Acrylic positive chemical amplification resist (thickness 200 nm)
Developer: TMAH 2.38%

また、このときに露光転写する線パターン7のレイアウトを図13(f)に示す。図例のように、線パターン7は、ヴィアホール8の形成領域を含んで一方向に延びるライン状の配線溝が規則的に複数並設されたものであり、そのヴィアホール8の形成領域で配線溝パターン5と直交するものである。   FIG. 13F shows the layout of the line pattern 7 to be exposed and transferred at this time. As shown in the figure, the line pattern 7 is formed by regularly arranging a plurality of line-shaped wiring grooves extending in one direction including the formation region of the via hole 8, and in the formation region of the via hole 8. It is orthogonal to the wiring groove pattern 5.

線パターン7の形成の後は、図14(a)に示すように、ポジレジスト膜51をマスクに、C58/Ar/O2ガスを用いて、SOG膜50をエッチングする。さらには、SOG膜50をマスクに、Ar/O2ガスを用いて、ノボラック樹脂膜49をエッチングする。このときのエッチングで、ポジレジスト膜51は無くなってしまう。そして、ノボラック樹脂膜49およびSiCN膜46をマスクに、C58/Ar/O2ガスを用いて、TEOS膜45をエッチングする。これにより、TEOS膜45には、配線溝パターン5と線パターン7とが重なる領域に、平面四辺形状のヴィアホール8が形成される。 After the formation of the line pattern 7, as shown in FIG. 14A, the SOG film 50 is etched using C 5 F 8 / Ar / O 2 gas using the positive resist film 51 as a mask. Further, the novolac resin film 49 is etched using Ar / O 2 gas with the SOG film 50 as a mask. By this etching, the positive resist film 51 is lost. Then, using the novolac resin film 49 and the SiCN film 46 as a mask, the TEOS film 45 is etched using C 5 F 8 / Ar / O 2 gas. As a result, a planar quadrangular via hole 8 is formed in the TEOS film 45 in a region where the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 overlap.

さらに続けて、ノボラック樹脂膜49およびSiCN膜46をマスクに、トリメチルシランガスを用いて、SiOCH膜44をエッチングする。そして、ノボラック樹脂膜49を除去すると、図14(b)に示すように、SiOCH膜44には、ヴィアホール8によって構成されるヴィアパターンが形成されることになる。   Subsequently, using the novolac resin film 49 and the SiCN film 46 as a mask, the SiOCH film 44 is etched using trimethylsilane gas. Then, when the novolac resin film 49 is removed, a via pattern constituted by the via holes 8 is formed in the SiOCH film 44 as shown in FIG.

その後は、図14(c)に示すように、SiCN膜46をマスクに、TEOS膜45をエッチングし、そのTEOS膜45に配線溝パターン5を転写する。そして、図14(d)に示すように、SiCN膜46をマスクに、SiOCH膜44を半分の厚さまでエッチングし、配線溝パターン5を転写する。さらには、図14(e)に示すように、下層のSiCN膜43をもエッチングする。このとき、上層のSiCN膜46が全面エッチバックされることになる。   Thereafter, as shown in FIG. 14C, the TEOS film 45 is etched using the SiCN film 46 as a mask, and the wiring groove pattern 5 is transferred to the TEOS film 45. Then, as shown in FIG. 14D, using the SiCN film 46 as a mask, the SiOCH film 44 is etched to half the thickness, and the wiring groove pattern 5 is transferred. Further, as shown in FIG. 14E, the underlying SiCN film 43 is also etched. At this time, the upper SiCN film 46 is etched back.

そして、その後は、図14(f)に示すように、エッチング箇所の内壁に、バリアメタルとしてのTa膜(ただし不図示)を20nm厚で成膜し、さらにCuのシード膜(ただし不図示)を成膜し、形成されたヴィアホール8および配線溝パターン5の溝部にCu52を電解メッキして埋め込み、その上面をCMP技術でTEOS膜45の途中まで研磨し、キャップ膜としてSiCN膜53を50nm厚で成膜する。これにより、銅配線(上層配線)と銅ヴィアプラグ(ヴィア部)とが同時に形成されることになる。   Then, as shown in FIG. 14 (f), a Ta film (not shown) as a barrier metal is formed to a thickness of 20 nm on the inner wall of the etched portion, and further a Cu seed film (not shown). Cu52 is electrolytically plated and buried in the groove portions of the formed via hole 8 and wiring groove pattern 5, the upper surface thereof is polished partway through the TEOS film 45 by CMP technology, and the SiCN film 53 is formed as a cap film by 50 nm. The film is formed with a thickness. Thereby, the copper wiring (upper layer wiring) and the copper via plug (via portion) are formed at the same time.

以上のような各工程から成る手順によっても、実施例1の場合と同様に、ヴィアホール8と配線溝パターン5が間接合わせの関係にあるにも拘わらず、ヴィアホール8が隣接する同層の配線に近づくことはないので、各配線層の間の電気的耐圧を十分に保てるようになる。つまり、配線溝パターン5および線パターン7の形状や大きさ等を適宜決定し、これらが重なるように交差させてヴィアホール8を形成することで、線パターン7に位置ずれが発生した場合であっても、形成されるヴィアホール8が配線溝パターン5からはみ出すことがなく、位置ずれによるショート発生等を防止することができる。   Even in the procedure consisting of the above steps, as in the case of the first embodiment, the via hole 8 and the wiring groove pattern 5 are in the same layer adjacent to each other even though the via hole 8 and the wiring groove pattern 5 are in an indirect alignment relationship. Since it does not approach the wiring, the electric withstand voltage between the wiring layers can be maintained sufficiently. In other words, the shape and size of the wiring groove pattern 5 and the line pattern 7 are appropriately determined, and the via holes 8 are formed so as to intersect with each other so that the line pattern 7 is displaced. However, the formed via hole 8 does not protrude from the wiring groove pattern 5, and it is possible to prevent occurrence of a short circuit due to misalignment.

なお、上述した実施例1,2では、本発明の実施具体例を挙げて詳細に説明したが、本発明がこれらの実施具体例(特に、成膜材料やその膜厚等)に限定されるものでないことはいうまでもない。   In addition, although Example 1 and 2 mentioned above demonstrated in detail, giving the Example of this invention, this invention is limited to these Examples (especially film-forming material, its film thickness, etc.). It goes without saying that it is not a thing.

本発明の半導体装置の製造方法の概要の一例を示す模式図(その1)である。It is a schematic diagram (the 1) which shows an example of the outline | summary of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法の概要の一例を示す模式図(その2)である。It is a schematic diagram (the 2) which shows an example of the outline | summary of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法の概要の一例を示す模式図(その3)である。It is a schematic diagram (the 3) which shows an example of the outline | summary of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法の概要の一例を示す模式図(その4)である。It is a schematic diagram (the 4) which shows an example of the outline | summary of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法の概要の一例を示す模式図(その5)である。FIG. 6 is a schematic diagram (part 5) illustrating an example of an outline of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の製造方法の概要の一例を示す模式図(その6)である。It is a schematic diagram (the 6) which shows an example of the outline | summary of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法の概要の一例を示す模式図(その7)である。It is a schematic diagram (the 7) which shows an example of the outline | summary of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の実施例1を具体的に示す説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) which shows Example 1 of this invention concretely. 本発明の実施例1を具体的に示す説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) which shows Example 1 of this invention concretely. 本発明の実施例1を具体的に示す説明図(その3)である。It is explanatory drawing (the 3) which shows Example 1 of this invention concretely. 本発明が適用されるパターンレイアウトの一具体例を示す平面図(その1)である。It is a top view (the 1) which shows one specific example of the pattern layout to which this invention is applied. 本発明が適用されるパターンレイアウトの一具体例を示す平面図(その2)である。It is a top view (the 2) which shows a specific example of the pattern layout to which this invention is applied. 本発明の実施例2を具体的に示す説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) which shows Example 2 of this invention concretely. 本発明の実施例2を具体的に示す説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) which shows Example 2 of this invention concretely. 一般的なデュアルダマシン法の概要を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline | summary of the general dual damascene method. 従来の先溝タイプのフローによるデュアルダマシン法における問題点を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the trouble in the dual damascene method by the flow of the conventional leading groove type.

符号の説明Explanation of symbols

1…第1の層間絶縁膜、2…第2の層間絶縁膜、3…第1の無機膜(ハードマスク膜)4…第2の無機膜(下層膜)、5…配線溝パターン、6…レジスト膜(上層膜)、7…線パターン、8…ヴィアホール、9…配線材料、10…ピラーパターン、11…下層配線   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st interlayer insulation film, 2 ... 2nd interlayer insulation film, 3 ... 1st inorganic film (hard mask film) 4 ... 2nd inorganic film (lower layer film), 5 ... Wiring groove pattern, 6 ... Resist film (upper layer film), 7 ... line pattern, 8 ... via hole, 9 ... wiring material, 10 ... pillar pattern, 11 ... lower layer wiring

Claims (4)

下層配線の上に層間絶縁膜を介して上層配線が積層されるとともに、前記下層配線と前記上層配線とが前記層間絶縁膜に設けられたヴィア部によって導通するように構成される半導体装置の製造方法であって、
前記層間絶縁膜の上に下層膜を成膜する工程と、
前記下層膜をライン状またはストライプ状にエッチングして当該下層膜に前記上層配線を形成するための配線溝パターンを形成する工程と、
前記配線溝パターンが形成された下層膜の上に上層膜を成膜する工程と、
前記上層膜をライン状またはストライプ状にエッチングして当該上層膜に前記配線溝パターンと交差する線パターンを形成する工程と、
前記配線溝パターンが形成された下層膜および前記線パターンが形成された上層膜をマスクにして前記層間絶縁膜をエッチングし、当該層間絶縁膜の前記配線溝パターンと前記線パターンとが交差する領域に開口を形成する工程と、
前記配線溝パターンの溝部および前記開口に配線材料を埋め込んで前記上層配線および前記ヴィア部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Manufacturing of a semiconductor device configured such that an upper layer wiring is laminated on a lower layer wiring through an interlayer insulating film, and the lower layer wiring and the upper layer wiring are electrically connected by a via portion provided in the interlayer insulating film A method,
Forming a lower layer film on the interlayer insulating film;
Etching the lower layer film in a line or stripe form to form a wiring groove pattern for forming the upper layer wiring in the lower layer film;
Forming an upper layer film on the lower layer film on which the wiring groove pattern is formed;
Etching the upper layer film in a line or stripe form to form a line pattern intersecting the wiring groove pattern in the upper layer film; and
A region where the wiring groove pattern of the interlayer insulating film intersects the line pattern by etching the interlayer insulating film using the lower layer film on which the wiring groove pattern is formed and the upper layer film on which the line pattern is formed as a mask Forming an opening in
A step of embedding a wiring material in the groove and the opening of the wiring groove pattern to form the upper layer wiring and the via portion.
前記配線溝パターンの溝部のエッジ位置が形成すべき開口のエッジ位置と重なるように、前記配線溝パターンの溝幅が設定されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a groove width of the wiring groove pattern is set so that an edge position of a groove portion of the wiring groove pattern overlaps with an edge position of an opening to be formed.
前記配線溝パターンは、当該配線溝パターンにおける溝部内に配設されたピラーパターンを含んで形成される
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the wiring groove pattern includes a pillar pattern disposed in a groove portion of the wiring groove pattern.
前記線パターンは、その長手方向が前記下層配線が延びる方向と一致するように形成される
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the line pattern is formed so that a longitudinal direction thereof coincides with a direction in which the lower layer wiring extends.
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