JP2006344815A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に多層レジストプロセスを用いた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, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device using a multilayer resist process.
近年、半導体装置の微細化に伴なって、高い解像度で微細パターンを露光するために、ArFエキシマレーザーが光源として用いられ、焦点深度の低下という問題が生じている。これに対応するため、化学的機械的研磨(CMP)技術を用いた下地の平坦化が必須とされる。この要求は、微細化が進むにしたがって、より厳しいものとなりつつある。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, an ArF excimer laser is used as a light source in order to expose a fine pattern with high resolution, resulting in a problem that the depth of focus is lowered. In order to cope with this, it is essential to planarize the base using a chemical mechanical polishing (CMP) technique. This requirement is becoming more severe as miniaturization progresses.
例えば、溝先作りハードマスク方式を用いてデュアルダマシン構造の配線を製造する場合には、接続孔パターン露光の際に、配線溝パターンの段差に起因してレジスト膜厚にばらつきが生じて、寸法変動が引き起こされる。この問題を解決するために、3層または2層の積層膜からなる多層レジスト法を用いて接続孔のパターニングを行なうことが提案されている。 For example, when manufacturing a dual damascene structure wiring using a grooved hard mask method, the resist film thickness varies due to the step of the wiring groove pattern during exposure of the connection hole pattern, and the dimensions Variations are caused. In order to solve this problem, it has been proposed to pattern the connection holes using a multilayer resist method comprising a three-layer or two-layer laminated film.
しかしながら、多層レジスト法において下層レジスト膜厚を厚くすると、パターン露光の際に寸法変動の増加やスループットの増大が生じる。このため、下層レジスト膜を過剰に厚く形成できず、段差を完全に解消することが困難である。段差を解消するために、段差上にマスク層を形成しCMPによりマスク層を平坦化する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 However, if the lower resist film thickness is increased in the multilayer resist method, an increase in dimensional variation and an increase in throughput occur during pattern exposure. For this reason, the lower resist film cannot be formed excessively thick, and it is difficult to completely eliminate the step. In order to eliminate the step, a method of forming a mask layer on the step and planarizing the mask layer by CMP has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
下層レジスト膜をCMPにより平坦化する場合には、CMP後のレジスト残膜制御が困難である。CMPでは面内の研磨レートに差が生じるため、研磨後の膜厚にばらつきが生じる。CMP後に所望のレジスト膜厚を得るためには研磨量を一定にする必要があるものの、研磨時間で制御した場合には、研磨レートの経時変化によってウェハ毎にレジスト残膜のばらつきが生じてしまう(例えば、特許文献2参照)。下層レジストの膜厚ばらつきは、パターン転写の際の寸法ばらつきにつながるため、極力低減することが求められる。
本発明は、パターン寸法のバラツキを抑制して、高い歩留まりでデュアルダマシン配線を形成可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a dual damascene wiring with a high yield while suppressing variations in pattern dimensions.
本発明の一態様にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、少なくとも下層および上層のハードマスクを順次形成する工程と、
前記上層のハードマスク上に、下層マスクおよびストッパー層を順次形成する工程と、
前記ストッパー層および前記下層マスクに配線溝パターンを形成して、前記上層のハードマスクを露出する工程と、
前記ストッパー層を前記下層マスク上に残しつつ前記上層のハードマスクに配線溝パターンを転写する工程と、
前記上層のハードマスクに配線溝パターンを転写した後、前記配線溝パターン内および前記ストッパー層上に埋め込み有機膜を形成する工程と、
CMPを行なって前記ストッパー層上の前記埋め込み有機膜を除去し、前記埋め込み有機膜を前記配線溝パターン内に残置して前記ストッパー層を露出する工程と、
露出した前記ストッパー層を除去して、下層マスクを露出する工程と、
前記下層マスクおよび前記埋め込み有機膜上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をパターン露光する工程と
を具備することを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a step of forming an insulating film over a semiconductor substrate;
Sequentially forming at least a lower layer and an upper layer hard mask on the insulating film;
A step of sequentially forming a lower layer mask and a stopper layer on the upper layer hard mask;
Forming a wiring groove pattern in the stopper layer and the lower layer mask to expose the upper layer hard mask;
Transferring the wiring groove pattern to the upper hard mask while leaving the stopper layer on the lower mask;
A step of forming a buried organic film in the wiring groove pattern and on the stopper layer after transferring the wiring groove pattern to the upper hard mask;
Performing CMP to remove the embedded organic film on the stopper layer, leaving the embedded organic film in the wiring trench pattern, and exposing the stopper layer;
Removing the exposed stopper layer to expose the underlying mask;
Forming an intermediate layer on the lower layer mask and the embedded organic film;
Forming a resist film on the intermediate layer;
And a step of pattern exposing the resist film.
本発明の一態様によれば、パターン寸法のバラツキを抑制して、高い歩留まりでデュアルダマシン配線を形成可能な半導体装置の製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming dual damascene wiring with high yield while suppressing variation in pattern dimensions.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1乃至図14に、実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す。
まず、下層配線40が絶縁膜41に埋め込まれている半導体基板10上に、Cuの拡散を防止するためのバリア層11、層間絶縁膜としての第1の絶縁膜12および第2の絶縁膜13を順次形成した。バリア層11は、プラズマエンハンスメント化学的気相成長(PE−CVD)法により、シリコン窒化膜を35nmの膜厚で堆積して形成した。第1の絶縁膜12としては、SiOC膜を145nmの膜厚でPE−CVD法により堆積し、第2の絶縁膜13は、有機膜を100nmの膜厚で塗布法により成膜して形成した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 14 show a method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment.
First, a
なお、第1の絶縁膜12に用いるSiOC膜の材料としては、例えば、ブラックダイアモンド(アプライドマテリアル社製)、コーラル(ノベラス社製)、およびオーロラ(エー・エス・エム社製)等が挙げられる。メチルシロキサンを塗布して、第1の絶縁膜を形成することもできる。第2の絶縁膜13の材料としては、例えば、SiLK(ダウケミカル社製)、およびFLARE(アライドシグナル社製)等が挙げられる。第1の絶縁膜12の膜厚は、50〜200nmの範囲内で変更可能であり、第2の絶縁膜13の膜厚は、50〜200nmの範囲内で変更可能である。
Examples of the material of the SiOC film used for the first
第2の絶縁膜13上には、第1のハードマスク14としてシリコン酸化膜を150nm、第2のハードマスク15としてシリコン窒化膜を50nm、第3のハードマスク16としてシリコン酸化膜を50nm順次形成した。第1、第2および第3のハードマスクの膜厚は、適宜決定することができ、これに限定されるものではない。例えば、下層ハードマスクとしての第1のハードマスク14の膜厚は、100〜200nmの範囲内で変更可能であり、中間ハードマスクとしての第2のハードマスク15の膜厚は、50〜100nmの範囲内で変更することができる。また、上層ハードマスクとしての第3のハードマスク15の膜厚は、50〜100nmの範囲内で変更することができる。第1のハードマスクはCu配線形成の際にCu−CMPのストッパー膜となるので、次のような条件を満たしていれば、これらハードマスクの材質は、適宜選択することができる。すなわち、第2のハードマスクは、第1のハードマスクに配線パターンを形成する際にエッチングマスクとして選択比を有すること、および、第3のハードマスクは、第2のハードマスクに配線パターンを形成する際にエッチングマスクとして選択比を有することである。
On the second
図示する例においては、トリプルハードマスクを適用したが、デュアルハードマスクを適用することもできる。この場合には、第3のハードマスク16を省略する以外はトリプルハードマスクの場合と同様の工程を行なえばよい。すなわち、下層ハードマスクとしての第1のハードマスク14と上層ハードマスクとしての第2のハードマスク15とを、上述したような手法により形成する。この後は、第2のハードマスク15を上層ハードマスクとして利用して、以下のトリプルハードマスクを適用する場合と同様の加工が行なわれる。
In the illustrated example, the triple hard mask is applied, but a dual hard mask can also be applied. In this case, the same process as in the case of the triple hard mask may be performed except that the third
第3のハードマスク16上には、下層マスク25およびストッパー層26を順次形成し、図1に示すようにレジストパターン27を設けた。
下層マスク25としては、例えば、ノボラック樹脂やポリアリーレン、多環芳香族化合物などの有機膜を塗布形成して用いることができる。また、プラズマCVD法により形成されるカーボン膜を下層マスク25としてもよい。下層マスク25の膜厚は、後の工程で接続孔パターンを第2のハードマスク15および第1のハードマスク14に転写する際のマスクとして機能するのに十分であることが要求される。例えば、第1のハードマスク14および第2のハードマスク15の膜厚合計が100〜300nmの場合には、下層マスク25の膜厚は100nm以上であることが望まれる。下層マスク25の膜厚が厚すぎる場合には、第2の絶縁膜13に接続孔を形成した後、この下層マスク25が残留してしまう。残留した下層マスクは、オーバーエッチング等により除去しなければならない。そのため、第2の絶縁膜13の加工で消費される膜厚に加えて、第1のハードマスク14および第2のハードマスク15を加工する際に消費される膜厚の合計が、下層マスク25の膜厚の上限となる。したがって、下層マスク25の膜厚は100〜300nmが望ましい。
On the third
As the
ここでは、IX370G(JSR社製)をスピンコート法により塗布し、180℃で60秒のプリベークを行なった。さらに、300℃で60秒のポストベークを行なって、膜厚200nmの下層マスク25を形成した。
Here, IX370G (manufactured by JSR) was applied by spin coating, and prebaked at 180 ° C. for 60 seconds. Further, post-baking was performed at 300 ° C. for 60 seconds to form a
下層マスク25上のストッパー層26は、例えばスピンオングラス(SOG)により形成することができる。このストッパー層26は、後の工程で第3のハードマスク16をエッチングした後に所定の膜厚で残存することが求められる。そのためには、第3のハードマスク16の膜厚、および第3のハードマスク16とのエッチング選択比を考慮して、ストッパー層26の膜厚を設定する。エッチングにおいては、膜厚ばらつきやエッチングレートのばらつきを考慮して、通常、加工すべき膜厚に対して30乃至50%相当のオーバーエッチングが行なわれる。第3のハードマスク16の膜厚を(T1)とすると、50%のオーバーエッチングを想定した場合、(1.5T1)相当膜厚のエッチングが必要とされる。さらに、第3のハードマスク16に対するストッパー層26のエッチング選択比をSとすると、ストッパー層26のエッチングされる膜厚は(1.5T1×S)となる。
The
すなわち、第3のハードマスク16のエッチング後にストッパー層26が残存しているためには、このストッパー層26の膜厚(T2)は、T2>(1.5T1×S)という条件を満たすことが求められる。第3のハードマスク16のエッチング後に残存するストッパー層26の膜厚が50nmを越えて厚い場合には、後の工程で有機膜を埋め込み、CMPで平坦化する際のストッパーとして用いた後、ストッパー膜を除去する際に残膜厚分に相当する段差が生じるといった不都合が生じるおそれがある。これを避けるために、ストッパー層26の膜厚(T2)は、最大でも200nm程度に留めることが望ましい。
That is, in order for the
ここでは、レジスト塗布法によりSOGを形成し、300℃60秒のベークを行なって、膜厚110nmのストッパー層26を形成した。シリコン酸化膜からなる第3のハードマスク16とSOGからなるストッパー層26との選択比は、ほぼ1である。ストッパー層26のSOG膜厚が110nmであるので、第3のハードマスク16のシリコン酸化膜を50nmエッチングした後には、ストッパー層26(SOG膜)は、35nm程度の膜厚で下層マスク25上に残ることになる。
Here, SOG was formed by a resist coating method, and baking was performed at 300 ° C. for 60 seconds to form a
ストッパー層26の上には、フォトレジストとしてArFエキシマレーザー用の化学増幅型レジスト(JSR社製ArFシリーズ)を塗布して、膜厚150nmのレジスト膜を形成した。このレジスト膜に、リソグラフィー技術により図1に示すように配線溝パターン17aを設けて、レジストパターン27を形成した。配線溝パターン17aの幅は、90nmおよび3μmの2種類とした。
On the
レジストパターン27をマスクとしてストッパー層26をエッチングし、ストッパー層26に配線溝パターン17aを転写した。ここでは、マグネトロンRIE装置を用いて、CHF3/O2=60/10sccm,50mTorr,500Wの条件でエッチングを行なった。なお、以降の工程においても、エッチングにはマグネトロンRIE装置を用いる。さらに、N2/O2=90/10sccm,30mTorr,400Wの条件でエッチングを行なって、図2に示すように下層マスク25に配線溝パターン17aを転写し、配線溝パターン17aの底部に第3のハードマスク16を露出した。ストッパー層26上に設けられたレジストパターン27は、下層マスク25と同様に有機材料からなり、選択比が1程度である。このため、レジストパターン27は、下層マスク25のエッチング中に除去され、パターン化された下層マスク25とパターン化されたストッパー層26とからなる多層マスク31が得られる。
The
この多層マスク31を用いて、図3に示すように配線溝パターン17aを第3のハードマスク16に転写し、配線溝パターン17aの底部に第2のハードマスク15を露出する。ここでは、20℃、C4F8/O2/Ar=16/20/200sccm,40mTorr,1500Wの条件でエッチングを行なった。すでに説明したように、ストッパー層26は十分な膜厚で形成されているので、第3のハードマスク16をエッチングした後には、35nm程度の膜厚で下層マスク25上に残存する。
Using this
次に、図4に示すように配線溝パターン17a内を含む全面に、埋め込み有機膜28を形成した。埋め込み有機膜28の材料としては、埋め込み性の優れた塗布系材料が望ましい。本実施形態においては、ノボラック樹脂を主成分とするレジスト、IX370G(JSR社製)を用いて埋め込み有機膜28を形成した。埋め込み有機膜28は、ポリアリーレンを主成分とする有機化合物等により形成してもよい。埋め込み有機膜28は、配線溝パターン17aからなる凹部を完全に埋めることが求められる。埋め込み有機膜28の膜厚は、ストッパー層26の残膜厚と下層マスク25の膜厚と第3のハードマスク16の膜厚との合計を越えていればよく、ここでは300nmとした。
Next, as shown in FIG. 4, a buried
埋め込み有機膜28をCMPして、図5に示すようにストッパー層26を露出した。CMPには荏原製作所製EPO−222を用い、研磨粒子としてアルミナを1wt%濃度で純水に分散させたスラリーを供給しながら研磨を行なった。ストッパー層26が露出したところで研磨を終了すると、配線溝パターン17a内に埋め込み有機膜28が埋め込まれて表面が平坦化される。このとき、ストッパー層26をある程度をオーバーポリッシングして、ストッパー26層上の埋め込み有機膜28を完全に除去することが好ましい。ストッパー層26はSOGからなるため、そのポリッシングレートは、埋め込み有機膜28を構成しているレジストよりも遅い。したがって、残膜は研磨時間によってある程度制御することができる。ここでは、20nmのオーバーポリッシュを行なった。その結果、図5に示されるようにストッパー層26の膜厚は減少し、15nm程度となった。
The embedded
続いて、残留したストッパー層26をエッチングにより除去して、図6に示すように下層マスク25を露出した。下層マスク25および埋め込み有機膜28といった有機膜に対して選択比の高いエッチング条件を用いることによって、これらの有機膜を実質的にエッチングすることなく、ストッパー層26を除去することができる。具体的には、希釈HF水溶液によるウェットエッチングを行なって、水洗洗浄した後、スピン乾燥させるといった方法が挙げられる。あるいは、ドライエッチング技術を用いることによって、下層マスク25等の有機膜を実質的にエッチングせずにストッパー層26をエッチング除去することもできる。例えば、C4F8/CO/Ar=16/150/200sccm,40mTorr,500Wの条件でエッチングを行なうことによって、これを達成することができる。ストッパー層26のシリコン酸化膜と有機膜であるレジストとのエッチング選択比は40以上あることから、下層マスク25等の有機膜はほとんどエッチングせずにストッパー層26を除去することができる。
Subsequently, the remaining
ストッパー層26をエッチング除去した後には、配線溝パターン17a内に埋め込まれた埋め込み有機膜28とストッパー層26の下方の下層マスク25とが残り、埋め込み有機膜28と下層マスク25との境界には、ストッパー層26の残膜厚分に相当する15nm程度の段差が生じることになる。20nm程度以下であれば、段差が生じていても実質的に影響はないが、段差は小さいことが望まれる。
After the
上述の条件でストッパー層26のドライエッチングを行なう際、微量のO2を添加してエッチング選択比を10以下に低減した場合には、下層マスク25は若干エッチングされるものの、埋め込み有機膜28と下層マスク25との境界に生じる段差を低減することができる。例えば、エッチング選択比を5とした場合には、残留している15nmのストッパー層26をエッチングする間に、配線溝パターン17a内の埋め込み有機膜28が、3nmエッチングされる。ストッパー層26がエッチング除去された後は下層マスク25が露出し、この下層マスク25は埋め込み有機膜28との選択比はほぼ1であることから、ほぼ均一にエッチバックされる。100%のオーバーエッチングを行なった場合でも、埋め込み有機膜28のオーバーエッチング量は3nmであり、影響を与えない範囲である。こうした手法を採用した場合には、埋め込み有機膜28と下層マスク25との境界の段差は12nmに低減され、平坦性をさらに高めることができる。
When dry etching of the
下層マスク25および埋め込み有機膜28の上には、図7に示すように45nmの膜厚のシリコン酸化膜を設けて中間層29を形成した。さらに、フォトレジストとしてArFエキシマレーザー用の化学増幅型レジスト(JSR社製ArFシリーズ)を塗布して、200nmの膜厚でレジスト膜を形成した。このレジスト膜には、ArFエキシマレーザーを光源として用いてリソグラフィー技術により90nmφの接続孔パターン24aを設けてレジストパターン30を形成した。このとき、幅3μmの配線溝パターンと幅90nmの配線溝パターンとの間における焦点深度の損失は、10nm以下であった。10nm以下であれば、焦点深度の損失は実質的に影響を及ぼさず、レジストパターン寸法のばらつきは存在しないものとみなすことがきる。
On the
続いて、CHF3/O2=60/10sccm,50mTorr,500Wの条件でエッチングを行なって中間層29に接続孔パターン24aを転写し、さらに、N2/O2=90/10sccm,30mTorr,400Wの条件の条件でエッチングを行なって、埋め込み有機膜28に接続孔パターン24aを転写した。これによって、図8に示すように第2のハードマスク15が接続孔パターン24aの底部に露出し、中間層29上のレジストパターン30が除去された。レジストパターン30は、埋め込み有機膜28と同様の有機材料からなり選択比が1程度であることから、埋め込み有機膜28のエッチング中に除去される。
Subsequently, etching is performed under the conditions of CHF 3 / O 2 = 60/10 sccm, 50 mTorr, 500 W to transfer the
その後、C4F8/O2/Ar=16/20/200sccm,40mTorr,1500Wの条件でエッチングを行なって、図9に示すように第2のハードマスク15および第1のハードマスク14に接続孔パターン24aを転写した。このエッチングでは、中間層29と第2のハードマスク15および第1のハードマスク14とのエッチング選択比が1程度となる条件を用いて、中間層29も同時に除去した。オーバーエッチングを行なうことによって下層マスク25および埋め込み有機膜28はエッチバックされ、下層マスク25の膜厚は150nm程度に低減する。
Thereafter, etching is performed under the conditions of C 4 F 8 / O 2 / Ar = 16/20/200 sccm, 40 mTorr, 1500 W, and connected to the second
さらに、NH3=200sccm,10mTorr,500W,0℃の条件でエッチングを行なって、図10に示すように第2の絶縁膜13を加工し、接続孔パターン24aを転写した。第2の絶縁膜13と同様に有機材料からなる下層マスク25および埋め込み有機膜28は、このエッチング中に除去される。
Further, etching was performed under the conditions of NH 3 = 200 sccm, 10 mTorr, 500 W, 0 ° C., the second insulating
下層マスク25および埋め込み有機膜28といった有機膜が残った場合には、有機膜の除去に通常用いられるレジスト剥離技術であるO2プラズマアッシングにより処理することができない。同じく有機膜である第2の絶縁膜13が接続孔パターン24aの側面に露出しており、Oラジカルによりエッチングされてしまうからである。下層マスク25および埋め込み有機膜28といった有機膜の膜厚が第2の絶縁膜13よりも著しく厚い場合には、第2の絶縁膜13のエッチングが終了した後も、こうした有機膜が除去されるまでオーバーエッチングすることが求められる。この場合の第2の絶縁膜13におけるダメージは、前述のプラズマアッシングの場合ほどではないものの、エッチング時間が長くなるにしたがって接続孔パターン24aの径が広がってしまう。その結果、後の配線形成の際の埋め込み特性が劣化するといった問題が生じる。したがって、この工程を行なうまでに、下層マスク25および埋め込み有機膜28の膜厚は、第2の絶縁膜13の膜厚の1.5倍以下程度の薄さまで低減されていることが望ましい。
When the organic film such as the
続いて、CH2F2/Ar/O2=45/500/30sccm、30mTorr、400W、20℃の条件でエッチングを行なって、図11に示すように第2のハードマスク15に配線溝パターン17aを転写して、配線溝パターン17aの底部に第1のハードマスク14を露出した。第2のハードマスク15はシリコン窒化膜からなり、この上の第3のハードマスク16はシリコン酸化膜からなる。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との選択比が3程度であることから、第2のハードマスク15を完全にエッチングするにはオーバーエッチングが必要とされる。その結果、第3のハードマスク16の膜厚は30nm程度に減少する。
Subsequently, etching is performed under the conditions of CH 2 F 2 / Ar / O 2 = 45/500/30 sccm, 30 mTorr, 400 W, and 20 ° C., and the
次に、C4F8/O2/Ar=16/20/200sccm,40mTorr,1500Wの条件でエッチングを行なって、図12に示すように第1のハードマスク14に配線溝17を転写して、配線溝17の底部に第2の絶縁膜13を露出した。これによって、図示するように第1の絶縁膜12に接続孔24が形成され、第2のハードマスク15上の第3のハードマスク16はエッチング除去される。
Next, etching is performed under the conditions of C 4 F 8 / O 2 / Ar = 16/20/200 sccm, 40 mTorr, 1500 W, and the
さらに、CH2F2/Ar/O2=45/500/30sccm、30mTorr、400W、20℃の条件で第1のハードマスク14をマスクとしてエッチングを行なって、図13に示すように接続孔24の底部のバリア層11を除去した。このエッチングにより、第1のハードマスク14上の第2のハードマスク15は同時に除去される。最後に、NH3=200sccm,10mTorr,500W,0℃の条件でエッチングを行なって、図14に示すように第2の絶縁膜13に配線溝17を形成する。
Further, etching is performed using the first
以上の工程によって、接続孔24を有する配線溝構造が形成される。本実施形態にかかる方法によれば、段差を有する配線溝パターン上に解像度を落とすことなく、微細なレジストパターンを形成することができる。その結果、配線溝パターンにおける段差の影響を解消して、高い焦点深度で接続孔パターンを形成することが可能となった。
Through the above steps, a wiring groove structure having the
その後、接続孔24および配線溝17といった凹部の内面にバリア層を形成して、凹部内にCuを埋め込んだ後、第1のハードマスク14としての酸化シリコン膜上の余分なCu膜およびバリア層をCMPにより除去する。こうして凹部内にCuダマシン配線を形成して、デュアルダマシン配線を形成することができる。
Thereafter, a barrier layer is formed on the inner surface of the recess such as the
本実施形態においては、配線溝パターンの上に埋め込み有機膜を形成し、この埋め込み有機膜をCMPにより平坦化している。したがって、接続孔のパターン露光時における焦点深度の損失を10nm以下に抑制することができ、パターンの寸法バラツキ、さらには歩留まりが格段に向上した。 In this embodiment, a buried organic film is formed on the wiring groove pattern, and this buried organic film is planarized by CMP. Therefore, the loss of the depth of focus at the time of pattern exposure of the connection hole can be suppressed to 10 nm or less, and the dimensional variation of the pattern and the yield are remarkably improved.
比較のために、従来の手法によりデュアルダマシン配線の形成を試みた。
図15は、比較例の半導体装置の製造方法の工程を表わす断面図であり、埋め込み有機膜28が設けられていない以外は、図7と同様の構成である。図15に示されるレジストパターン30形成のためのパターン露光の際、幅3μmの配線溝パターンと幅90nmの配線溝パターンとの間における焦点深度の損失は、40nmにも及んでいた。これは、下層マスク25表面の段差に起因するものである。埋め込み有機膜28が存在しないので、下層マスク25の表面には、第3のハードマスク16の膜厚程度の段差が生じる。焦点深度の損失が40nmを越えると、レジストパターン寸法にも著しくばらつきが生じた。
For comparison, an attempt was made to form dual damascene wiring by a conventional method.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the steps of the method for manufacturing the semiconductor device of the comparative example, and has the same configuration as FIG. 7 except that the embedded
従来の手法では、配線溝パターン17aの開口部上に接続孔パターン24aをリソグラフィー技術により形成する際に、多層レジストプロセスを用いた下層マスクの形成による段差の平坦化には限界がある。このため、配線溝パターン17aの段差を十分に解消することができず、焦点深度の低下が免れない。その結果、パターン寸法にバラツキが生じ、高い歩留まりでデュアルダマシン配線を形成することができない。こうした問題は、本発明の実施形態にかかる方法によって、回避することが可能となった。
In the conventional method, when the
10…半導体基板; 11…バリア層; 12…第1の絶縁膜; 13…第2の絶縁膜
14…第1のハードマスク; 15…第2のハードマスク
16…第3のハードマスク; 17a…配線溝パターン; 17…配線溝
24a…接続孔パターン; 24…接続孔; 25…下層マスク
26…ストッパー層; 27…レジストパターン; 28…埋め込み有機膜
29…中間層; 30…レジストパターン; 31…多層マスク; 40…下層配線
41…絶縁膜。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記絶縁膜上に、少なくとも下層および上層のハードマスクを順次形成する工程と、
前記上層のハードマスク上に、下層マスクおよびストッパー層を順次形成する工程と、
前記ストッパー層および前記下層マスクに配線溝パターンを形成して、前記上層のハードマスクを露出する工程と、
前記ストッパー層を前記下層マスク上に残しつつ前記上層のハードマスクに配線溝パターンを転写する工程と、
前記上層のハードマスクに配線溝パターンを転写した後、前記配線溝パターン内および前記ストッパー層上に埋め込み有機膜を形成する工程と、
CMPを行なって前記ストッパー層上の前記埋め込み有機膜を除去し、前記埋め込み有機膜を前記配線溝パターン内に残置して前記ストッパー層を露出する工程と、
露出した前記ストッパー層を除去して、下層マスクを露出する工程と、
前記下層マスクおよび前記埋め込み有機膜上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をパターン露光する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Sequentially forming at least a lower layer and an upper layer hard mask on the insulating film;
A step of sequentially forming a lower layer mask and a stopper layer on the upper layer hard mask;
Forming a wiring groove pattern in the stopper layer and the lower layer mask to expose the upper layer hard mask;
Transferring the wiring groove pattern to the upper hard mask while leaving the stopper layer on the lower mask;
A step of forming a buried organic film in the wiring groove pattern and on the stopper layer after transferring the wiring groove pattern to the upper hard mask;
Performing CMP to remove the embedded organic film on the stopper layer, leaving the embedded organic film in the wiring trench pattern, and exposing the stopper layer;
Removing the exposed stopper layer to expose the underlying mask;
Forming an intermediate layer on the lower layer mask and the embedded organic film;
Forming a resist film on the intermediate layer;
And a step of pattern exposing the resist film.
T2>1.5T1×S
(ここで、T2は前記ストッパー層の膜厚であり、T1は上層のハードマスクの膜厚であり、Sは上層のハードマスクに対するストッパー層のエッチング選択比である。) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the stopper layer is formed with a film thickness that satisfies the following conditions.
T 2 > 1.5T 1 × S
(Here, T 2 is the thickness of the stopper layer, T 1 is the thickness of the upper hard mask, and S is the etching selectivity of the stopper layer to the upper hard mask.)
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JP2009123782A (en) * | 2007-11-12 | 2009-06-04 | Toshiba Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2011187516A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Hitachi High-Technologies Corp | Plasma etching method |
CN104183538A (en) * | 2013-05-21 | 2014-12-03 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Semiconductor device manufacturing method |
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2005
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