JP2007208010A - Process for fabrication of semiconductor device - Google Patents

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Daisuke Ryuzaki
龍崎大介
Kazunari Torii
鳥居和功
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily remove a photoresist film without degrading a porous organic siloxane film after the porous organic siloxane film is patterned with the photoresist film as a mask, in the process for fabrication of a semiconductor device using the porous organic siloxane film as an interlayer insulating film. <P>SOLUTION: A porous organic siloxane film is formed of which carbon content/silicon content is 0.3-0.7 while specific inductive capacity is 2.4-2.6, otherwise carbon content/silicon content is 0.4-0.6 while specific inductive capacity is 2.2-2.6. A photoresist film having a pattern is formed above it. With this as a mask, a porous organic siloxane film is dry-etched, and then the photoresist film is removed in aminic remover. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、低誘電率の層間絶縁膜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 low dielectric constant interlayer insulating film.

近年、大規模集積回路(LSI)に代表される半導体装置の高集積化・高速化の観点から、配線間容量の低減が必要とされている。そこで、アルミニウム(Al)配線、銅(Cu)配線などの層間絶縁膜として従来の酸化シリコン(SiO)膜(比誘電率3.9〜4.2)よりも比誘電率が低い低誘電率膜を導入する検討が盛んに行われている。 In recent years, it has been necessary to reduce the capacitance between wires from the viewpoint of high integration and high speed of a semiconductor device represented by a large scale integrated circuit (LSI). Therefore, a low dielectric constant having a relative dielectric constant lower than that of a conventional silicon oxide (SiO 2 ) film (relative dielectric constant 3.9 to 4.2) as an interlayer insulating film such as an aluminum (Al) wiring or a copper (Cu) wiring. Studies for introducing membranes are being actively conducted.

比誘電率が3以下の低誘電率膜として代表的なものには、有機シロキサン膜、無機シロキサン膜、芳香族有機ポリマ膜等がある。有機シロキサン膜は、主にシリコンと酸素と炭素と水素から構成され、シロキサン主骨格と終端基であるメチル基(−CH)を有する。メチル化シロキサン(MSQ)膜、メチル化ハイドロシロキサン(HMSQ)膜等がその代表例である。無機シロキサン膜は、主にシリコンと酸素と水素を含み、シロキサン主骨格と終端基である水素基(−H)を有する。ハイドロシロキサン(HSQ)膜がその代表例である。芳香族有機ポリマ膜は、主に炭素と水素から構成され(微量のシリコンや酸素を含む場合もある)、ベンゼン環骨格を有する。ダウケミカル社製SiLK(製品名)、同じくダウケミカル社製CYCLOTENE(製品名)、ハネウエル社製FLARE(製品名)、住友ベークライト社製CRA(製品名)等がその代表例である。 Typical examples of the low dielectric constant film having a relative dielectric constant of 3 or less include an organic siloxane film, an inorganic siloxane film, and an aromatic organic polymer film. The organosiloxane film is mainly composed of silicon, oxygen, carbon, and hydrogen, and has a siloxane main skeleton and a methyl group (—CH 3 ) that is a terminal group. Typical examples include a methylated siloxane (MSQ) film and a methylated hydrosiloxane (HMSQ) film. The inorganic siloxane film mainly contains silicon, oxygen, and hydrogen, and has a siloxane main skeleton and a hydrogen group (—H) that is a terminal group. A typical example is a hydrosiloxane (HSQ) film. The aromatic organic polymer film is mainly composed of carbon and hydrogen (which may contain a small amount of silicon or oxygen) and has a benzene ring skeleton. Typical examples are SiLK (product name) manufactured by Dow Chemical Company, CYCLOTENE (product name) manufactured by Dow Chemical Company, FLARE (product name) manufactured by Honeywell, and CRA (product name) manufactured by Sumitomo Bakelite.

上記低誘電率膜の比誘電率は一般に2.6より大きいが、これらの低誘電率膜に空孔を導入することによって比誘電率をさらに低くした多孔質低誘電率膜(比誘電率2.6以下)が必要とされている。多孔質低誘電率膜を層間絶縁膜として用いれば、非多孔質の低誘電率膜を用いた場合に比べてさらに配線間容量が低減でき、半導体装置の大幅な高集積化・高速化が期待できる。現在のところ、多孔質低誘電率膜としては、有機シロキサン膜を多孔質化した多孔質有機シロキサン膜が耐湿安定性や機械的強度の高さ、材料の低コスト性などの観点で優れており、実用化を期待されている。   The relative dielectric constant of the low dielectric constant film is generally larger than 2.6, but a porous low dielectric constant film (relative dielectric constant 2) having a lower relative dielectric constant by introducing pores into these low dielectric constant films. .6 or less) is required. If a porous low dielectric constant film is used as an interlayer insulation film, the capacitance between wirings can be further reduced compared to the case of using a non-porous low dielectric constant film, and the semiconductor device is expected to be greatly integrated and increased in speed. it can. At present, porous organic siloxane films made from porous organic siloxane films are excellent in terms of moisture resistance stability, high mechanical strength, and low cost of materials. It is expected to be put to practical use.

さて、層間絶縁膜にコンタクト孔や配線溝を形成する場合、フォトレジスト膜を加工マスクとして層間絶縁膜を加工する必要がある。以下、多孔質有機シロキサン膜を層間絶縁膜として用いた場合の従来例を、図1を用いて説明する。   When forming contact holes and wiring grooves in the interlayer insulating film, it is necessary to process the interlayer insulating film using the photoresist film as a processing mask. Hereinafter, a conventional example in which a porous organosiloxane film is used as an interlayer insulating film will be described with reference to FIG.

まず、図1(a)のように、半導体素子と配線を含む基板101の上に多孔質有機シロキサン膜102を製膜する。多孔質有機シロキサン膜102は、一般的に塗布法または化学気相成長(CVD)法を用いて製膜される。次に、有機シロキサン膜102の上に、CVD法を用いて例えば酸化シリコン膜からなる保護絶縁膜103を堆積する。続いて、保護絶縁膜103の上に反射防止膜104とフォトレジスト膜105を塗布法にて製膜し、公知のフォトリソグラフィー法を用いてフォトレジスト膜105に孔パタン106aを形成する。   First, as shown in FIG. 1A, a porous organosiloxane film 102 is formed on a substrate 101 including semiconductor elements and wiring. The porous organosiloxane film 102 is generally formed using a coating method or a chemical vapor deposition (CVD) method. Next, a protective insulating film 103 made of, for example, a silicon oxide film is deposited on the organic siloxane film 102 using a CVD method. Subsequently, an antireflection film 104 and a photoresist film 105 are formed on the protective insulating film 103 by a coating method, and a hole pattern 106a is formed in the photoresist film 105 by using a known photolithography method.

このようにして形成された孔パタン106aを有するフォトレジスト膜105をマスクとして、図1(b)のように反射防止膜104、保護絶縁膜103、多孔質有機シロキサン膜102を、この順に加工する。これにより、コンタクト孔106bが有機シロキサン膜102に形成できる。このような加工には、反応性プラズマによるドライエッチングが広く用いられている。ドライエッチングのガスとしては、フッ素(F)を含有するガス、例えばフルオロカーボンガスが主に用いられる。   Using the photoresist film 105 having the hole pattern 106a thus formed as a mask, the antireflection film 104, the protective insulating film 103, and the porous organosiloxane film 102 are processed in this order as shown in FIG. . Thereby, the contact hole 106 b can be formed in the organosiloxane film 102. For such processing, dry etching using reactive plasma is widely used. As a gas for dry etching, a gas containing fluorine (F), for example, a fluorocarbon gas is mainly used.

コンタクト孔106bを形成した後、図1(c)のように反射防止膜104やフォトレジスト膜105は除去する必要がある。通常、反射防止膜104やフォトレジスト膜105は炭素と水素からなる炭化水素化合物であるため、酸素プラズマによるアッシングで容易に除去できる(以下、反射防止膜とフォトレジスト膜を除去することを、簡単にレジスト除去と言う)。しかしながら、酸素プラズマ・アッシングによるレジスト除去では、プラズマ中で生成された酸素ラジカルや酸素イオンが、多孔質有機シロキサン膜の有機成分も分解してしまう。このような有機成分の分解は、多孔質有機シロキサン膜の膜収縮や吸湿、比誘電率の上昇を引き起こす。図1(c)には、コンタクト孔106bの側壁に露出した多孔質有機シロキサン膜102が劣化し、側壁劣化111が生じた状態を示した。側壁劣化111はコンタクト孔106bの寸法変動や導通不良、配線間容量の増大につながる。   After the contact hole 106b is formed, it is necessary to remove the antireflection film 104 and the photoresist film 105 as shown in FIG. Usually, since the antireflection film 104 and the photoresist film 105 are hydrocarbon compounds composed of carbon and hydrogen, they can be easily removed by ashing with oxygen plasma (hereinafter, it is easy to remove the antireflection film and the photoresist film). This is called resist removal). However, in resist removal by oxygen plasma ashing, oxygen radicals and oxygen ions generated in the plasma also decompose organic components of the porous organosiloxane film. Such decomposition of the organic component causes film shrinkage and moisture absorption of the porous organosiloxane film and an increase in the relative dielectric constant. FIG. 1C shows a state in which the porous organic siloxane film 102 exposed on the side wall of the contact hole 106b has deteriorated and the side wall deterioration 111 has occurred. The side wall deterioration 111 leads to dimensional variation of the contact hole 106b, poor conduction, and an increase in inter-wiring capacitance.

このような有機シロキサン膜の劣化を抑制するために、酸素プラズマ・アッシングを用いないレジスト除去方法が検討されてきた。   In order to suppress such deterioration of the organosiloxane film, a resist removal method that does not use oxygen plasma ashing has been studied.

例えば、特許文献1には非酸化性のプラズマガスを用いてレジスト除去をおこなう方法が記載されている。この方法では、非酸化性ガス、すなわち水素(H)、アンモニア(NH)、窒素(N)などのガス、又はそれらの混合ガスによるプラズマでレジストを除去する。このように、酸素のラジカルやイオンに比べて有機成分の分解能力が低い水素や窒素のラジカルやイオンを利用すると、有機シロキサン膜の劣化がある程度抑制できる。しかしながら、この方法はレジスト除去速度が遅く、レジスト残渣が生じやすいなどの問題を持つ。また、有機シロキサン膜を多孔質化した場合、ラジカルやイオンは多孔室有機シロキサン膜中に浸透しやすくなる。そのため、多孔質有機シロキサン膜に対しては非酸化性プラズマによっても無視できない劣化が起こる。また、窒素、アンモニアなどの窒素原子を含むプラズマを用いた場合、有機シロキサン膜中に窒素原子が取り込まれ、有機シロキサン膜の比誘電率が大きくなってしまうという問題もある。 For example, Patent Document 1 describes a method of performing resist removal using a non-oxidizing plasma gas. In this method, the resist is removed by plasma using a non-oxidizing gas, that is, a gas such as hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), nitrogen (N 2 ), or a mixed gas thereof. As described above, the use of hydrogen or nitrogen radicals or ions, which have a lower ability to decompose organic components than oxygen radicals or ions, can suppress degradation of the organic siloxane film to some extent. However, this method has a problem that the resist removal rate is slow and a resist residue is likely to be generated. In addition, when the organic siloxane film is made porous, radicals and ions easily penetrate into the porous chamber organic siloxane film. For this reason, the porous organic siloxane film undergoes non-negligible degradation even by non-oxidizing plasma. In addition, when a plasma containing nitrogen atoms such as nitrogen and ammonia is used, there is a problem that nitrogen atoms are taken into the organic siloxane film and the relative dielectric constant of the organic siloxane film is increased.

これに対して、有機シロキサン膜をレジスト除去用のプラズマに曝さないレジスト除去方法も検討されている。   On the other hand, a resist removal method in which the organosiloxane film is not exposed to the plasma for removing the resist has been studied.

例えば、特許文献2にはレジストマスクに代わりハードマスクによる有機シロキサン膜の加工方法が記載されている。この方法では、有機シロキサン膜の上に炭化シリコン(SiC)膜や窒化シリコン(SiN)膜などを製膜し、レジストマスクとドライエッチングでこれらの膜をハードマスクに加工する。その後、レジストを通常の酸素プラズマ・アッシングで除去し、これらハードマスクとドライエッチングで有機シロキサン膜を加工する。このとき、有機シロキサン膜は酸素プラズマに曝されないため、有機シロキサン膜の劣化が抑制できる。しかしながら、この方法では有機シロキサン膜をドライエッチングで加工する条件で、ハードマスクが少なからずエッチングされるため、加工パタンの肩落ちが生じやすい、パタン寸法が変動しやすいなどの問題がある。   For example, Patent Document 2 describes a method for processing an organic siloxane film using a hard mask instead of a resist mask. In this method, a silicon carbide (SiC) film, a silicon nitride (SiN) film, or the like is formed on an organic siloxane film, and these films are processed into a hard mask by a resist mask and dry etching. Thereafter, the resist is removed by ordinary oxygen plasma ashing, and the organosiloxane film is processed by these hard mask and dry etching. At this time, since the organic siloxane film is not exposed to oxygen plasma, deterioration of the organic siloxane film can be suppressed. However, in this method, since the hard mask is etched to some extent under conditions for processing the organic siloxane film by dry etching, there is a problem that the shoulder of the processing pattern is likely to occur and the pattern size is likely to fluctuate.

有機シロキサン膜をレジスト除去用のプラズマに曝さない別の方法として、例えば特許文献3〜5にレジスト剥離液を用いたレジスト除去方法が記載されている。これらの方法では、レジスト剥離液として、アミン系溶液を用い、ドライエッチング後の不用なフォトレジスト膜を溶解除去する。このため、有機シロキサン膜の劣化を引き起こす酸素、水素、窒素プラズマなどを用いることなく、レジスト除去が可能となる。また、レジスト剥離液はドライエッチング後に不可欠なレジスト残渣除去用の洗浄液としても効果的であるため、製造工程の大幅な簡略化が期待できる。実際、通常の非多孔質の有機シロキサン膜に対してこの方法は有効であるが、多孔質有機シロキサン膜はアミン系剥離液に溶解しやすいという問題がある。アルカリ性を呈するアミン系溶液は、有機シロキサン膜の主骨格であるシロキサン結合(Si−O−Si)をシラノール(Si−OH)へと加水分解する。その結果、有機シロキサン膜の親水性が増すと同時に、膜を構成するシロキサン主骨格の緻密性が低下するため、有機シロキサン膜が溶解する。有機シロキサン膜を多孔質化した多孔質有機シロキサン膜では、アミン系剥離液が膜中に侵入しやすいため、このようなアミン系剥離液への溶解が顕著になる。   As another method of not exposing the organosiloxane film to plasma for resist removal, for example, Patent Documents 3 to 5 describe a resist removal method using a resist stripping solution. In these methods, an amine-based solution is used as a resist stripping solution, and an unnecessary photoresist film after dry etching is dissolved and removed. For this reason, it is possible to remove the resist without using oxygen, hydrogen, nitrogen plasma or the like that causes deterioration of the organic siloxane film. Moreover, since the resist stripping solution is also effective as a cleaning solution for removing a resist residue that is indispensable after dry etching, it can be expected that the manufacturing process is greatly simplified. Actually, this method is effective for a normal non-porous organic siloxane film, but there is a problem that the porous organic siloxane film is easily dissolved in an amine-based stripping solution. The alkaline amine-based solution hydrolyzes the siloxane bond (Si—O—Si), which is the main skeleton of the organic siloxane film, into silanol (Si—OH). As a result, the hydrophilicity of the organic siloxane film is increased, and at the same time, the denseness of the siloxane main skeleton constituting the film is lowered, so that the organic siloxane film is dissolved. In a porous organic siloxane film in which an organic siloxane film is made porous, the amine-based stripping solution easily enters the film, so that the dissolution in such an amine-based stripping solution becomes remarkable.

特開2005−268312号公報JP-A-2005-268312

特開2005−38967号公報JP 2005-38967 A 特開2000−352827号公報JP 2000-352827 A 特開2003−35962号公報JP 2003-35962 A 特開2005−49752号公報JP 2005-49752 A

このように従来は、比誘電率が2.6以下の多孔質有機シロキサン膜が必要とされていながら、多孔質有機シロキサン膜のアミン系剥離液に対する耐性が充分でなく、層間絶縁膜としての適用が困難であった。上記のような従来技術の問題を鑑み、本発明は、アミン系剥離液に溶解しにくい多孔質有機シロキサン膜を提供し、それを層間絶縁膜として用いた半導体装置の製造方法において、フォトレジスト膜をマスクとしてパタン加工した後の多孔質有機シロキサン膜を溶解させることなく、かつ簡便にフォトレジスト膜を除去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。   As described above, conventionally, a porous organic siloxane film having a relative dielectric constant of 2.6 or less is required, but the porous organic siloxane film is not sufficiently resistant to an amine-based stripping solution, and can be used as an interlayer insulating film. It was difficult. In view of the above-described problems of the prior art, the present invention provides a porous organosiloxane film that is difficult to dissolve in an amine-based stripping solution, and a photoresist film in a semiconductor device manufacturing method using the porous organosiloxane film as an interlayer insulating film. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a photoresist film can be easily removed without dissolving a porous organic siloxane film after pattern processing using a mask as a mask.

上記課題は、アミン系剥離液に対して溶解速度を抑制した多孔質有機シロキサン膜を層間絶縁膜として製膜し、その上方にパタンを有するフォトレジスト膜を形成し、これをマスクとして多孔質有機シロキサン膜をドライエッチングで加工し、残留したフォトレジスト膜をアミン系剥離液で除去することによって解決される。   The above-mentioned problem is that a porous organic siloxane film whose dissolution rate is suppressed in an amine-based stripping solution is formed as an interlayer insulating film, a photoresist film having a pattern is formed thereon, and this is used as a mask to form a porous organic siloxane film. The problem is solved by processing the siloxane film by dry etching and removing the remaining photoresist film with an amine-based stripping solution.

発明者らの検討によると、多孔質有機シロキサン膜中のシリコン元素に対する炭素元素の比(以下、炭素量/シリコン量と記す)が少ないと、終端基である有機基が減ることにより多孔質有機シロキサン膜の親水性が高まり、アミン系剥離液の浸透性が高まるため溶解速度が高くなることが判明した。また一方で、炭素量/シリコン量が多いと、多孔質有機シロキサン膜の終端基である有機基が増えるので疎水性は増すが、膜中のシロキサン主骨格の緻密性が相対的に低下する。このことは、膜を構成する分子の分子量の低下につながり、やはりアミン系剥離液への溶解速度が高くなることが判明した。このように、炭素量/シリコン量が小さすぎても大きすぎてもアミン系剥離液への溶解速度が高くなり、アミン系剥離液への溶解速度を低く抑える最適な炭素量/シリコン量の範囲が存在することが、発明者らの検討により明らかとなった。アミン系剥離液に対する多孔質有機シロキサン膜の溶解速度を抑制する具体的な方法としては、多孔質有機シロキサン膜の比誘電率が2.4以上2.6以下の場合に炭素量/シリコン量を0.3以上0.7以下とし、比誘電率が2.2以上2.6以下の場合に炭素量/シリコン量を0.4以上0.6以下とする。   According to the study by the inventors, if the ratio of carbon element to silicon element in the porous organosiloxane film (hereinafter referred to as carbon amount / silicon amount) is small, the organic group which is a terminal group is reduced, so that the porous organic It has been found that the dissolution rate increases because the hydrophilicity of the siloxane film increases and the permeability of the amine-based stripping solution increases. On the other hand, when the amount of carbon / silicon is large, the organic group which is a terminal group of the porous organosiloxane film increases, so that the hydrophobicity increases, but the denseness of the siloxane main skeleton in the film relatively decreases. This has led to a decrease in the molecular weight of the molecules constituting the film, and it has also been found that the dissolution rate in the amine-based stripping solution is increased. Thus, if the carbon amount / silicon amount is too small or too large, the dissolution rate in the amine-based stripping solution becomes high, and the optimum range of carbon amount / silicon amount that keeps the dissolution rate in the amine-based stripping solution low. It has been clarified by investigations by the inventors. As a specific method for suppressing the dissolution rate of the porous organosiloxane film in the amine-based stripping solution, when the relative dielectric constant of the porous organosiloxane film is 2.4 or more and 2.6 or less, the carbon amount / silicon amount is set. When the relative dielectric constant is not less than 0.3 and not more than 0.7 and the relative dielectric constant is not less than 2.2 and not more than 2.6, the carbon amount / silicon amount is not less than 0.4 and not more than 0.6.

本発明によれば、多孔質有機シロキサン膜を層間絶縁膜として用いた半導体装置の製造工程において、パタン加工後の多孔質有機シロキサン膜が侵食されることなく、アミン系剥離液で簡便にフォトレジスト膜を除去することが可能となる。これにより、多孔質有機シロキサン膜によるパタン形状の変動を抑制でき、半導体装置の性能ばらつきが抑えられる。また、フォトレジスト膜を簡便に除去できるため、半導体装置の製造価格を低減することができる。また、多孔質有機シロキサン膜を層間絶縁膜として用いているため配線間容量の低減でき、半導体装置の高速化や高集積化が可能となる。   According to the present invention, in a manufacturing process of a semiconductor device using a porous organic siloxane film as an interlayer insulating film, a photoresist can be easily formed with an amine stripping solution without eroding the patterned porous organic siloxane film. The film can be removed. Thereby, the variation in the pattern shape due to the porous organosiloxane film can be suppressed, and the performance variation of the semiconductor device can be suppressed. In addition, since the photoresist film can be easily removed, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. In addition, since the porous organic siloxane film is used as an interlayer insulating film, the capacitance between wirings can be reduced, and the speed and integration of the semiconductor device can be increased.

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されず広く応用が可能である。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples and can be widely applied.

通常の半導体装置の製造工程において、アミン系剥離液を用いた工程の処理時間は長くても10分程度である。また、各種工程による層間絶縁膜の寸法変動は10nm以下であることが求められる。したがって、アミン系剥離液に対する多孔質有機シロキサン膜の溶解速度を1nm/分以下にできれば、多孔質有機シロキサン膜を層間絶縁膜として問題なく適用することができる。そこで、比誘電率、および炭素量/シリコン量が異なる、塗布法で製膜される多孔質有機シロキサン膜を用意し、アミン系剥離液への溶解速度を調べた。   In a normal semiconductor device manufacturing process, the processing time of the process using the amine-based stripping solution is about 10 minutes at the longest. Further, the dimensional variation of the interlayer insulating film due to various processes is required to be 10 nm or less. Accordingly, if the dissolution rate of the porous organic siloxane film in the amine-based stripping solution can be 1 nm / min or less, the porous organic siloxane film can be applied without any problem as an interlayer insulating film. Accordingly, porous organosiloxane films formed by a coating method with different relative dielectric constants and carbon / silicon contents were prepared, and the dissolution rate in amine-based stripping solution was examined.

多孔質有機シロキサン膜の原料液を抵抗率0.001Ωcmのn型シリコン基板上に塗布し、400℃で30分間、窒素雰囲気中で熱硬化した。熱硬化後の多孔質有機シロキサン膜の膜厚は200±20nmであった。このようにして得られた試料を、モノエタノールアミンを80重量%含有するジメチルスルホキシド溶液からなるアミン系剥離液へ70℃で10分間浸漬した。このアミン系剥離液による処理の前後で多孔質有機シロキサン膜の膜厚変化を測定し、溶解速度を算出した。なお、多孔質有機シロキサン膜の膜厚測定には、波長633nmのエリプソメータを用いた。また、炭素量/シリコン量の測定には、X線光電子分光(XPS)による組成分析を用いた。また、比誘電率の測定には以下の方法を用いた。すなわち、上記n型シリコン基板上に製膜された多孔質有機シロキサン膜の上に直径3mmの円形アルミニウム電極を形成し、このアルミニウム電極とn型シリコン基板の間の電気容量を室温で測定した。このとき測定周波数は10kHzとした。得られた電気容量、と多孔質有機シロキサン膜の膜厚、アルミニウム電極の面積、真空の比誘電率を用いて、比誘電率を算出した。   The raw material liquid for the porous organosiloxane film was applied onto an n-type silicon substrate having a resistivity of 0.001 Ωcm, and thermally cured at 400 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. The film thickness of the porous organosiloxane film after thermosetting was 200 ± 20 nm. The sample thus obtained was immersed in an amine-based stripping solution composed of a dimethyl sulfoxide solution containing 80% by weight of monoethanolamine at 70 ° C. for 10 minutes. The film thickness change of the porous organosiloxane film was measured before and after the treatment with the amine-based stripping solution, and the dissolution rate was calculated. An ellipsometer with a wavelength of 633 nm was used for measuring the thickness of the porous organosiloxane film. Moreover, the composition analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used for the measurement of carbon amount / silicon amount. Moreover, the following method was used for the measurement of relative dielectric constant. That is, a circular aluminum electrode having a diameter of 3 mm was formed on the porous organosiloxane film formed on the n-type silicon substrate, and the electric capacity between the aluminum electrode and the n-type silicon substrate was measured at room temperature. At this time, the measurement frequency was 10 kHz. The relative dielectric constant was calculated using the obtained electric capacity, the thickness of the porous organosiloxane film, the area of the aluminum electrode, and the relative dielectric constant of vacuum.

上記の一連の手順で多孔質有機シロキサン膜のアミン系剥離液に対する溶解速度を調べた結果、図2のようになった。図2において、多孔質シロキサン膜の炭素量/シリコン量が少なすぎると溶解速度が高くなる理由は、多孔質有機シロキサン膜の終端基である有機基が減ることにより膜の親水性が増し、アミン系剥離液の膜への浸透性が高まるからである。また、多孔質シロキサン膜の炭素量/シリコン量が多すぎても溶解速度が高くなる理由は、多孔質有機シロキサン膜の終端基である有機基が増加することにより膜の疎水性が増すが、一方でシロキサン主骨格の緻密性が相対的に低下するからである。図2からわかるように、比誘電率が2.4以上2.6以下の多孔質有機シロキサン膜のアミン系剥離液に対する溶解速度は、炭素量/シリコン量を0.3以上0.7以下にすることで1nm/分以下にできることがわかった。また、比誘電率が2.2以上2.6以下の場合は、炭素量/シリコン量を0.4以上0.6以下にすれば溶解速度を1nm/分以下にできることがわかった。さらに、上記アミン系剥離液による処理前後で、多孔質有機シロキサン膜の比誘電率の変動がないことも確認した。   As a result of examining the dissolution rate of the porous organosiloxane film in the amine-based stripping solution by the above-described series of procedures, the result is as shown in FIG. In FIG. 2, the reason why the dissolution rate is increased when the amount of carbon / silicon in the porous siloxane film is too small is that the hydrophilicity of the film increases due to the decrease in the organic group which is the terminal group of the porous organic siloxane film. This is because the permeability of the system stripping solution into the film is increased. The reason why the dissolution rate is increased even if the amount of carbon / silicon in the porous siloxane film is too large is that the hydrophobicity of the film increases due to the increase in the organic groups that are the terminal groups of the porous organic siloxane film. On the other hand, the denseness of the siloxane main skeleton is relatively lowered. As can be seen from FIG. 2, the dissolution rate of the porous organic siloxane film having a relative dielectric constant of 2.4 or more and 2.6 or less in the amine-based stripping solution is such that the carbon amount / silicon amount is 0.3 or more and 0.7 or less. As a result, it was found that the thickness could be reduced to 1 nm / min or less. Further, it was found that when the relative dielectric constant is 2.2 or more and 2.6 or less, the dissolution rate can be reduced to 1 nm / min or less by setting the carbon amount / silicon amount to 0.4 to 0.6. Furthermore, it was also confirmed that there was no change in the relative dielectric constant of the porous organosiloxane film before and after the treatment with the amine-based stripping solution.

次に、上述のアミン系剥離液に対するフォトレジスト膜や反射防止膜の溶解性を調べた。その結果、ghi混合線用レジスト、i線用レジスト、KrF線用レジスト、ArF線用レジスト、F線用レジストなどフォトレジストの種類を問わず、またghi混合線用、i線用、KrF線用、ArF線用、F線用など反射防止膜の種類を問わず1分以内に溶解することがわかった。 Next, the solubility of the photoresist film and the antireflection film in the amine-based stripping solution was examined. As a result, ghi mixed line resist, i-ray resist or KrF beam resist, ArF line resist, regardless of the type of photoresist such as a resist for F 2-wire, also ghi mix line, for i-line, KrF line use, for ArF line was found to dissolve within 1 minute regardless of the type of anti-reflection film such as a F 2-wire.

以上の知見により、多孔質有機シロキサン膜の炭素量/シリコン量と膜密度を制御することにより、比誘電率2.2〜2.6でアミン系剥離液耐性がある多孔質有機シロキサン膜を作成できる。ここで、多孔質有機シロキサン膜はシリコン、酸素、炭素、水素を含有するシロキサン系絶縁膜であればよく、塗布法やCVD法で製膜され、必要に応じて製膜後に200〜700℃の熱処理をしても良い。また、多孔質有機シロキサン膜中の炭素は有機基として存在し、有機基はアルキル基、ビニル基、フェニル基など特に限定されない。多孔質有機シロキサン膜の密着性の観点からは、有機基がメチル基であることが特に好ましい。また、アミン系剥離液は、アミン系成分を5重量%以上含む有機溶液又は水溶液であれば良い。アミン系成分としては、アンモニア、アルキルアミン、アルキルレンジアミン、ヒドロキシルアミン、アルカノールアミン、アルキルヒドロキシルアミンなどを用いることができる。アミン成分の濃度はレジスト溶解速度を高める観点から5重量%以上が好ましく、10重量%以上が特に好ましく、30重量%以上がさらに好ましい。アミン系剥離液によるレジスト除去は10〜90℃でおこなわれる。   Based on the above knowledge, by controlling the carbon content / silicon content and film density of the porous organosiloxane film, a porous organosiloxane film having a dielectric constant of 2.2 to 2.6 and resistance to an amine-based stripping solution is prepared. it can. Here, the porous organic siloxane film may be a siloxane-based insulating film containing silicon, oxygen, carbon, and hydrogen, and is formed by a coating method or a CVD method. Heat treatment may be performed. Carbon in the porous organosiloxane film is present as an organic group, and the organic group is not particularly limited, such as an alkyl group, a vinyl group, or a phenyl group. From the viewpoint of adhesion of the porous organosiloxane film, the organic group is particularly preferably a methyl group. The amine stripping solution may be an organic solution or an aqueous solution containing 5% by weight or more of an amine component. As the amine component, ammonia, alkylamine, alkylrangeamine, hydroxylamine, alkanolamine, alkylhydroxylamine and the like can be used. The concentration of the amine component is preferably 5% by weight or more from the viewpoint of increasing the resist dissolution rate, particularly preferably 10% by weight or more, and further preferably 30% by weight or more. Resist removal with an amine-based stripper is performed at 10 to 90 ° C.

本発明を応用して、多孔質有機シロキサン膜を用いたパタンを形成した。本実施例では孔パタンの形成工程を例にとって説明するが、孔パタン以外のパタン(例えば溝パタンなど)を形成する際も同様の工程を用いることができる。以下、図3、4を参照しながらそのパタン形成方法を説明する。   By applying the present invention, a pattern using a porous organosiloxane film was formed. In this embodiment, the hole pattern forming process will be described as an example, but the same process can be used when forming a pattern other than the hole pattern (for example, groove pattern). Hereinafter, the pattern forming method will be described with reference to FIGS.

図3(a)に示すように、基板201上に膜厚500nmの多孔質有機シロキサン膜202をプラズマCVD法にて製膜した。ここで、多孔質有機シロキサン膜202としては炭素量/シリコン量が0.7のメチル化シロキサン膜(比誘電率2.5)を用いた。多孔質有機シロキサン膜202の塗布後、窒素雰囲気中350℃で30分間の熱処理をおこなった。さらに、有機シロキサン膜202の上に膜厚100nmの酸化シリコン膜からなる保護絶縁膜203をプラズマCVD法で堆積した。ここで保護絶縁膜203としては、酸化シリコン(SiO)膜以外にも、酸窒化シリコン(SiON)膜、炭化シリコン(SiC)膜、炭酸化シリコン(SiOC)膜、炭窒化シリコン(SiCN)膜などを用いることができる。さらに、膜厚60nmの反射防止膜204と膜厚300nmのフォトレジスト膜205を塗布法で製膜した。ここで、反射防止膜204としてはAZ社製KrF−2MF1を、フォトレジスト膜205としてはJSR製KRF−M89Y(ともにKrF線用)を用いた。続いて、KrF線スキャナを用いて公知のリソグラフィー法により、フォトレジスト膜205に直径300nmの孔パタン206aを形成した。 As shown in FIG. 3A, a porous organic siloxane film 202 having a thickness of 500 nm was formed on a substrate 201 by a plasma CVD method. Here, as the porous organic siloxane film 202, a methylated siloxane film having a carbon content / silicon content of 0.7 (relative dielectric constant 2.5) was used. After the application of the porous organosiloxane film 202, heat treatment was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Further, a protective insulating film 203 made of a silicon oxide film having a thickness of 100 nm was deposited on the organosiloxane film 202 by a plasma CVD method. Here, as the protective insulating film 203, besides a silicon oxide (SiO 2 ) film, a silicon oxynitride (SiON) film, a silicon carbide (SiC) film, a silicon carbonate (SiOC) film, and a silicon carbonitride (SiCN) film Etc. can be used. Further, an antireflection film 204 having a thickness of 60 nm and a photoresist film 205 having a thickness of 300 nm were formed by a coating method. Here, KrF-2MF1 manufactured by AZ was used as the antireflection film 204, and KRF-M89Y manufactured by JSR (both for KrF line) was used as the photoresist film 205. Subsequently, a hole pattern 206a having a diameter of 300 nm was formed in the photoresist film 205 by a known lithography method using a KrF line scanner.

続いて、図3(b)に示すように、反応性プラズマによるドライエッチングで反射防止膜204と保護絶縁膜203と多孔質有機シリコン膜202を垂直に加工し、多孔質有機シロキサン膜202による孔パタン206bを得た。このとき、ドライエッチングのガスとしてはCFとアルゴンの混合ガスを用い、プラズマ条件は圧力70mTorr、RFパワー500W、温度15℃とした。ここで多孔質有機シロキサン膜202のドライエッチングには、フッ素を含有するガス全般を用いることができる。例えばCFなどのフルオロカーボン系ガスの他に、NF、SFなどを用いることができる。また、ドライエッチングの速度や加工精度を高めるために、これらのガスに、酸素、窒素、水素、アンモニア、ヘリウム、アルゴンなどを適量添加しても良い。 Subsequently, as shown in FIG. 3B, the antireflection film 204, the protective insulating film 203, and the porous organic silicon film 202 are vertically processed by dry etching using reactive plasma, and the holes formed by the porous organic siloxane film 202 are processed. Pattern 206b was obtained. At this time, a mixed gas of CF 4 and argon was used as a dry etching gas, and the plasma conditions were a pressure of 70 mTorr, an RF power of 500 W, and a temperature of 15 ° C. Here, for the dry etching of the porous organic siloxane film 202, any gas containing fluorine can be used. For example, in addition to a fluorocarbon gas such as CF 4 , NF 3 , SF 6 and the like can be used. In addition, in order to increase the dry etching speed and processing accuracy, an appropriate amount of oxygen, nitrogen, hydrogen, ammonia, helium, argon, or the like may be added to these gases.

次に、図3(c)に示すように、上述の工程を経た基板をアミン系剥離液に浸漬してフォトレジスト膜205および反射防止膜204を除去した。アミン系剥離液としては、Ashland製ACT−970(ヒドロキシルアミン5重量%以上含有)を用い、浸漬条件は50℃で10分とした。このアミン系剥離液による処理により、フォトレジスト膜205および反射防止膜204は完全に溶解して除去された。また、多孔質有機シロキサン膜202による孔パタン206bの側壁形状は、アミン系剥離液による処理前後で変化しなかった。   Next, as shown in FIG. 3C, the substrate having undergone the above-described steps was immersed in an amine-based stripping solution to remove the photoresist film 205 and the antireflection film 204. As the amine-based stripping solution, ACT-970 manufactured by Ashland (containing 5% by weight or more of hydroxylamine) was used, and the immersion condition was 50 ° C. for 10 minutes. The photoresist film 205 and the antireflection film 204 were completely dissolved and removed by the treatment with the amine stripping solution. Moreover, the side wall shape of the hole pattern 206b by the porous organosiloxane film 202 did not change before and after the treatment with the amine-based stripping solution.

上述の例では、ドライエッチング完了後に直ちにアミン系剥離液で基板を処理してフォトレジスト膜205や反射防止膜204を除去した。しかしながらドライエッチングの条件によっては、フォトレジスト膜の表面に硬化層が形成され、アミン系剥離液でフォトレジスト膜205が除去しにくいことがある。そのような場合のフォトレジスト膜205の除去例を以下で説明する。   In the above example, the substrate is treated with an amine-based stripper immediately after the completion of dry etching to remove the photoresist film 205 and the antireflection film 204. However, depending on dry etching conditions, a hardened layer may be formed on the surface of the photoresist film, and the photoresist film 205 may be difficult to remove with an amine-based stripping solution. An example of removing the photoresist film 205 in such a case will be described below.

まずは、上述のように図3(a)に示した構造を作製した。続いて、図4(a)のように、反応性プラズマによるドライエッチングで保護絶縁膜203と多孔質有機シリコン膜202を垂直に加工し、多孔質有機シロキサン膜202による孔パタン206bを得た。このとき、ドライエッチングのガスとしてはC、窒素、アルゴンの混合ガスを用い、プラズマ条件は圧力40mTorr、RFパワー1500W、温度15℃とした。その結果、フォトレジスト膜205の表面に硬化層221が形成された。 First, as shown above, the structure shown in FIG. Subsequently, as shown in FIG. 4A, the protective insulating film 203 and the porous organic silicon film 202 were vertically processed by dry etching using reactive plasma to obtain a hole pattern 206b of the porous organic siloxane film 202. At this time, a dry etching gas was a mixed gas of C 4 F 8 , nitrogen, and argon, and the plasma conditions were a pressure of 40 mTorr, an RF power of 1500 W, and a temperature of 15 ° C. As a result, a hardened layer 221 was formed on the surface of the photoresist film 205.

このように硬化層221が形成された基板を上述のアミン系剥離液に浸漬してもフォトレジスト膜205および反射防止膜204は除去できなかった。そこで、図4(b)に示すように、上記ドライエッチングの直後に、同じプラズマ反応室内でプラズマ表面処理をして硬化層221を除去した。プラズマ表面処理のガスとしてはCFを用い、プラズマ条件は100mTorr、100Wとした。この硬化層221を除去する工程において、孔パタン206bの側壁形状の変化はなかった。 The photoresist film 205 and the antireflection film 204 could not be removed even when the substrate on which the cured layer 221 was thus formed was immersed in the above-described amine-based stripping solution. Therefore, as shown in FIG. 4B, immediately after the dry etching, the hardened layer 221 was removed by performing plasma surface treatment in the same plasma reaction chamber. CF 4 was used as the plasma surface treatment gas, and the plasma conditions were 100 mTorr and 100 W. In the step of removing the hardened layer 221, there was no change in the side wall shape of the hole pattern 206b.

続いて、図4(c)に示すように、上述のアミン系剥離液に浸漬したところ、フォトレジスト膜205と反射防止膜204を完全に除去した。このとき、多孔質有機シロキサン膜202による孔パタン206bの側壁形状は、アミン系剥離液による処理前後で変化しなかった。このように、多孔質有機シロキサン膜202のドライエッチングが完了後、低パワーで短時間の反応性プラズマで表面処理をすることでフォトレジスト膜の硬化層221を除去することができる。このプラズマ表面処理のガスとしては、フルオロカーボン、NF、SF、酸素、窒素、水素、アンモニアなどを用いることができ、フルオロカーボンが多孔質有機シロキサン膜の劣化が殆ど無いことから好ましい。フルオロカーボンの中ではCFが、レジスト硬化層の除去速度が高く好ましい。また、このようなプラズマ表面処理はドライエッチングと同じ反応室内でおこなわれることが、工程簡略化の観点で好ましい。 Subsequently, as shown in FIG. 4C, the photoresist film 205 and the antireflection film 204 were completely removed when immersed in the above-described amine-based stripping solution. At this time, the side wall shape of the hole pattern 206b by the porous organosiloxane film 202 did not change before and after the treatment with the amine-based stripping solution. Thus, after the dry etching of the porous organosiloxane film 202 is completed, the hardened layer 221 of the photoresist film can be removed by performing a surface treatment with a low-power reactive plasma for a short time. As the plasma surface treatment gas, fluorocarbon, NF 3 , SF 6 , oxygen, nitrogen, hydrogen, ammonia, or the like can be used, and fluorocarbon is preferable because the porous organic siloxane film hardly deteriorates. Among the fluorocarbons, CF 4 is preferable because of its high removal rate of the resist cured layer. Moreover, it is preferable from the viewpoint of process simplification that such plasma surface treatment is performed in the same reaction chamber as that of dry etching.

本発明を応用して、多孔質有機シロキサン膜を用いた半導体装置用の配線を作製した。以下、図5〜7を参照しながらその作製方法を説明する。ここではアルミニウム配線の作製例を示すが、本発明を応用できる半導体装置の配線層の材料は特に限定されず、ポリシリコン配線、タンタル、タングステン、チタンなどの高融点金属配線、アルミニウム配線、銅配線、あるいはこれらの合金配線など、どれでも良い。また、本発明を応用できる半導体装置の種類も特に限定されず、ロジック系LSI、大容量メモリLSI、液晶TFTなどの平面表示装置、MEMS素子など多岐にわたる。   By applying the present invention, a wiring for a semiconductor device using a porous organosiloxane film was produced. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIGS. Here, an example of manufacturing an aluminum wiring is shown, but the material of the wiring layer of the semiconductor device to which the present invention can be applied is not particularly limited. Or any of these alloy wirings. In addition, the types of semiconductor devices to which the present invention can be applied are not particularly limited, and include a wide variety of devices such as logic LSIs, large capacity memory LSIs, flat display devices such as liquid crystal TFTs, and MEMS elements.

まず、図5(a)に示すように、半導体素子と配線を含む基板301上に、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム合金(5重量%銅含有)膜の積層膜をスパッタリング法で形成した。その後、この金属からなる積層膜を公知のフォトリソグラフィー法とドライエッチングで配線311に加工した。配線311の高さは250nm、最小配線ピッチは300nmである。   First, as shown in FIG. 5A, a laminated film of a titanium film, a titanium nitride film, and an aluminum alloy (containing 5 wt% copper) film was formed on a substrate 301 including semiconductor elements and wirings by a sputtering method. Thereafter, the laminated film made of the metal was processed into the wiring 311 by a known photolithography method and dry etching. The height of the wiring 311 is 250 nm, and the minimum wiring pitch is 300 nm.

続いて、図5(b)のように、配線311を被覆するように、膜厚400nmの多孔質有機シロキサン膜302を塗布法にて製膜した。ここで、多孔質有機シロキサン膜302としては炭素量/シリコン量が0.5の塗布型メチル化シロキサン膜(比誘電率2.3)を用いた。多孔質有機シロキサン膜302の塗布後、窒素雰囲気中400℃で30分間の熱処理をおこなった。さらに多孔質有機シロキサン膜302の上に膜厚100nmの酸化シリコン膜からなる保護絶縁膜303をプラズマCVD法で堆積した。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, a porous organic siloxane film 302 having a thickness of 400 nm was formed by a coating method so as to cover the wiring 311. Here, as the porous organic siloxane film 302, a coating type methylated siloxane film having a carbon content / silicon content of 0.5 (relative dielectric constant 2.3) was used. After application of the porous organosiloxane film 302, heat treatment was performed at 400 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Further, a protective insulating film 303 made of a silicon oxide film having a thickness of 100 nm was deposited on the porous organosiloxane film 302 by a plasma CVD method.

次に、図5(c)に示すように、膜厚50nmの反射防止膜304と膜厚250nmのフォトレジスト膜305を塗布法で製膜した。ここで、反射防止膜304としてはAZ社製ArF−2Cを、フォトレジスト膜305としては日本ゼオン製ZARF001F(ともにArF線用)を用いた。続いて、ArF線ステッパを用いて公知のリソグラフィー法により、フォトレジスト膜305に直径130nmの孔パタン306aを形成した。   Next, as shown in FIG. 5C, an antireflection film 304 with a thickness of 50 nm and a photoresist film 305 with a thickness of 250 nm were formed by a coating method. Here, ArF-2C manufactured by AZ was used as the antireflection film 304, and ZARF001F manufactured by ZEON (both for ArF lines) was used as the photoresist film 305. Subsequently, a hole pattern 306a having a diameter of 130 nm was formed in the photoresist film 305 by a known lithography method using an ArF line stepper.

続いて、図6(a)に示すように、反応性プラズマによるドライエッチングで反射防止膜304と保護絶縁膜303と多孔質有機シリコン膜302を垂直に加工し、多孔質有機シロキサン膜302によるコンタクト孔306bを得た。このとき、ドライエッチングのガスとしてはCF、CHF、アルゴンの混合ガスを用い、プラズマ条件は圧力100mTorr、RFパワー300W、温度15℃とした。 Subsequently, as shown in FIG. 6A, the antireflection film 304, the protective insulating film 303, and the porous organic silicon film 302 are vertically processed by dry etching using reactive plasma, and contact with the porous organic siloxane film 302 is performed. Hole 306b was obtained. At this time, a mixed gas of CF 4 , CHF 3 , and argon was used as the dry etching gas, and the plasma conditions were a pressure of 100 mTorr, an RF power of 300 W, and a temperature of 15 ° C.

次に、図6(b)に示すように、上述の工程を経た基板をアミン系剥離液に浸漬してフォトレジスト膜305および反射防止膜304を除去した。アミン系剥離液としては、EKCテクノロジーズ製EKC−265(有機アミン5重量%以上含有)を用い、浸漬条件は65℃で10分とした。この後、基板をイソプロパノールに浸漬してリンスした。このアミン系剥離液による処理により、フォトレジスト膜305および反射防止膜304は完全に溶解して除去された。さらに、このアミン系剥離液による処理により、コンタクト孔306bの底に露出した配線311上のドライエッチング残渣を同時に除去することができた。また、多孔質有機シロキサン膜302によるコンタクト孔306bの側壁形状は、アミン系剥離液による処理前後で変化しなかった。   Next, as shown in FIG. 6B, the photoresist film 305 and the antireflection film 304 were removed by immersing the substrate after the above-described steps in an amine-based stripping solution. As the amine-based stripping solution, EKC-265 manufactured by EKC Technologies (containing 5% by weight or more of organic amine) was used, and the immersion condition was 65 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the substrate was immersed in isopropanol and rinsed. The photoresist film 305 and the antireflection film 304 were completely dissolved and removed by the treatment with the amine stripping solution. Further, by the treatment with the amine-based stripping solution, the dry etching residue on the wiring 311 exposed at the bottom of the contact hole 306b can be removed at the same time. Further, the shape of the side wall of the contact hole 306b formed by the porous organosiloxane film 302 did not change before and after the treatment with the amine-based stripping solution.

続いて、図7(a)に示すように、CVD法による窒化チタン膜とタングステン膜からなる積層膜を合計300nm堆積し、CMP法にてコンタクト孔306bの外の余分な積層膜を除去した。これによりコンタクトプラグ321が形成された。前述のアミン系剥離液による処理工程で、コンタクト孔306bの側壁形状は垂直に保たれたため、コンタクトプラグ321を構成する窒化チタン膜とタングステン膜の製膜不良は起こらなかった。ここで、CVD法による窒化チタン膜とタングステン膜の製膜に先立って、基板を100以上で熱処理をしたところ、コンタクトプラグ321の抵抗をさらに低減することができた。これは多孔質有機シロキサン膜302の内部に残留した有機溶剤が蒸発又は分解して除去され、窒化チタン膜とタングステン膜の製膜中の脱ガスが減少したことによる効果である。   Subsequently, as shown in FIG. 7A, a total of 300 nm of a laminated film composed of a titanium nitride film and a tungsten film was deposited by CVD, and an extra laminated film outside the contact hole 306b was removed by CMP. As a result, a contact plug 321 was formed. In the processing step using the amine-based stripping solution, the sidewall shape of the contact hole 306b was kept vertical, so that the film formation failure of the titanium nitride film and the tungsten film constituting the contact plug 321 did not occur. Here, when the substrate was heat-treated at 100 or more prior to the formation of the titanium nitride film and the tungsten film by the CVD method, the resistance of the contact plug 321 could be further reduced. This is because the organic solvent remaining in the porous organosiloxane film 302 is removed by evaporation or decomposition, and degassing during the formation of the titanium nitride film and the tungsten film is reduced.

最後に、図7(b)に示すように、チタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム合金(5重量%銅含有)膜の積層膜をスパッタリング法で形成した。その後、この金属からなる積層膜を公知のフォトリソグラフィー法とドライエッチングで配線312に加工した。配線312の高さは400nm、最小配線ピッチは600nmである。   Finally, as shown in FIG. 7B, a laminated film of a titanium film, a titanium nitride film, and an aluminum alloy (containing 5 wt% copper) film was formed by a sputtering method. Thereafter, the laminated film made of the metal was processed into the wiring 312 by a known photolithography method and dry etching. The wiring 312 has a height of 400 nm and a minimum wiring pitch of 600 nm.

以上のような工程で形成された2層のアルミニウム合金配線において、第1層目の配線311における配線間容量を測定したところ、多孔質有機シロキサン膜302の比誘電率2.3から計算される値と同じ配線間容量が得られた。これは多孔質有機シロキサン膜302が上述の工程で劣化しなかったことを示す。また、配線311と配線312を接続するコンタクトプラグ321の抵抗は充分に低いことを確認した。   In the two-layer aluminum alloy wiring formed in the above-described steps, the inter-wiring capacitance in the first-layer wiring 311 is measured, and is calculated from the relative dielectric constant 2.3 of the porous organosiloxane film 302. The same wiring capacitance as the value was obtained. This indicates that the porous organosiloxane film 302 did not deteriorate in the above-described process. In addition, it was confirmed that the resistance of the contact plug 321 connecting the wiring 311 and the wiring 312 was sufficiently low.

従来の多孔質有機シロキサン膜によるパタン形成工程を説明する要部断面図である。It is principal part sectional drawing explaining the pattern formation process by the conventional porous organosiloxane film. 実施例1における多孔質有機シロキサン膜中の炭素量/シリコン量とアミン系剥離液に対する溶解速度を示すグラフである。2 is a graph showing the amount of carbon / silicon in a porous organosiloxane film in Example 1 and the dissolution rate in an amine-based stripping solution. 実施例2における多孔質有機シロキサン膜を用いたパタン形成工程を説明する要部断面図(その1)である。It is principal part sectional drawing explaining the pattern formation process using the porous organosiloxane film in Example 2 (the 1). 実施例2における多孔質有機シロキサン膜を用いたパタン形成工程を説明する要部断面図(その2)である。It is principal part sectional drawing explaining the pattern formation process using the porous organosiloxane film in Example 2 (the 2). 実施例3における多孔質有機シロキサン膜を用いた配線作製工程を説明する要部断面図(その1)である。FIG. 10 is a cross-sectional view (No. 1) of relevant parts for explaining a wiring manufacturing process using a porous organosiloxane film in Example 3. 実施例3における多孔質有機シロキサン膜を用いた配線作製工程を説明する要部断面図(その2)である。FIG. 10 is a principal cross-sectional view (part 2) illustrating a wiring manufacturing process using a porous organosiloxane film in Example 3. 実施例3における多孔質有機シロキサン膜を用いた配線作製工程を説明する要部断面図(その3)である。FIG. 10 is a cross-sectional view (No. 3) of relevant parts for explaining a wiring manufacturing process using a porous organosiloxane film in Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

101、201、301・・・基板
102、202、302・・・多孔質有機シロキサン膜
103、203、303・・・保護絶縁膜
104、204、304・・・反射防止膜
105、205、305・・・フォトレジスト膜
106a、106b、206a、206b、306a・・・孔パタン
306b・・・コンタクト孔
111・・・側壁劣化
211・・・硬化層
311、312・・・配線
321・・・コンタクトプラグ。
101, 201, 301 ... substrate 102, 202, 302 ... porous organosiloxane film 103, 203, 303 ... protective insulating film 104, 204, 304 ... antireflection film 105, 205, 305 .. Photoresist films 106a, 106b, 206a, 206b, 306a ... hole pattern 306b ... contact hole 111 ... sidewall degradation 211 ... hardened layer 311, 312 ... wiring 321 ... contact plug .

Claims (16)

以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法:
(a)シリコン元素に対する炭素元素の比が0.3以上0.7以下であり、かつ、比誘電率が2.4以上2.6以下の多孔質有機シロキサン膜を、基板の上方に形成する工程、
(b)前記多孔質有機シロキサン膜の上方に、パタンを有するフォトレジスト膜を形成する工程、
(c)前記フォトレジスト膜をマスクとして、前記多孔質有機シロキサン膜をドライエッチングで加工する工程、
(d)残留した前記フォトレジスト膜をアミン系剥離液で除去する工程。
A method for manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) A porous organic siloxane film having a carbon element to silicon element ratio of 0.3 to 0.7 and a relative dielectric constant of 2.4 to 2.6 is formed above the substrate. Process,
(B) forming a photoresist film having a pattern above the porous organosiloxane film;
(C) processing the porous organosiloxane film by dry etching using the photoresist film as a mask;
(D) A step of removing the remaining photoresist film with an amine stripping solution.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
多孔質有機シロキサン膜は、少なくともシリコン、酸素、水素、および、炭素を含む。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The porous organosiloxane film contains at least silicon, oxygen, hydrogen, and carbon.
請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記多孔質有機シロキサン膜の主なる有機基が、メチル基である。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 2,
The main organic group of the porous organosiloxane film is a methyl group.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程中、前記多孔質有機シロキサン膜を、塗布法または化学気層堆積法で形成する。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
During the step (a), the porous organosiloxane film is formed by a coating method or a chemical vapor deposition method.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記アミン系剥離液が、水溶液または有機溶液であり、かつ、アミン系成分を5重量%以上含む。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The amine-based stripping solution is an aqueous solution or an organic solution and contains 5% by weight or more of an amine-based component.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程と前記(d)工程の間に、さらに、前記(c)工程で前記フォトレジスト膜の表面に形成された硬化層を、プラズマ処理で除去する工程を有する。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
Between the step (c) and the step (d), the method further comprises a step of removing the hardened layer formed on the surface of the photoresist film in the step (c) by plasma treatment.
請求項6に記載の半導体装置の製造方法において、
前記プラズマ処理に用いるガスが、フルオロカーボンである。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 6,
The gas used for the plasma treatment is fluorocarbon.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程後に、さらに、前記基板を100℃以上の温度で熱処理する工程を有する。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
After the step (d), the method further includes a step of heat-treating the substrate at a temperature of 100 ° C. or higher.
以下の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法:
(a)シリコン元素に対する炭素元素の比が0.4以上0.6以下であり、かつ、比誘電率が2.2以上2.6以下の多孔質有機シロキサン膜を、基板の上方に形成する工程、
(b)前記多孔質有機シロキサン膜の上方に、パタンを有するフォトレジスト膜を形成する工程、
(c)前記フォトレジスト膜をマスクとして、前記多孔質有機シロキサン膜をドライエッチングで加工する工程、
(d)残留した前記フォトレジスト膜をアミン系剥離液で除去する工程。
A method for manufacturing a semiconductor device comprising the following steps:
(A) A porous organosiloxane film having a carbon element to silicon element ratio of 0.4 to 0.6 and a relative dielectric constant of 2.2 to 2.6 is formed above the substrate. Process,
(B) forming a photoresist film having a pattern above the porous organosiloxane film;
(C) processing the porous organosiloxane film by dry etching using the photoresist film as a mask;
(D) A step of removing the remaining photoresist film with an amine stripping solution.
請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
多孔質有機シロキサン膜は、少なくともシリコン、酸素、水素、および、炭素を含む。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
The porous organosiloxane film contains at least silicon, oxygen, hydrogen, and carbon.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
前記多孔質有機シロキサン膜の主なる有機基が、メチル基である。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 10,
The main organic group of the porous organosiloxane film is a methyl group.
請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(a)工程中、前記多孔質有機シロキサン膜を、塗布法または化学気層堆積法で形成する。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
During the step (a), the porous organosiloxane film is formed by a coating method or a chemical vapor deposition method.
請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記アミン系剥離液が、水溶液または有機溶液であり、かつ、アミン系成分を5重量%以上含む。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
The amine-based stripping solution is an aqueous solution or an organic solution and contains 5% by weight or more of an amine-based component.
請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(c)工程と前記(d)工程の間に、さらに、前記(c)工程で前記フォトレジスト膜の表面に形成された硬化層を、プラズマ処理で除去する工程を有する。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
Between the step (c) and the step (d), the method further comprises a step of removing the hardened layer formed on the surface of the photoresist film in the step (c) by plasma treatment.
請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記プラズマ処理に用いるガスが、フルオロカーボンである。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 14,
The gas used for the plasma treatment is fluorocarbon.
請求項9に記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程後に、さらに、前記基板を100℃以上の温度で熱処理する工程を有する。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
After the step (d), the method further includes a step of heat-treating the substrate at a temperature of 100 ° C. or higher.
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