JP2006093590A - Semiconductor manufacturing method and mask material - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、メタル配線形成のためのハードマスク構造を改良した半導体装置の製造方法及びこれに好適に用いられるマスク材に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having an improved hard mask structure for forming metal wiring and a mask material suitably used for the method.
微細なメタル配線を形成するには、光学上の回折限界などから微細で且つ薄膜のレジストパターンをメタル直上に形成する必要がある。しかしながら、レジストとメタルとの間で十分なエッチング選択比が得られないためにエッチング途中で薄膜のレジストパターンが消失し、メタル配線の形状不良が発生する場合がある。また、露光の際、下地メタルの凹凸に起因する反射によってレジストが細ったり、消失したりするため、微細なレジストパターンを形成するには、下地メタルの光反射率を低減させる必要がある。 In order to form a fine metal wiring, it is necessary to form a fine and thin resist pattern directly on the metal due to optical diffraction limits and the like. However, since a sufficient etching selection ratio cannot be obtained between the resist and the metal, the thin resist pattern may disappear during the etching, resulting in a defective shape of the metal wiring. In addition, during exposure, the resist is thinned or lost due to reflection caused by the unevenness of the underlying metal, and therefore, in order to form a fine resist pattern, it is necessary to reduce the light reflectance of the underlying metal.
このような不具合を解消するため、例えば特許文献1に開示されるような配線形成方法が提案されている。この方法では、メタル配線層上にTiN膜層を設け、その上層にP−SiON(プラズマSiON)膜、P−SiO2(プラズマSiO2)膜を形成した上にフォトレジストを設けたものをマスクとして用いる。TiN膜とP−SiON膜及びP−SiO2膜は、金属配線層上に積層して使用することで無機反射防止膜として機能し、下地メタルの凹凸に起因するハレーションを抑えることができる。
In order to solve such a problem, for example, a wiring forming method as disclosed in
また、前述したフォトレジストの下層膜は、ドライエッチングにあたり、そのエッチングガスの組成を変更することで、フォトレジストとのエッチング選択比を調整することができる。 Further, when the above-described photoresist underlayer film is dry-etched, the etching selectivity with respect to the photoresist can be adjusted by changing the composition of the etching gas.
特許文献1に開示されるマスク構造では、フォトレジストとP−SiO2との間の密着性が悪く、最悪の場合フォトレジストパターンの剥離などが生じ、微細なレジストパターンを高精度に転写することができない場合がある。
In the mask structure disclosed in
また、P−SiON膜は、メタル(TiN膜層も含む)積層膜とのエッチング選択比が小さい。例えば、レジストパターンの肩削れによるメタル配線の形状不良が発生する可能性がある。 Further, the P—SiON film has a small etching selectivity with respect to the metal (including TiN film layer) laminated film. For example, there is a possibility that the shape defect of the metal wiring may occur due to the shaving of the resist pattern.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、下地メタルの光反射率を低減させて微細なレジストパターンを高精度に転写すると共に、メタルエッチングを酸化膜のハードマスクを介して実施することでマスクとメタルのエッチング選択比を確保して微細なメタル配線を形成することができる半導体装置の製造方法及びこれに好適に用いられるマスク材を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. It reduces the light reflectivity of the underlying metal to transfer a fine resist pattern with high accuracy, and performs metal etching using a hard mask of an oxide film. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a fine metal wiring while ensuring a mask-to-metal etching selectivity, and to obtain a mask material suitably used therefor.
この発明に係る半導体装置の製造方法は、金属積層膜上にマスク材を設け、当該マスク材を介したエッチングにより金属積層膜に金属配線パターンを形成する半導体装置の製造方法において、下地からの光反射を抑制する反射防止膜として屈折率がそれぞれ異なる複数層のプラズマSiON膜を含む酸化物積層膜を金属積層膜上に形成するステップと、露光処理により酸化物積層膜のプラズマSiON膜上に金属配線パターンを施したレジストマスクを形成するステップと、レジストマスクを介したエッチングにより酸化物積層膜に金属配線パターンを形成するステップと、金属配線パターンが形成された酸化物積層膜をマスク材としたエッチングにより金属積層膜に金属配線パターンを形成するステップとを備えるものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method comprising: providing a mask material on a metal laminated film; and forming a metal wiring pattern on the metal laminated film by etching through the mask material. Forming an oxide laminated film including a plurality of plasma SiON films having different refractive indexes as an antireflection film for suppressing reflection on the metal laminated film; and exposing the metal on the plasma SiON film of the oxide laminated film by an exposure process. A step of forming a resist mask with a wiring pattern, a step of forming a metal wiring pattern on the oxide multilayer film by etching through the resist mask, and an oxide multilayer film on which the metal wiring pattern is formed as a mask material Forming a metal wiring pattern on the metal laminated film by etching.
この発明によれば、金属積層膜上にマスク材を設け、当該マスク材を介したエッチングにより金属積層膜に金属配線パターンを形成する半導体装置の製造方法において、下地からの光反射を抑制する反射防止膜として屈折率がそれぞれ異なる複数層のプラズマSiON膜を含む酸化物積層膜を金属積層膜上に形成するステップと、露光処理により酸化物積層膜のプラズマSiON膜上に金属配線パターンを施したレジストマスクを形成するステップと、レジストマスクを介したエッチングにより酸化物積層膜に金属配線パターンを形成するステップと、金属配線パターンが形成された酸化物積層膜をマスク材としたエッチングにより金属積層膜に金属配線パターンを形成するステップとを備えるので、下地メタルの光反射率を低減させて微細なレジストパターンを高精度に転写すると共に、メタルエッチングを酸化膜のハードマスクを介して実施することでマスクとメタルのエッチング選択比を確保して微細なメタル配線を形成することができるという効果がある。 According to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device in which a mask material is provided on a metal laminated film and a metal wiring pattern is formed on the metal laminated film by etching through the mask material, the reflection that suppresses light reflection from the base A step of forming an oxide laminated film including a plurality of plasma SiON films having different refractive indexes as a prevention film on the metal laminated film, and a metal wiring pattern was applied on the plasma SiON film of the oxide laminated film by exposure processing A step of forming a resist mask, a step of forming a metal wiring pattern on the oxide multilayer film by etching through the resist mask, and a metal multilayer film by etching using the oxide multilayer film on which the metal wiring pattern is formed as a mask material Forming a metal wiring pattern on the substrate, so that the light reflectivity of the underlying metal is reduced and finer The resist pattern is transferred with high accuracy, and metal etching is performed through a hard mask of an oxide film, so that an etching selection ratio between the mask and the metal can be secured and a fine metal wiring can be formed. .
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による半導体装置の製造方法における各製造工程での装置の概略的な断面図であり、(a)に示す製造工程から(c)に示す製造工程のへ進むものとする。図1(a)に示すように層間絶縁膜1上にメタル積層膜を形成する。先ず、バリアメタル層2を層間絶縁膜1上に形成し、その上層に導電体層3を形成する。導電体層3の材料については、一般的にメタル配線材料として利用されるアルミ材料(AlCu)を用いた場合を例に挙げる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a device in each manufacturing process in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, from the manufacturing process shown in (a) to the manufacturing process shown in (c). Shall proceed. As shown in FIG. 1A, a metal laminated film is formed on the interlayer
この場合、バリアメタル層2としては、例えばTiN/Ti積層膜を用いる。これは、TiN/Ti積層膜における最下層のTi層が、導電体層3として上層に形成するAlCu膜の膜質(結晶サイズ、結晶配向性など)を改善する効果を有しているからであり、またTi層とAlCu膜層の間に介在するTiN膜層がTi層からAlCu膜層へのTiの拡散を抑制する効果を有しているからである。
In this case, as the
本実施の形態1では、アルミ材料の導電体層3の膜厚は150〜220nmを想定している。なお、厚めにしておくのは配線抵抗を低くするためである。なお、膜厚上限値220nmは、本実施の形態によるハードマスク構造の適用上限(ドライエッチング可能範囲)を示している。また、薄い方については、メタルエッチングのオーバーエッチング量を多めにすることで調整できるため、自由度が増します。
In the first embodiment, the film thickness of the
さらに、導電体層3の上層にもTiN/Ti積層膜4を形成する。これは、TiN/Ti積層膜4が、導電体層3となるAlCu膜にビアホールを接続した場合のエレクトロマイグレーション(以下、EMと略す)の発生を抑え、これに対する信頼性を向上させるためである。なお、上層アルミ配線と下層アルミ配線間をビアホールで接続した構造のEM試験では、一般的にビアホール直下のアルミ配線のAlCu層でEMが発生するが、TiN、Ti層では、EMが発生しない。従って、導電体層3となるAlCu層でEMが発生した後でもTiN/Ti層によって電気的導通を確保することができる。
Further, the TiN / Ti laminated
続いて、上述のようにして積層したメタル積層膜(図示の例では、TiN/Ti/AlCu/TiN/Ti膜)上にP−SiO膜(プラズマ酸化膜)5を90〜110nmの膜厚で形成する。 Subsequently, a P-SiO film (plasma oxide film) 5 having a thickness of 90 to 110 nm is formed on the metal laminated film (TiN / Ti / AlCu / TiN / Ti film in the illustrated example) laminated as described above. Form.
このP−SiO膜5の上層に1層目のP−SiON(例えば、屈折率n=2.10,吸収係数k=1.20)膜6を47〜53nm程度形成し、さらに2層目のP−SiON(例えば、屈折率n=2.00,吸収係数k=0.35)膜7を27〜33nm程度形成する。なお、P−SiON膜6,7は、成膜時にSiH4/N2Oのガス流量比を変えることで、異なる膜質となり互いに異なる屈折率nを持たせることができる。この後、P−SiON膜7の上層にフォトレジストを塗布し、露光、現像を行ってレジストパターン8を形成する。
A first P-SiON (for example, refractive index n = 2.10, absorption coefficient k = 1.20) film 6 is formed on the upper layer of the P-
このように、本実施の形態では、特許文献1に開示される構成と異なってP−SiO2膜ではなく、P−SiON膜7の上層にレジストパターン8を形成する。これは、特許文献1に代表される従来の製造方法における課題である下地とフォトレジストとの密着性(接着性)の問題を解決する本発明に特有の構成である。
Thus, in the present embodiment, unlike the configuration disclosed in
フォトレジストとの密着性に影響を与える因子の1つに下地の表面状態があるが、例えば下地の吸湿及び無機イオンの吸着は、フォトレジストとの密着性を悪化させる要因となる。ここで、従来のようなP−SiO2(P−SiO)膜では、その表面が水素終端されており、親水性を示すため吸湿性が高い。 One of the factors affecting the adhesion to the photoresist is the surface condition of the substrate. For example, the moisture absorption of the substrate and the adsorption of inorganic ions cause the adhesion to the photoresist to deteriorate. Here, in the conventional P—SiO 2 (P—SiO) film, the surface thereof is hydrogen-terminated, and has high hygroscopicity because it exhibits hydrophilicity.
これに対して、本発明では、表面が酸素又は窒素により終端される疎水性のP−SiON膜を使用することから、P−SiO2膜と比較して吸湿しにくく、フォトレジストとの密着性を格段に向上させることができる。 In contrast, in the present invention, since a hydrophobic P-SiON film having a surface terminated with oxygen or nitrogen is used, it is hard to absorb moisture as compared with the P-SiO 2 film, and the adhesion to the photoresist. Can be significantly improved.
また、従来では、異なる材料で屈折率が互いに異なるP−SiO2膜とP−SiON膜とを合わせて反射防止膜(ARL; Anti-Reflective Layer)を形成していたが、本発明では、上述のように疎水性のP−SiON膜を利用するため、2層のP−SiON膜で、これらの膜質をそれぞれ変えて互いに異なる屈折率とすることで反射防止膜として機能させている。 Conventionally, an anti-reflective layer (ARL) is formed by combining a P-SiO 2 film and a P-SiON film having different refractive indexes made of different materials. In order to use the hydrophobic P-SiON film as described above, the two layers of P-SiON films are made to function as antireflection films by changing their film qualities to have different refractive indexes.
屈折率nの異なるP−SiON膜6,7によって構成される2層の反射防止膜により、露光の際に下地メタルの光反射率は、ほぼ0%になる。これにより、下地メタルからの散乱光の影響が低減されて、微細なパターン(図示の例では、0.2μmピッチ)の形成が可能となる。
With the two-layer antireflection film composed of the P—SiON
次に、図1(b)に示す工程では、前述した工程で形成したレジストパターン8をマスクとして、前述した積層膜のうち、P−SiON/P−SiON/P−SiO膜をエッチングする。このエッチング処理の後、レジストパターン8を除去したときの構成を、図1(b)に示している。
Next, in the process shown in FIG. 1B, the P-SiON / P-SiON / P-SiO film is etched out of the laminated film described above using the
続いて、図1(c)に示す工程では、前述した工程で形成したレジストパターン8によるパターニングがなされたP−SiON/P−SiON/P−SiO膜(酸化物積層膜)をハードマスクとして使用して、さらに下層のメタル積層膜(TiN/Ti積層膜/AlCu膜/TiN/Ti積層膜)(金属積層膜)をエッチングする。このエッチングが完了すると、前述した3層のハードマスクのうち、アルミ材料に対するエッチング選択比の小さいP−SiON/P−SiON膜は消失し、P−SiO膜のみが残る(図1(c)参照)。
Subsequently, in the step shown in FIG. 1C, the P-SiON / P-SiON / P-SiO film (oxide stacked film) patterned by the
このように、3層の酸化膜によるハードマスクを利用してメタルエッチングするにあたり、最下層のP−SiO膜の膜厚のばらつきは、露光時における下地の光反射率のばらつきの要因となる。そこで、本発明では、上層の2層のP−SiON膜の膜質をそれぞれ変えて屈折率を調節することで、最下層のP−SiO膜の膜厚にばらつきが生じても、露光時に影響がないレベルにまで下地の光反射率のばらつきを抑えることが可能である。 As described above, when metal etching is performed using a hard mask made of a three-layer oxide film, variations in the film thickness of the lowermost P-SiO film cause variations in the light reflectance of the underlying layer during exposure. Therefore, in the present invention, even if the film thickness of the lowermost P-SiO film is varied by adjusting the refractive index by changing the film quality of the upper two P-SiON films, there is an influence at the time of exposure. It is possible to suppress variations in the light reflectivity of the base to a level that does not exist.
なお、前述したメタルエッチングでは、エッチング後のメタル層間への酸化膜などの埋め込みを考慮すると、P−SiO膜の残膜は少ない程よいが、少なすぎるとメタル配線の肩削れの問題が発生する。図示の構成では、エッチング後のメタル層間への酸化膜などの埋め込み、及び、メタルエッチング時のメタル配線の肩削れを考慮すると、P−SiO膜を20〜40nm程度残すのが望ましい。 In the metal etching described above, considering the embedding of an oxide film or the like between the metal layers after etching, it is better that the remaining film of the P-SiO film is smaller. However, if the amount is too small, a problem of shoulder shaving of the metal wiring occurs. In the configuration shown in the drawing, it is desirable to leave about 20 to 40 nm of the P-SiO film in consideration of embedding of an oxide film between the metal layers after etching and the shoulder cutting of the metal wiring during the metal etching.
このように、3層のハードマスクを構成する酸化膜が1層を残して消失しその膜厚が薄くなることから、配線パターンのアスペクト比が小さくなり、後続する処理である導電体層3からなるメタル配線層間への層間絶縁膜の埋め込みも容易に実施することが可能となる。
In this way, the oxide film constituting the three-layer hard mask disappears leaving one layer and the film thickness is reduced, so that the aspect ratio of the wiring pattern is reduced, and from the
以上のように、この実施の形態1によれば、下地からの光反射を抑制する反射防止膜として屈折率がそれぞれ異なる複数層のプラズマSiON膜6,7を含む酸化膜層(P−SiON/P−SiON/P−SiO)(酸化物積層膜)をメタル積層膜(TiN/Ti/AlCu/TiN/Ti)(金属積層膜)上に形成するステップと、露光処理によりプラズマSiON膜7上に金属配線パターンを施したレジストマスク8を形成するステップと、レジストマスク8を介したエッチングにより酸化膜層に金属配線パターンを形成するステップと、金属配線パターンが形成された酸化膜層をマスク材としたエッチングによりメタル積層膜に金属配線パターンを形成するステップとを備えるので、下地メタルの光反射率を低減させて微細なレジストパターンを高精度に転写すると共に、メタルエッチングを酸化膜のハードマスクを介して実施することでマスクとメタルのエッチング選択比を確保して微細なメタル配線を形成することができる。
As described above, according to the first embodiment, an oxide film layer (P-SiON / P) containing a plurality of
なお、上記実施の形態で示した構造の変形例として、3層のハードマスクの最下層をプラズマCVD法によるP−TEOS(Tetra-Ethyl-Orso-Silicite)膜やHDP−CVD(High Density Plasma-CVD)法によるUSG膜に変更しても同様の効果を得ることができる。これら酸化膜は、その成膜温度がいずれも300〜450℃であり、さらに膜ストレス(応力)も同程度であるため、メタル配線にかかる熱及び応力が比較的近いことから選択している。 As a modification of the structure shown in the above embodiment, a P-TEOS (Tetra-Ethyl-Orso-Silicite) film formed by plasma CVD or an HDP-CVD (High Density Plasma-) is used as the lowermost layer of the three-layer hard mask. The same effect can be obtained even when the USG film is changed to the CVD method. These oxide films are selected because the film formation temperature is 300 to 450 ° C. and the film stress (stress) is similar, so that the heat and stress applied to the metal wiring are relatively close.
また、上記実施の形態では、2層のP−SiON膜で反射防止膜を形成する例を示したが、下地メタルからの光反射を防止することができれば、3層以上のP−SiON膜を用いて反射防止膜を構成しても良い。 In the above embodiment, an example in which the antireflection film is formed by two layers of P-SiON films has been shown. However, if light reflection from the base metal can be prevented, three or more layers of P-SiON films are formed. An antireflection film may be used.
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2による半導体装置の製造方法における各製造工程での装置の概略的な断面図であり、(a)に示す製造工程から(d)に示す製造工程に進むものとする。図2(a)に示すように、層間絶縁膜1上にメタル積層膜を形成していく。先ず、バリアメタル層2を層間絶縁膜1上に形成し、その上層に導電体層3を形成する。導電体層3の材料については、一般的にメタル配線材料として利用されるアルミ材料(AlCu)を用いた場合を例に挙げる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the device in each manufacturing process in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and the process proceeds from the manufacturing process shown in (a) to the manufacturing process shown in (d). Shall be. As shown in FIG. 2A, a metal laminated film is formed on the
本実施の形態2では、アルミ材料の導電体層3の膜厚は150〜220nmを想定している。なお、厚めにしておくのは配線抵抗を低くするためである。なお、膜厚上限値220nmは、本実施の形態によるハードマスク構造の適用上限(ドライエッチング可能範囲)を示している。また、薄い方については、メタルエッチングのオーバーエッチング量を多めにすることで調整できるため、自由度が増します。
In the second embodiment, the film thickness of the
また、バリアメタル層2としては、例えばTiN/Ti積層膜を用いる。なお、導電体層3の上層にもTiN/Ti積層膜4を形成する。このようにして形成したメタル積層膜(図示の例では、TiN/Ti/AlCu/TiN/Ti膜)上にP−SiON膜(屈折率n=2.10,吸収係数k=1.20)6aを47〜53nm程度の膜厚で形成する。また、その上層にP−SiO膜(プラズマ酸化膜)5aを90〜110nm程度の膜厚で形成し、さらにその上層にP−SiON(屈折率n=2.00,吸収係数k=0.35)膜7を27〜33nm程度の膜厚で形成する。この後、P−SiON膜7の上層にフォトレジストを塗布し、露光、現像を行ってレジストパターン8を形成する。
As the
このように、本実施の形態においても、特許文献1に開示される構成と異なってP−SiO2膜ではなく、P−SiON膜7の上層にレジストパターン8を形成する。これは、特許文献1に代表される従来の製造方法における課題である下地とフォトレジストとの密着性(接着性)の問題を解決する本発明に特有の構成である。つまり、本実施の形態においても、表面が酸素又は窒素により終端される疎水性のP−SiON膜を使用することでフォトレジストとの密着性を向上させている。
Thus, also in the present embodiment, unlike the configuration disclosed in
屈折率nの異なるP−SiON膜6a,7によって構成される2層の反射防止膜(ARL; Anti-Reflective Layer)により、露光の際に下地メタルの光反射率は、ほぼ0%になる。これにより、下地メタルからの散乱光の影響が低減されて、微細なパターン(図示の例では、0.2μmピッチ)の形成が可能となる。
The two layers of anti-reflective layers (ARL: Anti-Reflective Layer) composed of P-
次に、図2(b)に示す工程では、前述した工程で形成したレジストパターン8をマスクとして、前述した積層膜のうち、P−SiON/P−SiO/P−SiON膜をエッチングする。このエッチング処理の後、レジストパターン8を除去したときの構成を、図2(b)に示している。
Next, in the process shown in FIG. 2B, the P-SiON / P-SiO / P-SiON film is etched out of the laminated film described above using the resist
続いて、図2(c)に示す工程では、前述した工程で形成したレジストパターン8によるパターニングがなされたP−SiON/P−SiO/P−SiON膜を(酸化物積層膜)ハードマスクとして使用して、さらに下層のメタル積層膜(TiN/Ti積層膜/AlCu膜/TiN/Ti積層膜)をエッチングする。
Subsequently, in the process shown in FIG. 2C, the P-SiON / P-SiO / P-SiON film patterned by the resist
このエッチングが完了すると、前述した3層のハードマスクのうち、アルミ材料に対するエッチング選択比の小さいP−SiON膜7は消失し、中間層のP−SiO膜5aと最下層のP−SiON膜6aが残る(図2(c)参照)。図示の例では、中間層のP−SiO膜5aを20〜40nm程度、最下層のP−SiON膜6aは当初の膜厚のままの47〜53nm程度残す。
When this etching is completed, the P-
この後、図2(d)に示す工程において、前述した工程で形成したメタル配線層上にメタル層間絶縁膜(例えば、HDP-USG)9及びメタル層間絶縁膜(例えば、P-TEOS)10を成膜する。このあと、層間絶縁膜10の上層の配線と下層のメタル配線とを接続するためのホール(以降、ビアホールと称する)11を形成するエッチング(酸化膜エッチング)を実行する。
2D, a metal interlayer insulating film (for example, HDP-USG) 9 and a metal interlayer insulating film (for example, P-TEOS) 10 are formed on the metal wiring layer formed in the above-described process. Form a film. Thereafter, etching (oxide film etching) for forming a hole (hereinafter referred to as a via hole) 11 for connecting the upper wiring and the lower metal wiring of the
このとき、P−SiOとP−SiONのエッチングレートの差(エッチング選択比)を利用して、メタル配線(TiN/Ti/AlCu/TiN/Ti膜)上のP−SiON膜6aまでで一旦エッチングストップする。この後、エッチングステップを切り替えてP−SiON膜6aをエッチングすることで、ビアホール底を下層のメタル配線におけるTiN層で止めることが容易に行え、ビアホールの信頼性(エレクトロマイグレーション耐性)を向上させることができる。
At this time, the etching is temporarily performed up to the P-
なお、メタル配線のTiN層の直上にP−SiON膜6aを設けずに、酸化膜エッチングによるビアホールエッチングを初めからメタル配線のTiN上でストップしようとすると、酸化膜の膜厚のばらつきをTiN層で吸収するように調整しなければならない。このため、酸化膜の膜厚が薄い領域では、ビアホール11がTiN層を突き抜いてしまう恐れがある。
If the via hole etching by the oxide film etching is stopped on the TiN of the metal wiring from the beginning without providing the P-
そこで、本発明では、メタル配線のTiN層上にP−SiON膜6aを形成して、P−SiON膜6aで酸化膜エッチングを一旦ストップし、酸化膜の膜厚のばらつきをキャンセル(補正)し、エッチングステップを切り替えてP−SiON膜6aをエッチングすることで、ビアホール底を下層配線上のTiNで止める。
Therefore, in the present invention, the P-
以上のように、この実施の形態2によれば、上記実施の形態1による効果の他、配線層間を接続するためのビアホール11を形成するにあたり、ハードマスクとして使用したP−SiON膜を膜厚のばらつきを吸収するためのクッションとして利用することで、ビアホール底をメタル配線のTiNで止めることが容易に行え、ビアホールの信頼性(エレクトロマイグレーション耐性)を向上させることができる。
As described above, according to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the thickness of the P-SiON film used as a hard mask when forming the via
なお、上記実施の形態による構造の変形例として、3層のハードマスク中間層をプラズマCVD法によるP−TEOS膜やHDP−CVD(High Density Plasma-CVD)法によるUSG膜に変更しても同様の効果を得ることができる。例えば、P−SiON/P−TEOS/P−SiON/メタル配線層、各酸化膜の膜厚がそれぞれ30nm、100nm、50nmで構成するものやP−SiON/USG/P−SiON/メタル配線層、各酸化膜の膜厚がそれぞれ30nm、100nm、50nmで構成するものが考えられる。 As a modification of the structure according to the above-described embodiment, even if the three hard mask intermediate layers are changed to a P-TEOS film by plasma CVD or a USG film by HDP-CVD (High Density Plasma-CVD). The effect of can be obtained. For example, P-SiON / P-TEOS / P-SiON / metal wiring layer, each oxide film having a thickness of 30 nm, 100 nm, 50 nm, P-SiON / USG / P-SiON / metal wiring layer, It can be considered that each oxide film has a thickness of 30 nm, 100 nm, and 50 nm, respectively.
1 層間絶縁膜、2 バリアメタル層、3 導電体層、4 TiN/Ti積層膜、5,5a P−SiO膜、6,6a P−SiON膜、7 P−SiON膜、8 フォトレジスト、9 層間絶縁膜、10 層間絶縁膜、11 ビアホール。 1 interlayer insulating film, 2 barrier metal layer, 3 conductor layer, 4 TiN / Ti laminated film, 5,5a P-SiO film, 6,6a P-SiON film, 7 P-SiON film, 8 photoresist, 9 interlayer Insulating film, 10 interlayer insulating film, 11 via hole.
Claims (4)
下地からの光反射を抑制する反射防止膜として屈折率がそれぞれ異なる複数層のプラズマSiON膜を含む酸化物積層膜を前記金属積層膜上に形成するステップと、
露光処理により前記酸化物積層膜のプラズマSiON膜上に前記金属配線パターンを施したレジストマスクを形成するステップと、
前記レジストマスクを介したエッチングにより前記酸化物積層膜に前記金属配線パターンを形成するステップと、
前記金属配線パターンが形成された前記酸化物積層膜を前記マスク材としたエッチングにより前記金属積層膜に金属配線パターンを形成するステップと
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device, a mask material is provided on a metal laminated film, and a metal wiring pattern is formed on the metal laminated film by etching through the mask material.
Forming an oxide multilayer film including a plurality of plasma SiON films having different refractive indexes on the metal multilayer film as an antireflection film for suppressing light reflection from the base;
Forming a resist mask having the metal wiring pattern on the plasma SiON film of the oxide laminated film by an exposure process;
Forming the metal wiring pattern in the oxide multilayer film by etching through the resist mask;
Forming a metal wiring pattern on the metal multilayer film by etching using the oxide multilayer film on which the metal wiring pattern is formed as the mask material.
エッチングにより前記層間絶縁膜を介した上層から下層の前記金属積層膜の金属配線へのビアホールを形成するにあたり、前記ビアホールの形成を前記金属配線上の前記マスク材の酸化物積層膜で一旦停止し、前記酸化物積層膜における酸化膜の膜厚のばらつきを補正するようにエッチングステップを切り替えて前記金属配線まで前記ビアホールを形成するステップとを備えた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。 Forming an interlayer insulating film while leaving the mask material after forming the metal wiring pattern on the metal laminated film by etching using the oxide laminated film on which the metal wiring pattern is formed as a mask material;
In forming a via hole from the upper layer to the metal wiring of the lower metal laminated film via the interlayer insulating film by etching, the formation of the via hole is temporarily stopped at the oxide laminated film of the mask material on the metal wiring. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of switching the etching step so as to correct a variation in the thickness of the oxide film in the oxide laminated film to form the via hole up to the metal wiring. Manufacturing method.
屈折率がそれぞれ異なる複数層のプラズマSiON膜からなり、下地からの光反射を抑制する反射防止膜と、前記反射防止膜を構成するプラズマSiON膜に挟まれる中間層又は前記プラズマSiON膜による積層膜の最下層に設けた酸化膜とからなり、
露光処理により前記金属配線パターンを施したレジストマスクが前記プラズマSiON膜上に形成され、前記レジストマスクを介したエッチングにより前記金属配線パターンが形成されるマスク材。 In a mask material for forming a metal wiring pattern on a metal laminated film of a semiconductor device by etching,
An antireflection film composed of a plurality of plasma SiON films each having a different refractive index and suppressing light reflection from the underlayer, and an intermediate layer sandwiched between the plasma SiON films constituting the antireflection film or a laminated film composed of the plasma SiON films Consisting of an oxide film provided on the bottom layer of
A mask material in which a resist mask having the metal wiring pattern formed thereon by an exposure process is formed on the plasma SiON film, and the metal wiring pattern is formed by etching through the resist mask.
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