JP2007116011A - Method for manufacturing semiconductor integrated-circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、ダマシン(Damascene)法を用いたCu(銅)配線の形成に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a technology for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technology effective when applied to formation of Cu (copper) wiring using a damascene method.
ダマシン法は、半導体基板上の層間絶縁膜に微細な配線溝を形成した後、配線溝の内部を含む層間絶縁膜上にメタル膜を堆積し、次に化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法を用いて配線溝の外部のメタル膜を除去することによって、配線溝の内部に埋込み配線を形成する方法である。 In the damascene method, after forming a fine wiring groove in an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, a metal film is deposited on the interlayer insulating film including the inside of the wiring groove, and then chemical mechanical polishing (CMP). ) Method is used to remove the metal film outside the wiring trench, thereby forming a buried wiring inside the wiring trench.
埋込み配線用のメタル材料としては、細線化しても高い信頼性が確保できるCu(銅)が主に使用されている。また、ダマシン法を用いて層間絶縁膜に埋込み配線を形成する場合には、隣接配線間に生じる容量を低減するために、層間絶縁膜を誘電率の低い絶縁材料で構成することが行われている。 As the metal material for the embedded wiring, Cu (copper) that can ensure high reliability even if it is thinned is mainly used. In addition, when a buried wiring is formed in an interlayer insulating film using the damascene method, the interlayer insulating film is made of an insulating material having a low dielectric constant in order to reduce the capacitance generated between adjacent wirings. Yes.
上記したダマシン法のうち、デュアルダマシン(Dual-Damascene)法と呼ばれる方法においては、層間絶縁膜に形成した配線溝の下部に下層配線接続用のビアホールを形成し、配線溝とビアホールとに同時にメタル膜を埋め込むことによって、埋込み配線の形成工程を簡略化している。このデュアルダマシン法には、配線溝の形成に先立って絶縁膜内に下層配線に達するビアホールを形成するビアファースト法と、配線溝を絶縁膜内に形成してから配線溝内に下部配線層に達するビアホールを形成するトレンチファースト法があり、微細な埋込み配線の形成工程では、主としてビアファースト法が用いられている。 Among the damascene methods described above, in a method called dual-damascene method, a via hole for connecting a lower layer wiring is formed below a wiring groove formed in an interlayer insulating film, and metal is simultaneously formed in the wiring groove and the via hole. By embedding the film, the process of forming the buried wiring is simplified. This dual damascene method includes a via first method in which a via hole reaching the lower layer wiring is formed in the insulating film prior to the formation of the wiring groove, and a wiring groove is formed in the insulating film and then the lower wiring layer is formed in the wiring groove. There is a trench first method for forming a reaching via hole, and the via first method is mainly used in a process of forming a fine buried wiring.
一方、あらかじめ下層の層間絶縁膜にビアホールを形成してその内部にメタルプラグを埋め込んでおき、次にその上部に層間絶縁膜を堆積してメタルプラグを露出するように配線溝を形成した後、この配線溝の内部に埋込み配線を形成する方法は、シングルダマシン(Single-Damascene)法と呼ばれている。 On the other hand, after forming a via hole in the interlayer insulating film in the lower layer in advance and embedding a metal plug therein, and then depositing an interlayer insulating film on the upper part to expose the metal plug, A method of forming a buried wiring inside the wiring trench is called a single-damascene method.
ところで、半導体素子の微細化に伴って、上記した配線溝の幅やビアホールの径が小さくなると、層間絶縁膜をエッチングして配線溝やビアホールを形成する際に用いるフォトレジスト膜のハレーションに起因するパターン不良が問題となる。すなわち、層間絶縁膜上にスピン塗布したフォトレジスト膜を露光して配線溝やビアホールのパターンを転写する際、下層の配線の表面で露光光が反射してフォトレジスト膜がハレーションを引き起こすと、配線溝やビアホールのパターンを精度よく転写することができなくなる。 By the way, when the width of the wiring groove and the diameter of the via hole are reduced with the miniaturization of the semiconductor element, it is caused by the halation of the photoresist film used when the wiring groove and the via hole are formed by etching the interlayer insulating film. Pattern defects are a problem. That is, when exposing the photoresist film spin-coated on the interlayer insulating film to transfer the pattern of wiring grooves and via holes, if the exposure light is reflected on the surface of the underlying wiring and the photoresist film causes halation, the wiring The pattern of the groove or via hole cannot be transferred with high accuracy.
そこで、近年は、層間絶縁膜とフォトレジスト膜との間に露光光を吸収する反射防止膜を形成し、下層配線からの反射光に起因するフォトレジスト膜のハレーションを抑制することが行われている。 Therefore, in recent years, an antireflection film that absorbs exposure light is formed between the interlayer insulating film and the photoresist film to suppress the halation of the photoresist film due to the reflected light from the lower layer wiring. Yes.
特許文献1(特開2002−329779号公報、[0037]〜[0040]、図3)は、デュアルダマシン法を用いて層間絶縁膜に埋め込みCu配線を形成する技術を開示している。この文献は、フッ素をドープして比誘電率を3.7程度に下げた低誘電率SiO(酸化シリコン)膜と通常のSiO膜との積層膜によって層間絶縁膜を構成し、この層間絶縁膜とその上部に形成するフォトレジスト膜との間に、酸窒化シリコン(SiON)膜とSiO膜との積層膜からなる反射防止膜を形成することによって、フォトレジスト膜のハレーションを防いでいる。 Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-329779, [0037] to [0040], FIG. 3) discloses a technique of forming a buried Cu wiring in an interlayer insulating film using a dual damascene method. In this document, an interlayer insulating film is constituted by a laminated film of a low dielectric constant SiO (silicon oxide) film doped with fluorine and having a relative dielectric constant reduced to about 3.7 and a normal SiO film, and this interlayer insulating film The antireflection film made of a laminated film of a silicon oxynitride (SiON) film and a SiO film is formed between the photoresist film and the photoresist film formed thereon, thereby preventing halation of the photoresist film.
特許文献2(特開2004−253671号公報、[0022]、[0023]、図4)は、炭素ドープSiO膜(SiOC膜)またはメチルシルセスキオキサン(Methylsilsesquioxane:MSQ)などからなる低誘電率層間絶縁膜上に、SiON膜、あるいはSiON膜とSiO膜との積層膜からなる反射防止膜を形成するデュアルダマシンプロセスを開示している。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-253671, [0022], [0023], FIG. 4) discloses a low dielectric constant made of a carbon-doped SiO film (SiOC film) or methylsilsesquioxane (MSQ). A dual damascene process is disclosed in which an antireflection film made of a SiON film or a laminated film of a SiON film and a SiO film is formed on an interlayer insulating film.
特許文献3(特開2004−14828号公報、[0027]、[0028]、図2)は、SiOC膜からなる層間絶縁膜上にSiO膜からなる犠牲膜を介してSiONまたは窒化シリコン(SiN)などからなる反射防止膜を形成するデュアルダマシンプロセスを開示している。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-14828, [0027], [0028], FIG. 2) discloses that SiON or silicon nitride (SiN) is formed on an interlayer insulating film made of an SiOC film via a sacrificial film made of an SiO film. Discloses a dual damascene process for forming an anti-reflection film made of the like.
特許文献4(特開2003−332340号公報、[0030]、[0057]〜[0061]、図11)は、SiOC膜を含む層間絶縁膜上にSiN膜、SiO膜およびSiON膜を介して反射防止膜を形成するデュアルダマシンプロセスを開示している。ここで、SiN膜は、層間絶縁膜とSiO膜との密着性を向上させる接着層として機能している。SiO膜は、化学的機械研磨処理時における層間絶縁膜の機械的強度の確保、表面保護および耐湿性の確保といった機能を有している。SiON膜は、SiON膜を除去するためのエッチング工程以外のエッチング工程において、下層のSiO膜に肩削れが生じるのを防ぐ機能を有している。 Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-332340, [0030], [0057] to [0061], FIG. 11) reflects on an interlayer insulating film including a SiOC film via a SiN film, a SiO film, and a SiON film. A dual damascene process for forming a barrier film is disclosed. Here, the SiN film functions as an adhesive layer that improves the adhesion between the interlayer insulating film and the SiO film. The SiO film has functions such as ensuring the mechanical strength of the interlayer insulating film, surface protection, and ensuring moisture resistance during the chemical mechanical polishing process. The SiON film has a function of preventing shoulder shaving from occurring in the underlying SiO film in an etching process other than the etching process for removing the SiON film.
特許文献5(特開2004−14841号公報、[0071]、[0072]、図14)は、SiOC膜からなる層間絶縁膜上にSiO膜からなる拡散防止膜を介してSiNからなる反射防止膜を形成するデュアルダマシンプロセスを開示している。 Patent Document 5 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-14841, [0071], [0072], FIG. 14) discloses an antireflection film made of SiN via a diffusion prevention film made of an SiO film on an interlayer insulating film made of an SiOC film. Discloses a dual damascene process.
特許文献6(特開2004−273483号公報、[0037]〜[0039]、図3)は、SiOC膜からなる層間絶縁膜上に窒素系化合物ガスの透過を抑制する膜(SiO膜)を介して有機反射防止膜を形成するデュアルダマシンプロセスを開示している。 Patent Document 6 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-273383, [0037] to [0039], FIG. 3) discloses a film (SiO film) that suppresses permeation of nitrogen-based compound gas on an interlayer insulating film made of an SiOC film. Discloses a dual damascene process for forming an organic antireflection coating.
特許文献7(特開2004−6633号公報、[0047]〜[0052]、図2)および特許文献8(特開2004−221439号公報、[0042]〜[0051])は、SiOC膜からなる層間絶縁膜上にSiONからなる反射防止膜を形成するデュアルダマシンプロセスを開示している。
本発明者は、SiOC膜からなる層間絶縁膜上にSiON膜(下層)とSiO膜(上層)との積層膜からなる反射防止膜を形成し、KrFエキシマレーザと同じ波長(248nm)の光源を用いてこの反射防止膜の光反射率を測定した。 The inventor forms an antireflection film composed of a laminated film of a SiON film (lower layer) and a SiO film (upper layer) on an interlayer insulating film composed of a SiOC film, and uses a light source having the same wavelength (248 nm) as that of a KrF excimer laser. The light reflectance of this antireflection film was measured.
その際、SiON膜の膜厚とSiO膜の膜厚とを種々変更して光反射率を測定したところ、ハレーションの防止に必要とされる光反射率(5%以下)を上回る場合があることを見い出した。また、SiON膜中のOとNの組成比を種々変更して光反射率を測定した場合でも同様の結果が得られた。 At that time, when the light reflectance was measured by variously changing the thickness of the SiON film and the thickness of the SiO film, it may exceed the light reflectance (5% or less) required for preventing halation. I found out. Similar results were obtained even when the light reflectance was measured by variously changing the composition ratio of O and N in the SiON film.
さらに、SiOC膜上にSiON膜を積層して両者の接着力を測定したところ、充分な接着力が得られず、例えば化学的機械研磨時に両者の界面に剥離が生じる恐れのあることを見い出した。 Furthermore, when a SiON film was laminated on the SiOC film and the adhesive strength between the two was measured, it was found that sufficient adhesive strength could not be obtained, for example, there was a risk of peeling at the interface between the two during chemical mechanical polishing. .
本発明の目的は、SiOC膜上に形成する反射防止膜の光反射率を低減することによって、デュアルダマシンプロセスにおけるリソグラフィの解像度を向上させる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for improving the resolution of lithography in a dual damascene process by reducing the light reflectance of an antireflection film formed on a SiOC film.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明による半導体集積回路装置の製造方法は、以下の工程を含んでいる:
(a)半導体基板の主面上にSiOC膜を主体とする絶縁膜を形成する工程、
(b)前記絶縁膜上に第1SiO膜とSiON膜と第2SiO膜との積層膜からなる反射防止膜を形成する工程、
(c)前記反射防止膜の上部に第1フォトレジスト膜を形成する工程、
(d)前記第1フォトレジスト膜をマスクにして、前記反射防止膜および前記絶縁膜をエッチングすることにより、前記絶縁膜にビアホールを形成する工程、
(e)前記第1フォトレジスト膜を除去した後、前記ビアホールの内部に埋め込み剤を充填する工程、
(f)前記工程(e)の後、前記反射防止膜の上部に第2フォトレジスト膜を形成する工程、
(g)前記第2フォトレジスト膜をマスクにして、前記ビアホールが形成された領域を含む領域の前記反射防止膜および前記絶縁膜をエッチングし、前記絶縁膜の中途部で前記エッチングを停止することにより、前記絶縁膜に配線溝を形成する工程、
(h)前記第2フォトレジスト膜および前記埋め込み剤を除去した後、前記配線溝および前記ビアホールの内部にメタル膜を埋め込む工程、
(i)前記配線溝の外部の前記メタル膜を化学的機械研磨法で除去することにより、前記配線溝および前記ビアホールの内部に、前記メタル膜からなる配線を形成する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to the present invention includes the following steps:
(A) forming an insulating film mainly comprising a SiOC film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming an antireflection film comprising a laminated film of a first SiO film, a SiON film, and a second SiO film on the insulating film;
(C) forming a first photoresist film on the antireflection film;
(D) forming a via hole in the insulating film by etching the antireflection film and the insulating film using the first photoresist film as a mask;
(E) a step of filling the via hole with a filling agent after removing the first photoresist film;
(F) after the step (e), forming a second photoresist film on the antireflection film;
(G) etching the antireflection film and the insulating film in a region including the region where the via hole is formed using the second photoresist film as a mask, and stopping the etching in the middle of the insulating film; A step of forming a wiring trench in the insulating film,
(H) a step of embedding a metal film in the wiring trench and the via hole after removing the second photoresist film and the filling agent;
(I) A step of forming a wiring made of the metal film inside the wiring groove and the via hole by removing the metal film outside the wiring groove by a chemical mechanical polishing method.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
デュアルダマシン法による多層Cu配線の形成を歩留まり良く行うことが可能となる。また、デュアルダマシン法による多層Cu配線の形成工程を簡略化することが可能となる。 Formation of multilayer Cu wiring by the dual damascene method can be performed with high yield. In addition, it is possible to simplify the formation process of the multilayer Cu wiring by the dual damascene method.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
本実施の形態は、多層Cu配線を有する半導体集積回路装置に適用したものである。この半導体集積回路装置は、第1層目のCu配線をシングルダマシン法で形成し、第2層目以降のCu配線をデュアルダマシン法で形成している。以下、その製造方法を図1〜図20を用いて工程順に説明する。 This embodiment is applied to a semiconductor integrated circuit device having a multilayer Cu wiring. In this semiconductor integrated circuit device, the first layer Cu wiring is formed by a single damascene method, and the second and subsequent Cu wirings are formed by a dual damascene method. Hereinafter, the manufacturing method will be described in the order of steps with reference to FIGS.
まず、図1に示すように、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板(以下、単に基板という)1の主面に、nチャネル型MISFET(Qn)およびpチャネル型MISFET(Qp)を形成する。なお、図中の符号2は素子分離溝、符号4はp型ウエル、符号5はn型ウエルをそれぞれ示している。
First, as shown in FIG. 1, an n-channel MISFET (Qn) and a p-channel MISFET (Qp) are formed on the main surface of a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) 1 made of, for example, single crystal silicon. In the figure,
素子分離溝2は、基板1をエッチングして形成した溝の内部にSiO(酸化シリコン)膜3を埋め込んだ後、その表面を化学的機械研磨法で平坦化する、周知のSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて形成する。また、p型ウエル4およびn型ウエル5は、基板1にp型不純物(例えばホウ素)およびn型不純物(例えばリン)をイオン注入し、続いて基板1を熱処理してこれらの不純物を基板1中に拡散させることによって形成する。
The
nチャネル型MISFET(Qn)は、p型ウエル4の表面に形成されたSiO膜またはSiON(酸窒化シリコン)膜からなるゲート絶縁膜6、ゲート絶縁膜6の上部に形成された多結晶シリコン膜などからなるゲート電極7、ゲート電極7の側壁に形成された酸化シリコン膜などからなるサイドウォールスペーサ8、およびゲート電極7の両側のp型ウエル4に形成された一対のn型半導体領域(ソース、ドレイン)11などによって構成される。pチャネル型MISFET(Qp)は、ゲート絶縁膜6、ゲート電極7、サイドウォールスペーサ8、およびゲート電極7の両側のn型ウエル5に形成された一対のp型半導体領域(ソース、ドレイン)12などによって構成される。
The n-channel type MISFET (Qn) includes a
nチャネル型MISFET(Qn)のゲート電極7を構成する多結晶シリコン膜中にはn型不純物(リン)を導入し、pチャネル型MISFET(Qp)のゲート電極7を構成する多結晶シリコン膜中にはp型不純物(ホウ素)を導入する。また、nチャネル型MISFET(Qn)のゲート電極7とn型半導体領域(ソース、ドレイン)11のそれぞれの表面、およびpチャネル型MISFET(Qp)のゲート電極7とp型半導体領域(ソース、ドレイン)12のそれぞれの表面には、ゲート電極7およびソース、ドレインの低抵抗化を目的としてCo(コバルト)シリサイド膜9を形成する。
In the polycrystalline silicon film constituting the
次に、図2に示すように、nチャネル型MISFET(Qn)およびpチャネル型MISFET(Qp)のそれぞれの上部にエッチングストッパ膜13と絶縁膜14とを堆積した後、化学的機械研磨法を用いて絶縁膜14の表面を平坦化する。エッチングストッパ膜13は、例えばCVD法で堆積した窒化シリコン膜で構成し、絶縁膜14は、例えばCVD法で堆積したSiO膜で構成する。
Next, as shown in FIG. 2, after an
次に、nチャネル型MISFET(Qn)のn型半導体領域(ソース、ドレイン)11およびpチャネル型MISFET(Qp)のp型半導体領域(ソース、ドレイン)12のそれぞれの上部の絶縁膜14をエッチングし、続いてその下層のエッチングストッパ膜13をエッチングしてコンタクトホール15を形成する。
Next, the upper insulating
次に、コンタクトホール15の内部にメタルプラグ16を形成する。メタルプラグ16を形成するには、まずコンタクトホール15の内部を含む絶縁膜14上にスパッタリング法でTiN(窒化チタン)膜とW(タングステン)膜とを堆積する。TiN膜はバリアメタル膜として機能するものであり、TiN膜とTi(チタン)膜との積層膜で構成することもできる。次に、絶縁膜14上のTiN膜とW膜とを化学的機械研磨法で除去する。コンタクトホール15の内部に形成したメタルプラグ16は、nチャネル型MISFET(Qn)のn型半導体領域(ソース、ドレイン)11およびpチャネル型MISFET(Qp)のp型半導体領域(ソース、ドレイン)12とそれぞれ電気的に接続される。
Next, a
次に、図3に示すように、絶縁膜14上にSiCN膜17を堆積した後、SiCN膜17上に層間絶縁膜としてSiOC膜18を堆積する。SiCN膜17は、後の工程でSiOC膜18に配線溝を形成する際のエッチングストッパ膜として機能する。エッチングストッパ膜としては、SiN(窒化シリコン)膜を使用することもできるが、ここではSiN膜よりも誘電率が低いSiCN膜17を使用する。SiCN膜17は、プラズマCVD法で堆積し、その膜厚は50nm程度とする。SiCN膜17上のSiOC膜18は、プラズマCVD法で堆積し、その膜厚は200nm程度とする。SiOC膜18の比誘電率は、2.9程度である。
Next, as shown in FIG. 3, after a
次に、図4に示すように、SiOC膜18の上部に反射防止膜19を形成する。反射防止膜19は、SiO膜19a、SiON膜19bおよびSiO膜19cの3層膜で構成し、プラズマCVD装置のチャンバ内で連続して成膜する。反射防止膜19の成膜条件の一例は、次の通りである。
Next, as shown in FIG. 4, an
まず、プラズマCVD装置のチャンバ内に基板1を搬入してその温度を400℃に設定する。次に、ソースガスであるSiH4(モノシラン)(550sccm)と、キャリアガスであるN2O(亜酸化窒素)(10000sccm)とをチャンバ内に導入し、膜厚が30nmのSiO膜19aを堆積する(RFパワー=525W)。SiO膜19aは、ソースガスであるTEOS(テトラエトキシシラン)(5250sccm)および酸素(4200sccm)と、キャリアガスであるHe(ヘリウム)(4000sccm)とをチャンバ内に導入し、RFパワー=1240Wで堆積してもよい。
First, the
次に、チャンバ内を排気した後、ソースガスであるSiH4(300sccm)およびN2O(635sccm)と、キャリアガスであるHe(9000sccm)とをチャンバ内に導入し、膜厚が50nmのSiON膜19bを堆積する(RFパワー=200W)。続いて、チャンバ内を排気した後、SiH4(35sccm)、N2O(10000sccm)およびHe(9000sccm)をチャンバ内に導入し、膜厚が5nmのSiO膜19cを堆積する(RFパワー=180W)。
Next, after evacuating the chamber, SiH 4 (300 sccm) and N 2 O (635 sccm) as source gases and He (9000 sccm) as a carrier gas are introduced into the chamber, and SiON having a film thickness of 50 nm. A
ここで、反射防止膜19の最下層膜をSiO膜19aで構成した理由について、図5を用いて説明する。図5は、組成の異なる2種の絶縁膜を積層した場合における上下層の界面接着力を臨界剥離荷重(単位:mN)で示したグラフである。
Here, the reason why the lowermost layer film of the
図に示すように、SiOC膜の上部にSiON膜を堆積した場合における上下層の界面接着力は、比較的弱いことが分かる。他方、SiOC膜の上部にSiO膜を堆積した場合、およびSiO膜の上部にSiON膜を堆積した場合は、いずれも上下層の界面接着力が極めて強い。 As shown in the figure, it can be seen that the interface adhesive force between the upper and lower layers when the SiON film is deposited on the SiOC film is relatively weak. On the other hand, when the SiO film is deposited on the upper part of the SiOC film and when the SiON film is deposited on the upper part of the SiO film, the interface adhesion between the upper and lower layers is extremely strong.
従って、SiOC膜18の上部に形成する反射防止膜19の最下層膜をSiO膜19aで構成し、その上部にSiON膜19bを堆積することにより、化学的機械研磨の際などにおけるSiOC膜18と反射防止膜19との剥離を確実に防止することができる。一方、SiON膜19bの上部に堆積するSiO膜19cは、プラズマアッシングの際などにおけるSiON膜19bの酸化を防ぐ犠牲膜として機能する。
Therefore, the lowermost layer film of the
なお、SiOC膜18と反射防止膜19との接着力がSiOC膜とSiON膜との接着力程度でも支障ない場合は、最下層のSiO膜19aを省略し、SiON膜19bとSiO膜19cとの2層膜で反射防止膜19を構成してもよい。ただし、一般にSiO膜はSiOC膜に比べて光の屈折率が大きく、SiON膜はSiO膜に比べて光の屈折率がさらに大きい。従って、反射防止膜19を上記3層の膜で構成した場合は、反射光が膜と膜との界面で干渉して弱め合う効果が大きくなるので、反射防止膜19を2層の膜で構成した場合に比べてハレーション抑制効果も大きくなる。
If the adhesion between the
次に、図6に示すように、反射防止膜19の上部にフォトレジスト膜21を形成した後、このフォトレジスト膜21をマスクにして反射防止膜19およびSiOC膜18をドライエッチングすることによって、配線溝20を形成する。このとき、SiOC膜18の下層のSiCN膜17がエッチングストッパ膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 6, after forming a
次に、フォトレジスト膜21をプラズマアッシングによって除去し、続いてアッシング時に発生した基板1の表面のポリマーをウェット洗浄で除去した後、図7に示すように、配線溝20の底部のSiCN膜17をドライエッチングしてメタルプラグ16の表面を露出させる。このとき、SiOC膜18の上部に形成した反射防止膜19もエッチングされ、その膜厚が薄くなる。
Next, the
次に、図8に示すように、配線溝20の内部を含む反射防止膜19上に膜厚50nm程度のTiN膜、またはTiN膜とTi膜との積層膜からなるバリアメタル膜22aをスパッタリング法で堆積し、続いて配線溝20の内部を完全に埋め込む厚い(800nm〜1600nm程度)Cu膜22bをスパッタリング法または電解メッキ法で堆積する。バリアメタル膜は、Cu膜が周囲の絶縁膜中に拡散するのを防ぐバリア膜として機能する。バリアメタル膜としては、TiN膜の他、WN(窒化タングステン)膜やTaN(窒化タンタル)膜のような窒化メタル膜またはこれらにSiを添加した合金膜、あるいはTa膜、Ti膜、W膜、TiW膜のような高融点メタル膜、もしくはこれら高融点メタル膜の積層膜など、Cuと反応し難い各種導電膜を使用することができる。Cu膜22bを電解メッキ法で堆積する場合は、バリアメタル膜22aの上部にスパッタリング法でCuのシード層(図示せず)を堆積し、このシード層の表面にCu膜22bを析出させる。
Next, as shown in FIG. 8, a
次に、図9に示すように、配線溝20の外部のCu膜22bとバリアメタル膜22aとを化学的機械研磨法で除去することにより、配線溝20の内部に第1層目のCu配線22を形成する。このとき、SiOC膜18の上部に形成した反射防止膜19も同時に除去される。
Next, as shown in FIG. 9, the
次に、図10に示すように、Cu配線22が形成されたSiOC膜18の上部にSiCN膜24を堆積し、続いてSiCN膜24上に層間絶縁膜としてSiOC膜25を堆積した後、SiOC膜25上に反射防止膜26を堆積する。
Next, as shown in FIG. 10, a
SiCN膜24は、後の工程でSiOC膜25にビアホールを形成する際のエッチングストッパ膜として機能する。また、Cu配線22の表面から層間絶縁膜中にCuが拡散するのを防ぐバリア膜としても機能する。SiCN膜24は、プラズマCVD法で堆積し、その膜厚は50nm程度とする。SiCN膜24上のSiOC膜25は、プラズマCVD法で堆積し、その膜厚は770nm程度とする。SiOC膜25の比誘電率は、2.9程度である。
The
SiOC膜25上の反射防止膜26は、配線溝20を形成する工程で用いた反射防止膜19と同じく、SiO膜26a、SiON膜26bおよびSiO膜26cの3層膜で構成し、プラズマCVD装置のチャンバ内で連続して成膜する。反射防止膜26は、次の工程で反射防止膜26上に形成するフォトレジスト膜を露光する際に、下層のCu配線22の表面で反射した露光光がフォトレジスト膜に入射してハレーションを引き起こすのを防ぐ機能を有している。
The
図11は、露光光源としてKrFエキシマレーザ(波長=248nm)を用い、反射防止膜26の光反射率(%)を測定した結果を示すグラフである。ここで、横軸はSiO膜26aの膜厚を示し、縦軸はSiON膜26bとSiO膜26cとを合計した膜厚(SiO膜26cの膜厚は5nmに固定)を示している。また、図中の領域(A〜E)は、光反射率がA=0〜2%、B=2〜4%、C=4〜6%、D=6〜8%、E=8〜10%となる領域を示している。
FIG. 11 is a graph showing the results of measuring the light reflectance (%) of the
上記の測定結果によれば、ハレーションの防止に必要とされる光反射率を5%以下とした場合、SiO膜26aの膜厚とSiON膜26bの膜厚の好ましい組み合わせは、SiO膜26aの膜厚が40nm以下または75nm以上、かつSiON膜26bの膜厚が40nm以上であり、より好ましい組み合わせは、SiO膜26aの膜厚が30nm以下または80nm以上、かつSiON膜26bの膜厚が50nm以上である。
According to the above measurement results, when the light reflectance required for preventing halation is 5% or less, the preferable combination of the film thickness of the
次に、図12に示すように、ビアホール形成領域が開口されたフォトレジスト膜27を反射防止膜26上に形成する。ビアホールのパターンは、KrFエキシマレーザを露光光源に用いてフォトマスクからフォトレジスト膜27に転写する。ここで、反射防止膜26を構成するSiO膜26a、SiON膜26bおよびSiO膜26cの膜厚を上述した好ましい組み合わせの範囲内に設定することにより、Cu配線22の表面で露光光が反射することなどに起因するフォトレジスト膜27のハレーションを抑制でき、フォトレジスト膜27にビアホールのパターンを精度よく転写することができる。
Next, as shown in FIG. 12, a
次に、図13に示すように、フォトレジスト膜27をマスクにして反射防止膜26およびSiOC膜25をドライエッチングすることによって、ビアホール28を形成する。このとき、SiOC膜25の下層のSiCN膜24がエッチングストッパ膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 13, via
次に、フォトレジスト膜27をプラズマアッシングによって除去し、続いてアッシング時に発生した基板1の表面のポリマーをウェット洗浄で除去した後、図14に示すように、ビアホール28の内部に埋め込み剤29を充填する。埋め込み剤29は、次の工程で配線溝を形成する際のエッチング時にビアホール28の径が広がるのを防ぐと共に、ビアホール28の底部を保護するために形成する。埋め込み剤29には、露光光を吸収するフォトレジスト剤を使用する。また、露光光の反射率が低い塗布系の絶縁膜、例えばスピンオングラス膜などを使用することもできる。ビアホール28に埋め込み剤29を充填するには、ビアホール28の内部を含む反射防止膜26上にフォトレジスト膜をスピン塗布して硬化させた後、ビアホール28の外部のフォトレジスト膜をエッチバックにより除去する。
Next, the
次に、図15に示すように、反射防止膜26の上部に第2の反射防止膜30を形成した後、配線溝形成領域が開口されたフォトレジスト膜31を反射防止膜30上に形成する。フォトレジスト膜31には、KrFエキシマレーザを露光光源に用いてフォトマスクから配線溝パターンを転写する。反射防止膜30は、BARC(Bottom Anti Reflective Coating)と呼ばれる公知の反射防止剤、あるいは露光光の反射率が低い塗布系の絶縁膜を使用する。ここで、フォトレジスト膜31の下層に反射防止膜30、26を形成したことにより、露光時のハレーションが抑制され、配線溝のパターンをフォトレジスト膜31に精度よく転写することができる。また、フォトレジスト膜31の下層に反射防止膜30を形成したことにより、フォトレジスト膜31の下層を平坦化することができる。なお、反射防止膜26のみで露光時のハレーションが充分抑制される場合は、第2の反射防止膜30を省略してもよい。
Next, as shown in FIG. 15, after forming the
次に、図16に示すように、フォトレジスト膜31をマスクにして反射防止膜30および反射防止膜26を順次ドライエッチングし、続いてSiOC膜25をその途中までドライエッチングすることによって、配線溝32を形成する。このとき、SiOC膜25の途中にはエッチングストッパ膜が存在しないため、配線溝32を形成するためのエッチングは、SiOC膜25のエッチング時間を制御することによって行う。
Next, as shown in FIG. 16, the
本実施の形態では、配線間容量を低減するために、層間絶縁膜を比誘電率が2.9程度のSiOC膜25で構成しているが、SiOC膜25の途中にエッチングストッパ膜を形成しないことにより、層間絶縁膜の実効的な誘電率の増加を抑え、配線間容量を低減することができる。配線溝32の深さは、ビアホール28の深さよりもかなり浅いので、SiOC膜25の途中にエッチングストッパ膜を形成しなくとも、配線溝32の深さを容易に制御することができる。
In this embodiment, in order to reduce the capacitance between wirings, the interlayer insulating film is composed of the
次に、図17に示すように、フォトレジスト膜31とその下層の反射防止膜30をプラズマアッシングによって除去する。このとき、ビアホール28に充填されていた埋め込み剤29も除去される。
Next, as shown in FIG. 17, the
次に、アッシング時に発生した基板1の表面のポリマーをウェット洗浄で除去した後、図18に示すように、ビアホール28の底部のSiCN膜24をドライエッチングしてCu配線22の表面を露出させる。
Next, after the polymer on the surface of the
次に、図19に示すように、配線溝32およびビアホール28のそれぞれの内部を含む反射防止膜26上に50nm程度の薄いTiN膜からなるバリアメタル膜33aをスパッタリング法で堆積する。続いて、バリアメタル膜33a上に配線溝32およびビアホール28のそれぞれの内部を完全に埋め込む厚いCu膜33bをスパッタリング法または電解メッキ法で堆積する。
Next, as shown in FIG. 19, a
次に、図20に示すように、配線溝32の外部のCu膜33bとバリアメタル膜33aとを化学的機械研磨法によって除去することにより、配線溝32およびビアホール28のそれぞれの内部に第2層目のCu配線33を形成する。このとき、SiOC膜25の上部に形成した反射防止膜26も同時に除去される。
Next, as shown in FIG. 20, the
図示は省略するが、その後、前記図10〜図20で説明した工程を繰り返すことにより、前記第2層目のCu配線33の上層に第3層目以降のCu配線を順次形成する。
Although illustration is omitted, after that, by repeating the steps described with reference to FIGS. 10 to 20, the third and subsequent Cu wirings are sequentially formed in the upper layer of the second-
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、デュアルダマシン法を用いて多層Cu配線を形成する半導体集積回路装置に適用して有用なものである。 The present invention is useful when applied to a semiconductor integrated circuit device in which a multilayer Cu wiring is formed using a dual damascene method.
1 半導体基板
2 素子分離溝
3 SiO膜
4 p型ウエル
5 n型ウエル
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
8 サイドウォールスペーサ
9 Coシリサイド膜
11 n型半導体領域(ソース、ドレイン)
12 p型半導体領域(ソース、ドレイン)
13 エッチングストッパ膜
14 絶縁膜
15 コンタクトホール
16 メタルプラグ
17 SiCN膜
18 SiOC膜
19 反射防止膜
19a SiO膜
19b SiON膜
19c SiO膜
20 配線溝
21 フォトレジスト膜
22 Cu配線
22a バリアメタル膜
22b Cu膜
24 SiCN膜
25 SiOC膜
26 反射防止膜
26a SiO膜
26b SiON膜
26c SiO膜
27 フォトレジスト膜
28 ビアホール
29 埋め込み剤
30 反射防止膜
31 フォトレジスト膜
32 配線溝
33 Cu配線
33a バリアメタル膜
33b Cu膜
Qn nチャネル型MISFET
Qp pチャネル型MISFET
DESCRIPTION OF
12 p-type semiconductor region (source, drain)
13
Qp p-channel MISFET
Claims (12)
(a)半導体基板の主面上にSiOC膜を主体とする絶縁膜を形成する工程、
(b)前記絶縁膜上に第1SiO膜とSiON膜と第2SiO膜との積層膜からなる反射防止膜を形成する工程、
(c)前記反射防止膜の上部に第1フォトレジスト膜を形成する工程、
(d)前記第1フォトレジスト膜をマスクにして、前記反射防止膜および前記絶縁膜をエッチングすることにより、前記絶縁膜にビアホールを形成する工程、
(e)前記第1フォトレジスト膜を除去した後、前記ビアホールの内部に埋め込み剤を充填する工程、
(f)前記工程(e)の後、前記反射防止膜の上部に第2フォトレジスト膜を形成する工程、
(g)前記第2フォトレジスト膜をマスクにして、前記ビアホールが形成された領域を含む領域の前記反射防止膜および前記絶縁膜をエッチングし、前記絶縁膜の中途部で前記エッチングを停止することにより、前記絶縁膜に配線溝を形成する工程、
(h)前記第2フォトレジスト膜および前記埋め込み剤を除去した後、前記配線溝および前記ビアホールの内部にメタル膜を埋め込む工程、
(i)前記配線溝の外部の前記メタル膜を化学的機械研磨法で除去することにより、前記配線溝および前記ビアホールの内部に、前記メタル膜からなる配線を形成する工程。 A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the following steps:
(A) forming an insulating film mainly comprising a SiOC film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming an antireflection film comprising a laminated film of a first SiO film, a SiON film, and a second SiO film on the insulating film;
(C) forming a first photoresist film on the antireflection film;
(D) forming a via hole in the insulating film by etching the antireflection film and the insulating film using the first photoresist film as a mask;
(E) a step of filling the via hole with a filling agent after removing the first photoresist film;
(F) after the step (e), forming a second photoresist film on the antireflection film;
(G) etching the antireflection film and the insulating film in a region including the region where the via hole is formed using the second photoresist film as a mask, and stopping the etching in the middle of the insulating film; A step of forming a wiring trench in the insulating film,
(H) a step of embedding a metal film in the wiring trench and the via hole after removing the second photoresist film and the filling agent;
(I) A step of forming a wiring made of the metal film inside the wiring groove and the via hole by removing the metal film outside the wiring groove by a chemical mechanical polishing method.
(b)前記第1絶縁膜上に、第2絶縁膜と第3絶縁膜と第4絶縁膜との積層膜からなる反射防止膜を形成する工程と、
(c)前記反射防止膜の上部に第1フォトレジスト膜を形成する工程と、
(d)前記第1フォトレジスト膜をマスクにして、前記反射防止膜および前記第1絶縁膜をエッチングすることにより、前記第1絶縁膜にビアホールを形成する工程と、
(e)前記第1フォトレジスト膜を除去した後、前記ビアホールの内部に埋め込み剤を充填する工程と、
(f)前記工程(e)の後、前記反射防止膜の上部に第2フォトレジスト膜を形成する工程と、
(g)前記第2フォトレジスト膜をマスクにして、前記ビアホールが形成された領域を含む領域の前記反射防止膜および前記第1絶縁膜をエッチングし、前記第1絶縁膜の中途部で前記エッチングを停止することにより、前記第1絶縁膜に配線溝を形成する工程と、
(h)前記第2フォトレジスト膜および前記埋め込み剤を除去した後、前記配線溝および前記ビアホールの内部にメタル膜を埋め込む工程と、
(i)前記配線溝の外部の前記メタル膜を化学的機械研磨法で除去することにより、前記配線溝および前記ビアホールの内部に、前記メタル膜からなる配線を形成する工程と
を含む半導体集積回路装置の製造方法であって、
前記第2および第4絶縁膜は、前記第1絶縁膜よりも光の屈折率が大きく、前記第3絶縁膜は、前記第2および第4絶縁膜よりも光の屈折率が大きいことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。 (A) forming a first insulating film mainly comprising a SiOC film on the main surface of the semiconductor substrate;
(B) forming an antireflection film comprising a laminated film of a second insulating film, a third insulating film, and a fourth insulating film on the first insulating film;
(C) forming a first photoresist film on the antireflection film;
(D) forming a via hole in the first insulating film by etching the antireflection film and the first insulating film using the first photoresist film as a mask;
(E) after removing the first photoresist film, filling the via hole with a filling agent;
(F) after the step (e), forming a second photoresist film on the antireflection film;
(G) Using the second photoresist film as a mask, etching the antireflection film and the first insulating film in a region including the region where the via hole is formed, and etching the intermediate portion of the first insulating film Forming a wiring trench in the first insulating film by stopping
(H) after removing the second photoresist film and the burying agent, burying a metal film inside the wiring trench and the via hole;
(I) forming a wiring made of the metal film inside the wiring groove and the via hole by removing the metal film outside the wiring groove by a chemical mechanical polishing method. A device manufacturing method comprising:
The second and fourth insulating films have a higher light refractive index than the first insulating film, and the third insulating film has a higher light refractive index than the second and fourth insulating films. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
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