JP2010186858A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To remove a carbon nanotube formed on an insulating film and in a hole from the upper part of the insulating film without damaging the insulating film. <P>SOLUTION: A method includes the following steps. The insulating films 17 and 18 are formed to the upper part of a wiring 15a, and the hole 17a reaching the wiring 15a is formed by patterning the insulating films 17 and 18. The carbon nanotube 22 is formed to the upper surfaces of the insulating films 17 and 18 in the hole 17a, and second insulating films 23 are formed on the layer of the carbon nanotube 22. The carbon nanotube 22 is exposed by etching the second insulating films 23 while the second insulating films 23 are left in the recess of the layer of the carbon nanotube 22. The places of the upper ends of the carbon nanotube 22 are equalized by etching the carbon nanotube 22, the second insulating films 23 on the carbon nanotube 22 are etched and the carbon nanotube 22 is etched and removed from the upper surface of the insulating film 17 while being left in the hole 17a. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、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.

半導体装置の配線として、アルミニウム配線に比べて抵抗が低く、電流密度が高いダマシン構造の銅配線が使用されている。また、銅配線を有する半導体装置においても、さらなる高集積化を図るために線幅をさらに細くし、電流密度耐性もさらに高くすることが配線構造に求められている。そのような課題を解決する1つ候補として、低抵抗で且つ高電流密度耐性を有するカーボンナノチューブが注目されている。   As a wiring of a semiconductor device, a copper wiring having a damascene structure having a resistance lower than that of an aluminum wiring and a high current density is used. In addition, in a semiconductor device having a copper wiring, the wiring structure is required to further reduce the line width and further increase the current density tolerance in order to achieve higher integration. As one candidate for solving such a problem, carbon nanotubes having low resistance and high current density resistance are attracting attention.

カーボンナノチューブは、形状異方性に起因する一次元電子的性質から、バリスティック伝導によって電子が流れ、銅に比べて単位面積当たりで約千倍の電流を流すことができるほどエレクトロマイグレーション耐性に優れている。
カーボンナノチューブを使用する半導体装置の配線構造として、絶縁膜のホールの底からカーボンナノチューブを膜厚方向に伸ばしてビアとして使用する構造が知られている。そのようなビアは、例えば次の方法で形成される。
Carbon nanotubes are superior in electromigration resistance, because electrons flow through ballistic conduction due to the shape anisotropy due to shape anisotropy, and about 1,000 times more current per unit area than copper. ing.
As a wiring structure of a semiconductor device using carbon nanotubes, a structure in which carbon nanotubes are extended from the bottom of holes in an insulating film in the film thickness direction and used as vias is known. Such a via is formed by the following method, for example.

まず、絶縁膜のうち配線の上にホールを形成する。その後に、ホールの底の配線上に触媒となるメタルを成膜し、さらに、ホールの底にカーボンナノチューブをCVD法により形成する。この場合、カーボンナノチューブは、ホールの深さに等しくなる高さに制御される。続いて、カーボンナノチューブが形成されたホール内と絶縁膜上に導電膜を形成した後に、絶縁膜の上面上の導電膜をパターニングして配線を形成するか、或いは、導電膜を化学機械研磨(CMP)法又はエッチバックにより除去する。   First, holes are formed on the wiring in the insulating film. Thereafter, a metal serving as a catalyst is formed on the wiring at the bottom of the hole, and carbon nanotubes are formed at the bottom of the hole by a CVD method. In this case, the carbon nanotube is controlled to a height equal to the depth of the hole. Subsequently, after forming a conductive film in the hole in which the carbon nanotube is formed and on the insulating film, the conductive film on the upper surface of the insulating film is patterned to form a wiring, or the conductive film is subjected to chemical mechanical polishing ( CMP) method or etch back.

また、絶縁膜上に形成された電極同士をカーボンナノチューブにより横方向に接続する構造が知られ、次のような方法で形成される。
まず、横方向に隣接する2つの電極を絶縁膜で覆った後に、それらの電極の一部を跨ぐ領域に開口部を形成する。続いて、開口部から露出する2つの電極上に触媒膜を形成した後に、2つの電極を接続するカーボンナノチューブを開口部内に形成する。その後に、開口部内と絶縁膜の上に絶縁性の埋込膜を形成し、さらに、電極間を接続しない埋込膜中のカーボンナノチューブをCMPで研磨するかエッチングして除去する。
Further, a structure in which electrodes formed on an insulating film are connected in the lateral direction by carbon nanotubes is known, and is formed by the following method.
First, after covering two electrodes adjacent in the horizontal direction with an insulating film, an opening is formed in a region straddling a part of the electrodes. Subsequently, after forming a catalyst film on the two electrodes exposed from the openings, carbon nanotubes connecting the two electrodes are formed in the openings. Thereafter, an insulating buried film is formed in the opening and on the insulating film, and the carbon nanotubes in the buried film that do not connect the electrodes are polished by CMP or removed by etching.

特開2005−109465号公報JP-A-2005-109465 特開2006−49459号公報JP 2006-49459 A

絶縁膜の上と絶縁膜のホール内にカーボンナノチューブが形成された状態で、絶縁膜をCMP法により研磨すると、硬いカーボンナノチューブにより絶縁膜上面に傷がつきやすくなる。また、カーボンナノチューブは、化学研磨しにくい物質のため、CMP後に絶縁膜上に残り易い。従って、CMPによるカーボンナノチューブの除去は半導体装置の歩留まり低下の原因となる。   When the carbon nanotubes are formed on the insulating film and in the holes of the insulating film, if the insulating film is polished by CMP, the upper surface of the insulating film is easily damaged by the hard carbon nanotubes. Further, since carbon nanotubes are difficult to chemically polish, they are likely to remain on the insulating film after CMP. Therefore, removal of the carbon nanotubes by CMP causes a decrease in the yield of the semiconductor device.

また、絶縁膜としてLow−k絶縁膜を形成すると、CMPに使用される研磨剤がカーボンナノチューブの間からホール内に入り、さらにLow−k絶縁膜に浸透してダメージ
を与え、半導体装置の信頼性を低下させるおそれがある。
本発明は、歩留まりを向上することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
In addition, when a low-k insulating film is formed as an insulating film, an abrasive used for CMP enters the hole from between the carbon nanotubes, and further penetrates and damages the low-k insulating film. There is a risk of reducing the performance.
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving the yield.

本発明の1つの観点によれば、半導体基板の上方に第1配線を形成する工程と、前記第1配線の上方に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜をパターニングし、前記第1配線に達するホールを形成する工程と、前記ホール内と前記第1絶縁膜上面にカーボンナノチューブ層を形成する工程と、前記カーボンナノチューブ層の上に第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜をエッチングすることにより前記カーボンナノチューブ層を露出するとともに、前記カーボンナノチューブ層の凹部に前記第2絶縁膜を残す工程と、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記カーボンナノチューブ層の上端の位置を揃える工程と、前記カーボンナノチューブ層上の前記第2絶縁膜をエッチングする工程と、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記第1絶縁膜の上面から除去するとともに前記ホール内に残す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。
According to one aspect of the present invention, a step of forming a first wiring over a semiconductor substrate, a step of forming a first insulating film over the first wiring, patterning the first insulating film, Forming a hole reaching the first wiring; forming a carbon nanotube layer in the hole and on the upper surface of the first insulating film; forming a second insulating film on the carbon nanotube layer; Etching the second insulating film to expose the carbon nanotube layer and leaving the second insulating film in a recess of the carbon nanotube layer; and etching the carbon nanotube layer to form an upper end of the carbon nanotube layer. Aligning the positions of the carbon nanotubes, etching the second insulating film on the carbon nanotube layer, and the carbon nanotubes The etching method of manufacturing a semiconductor device characterized by having the steps of leaving said holes thereby removing from the top surface of the first insulating film is provided.
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
It should be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not intended to limit the invention.

本発明によれば、第1絶縁膜のホール内と第1絶縁膜上のカーボンナノチューブの上に第2絶縁膜を形成した後に、第2絶縁膜とカーボンナノチューブを交互にエッチングすることによりカーボンナノチューブの上端の位置を揃えている。その後、第1絶縁膜が露出するまでカーボンナノチューブをエッチングし、第1絶縁膜のホール内にカーボンナノチューブを残している。
従って、カーボンナノチューブをホール内に残し、第1絶縁膜上から除去するための研磨処理は不要になり、研磨剤による第1絶縁膜のダメージの発生や、カーボンナノチューブの研磨残による第1絶縁膜の損傷を回避することができる。
According to the present invention, after the second insulating film is formed in the holes of the first insulating film and on the carbon nanotubes on the first insulating film, the second insulating film and the carbon nanotubes are alternately etched to thereby form the carbon nanotubes. The top edges of the are aligned. Thereafter, the carbon nanotubes are etched until the first insulating film is exposed, leaving the carbon nanotubes in the holes of the first insulating film.
Therefore, the polishing process for leaving the carbon nanotubes in the holes and removing the carbon nanotubes from the first insulating film becomes unnecessary, and the first insulating film is caused by the occurrence of damage to the first insulating film due to the polishing agent or the polishing residue of the carbon nanotubes. Damage can be avoided.

図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その1)である。FIG. 1 is a cross-sectional view (No. 1) showing a step of forming a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図2A〜図2Cは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その2)である。2A to 2C are cross-sectional views (part 2) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 図2D〜図2Fは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その3)である。2D to 2F are cross-sectional views (part 3) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 図2G〜図2Iは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その4)である。2G to 2I are cross-sectional views (part 4) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 図2J〜図2Lは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その5)である。2J to 2L are cross-sectional views (part 5) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 図2M、図2Nは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その6)である。2M and 2N are cross-sectional views (part 6) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 図2O、図2Pは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その7)である。2O and 2P are cross-sectional views (part 7) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 図3は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施形態に係る半導体装置の形成工程において、OとCFの流量比に依存するSOG膜とカーボンナノチューブのエッチングレートの値を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the etching rate values of the SOG film and the carbon nanotube depending on the flow rate ratio of O 2 and CF 4 in the process of forming the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 図5A〜図5Cは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の形成工程における他の例を示す断面図である。5A to 5C are cross-sectional views showing other examples in the process of forming the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図6A〜図6Cは、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図である。6A to 6C are cross-sectional views illustrating a process for forming a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図7A〜図7Cは、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その1)である。7A to 7C are cross-sectional views (No. 1) showing a process for forming a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 図7D〜図7Fは、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その2)である。7D to 7F are cross-sectional views (part 2) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the third embodiment of the invention. 図8A〜図8Cは、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その1)である。8A to 8C are cross-sectional views (part 1) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention. 図8D〜図8Fは、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その2)である。8D to 8F are cross-sectional views (part 2) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention. 図8G〜図8Iは、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その3)である。8G to 8I are cross-sectional views (part 3) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention. 図8J〜図8Lは、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その4)である。8J to 8L are cross-sectional views (part 4) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention. 図8M〜図8Oは、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その5)である。8M to 8O are cross-sectional views (part 5) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention. 図9は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. 図10Aは、本発明の第5実施形態に係る半導体装置を示す断面図、図10Bは、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の形成領域を示す平面図である。FIG. 10A is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a plan view showing a formation region of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. 図11A、図11Bは、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その1)である。FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views (part 1) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention. 図11C、図11Dは、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その2)である。11C and 11D are cross-sectional views (part 2) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention. 図11E、図11Fは、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その3)である。11E and 11F are cross-sectional views (part 3) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention. 図11G、図11Hは、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その4)である。11G and 11H are cross-sectional views (part 4) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention. 図11I、図11Jは、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その5)である。FIGS. 11I and 11J are cross-sectional views (part 5) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention. 図11K、図11Lは、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その6)である。11K and 11L are cross-sectional views (part 6) illustrating the process of forming the semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention. 図11M、図11Nは、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の形成工程を示す断面図(その7)である。11M and 11N are cross-sectional views (No. 7) showing the process of forming the semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention.

以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
第1の実施の形態)
図1、図2A〜図2Pは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
次に、図1に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、半導体基板であるシリコン基板1内に素子分離絶縁膜2、例えばシャロートレンチアイソレーション(STI)を形成する。STIは、シリコン基板1の素子分離領域に溝を形成した後に、その溝内に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を埋め込む方法により形成される。なお、素子分離絶縁膜2としてLOCOS法によってシリコン基板1の表面に形成したシリコン酸化膜を採用してもよい。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, similar components are given the same reference numerals.
( First embodiment)
1 and 2A to 2P are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
Next, steps required until a structure shown in FIG.
First, an element isolation insulating film 2, for example, a shallow trench isolation (STI) is formed in a silicon substrate 1 that is a semiconductor substrate. The STI is formed by forming a groove in the element isolation region of the silicon substrate 1 and then embedding an insulating film such as a silicon oxide film in the groove. Note that a silicon oxide film formed on the surface of the silicon substrate 1 by the LOCOS method may be employed as the element isolation insulating film 2.

次に、シリコン基板1のうち、素子分離絶縁膜2に囲まれた活性領域、例えばN型MO
Sトランジスタ形成領域にp型不純物、例えばホウ素をイオン注入することによりpウェル3を形成する。なお、P型MOSトランジスタを形成する領域では、シリコン基板1の活性領域にnウェルを形成する。
Next, in the silicon substrate 1, an active region surrounded by the element isolation insulating film 2, for example, N-type MO
A p-well 3 is formed by ion implantation of a p-type impurity such as boron into the S transistor formation region. In the region where the P-type MOS transistor is to be formed, an n-well is formed in the active region of the silicon substrate 1.

続いて、シリコン基板1の表面にゲート絶縁膜4を例えば熱酸化法により形成し、さらに、pウェル3の上にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5を形成する。ゲート電極5の形成方法は、例えば、ゲート絶縁膜4上にシリコン膜を形成した後に、レジストパターンを使用するフォトリソグラフィ法によりシリコン膜をパターニングする工程を有する。   Subsequently, a gate insulating film 4 is formed on the surface of the silicon substrate 1 by, for example, a thermal oxidation method, and a gate electrode 5 is formed on the p-well 3 via the gate insulating film 4. The method for forming the gate electrode 5 includes, for example, a step of patterning the silicon film by photolithography using a resist pattern after forming a silicon film on the gate insulating film 4.

次に、ゲート電極5をマスクにしてn型不純物、例えば燐又は砒素をイオン注入することにより、ゲート電極5の両側のpウェル3内にn型エクステンション領域7a、8aを形成する。
続いて、絶縁膜として例えばシリコン酸化膜をCVD法によりシリコン基板1及びゲート電極5上に形成した後に、絶縁膜をエッチバックしてゲート電極5の側面に残し、これを絶縁性サイドウォール6とする。
Next, n-type extension regions 7 a and 8 a are formed in the p-well 3 on both sides of the gate electrode 5 by ion-implanting n-type impurities such as phosphorus or arsenic using the gate electrode 5 as a mask.
Subsequently, for example, after a silicon oxide film is formed as an insulating film on the silicon substrate 1 and the gate electrode 5 by the CVD method, the insulating film is etched back and left on the side surface of the gate electrode 5. To do.

さらに、ゲート電極5及びサイドウォール6をマスクに使用してpウェル3内にn型不純物をイオン注入することにより、ゲート電極5の両側方のpウェル3内にn型不純物高濃度領域7b、8bを形成する。ここで、互いに接続されるn型不純物高濃度領域7b、8bとn型エクステンション領域7a、8bは、ソース/ドレイン領域7、8となる。   Further, by using the gate electrode 5 and the sidewall 6 as a mask, n-type impurities are ion-implanted into the p-well 3, whereby the n-type impurity high-concentration region 7 b and the p-well 3 on both sides of the gate electrode 5 are formed. 8b is formed. Here, the n-type impurity high concentration regions 7b and 8b and the n-type extension regions 7a and 8b connected to each other become the source / drain regions 7 and 8, respectively.

以上のソース/ドレイン領域7、8、ゲート電極5、pウェル3等によりN型MOSトランジスタが形成される。
続いて、N型MOSトランジスタを覆うカバー膜9、例えばシリコン窒化膜をCVD法によりシリコン基板1上に形成する。さらに、カバー膜9の上に、第1層間絶縁膜10としてシリコン酸化膜をCVD法により形成する。
An N-type MOS transistor is formed by the source / drain regions 7 and 8, the gate electrode 5, the p-well 3, and the like.
Subsequently, a cover film 9, for example, a silicon nitride film covering the N-type MOS transistor is formed on the silicon substrate 1 by the CVD method. Further, a silicon oxide film is formed as a first interlayer insulating film 10 on the cover film 9 by a CVD method.

次に、第1層間絶縁膜10の上面をCMP法により平坦化した後に、レジストパターンを使用するフォトリソグラフィ法により第1層間絶縁膜10及びカバー膜9をパターニングする。これにより、ソース/ドレイン領域7、8の上にコンタクトホール10a、10bを形成する。なお、ゲート電極5に接続される配線の上にもホール(不図示)が形成される。   Next, after planarizing the upper surface of the first interlayer insulating film 10 by a CMP method, the first interlayer insulating film 10 and the cover film 9 are patterned by a photolithography method using a resist pattern. As a result, contact holes 10 a and 10 b are formed on the source / drain regions 7 and 8. A hole (not shown) is also formed on the wiring connected to the gate electrode 5.

さらに、コンタクトホール10a、10b内にチタン(Ti)、窒化チタン(TiN)をスパッタ法により形成した後に、TiN膜上にタングステン(W)膜をCVD法により形成する。その後に、第1層間絶縁膜10上のW膜、TiN膜、Ti膜をCMP法により除去する。これにより、コンタクトホール10a、10b内に残されたW膜、TiN膜、Ti膜をコンタクトプラグ11、12とする。   Further, after forming titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) in the contact holes 10a and 10b by sputtering, a tungsten (W) film is formed on the TiN film by CVD. Thereafter, the W film, the TiN film, and the Ti film on the first interlayer insulating film 10 are removed by a CMP method. As a result, the W film, TiN film, and Ti film remaining in the contact holes 10a and 10b are used as contact plugs 11 and 12, respectively.

次に、第1層間絶縁膜10上に、第2層間絶縁膜である第1のLow−k絶縁膜13を形成する。Low−k絶縁膜13として炭素含有酸化シリコン(SiOC)膜をCVD法により形成するが、その他の膜、例えば塗布法によりSOG膜を形成してもよい。Low−k材料は、シリコン酸化膜よりも低い誘電率を有する材料である。   Next, a first low-k insulating film 13 that is a second interlayer insulating film is formed on the first interlayer insulating film 10. A carbon-containing silicon oxide (SiOC) film is formed as the low-k insulating film 13 by a CVD method, but other films, for example, an SOG film may be formed by a coating method. The low-k material is a material having a dielectric constant lower than that of the silicon oxide film.

さらに、第1のLow−k絶縁膜13上において、コンタクトプラグ11、12上を含む領域に配線形状の開口部を有するマスク(不図示)を形成する。ついで、マスクの開口部を通して第1のLow−k絶縁膜13をエッチングし、第1配線用溝13a、13bを形成する。第1のLow−k絶縁膜13のエッチングは例えばCFを含むガスを使用してプラズマエッチング法又は反応性イオンエッチング(RIE)法により行われる。 Further, a mask (not shown) having a wiring-shaped opening is formed on the first Low-k insulating film 13 in a region including the contact plugs 11 and 12. Next, the first low-k insulating film 13 is etched through the opening of the mask to form first wiring grooves 13a and 13b. Etching of the first Low-k insulating film 13 is performed by a plasma etching method or a reactive ion etching (RIE) method using, for example, a gas containing CF 4 .

続いて、第1配線用溝13a、13bの中にバリアメタル膜14a、銅(Cu)シード膜(不図示)をスパッタ法により順に形成する。その後に、バリアメタル膜14a及び銅シード膜を電極としてその上に銅膜14bを電解メッキ法により形成する。これにより、第1配線用溝13a、13b内にCu膜14bを埋め込む。なお、Cu膜は、銅合金であってもよく、以下の実施形態でも同様である。   Subsequently, a barrier metal film 14a and a copper (Cu) seed film (not shown) are sequentially formed in the first wiring grooves 13a and 13b by a sputtering method. After that, a barrier metal film 14a and a copper seed film are used as electrodes, and a copper film 14b is formed thereon by an electrolytic plating method. Thus, the Cu film 14b is embedded in the first wiring grooves 13a and 13b. The Cu film may be a copper alloy, and the same applies to the following embodiments.

その後に、第1のLow−k絶縁膜13の上面上のCu膜14b、バリアメタル膜14aをCMP法により除去する。これにより第1配線用溝13a、13b内に残されたCu膜14b及びバリアメタル膜14aを第1層目の配線15a、15bとする。なお、バリアメタル膜14aは銅拡散防止のための膜であり、例えばタンタル(Ta)膜を形成する。   Thereafter, the Cu film 14b and the barrier metal film 14a on the upper surface of the first Low-k insulating film 13 are removed by a CMP method. As a result, the Cu film 14b and the barrier metal film 14a remaining in the first wiring grooves 13a and 13b are used as first-layer wirings 15a and 15b. The barrier metal film 14a is a film for preventing copper diffusion, and for example, a tantalum (Ta) film is formed.

次に、第1層目の配線15a、15b及び第1のLow−k絶縁膜13の上に、第3の層間絶縁膜として第1のバリア絶縁膜16、第2のLow−k絶縁膜17、キャップ絶縁膜18を順に形成する。例えば、第1のバリア絶縁膜16として炭素水素添加シリコン(SiCH)膜をプラズマCVD法により例えば約30nmの厚さに形成し、第2のLow−k絶縁膜17としてSiOC膜をプラズマCVD法により例えば約150nmの厚さに形成する。また、キャップ絶縁膜18としてSiCH膜をプラズマCVD法により約30nmの厚さに形成するが、その他の低誘電体SiO系膜、例えばSiOC、SiOを形成してもよい。
続いて、キャップ絶縁膜18上に第1の反射防止(BARC)膜19を形成する。第1のBARC膜19として本実施形態では有機系絶縁膜を形成するが、無機系絶縁膜を形成してもよい。
Next, a first barrier insulating film 16 and a second Low-k insulating film 17 are formed as a third interlayer insulating film on the first-layer wirings 15 a and 15 b and the first Low-k insulating film 13. Then, the cap insulating film 18 is formed in order. For example, a carbon hydrogenated silicon (SiCH) film is formed as the first barrier insulating film 16 to a thickness of, for example, about 30 nm by a plasma CVD method, and a SiOC film is formed as the second low-k insulating film 17 by a plasma CVD method. For example, it is formed to a thickness of about 150 nm. Further, although the SiCH film is formed as the cap insulating film 18 to a thickness of about 30 nm by the plasma CVD method, other low dielectric SiO type films such as SiOC and SiO 2 may be formed.
Subsequently, a first antireflection (BARC) film 19 is formed on the cap insulating film 18. In this embodiment, an organic insulating film is formed as the first BARC film 19, but an inorganic insulating film may be formed.

次に、図2A〜図2Pを参照して第2層目の配線の形成工程を説明する。なお、図2A〜図2Pは、図1に示した第1層間絶縁膜10上部とその上の構造を示している。
まず、図2Aに示すように、第1のBARC膜19上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、第1層目の配線15a、15bの上にビアホールを形成するための開口部20a、20bを有するレジストパターン20を形成する。
Next, the formation process of the second layer wiring will be described with reference to FIGS. 2A to 2P. 2A to 2P show the upper portion of the first interlayer insulating film 10 shown in FIG. 1 and the structure thereon.
First, as shown in FIG. 2A, a photoresist is applied on the first BARC film 19, and this is exposed and developed to form via holes on the first-layer wirings 15a and 15b. A resist pattern 20 having openings 20a and 20b is formed.

続いて、レジストパターン20をマスクにして、第1のBARC膜19を例えばプラズマエッチング法又はRIE法でドライエッチングすることにより開口20a、20bからキャップ絶縁膜18を露出させる。有機系材料の第1のBARC膜19のエッチングに使用する反応ガスとして例えばCFを有するガスを使用する。 Subsequently, using the resist pattern 20 as a mask, the cap insulating film 18 is exposed from the openings 20a and 20b by dry etching the first BARC film 19 by, for example, plasma etching or RIE. For example, a gas having CF 4 is used as a reactive gas used for etching the first BARC film 19 made of an organic material.

次に、図2Bに示すように、第1のバリア絶縁膜16、第2のLow−k絶縁膜17及びキャップ絶縁膜18にビアホール17a、17bを以下の方法で形成する。
まず、レジストパターン20の開口部20a、20bを通してキャップ絶縁膜18をプラズマエッチング法によりエッチングし、これによりビアホール17a、17bを形成する。キャップ絶縁膜18であるSiCH膜用のエッチングガスとして例えばCHを含むガスを使用する。
Next, as shown in FIG. 2B, via holes 17a and 17b are formed in the first barrier insulating film 16, the second low-k insulating film 17, and the cap insulating film 18 by the following method.
First, the cap insulating film 18 is etched by plasma etching through the openings 20a, 20b of the resist pattern 20, thereby forming via holes 17a, 17b. For example, a gas containing CH 2 F 2 is used as an etching gas for the SiCH film that is the cap insulating film 18.

例えば、CHを約30sccm、Oを約10sccm、Nを約50sccmの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を20mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には300Wの高周波パワーを印加する。 For example, CH 2 F 2 is introduced into the etching chamber at a flow rate of about 30 sccm, O 2 is about 10 sccm, and N 2 is about 50 sccm, and the exhaust amount is adjusted so that the pressure in the etching chamber becomes 20 mTorr. In this case, 300 W of high frequency power is applied to the electrode of the etching chamber.

さらに、レジストパターン20及びキャップ絶縁膜18をマスクにして、第2のLow−k絶縁膜17を例えばプラズマエッチング法によりエッチングすることによりビアホール17a、17bをさらに深くする。この場合のエッチングガスとして、キャップ絶縁膜
18及び第1のバリア絶縁膜16、即ちSiCH膜に対してエッチング選択比の大きなガス、例えばCとOとArを含むガスを使用する。
Further, by using the resist pattern 20 and the cap insulating film 18 as a mask, the second low-k insulating film 17 is etched by, for example, a plasma etching method to deepen the via holes 17a and 17b. As an etching gas in this case, a gas having a high etching selectivity with respect to the cap insulating film 18 and the first barrier insulating film 16, that is, the SiCH film, for example, a gas containing C 4 F 6 , O 2 and Ar is used.

さらに、レジストパターン20、第1のBARC膜19及びキャップ絶縁膜18をマスクにして第1のバリア絶縁膜16を例えばプラズマエッチング法によりエッチングすることによりビアホール17a、17bをさらに深くして第一層目の配線15a、15bの一部を露出する。そのエッチング条件として、例えばキャップ絶縁膜18のエッチング条件と同じに設定する。   Further, by using the resist pattern 20, the first BARC film 19 and the cap insulating film 18 as a mask, the first barrier insulating film 16 is etched by, for example, a plasma etching method to further deepen the via holes 17a and 17b. A part of the wiring 15a, 15b of the eye is exposed. As the etching conditions, for example, the same etching conditions as those for the cap insulating film 18 are set.

レジストパターン20及び第1のBARC膜19を除去した後に、図2Cに示すように、ビアホール17a、17bの底の第1層目の配線15a、15bの上とキャップ絶縁膜18の上にそれぞれ触媒金属微粒子21を形成する。触媒金属微粒子21として本実施形態ではコバルト(Co)粒子を形成する。なお、触媒金属粒子21の代わりに厚さ1nm程度の触媒金属膜を形成してもよい。   After removing the resist pattern 20 and the first BARC film 19, as shown in FIG. 2C, the catalyst is formed on the first layer wirings 15a and 15b at the bottom of the via holes 17a and 17b and on the cap insulating film 18, respectively. Metal fine particles 21 are formed. In this embodiment, cobalt (Co) particles are formed as the catalyst metal fine particles 21. Instead of the catalytic metal particles 21, a catalytic metal film having a thickness of about 1 nm may be formed.

触媒金属微粒子21として、Coの他に、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)又はそれらうちのいずれかを含む二元系金属、例えばTiCo等を使用してもよい。触媒金属微粒子21は、レーザアブレーション法、スパッタ法、蒸着法等により形成される。それらの方法においては、シリコン基板1の上面に対して垂直方向への触媒元素堆積異方性を高める条件に設定することが好ましい。   As the catalytic metal fine particles 21, in addition to Co, iron (Fe), nickel (Ni), or a binary metal containing any one of them may be used, for example, TiCo. The catalytic metal fine particles 21 are formed by a laser ablation method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. In these methods, it is preferable to set conditions for increasing the catalyst element deposition anisotropy in the direction perpendicular to the upper surface of the silicon substrate 1.

次に、図2Dに示すように、触媒金属微粒子21が形成された第1層目の配線15a、15bの上面とキャップ絶縁膜18の上面から略垂直方向に延びる複数のカーボンナノチューブ22をCVD法により形成する。カーボンナノチューブ22は、少なくともビアホール17a、17bの深さに等しい長さ、或いはそれよりも長く形成される。
カーボンナノチューブ22はシリコン基板1の上方でほぼ同じ長さに形成されるので、多数のカーボンナノチューブ22からなる層はビアホール17a、17bの上では窪みが生じている。
Next, as shown in FIG. 2D, a plurality of carbon nanotubes 22 extending in a substantially vertical direction from the upper surfaces of the first-layer wirings 15a and 15b on which the catalytic metal fine particles 21 are formed and the upper surface of the cap insulating film 18 are formed by a CVD method. To form. The carbon nanotube 22 is formed to have a length at least equal to the depth of the via holes 17a and 17b or longer.
Since the carbon nanotubes 22 are formed to have almost the same length above the silicon substrate 1, the layers made of a large number of carbon nanotubes 22 have depressions on the via holes 17a and 17b.

カーボンナノチューブ22を形成するCVD法として、例えば熱CVD法、熱フィラメント法、プラズマCVD法がある。熱CVD法を採用する場合には、例えば反応ガスとしてアセチレンとアルゴンの混合ガスを成長雰囲気である真空チャンバ内に導入する。例えば、アセチレンとアルゴンガスの流量は、それぞれ0.5sccm、1000sccmとする。その他の成長条件として、真空チャンバ内の圧力を1kPaに設定し、基板温度を400℃〜450℃に設定する。   Examples of the CVD method for forming the carbon nanotube 22 include a thermal CVD method, a hot filament method, and a plasma CVD method. When the thermal CVD method is employed, for example, a mixed gas of acetylene and argon is introduced as a reaction gas into a vacuum chamber that is a growth atmosphere. For example, the flow rates of acetylene and argon gas are 0.5 sccm and 1000 sccm, respectively. As other growth conditions, the pressure in the vacuum chamber is set to 1 kPa, and the substrate temperature is set to 400 ° C. to 450 ° C.

続いて、以下の方法により、カーボンナノチューブ22をキャップ絶縁膜18の上面から除去する一方、ビアホール17a、17b内に短くして残す。
まず、図2Eに示すように、多数のカーボンナノチューブ22の層の上に、塗布系絶縁膜としてスピンオングラス(SOG)膜23を形成する。SOG膜23の形成方法として、例えば、スピンコーティング法によりSOGを塗布し、その形成後に温度約250℃で約5分間の加熱によりSOGをベークし、続いて例えば温度約400℃で約3分間の加熱によりSOGをキュアして硬化するという方法が採用される。
Subsequently, the carbon nanotubes 22 are removed from the upper surface of the cap insulating film 18 by the following method, while being left short in the via holes 17a and 17b.
First, as shown in FIG. 2E, a spin-on-glass (SOG) film 23 is formed as a coating system insulating film on a number of carbon nanotube 22 layers. As a method for forming the SOG film 23, for example, SOG is applied by spin coating, and after the formation, the SOG is baked by heating at a temperature of about 250 ° C. for about 5 minutes, and subsequently, for example, at a temperature of about 400 ° C. for about 3 minutes. A method of curing and curing SOG by heating is employed.

SOG膜23は、カーボンナノチューブ22の層の上で例えば約300nmの厚さに形成され、その上面はほぼ平坦化する。なお、SOG膜23の一部は、カーボンナノチューブ22の隙間に入り込んだ状態となる。
その後、シリコン基板1を例えばプラズマエッチング装置のエッチングチャンバに入れ、SOG膜23とカーボンナノチューブ22を以下のように交互にエッチングする。
The SOG film 23 is formed on the carbon nanotube 22 layer to a thickness of about 300 nm, for example, and the upper surface thereof is almost flattened. A part of the SOG film 23 enters a gap between the carbon nanotubes 22.
Thereafter, the silicon substrate 1 is placed in, for example, an etching chamber of a plasma etching apparatus, and the SOG film 23 and the carbon nanotube 22 are alternately etched as follows.

まず、図2Fに示すように、カーボンナノチューブ22が露出するまでSOG膜23をエッチングする。
SOG膜23のエッチングでは、反応ガスとしてフロロカーボン系ガス、例えばCFを100sccm〜200sccmの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を20mTorr〜200mTorr(2.7Pa〜27Pa)となるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には100〜500Wの高周波パワーを印加する。フロロカーボン系ガスとして、CFの他に、C、Cがある。
First, as shown in FIG. 2F, the SOG film 23 is etched until the carbon nanotubes 22 are exposed.
In the etching of the SOG film 23, a fluorocarbon-based gas such as CF 4 as a reaction gas is introduced into the etching chamber at a flow rate of 100 sccm to 200 sccm, and the pressure in the etching chamber becomes 20 mTorr to 200 mTorr (2.7 Pa to 27 Pa). Adjust the displacement so that. In this case, a high frequency power of 100 to 500 W is applied to the electrodes of the etching chamber. Fluorocarbon-based gas includes C 4 F 6 and C 4 F 8 in addition to CF 4 .

これにより、SOG膜23は、カーボンナノチューブ22の層のうちビアホール17a、17bの上の凹部に厚く残り、その他の領域では除去され、カーボンナノチューブ22の上端を露出する。
続いて、エッチングチャンバに導入する反応ガスをフロロカーボン系から酸素系に切り替えてカーボンナノチューブ22をエッチングする。これにより、図2Gに示すように、ビアホール17a、17bの上方の厚いSOG膜23の側部を露出する。
As a result, the SOG film 23 remains thick in the recesses on the via holes 17a and 17b in the layer of the carbon nanotubes 22 and is removed in the other regions to expose the upper ends of the carbon nanotubes 22.
Subsequently, the carbon nanotubes 22 are etched by switching the reaction gas introduced into the etching chamber from a fluorocarbon system to an oxygen system. As a result, as shown in FIG. 2G, the side portions of the thick SOG film 23 above the via holes 17a and 17b are exposed.

そのエッチングでは、反応ガスとして例えばOを約200sccm、CFを10〜50sccmの流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を20mTorr〜200mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には100W〜500Wの高周波パワーを印加する。 In the etching, for example, O 2 is introduced as a reaction gas at a flow rate ratio of about 200 sccm and CF 4 at a flow rate ratio of 10 to 50 sccm, and the exhaust amount is adjusted so that the pressure in the etching chamber becomes 20 mTorr to 200 mTorr. . In this case, high frequency power of 100 W to 500 W is applied to the electrodes of the etching chamber.

そのようなエッチング条件では、カーボンナノチューブ22の層の上に部分的に厚く残ったSOG膜23はエッチングマスクとして機能し、その下のカーボンナノチューブ22の長さは実質的に変わらず、その他の領域のカーボンナノチューブ22が短くなる。なお、カーボンナノチューブ22の隙間の僅かなSOGはカーボンナノチューブ22とともにエッチングされる。   Under such an etching condition, the SOG film 23 that remains partially thick on the carbon nanotube 22 layer functions as an etching mask, and the length of the carbon nanotube 22 under the SOG film 23 does not change substantially. The carbon nanotube 22 becomes shorter. Note that the slight SOG in the gap between the carbon nanotubes 22 is etched together with the carbon nanotubes 22.

続いて、図2Hに示すように、エッチングチャンバに導入する反応ガスを酸素系からフロロカーボン系に切り替えてSOG膜23をエッチングする。そのエッチング条件は、図2Fに示したSOG膜23のエッチング条件と同じに設定する。これにより、ビアホール17a、17bの上方のSOG膜23が薄くなる。   Subsequently, as shown in FIG. 2H, the SOG film 23 is etched by switching the reaction gas introduced into the etching chamber from the oxygen system to the fluorocarbon system. The etching conditions are set to be the same as the etching conditions for the SOG film 23 shown in FIG. 2F. As a result, the SOG film 23 above the via holes 17a and 17b becomes thin.

次に、図2Iに示すように、エッチングチャンバに導入する反応ガスをフロロカーボン系から酸素系に切り替えてカーボンナノチューブ22をエッチングし、これによりカーボンナノチューブ22の層の上端の位置を揃える。そのエッチング条件は、図2Gに示したカーボンナノチューブ22のエッチング条件と同じに設定する。   Next, as shown in FIG. 2I, the reaction gas introduced into the etching chamber is switched from the fluorocarbon system to the oxygen system to etch the carbon nanotubes 22, thereby aligning the upper end positions of the layers of the carbon nanotubes 22. The etching conditions are set to be the same as the etching conditions for the carbon nanotube 22 shown in FIG. 2G.

続いて、図2Jに示すように、エッチングチャンバに導入する反応ガスを酸素系からフロロカーボン系に切り替えてSOG膜23をエッチングすることにより、カーボンナノチューブ22の上端の上から除去する。そのエッチング条件は、図2Fに示したエッチング時の条件と同じに設定する。   Subsequently, as shown in FIG. 2J, the reaction gas introduced into the etching chamber is switched from the oxygen system to the fluorocarbon system and the SOG film 23 is etched to remove it from the upper end of the carbon nanotube 22. The etching conditions are set to be the same as the etching conditions shown in FIG. 2F.

次に、図2Kに示すように、エッチングチャンバに導入する反応ガスをフロロカーボン系から酸素系に切り替えて、触媒金属微粒子21又はキャップ絶縁膜18が露出するまでカーボンナノチューブ22をエッチングする。そのエッチング条件は、図2Gに示したエッチング時の条件と同じに設定する。   Next, as shown in FIG. 2K, the reactive gas introduced into the etching chamber is switched from the fluorocarbon system to the oxygen system, and the carbon nanotubes 22 are etched until the catalyst metal fine particles 21 or the cap insulating film 18 are exposed. The etching conditions are set to be the same as the etching conditions shown in FIG. 2G.

これによりビアホール17a、17b内に残されたカーボンナノチューブ22は、上下の配線を接続するためのビア22a、22bとして使用される。なお、キャップ絶縁膜18はSiCHから形成されているので、エッチングチャンバ内に発生する酸素プラズマか
ら第2のLow−k絶縁膜17を遮り、第2のLow−k絶縁膜17のダメージを防止することができる。
As a result, the carbon nanotubes 22 left in the via holes 17a and 17b are used as vias 22a and 22b for connecting the upper and lower wirings. Since the cap insulating film 18 is made of SiCH, the second Low-k insulating film 17 is shielded from oxygen plasma generated in the etching chamber, and damage to the second Low-k insulating film 17 is prevented. be able to.

ところで、上記のエッチングでは、カーボンナノチューブ22とSOG膜23の一方を選択的にエッチングするために、1つのエッチングチャンバ内に導入するガスを酸素系とフロロカーボン系に切り替えている。それらのガスは、図4に示すような性質を利用した条件に設定することが好ましい。
図4は、エッチングチャンバ内に導入するOとフロロカーボンであるCFの流量比率を変えることによるSOG膜とカーボンナノチューブ(CNT)のエッチングレートの変化を示している。
By the way, in the above etching, in order to selectively etch one of the carbon nanotubes 22 and the SOG film 23, the gas introduced into one etching chamber is switched between an oxygen system and a fluorocarbon system. These gases are preferably set to conditions utilizing the properties shown in FIG.
FIG. 4 shows the change in the etching rate of the SOG film and the carbon nanotube (CNT) by changing the flow rate ratio between O 2 introduced into the etching chamber and CF 4 which is fluorocarbon.

図4において、O流量をCF流量に対して少なくし過ぎると、SOG膜23のエッチングレートが高くなり、カーボンナノチューブ22のエッチングレートが低くなる。これに対して、O流量をCF流量に対して多くし過ぎると、SOG膜23のエッチングレートが低くなる一方、カーボンナノチューブ22のエッチングレートが高くなる。 In FIG. 4, if the O 2 flow rate is too small relative to the CF 4 flow rate, the etching rate of the SOG film 23 increases and the etching rate of the carbon nanotubes 22 decreases. On the other hand, if the O 2 flow rate is excessively increased with respect to the CF 4 flow rate, the etching rate of the SOG film 23 is lowered while the etching rate of the carbon nanotubes 22 is raised.

このようにCFに対するOの流量比率を変化させてみると、カーボンナノチューブ22のエッチングレートにピークが存在し、そのピークの流量比率ではSOG膜23のエッチングレートが極めて低くなる。
実験によれば、SOG膜23に対してカーボンナノチューブ22を選択的にエッチングするためには、OとCFの総ガス流量に対するCF流量の比を20流量%以下、例えば20流量%〜5流量%に設定することが望ましく、CFの導入を停止してOだけを導入してもよい。そのようなガス流量比を上記の酸素系ガスとする。
When the flow rate ratio of O 2 to CF 4 is changed in this way, a peak exists in the etching rate of the carbon nanotubes 22, and the etching rate of the SOG film 23 becomes extremely low at the flow rate ratio of the peak.
According to experiments, in order to selectively etch the carbon nanotubes 22 with respect to the SOG film 23, the ratio of the CF 4 flow rate to the total gas flow rate of O 2 and CF 4 is 20 flow% or less, for example, 20 flow% to It is desirable to set the flow rate to 5%, and the introduction of CF 4 may be stopped and only O 2 may be introduced. Such a gas flow ratio is defined as the oxygen-based gas.

これに対して、SOG膜23を選択的にエッチングするためには、OとCFの総ガス流量に対するCF流量の比を20流量%より大きくすることが好ましく、Oの導入を停止してCFだけを導入してもよい。そのようなガス流量比を上記のフロロカーボン系とする。また、O、CFと同時に不活性ガスとして例えばアルゴン(Ar)をエッチングチャンバ内に導入して、CF、O、Arの混合ガスにしてもよい。 On the other hand, in order to selectively etch the SOG film 23, the ratio of the CF 4 flow rate to the total gas flow rate of O 2 and CF 4 is preferably larger than 20 flow%, and the introduction of O 2 is stopped. Thus, only CF 4 may be introduced. Such a gas flow rate ratio is the above-described fluorocarbon system. Also, argon (Ar), for example, may be introduced into the etching chamber as an inert gas simultaneously with O 2 and CF 4 to form a mixed gas of CF 4 , O 2 , and Ar.

なお、CFの他のフロロカーボン、例えばCを使用してもよい。また、SOG膜23を選択的にエッチングする際には、CFにCHF、CH、C、C等のデポガスを混入して、カーボンナノチューブ22に対するエッチング選択比を高くする条件に設定してもよい。 Note that another fluorocarbon such as CF 4 , for example, C 4 F 8 may be used. When the SOG film 23 is selectively etched, CF 4 is mixed with a deposition gas such as CHF 3 , CH 2 F 2 , C 4 F 6 , C 4 F 8, etc. You may set it as the conditions which make high.

次に、キャップ絶縁膜18上の触媒金属微粒子21を例えばプラズマエッチングにより除去する。触媒金属微粒子21のエッチングガスとして例えばCFを含むフロロカーボン系のガスを使用する。その詳細については後述する。 Next, the catalyst metal fine particles 21 on the cap insulating film 18 are removed by, for example, plasma etching. For example, a fluorocarbon-based gas containing CF 4 is used as the etching gas for the catalytic metal fine particles 21. Details thereof will be described later.

次に、図2Lに示すように、キャップ絶縁膜18及びビア22a、22bの上に、第4の層間絶縁膜として第3のLow−k絶縁膜25、ハードマスク層26を例えば約150nm、約30nmの厚さに順に形成する。例えば、第3のLow−k絶縁膜25としてSiOC膜をプラズマCVD法により形成し、さらに、ハードマスク層26としてSiCH膜をプラズマCVD法により形成する。   Next, as shown in FIG. 2L, a third Low-k insulating film 25 and a hard mask layer 26 are formed on the cap insulating film 18 and the vias 22a and 22b as a fourth interlayer insulating film, for example, about 150 nm. They are formed in order to a thickness of 30 nm. For example, a SiOC film is formed as the third Low-k insulating film 25 by a plasma CVD method, and a SiCH film is formed as the hard mask layer 26 by a plasma CVD method.

続いて、図2Mに示すように、ハードマスク層26上に第2のBARC膜27を形成する。第2のBARC膜27として本実施形態では有機系材料を使用するが、無機系材料を使用してもよい。さらに、第2のBARC膜27の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等する。これにより、第1、第2のビア22a、22bの上方を通る配線用開口部28a、28bを有するレジストパターン28を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 2M, a second BARC film 27 is formed on the hard mask layer 26. In this embodiment, an organic material is used as the second BARC film 27, but an inorganic material may be used. Further, a photoresist is applied on the second BARC film 27, and this is exposed, developed, and the like. As a result, a resist pattern 28 having wiring openings 28a and 28b passing over the first and second vias 22a and 22b is formed.

続いて、レジストパターン28をマスクに使用して第2のBARC膜27をエッチングすることにより、ハードマスク層26の一部を配線用開口部28a、28bから露出する。さらに、レジストパターン28をマスクにしてハードマスク層26をエッチングすることにより配線用開口部28a、28bの下にさらに開口部を形成する。
第2のBARC膜27のエッチングは、第1のBARC膜18のエッチングと同じ条件で行われ、また、ハードマスク層26であるSiCH膜のエッチングは、キャップ絶縁膜18のエッチングと同じ条件で行われる。
Subsequently, the second BARC film 27 is etched using the resist pattern 28 as a mask, thereby exposing a part of the hard mask layer 26 from the wiring openings 28a and 28b. Further, by etching the hard mask layer 26 using the resist pattern 28 as a mask, openings are further formed under the wiring openings 28a and 28b.
The etching of the second BARC film 27 is performed under the same conditions as the etching of the first BARC film 18, and the etching of the SiCH film as the hard mask layer 26 is performed under the same conditions as the etching of the cap insulating film 18. Is called.

さらに、レジストパターン28、第2のBARC膜27及びハードマスク層26をマスクにして第3のLow−k絶縁膜25をエッチングする。これにより、図2Nに示すように、レジストパターン28の開口部28a、28bの下に第2配線用溝25a、25bを形成し、その一部からビア22a、22b、即ちカーボンナノチューブ22の上端を露出する。第3のLow−k絶縁膜25のエッチングは、第2のLow−k絶縁膜17のエッチングと同じ条件で行われる。   Further, the third low-k insulating film 25 is etched using the resist pattern 28, the second BARC film 27, and the hard mask layer 26 as a mask. Thereby, as shown in FIG. 2N, second wiring grooves 25a and 25b are formed under the openings 28a and 28b of the resist pattern 28, and vias 22a and 22b, that is, the upper ends of the carbon nanotubes 22 are formed from a part thereof. Exposed. The etching of the third Low-k insulating film 25 is performed under the same conditions as the etching of the second Low-k insulating film 17.

続いて、レジストパターン28及び第2のBARC膜27を除去した後に、図2Oに示すように、第2の配線用溝25a、25bの中にバリアメタル膜29a、銅シード膜(不図示)をスパッタ法により順に形成する。その後に、第2の配線用溝25a、25b内にCu膜29bを形成する。Cu膜29bは、バリアメタル膜29a及び銅シード膜を電極として電解メッキ法により形成される。なお、バリアメタル膜29aとして、例えばTa膜を形成する。   Subsequently, after removing the resist pattern 28 and the second BARC film 27, as shown in FIG. 2O, a barrier metal film 29a and a copper seed film (not shown) are formed in the second wiring grooves 25a and 25b. It forms in order by sputtering method. Thereafter, a Cu film 29b is formed in the second wiring grooves 25a and 25b. The Cu film 29b is formed by electrolytic plating using the barrier metal film 29a and the copper seed film as electrodes. For example, a Ta film is formed as the barrier metal film 29a.

さらに、図2Pに示すように、第3のLow−k絶縁膜25の上面上のCu膜29b、バリアメタル膜29a及びハードマスク層26をCMP法により除去する。これにより第2の配線用溝25a、25b内に残されたCu膜29bを第2層目の配線30a、30bとする。第2層目の配線30a、30bは、ビア22a、22bを介して第1層目の配線15a、15bに電気的に接続される。   Further, as shown in FIG. 2P, the Cu film 29b, the barrier metal film 29a, and the hard mask layer 26 on the upper surface of the third Low-k insulating film 25 are removed by the CMP method. As a result, the Cu film 29b remaining in the second wiring grooves 25a and 25b is used as second-layer wirings 30a and 30b. The second layer wirings 30a and 30b are electrically connected to the first layer wirings 15a and 15b through the vias 22a and 22b.

次に、図3に示すように、第2層目の配線30a、30bと第3のLow−k絶縁膜25の上に第2のバリア絶縁膜31としてSiCH膜を約30nmの厚さに形成する。
その後に、第2層目の配線30a、30bに接続されるビア、配線、絶縁膜等を繰り返して形成することにより、多層配線構造を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, a SiCH film is formed as a second barrier insulating film 31 on the second layer wirings 30a and 30b and the third Low-k insulating film 25 to a thickness of about 30 nm. To do.
After that, by repeatedly forming vias, wirings, insulating films and the like connected to the second layer wirings 30a and 30b, a multilayer wiring structure is formed.

以上説明したように本実施形態によれば、キャップ絶縁膜18の上とビアホール17a、17bの中にカーボンナノチューブ22を形成し、さらに、カーボンナノチューブ22の層の上にSOG膜23を形成している。その後に、SOG膜23をエッチングし、カーボンナノチューブ22を露出するとともにカーボンナノチューブ22の層の凹部にSOG膜23を残し、さらに、SOG膜23をマスクにしてカーボンナノチューブ22をエッチングしている。   As described above, according to the present embodiment, the carbon nanotubes 22 are formed on the cap insulating film 18 and in the via holes 17a and 17b, and the SOG film 23 is further formed on the carbon nanotube 22 layer. Yes. Thereafter, the SOG film 23 is etched to expose the carbon nanotubes 22, leave the SOG film 23 in the recesses of the carbon nanotube 22 layer, and further etch the carbon nanotubes 22 using the SOG film 23 as a mask.

これにより、カーボンナノチューブ22の層の上部に凹凸が発生しても、凹部にSOG膜を残した状態で凸部のカーボンナノチューブ22をエッチングすることによりその層の上端を平坦化することができる。そして、SOG膜23を除去した後に、ドライエッチングによりカーボンナノチューブ22をエッチングしてキャップ絶縁膜18の上面から除去すると、カーボンナノチューブ22がビアホール17a、17b内に選択的に残る。これにより、ビアホール17a、17b内のカーボンナノチューブ22をビア22a、22bとして使用することができる。   Thereby, even if unevenness occurs in the upper part of the layer of the carbon nanotubes 22, the upper end of the layer can be flattened by etching the carbon nanotubes 22 in the protruding parts while leaving the SOG film in the recessed parts. Then, after removing the SOG film 23, the carbon nanotubes 22 are etched from the upper surface of the cap insulating film 18 by dry etching to selectively leave the carbon nanotubes 22 in the via holes 17 a and 17 b. Thereby, the carbon nanotubes 22 in the via holes 17a and 17b can be used as the vias 22a and 22b.

従って、ビアホール17a、17b内にカーボンナノチューブ22を選択的に残すため
の研磨は不要になる。これにより、研磨剤によるLow−k絶縁膜の損傷は発生せず、しかもカーボンナノチューブ22の研磨残渣による層間絶縁膜の損傷も生じない。
Therefore, polishing for selectively leaving the carbon nanotubes 22 in the via holes 17a and 17b becomes unnecessary. As a result, the low-k insulating film is not damaged by the polishing agent, and the interlayer insulating film is not damaged by the polishing residue of the carbon nanotubes 22.

また、カーボンナノチューブ22をその下のキャップ絶縁膜18に対して選択的にエッチングする条件を設定することにより、キャップ絶縁膜18をエッチング終点検出面とすることができ、ビアホール17a、17b内のカーボンナノチューブ22の過剰なエッチングを防止できる。   Further, by setting conditions for selectively etching the carbon nanotubes 22 with respect to the cap insulating film 18 thereunder, the cap insulating film 18 can be used as an etching end point detection surface, and the carbon in the via holes 17a and 17b can be obtained. Excessive etching of the nanotubes 22 can be prevented.

さらに、第2のLow−k絶縁膜17上にキャップ絶縁膜18を形成しているので、カーボンナノチューブ22のエッチャントである酸素プラズマによるLow−k絶縁膜17の損傷を防止することができる。   Furthermore, since the cap insulating film 18 is formed on the second Low-k insulating film 17, damage to the Low-k insulating film 17 due to oxygen plasma that is an etchant of the carbon nanotubes 22 can be prevented.

ところで、上記したキャップ絶縁膜18上の触媒金属微粒子21を除去するために使用するエッチングガスとしてフロロカーボン系ガスであるCFを使用してもよい。また、触媒金属微粒子21のエッチングレートを高くするために、フロロカーボン系のガスに一酸化炭素(CO)を含ませることが好ましい。 Incidentally, CF 4 which is a fluorocarbon-based gas may be used as an etching gas used for removing the catalyst metal fine particles 21 on the cap insulating film 18 described above. In order to increase the etching rate of the catalytic metal fine particles 21, it is preferable to include carbon monoxide (CO) in the fluorocarbon-based gas.

例えば、上記の方法により、図5Aに示すようにシリコン基板1の上方でカーボンナノチューブ22の層の上端の位置を揃え、その後に、図5Bに示すように上記の条件で酸素系ガスを使用してカーボンナノチューブ22をエッチングする。これにより触媒金属粒子21が露出する。そこで、エッチングチャンバ内に導入するガスをフロロカーボン系に切り替え、併せてCOガスを導入する。   For example, by the above method, the upper end of the carbon nanotube 22 layer is aligned above the silicon substrate 1 as shown in FIG. 5A, and then oxygen-based gas is used under the above conditions as shown in FIG. 5B. Then, the carbon nanotubes 22 are etched. Thereby, the catalyst metal particles 21 are exposed. Therefore, the gas introduced into the etching chamber is switched to a fluorocarbon system, and CO gas is also introduced.

例えば、触媒金属粒子21のエッチング条件として、CFを約200sccm、COを100sccm〜400sccmの流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を20mTorr〜200mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバ内の電極には100W〜500Wの高周波のパワーを印加する。 For example, as etching conditions for the catalytic metal particles 21, CF 4 is introduced into the etching chamber at a flow rate ratio of about 200 sccm and CO is flowed at a rate of 100 sccm to 400 sccm, and the exhaust amount is set so that the pressure in the etching chamber is 20 mTorr to 200 mTorr. adjust. In this case, high frequency power of 100 W to 500 W is applied to the electrodes in the etching chamber.

COガスを導入すると、触媒金属粒子21であるCo又はNiがCOと反応して金属カルボニル化合物であるNi(CO)、Co(CO)が生成され、昇華し、触媒金属粒子21のエッチングが促進する。これにより、図5Cに示すように、触媒金属粒子21がキャップ絶縁膜18上から除去される。 When CO gas is introduced, Co or Ni which is the catalytic metal particle 21 reacts with CO to generate Ni (CO) 4 and Co 2 (CO) 8 which are metal carbonyl compounds, which are sublimated, and the catalytic metal particle 21 Etching is accelerated. Thereby, as shown in FIG. 5C, the catalyst metal particles 21 are removed from the cap insulating film 18.

(第2の実施の形態)
図6A〜図6Cは、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図6A〜図6Cは、図1に示した構造のうち第1層間絶縁膜10の上部から上側の構造を示している。
(Second Embodiment)
6A to 6C are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 6A to 6C show structures from the top to the upper side of the first interlayer insulating film 10 in the structure shown in FIG.

まず、図1に示したと同様に、シリコン基板1に形成したN型MOSトランジスタの上にカバー膜9、第1層間絶縁膜10を形成した後に、N型MOSトランジスタのソース/ドレイン領域7、8に接続するコンタクトプラグ11、12を形成する。   First, as shown in FIG. 1, after forming the cover film 9 and the first interlayer insulating film 10 on the N-type MOS transistor formed on the silicon substrate 1, the source / drain regions 7, 8 of the N-type MOS transistor are formed. Contact plugs 11 and 12 are formed to be connected to.

さらに、第1層間絶縁膜10及びコンタクトプラグ11、12の上に第1のLow−k絶縁膜11を形成し、その中にコンタクトプラグ15a、15bに接続する第1層目の配線13a、13bを形成する。その後、第1のLow−k絶縁膜11及び第1層目の配線13a、13bの上に第1のバリア絶縁膜16、第2のLow−k絶縁膜17、キャップ絶縁膜18を順に形成する。その形成方法は、第1実施形態と同様にする。   Further, a first low-k insulating film 11 is formed on the first interlayer insulating film 10 and the contact plugs 11 and 12, and first-layer wirings 13a and 13b connected to the contact plugs 15a and 15b are formed therein. Form. Thereafter, the first barrier insulating film 16, the second Low-k insulating film 17, and the cap insulating film 18 are formed in this order on the first Low-k insulating film 11 and the first-layer wirings 13a and 13b. . The formation method is the same as in the first embodiment.

さらに、図2Bに示す第1実施形態と同様に、第1のバリア絶縁膜16、第2のLow
−k絶縁膜17、キャップ絶縁膜18をパターニングしてビアホール17a、17bを形成する。
次に、図2Cに示す第1実施形態と同様に、ビアホール17a、17bの底の第1層目の配線15a、15bの上面とキャップ絶縁膜18の上面に触媒金属粒子21を形成した後に、図2Dに示すようにそれらの面の上にカーボンナノチューブ22を形成する。
Further, as in the first embodiment shown in FIG. 2B, the first barrier insulating film 16 and the second Low
-K insulating film 17 and cap insulating film 18 are patterned to form via holes 17a and 17b.
Next, similarly to the first embodiment shown in FIG. 2C, after forming the catalytic metal particles 21 on the upper surfaces of the first-layer wirings 15a and 15b at the bottom of the via holes 17a and 17b and the upper surface of the cap insulating film 18, Carbon nanotubes 22 are formed on those surfaces as shown in FIG. 2D.

次に、図6Aに示すように、カーボンナノチューブ22の層の上に、塗布系有機膜としてフォトレジスト膜32を形成する。フォトレジスト膜32の形成方法として、例えば、ノボラック系樹脂等のフォトレジストをスピンコーティング法により塗布し、その上面を平坦化する。さらに、フォトレジスト膜32を例えば約300℃でベークして硬化させる。
なお、フォトレジスト膜32の代わりにポリイミド等の樹脂膜を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 6A, a photoresist film 32 is formed as a coating-based organic film on the carbon nanotube 22 layer. As a method of forming the photoresist film 32, for example, a photoresist such as a novolac resin is applied by a spin coating method, and the upper surface thereof is flattened. Further, the photoresist film 32 is baked and cured at about 300 ° C., for example.
In place of the photoresist film 32, a resin film such as polyimide may be formed.

フォトレジスト膜32の厚さを、例えばカーボンナノチューブ22の上の最も薄い領域で約300nmとする。フォトレジスト膜32の一部は、カーボンナノチューブ22の隙間の上部に入り込んだ状態となる。
次に、シリコン基板1を例えばプラズマエッチング装置のエッチングチャンバに入れ、図6B、図6Cに示すように、フォトレジスト膜32とカーボンナノチューブ22をキャップ絶縁膜18又は触媒金属21が露出するまでエッチングする。フォトレジスト膜32とカーボンナノチューブ22のエッチングは同じ条件で連続して行ってもよいが、エッチング選択性、エッチング速度等の優位性を確保するために、以下のように変えることが好ましい。
For example, the thickness of the photoresist film 32 is set to about 300 nm in the thinnest region on the carbon nanotube 22. A part of the photoresist film 32 enters a state above the gap between the carbon nanotubes 22.
Next, the silicon substrate 1 is put into an etching chamber of a plasma etching apparatus, for example, and the photoresist film 32 and the carbon nanotube 22 are etched until the cap insulating film 18 or the catalytic metal 21 is exposed as shown in FIGS. 6B and 6C. . Etching of the photoresist film 32 and the carbon nanotube 22 may be performed continuously under the same conditions, but in order to ensure superiority in etching selectivity, etching rate, etc., it is preferable to change as follows.

まず、図6Bに示すように、カーボンナノチューブ22が露出するまでフォトレジスト膜32をエッチングする。そのエッチング条件は、反応ガスとして例えばOを200sccmの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を50mTorr〜200mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には200W〜500Wの高周波パワーを印加する。 First, as shown in FIG. 6B, the photoresist film 32 is etched until the carbon nanotubes 22 are exposed. As the etching conditions, for example, O 2 is introduced as a reactive gas into the etching chamber at a flow rate of 200 sccm, and the exhaust amount is adjusted so that the pressure in the etching chamber becomes 50 mTorr to 200 mTorr. In this case, high frequency power of 200 W to 500 W is applied to the electrodes of the etching chamber.

続いて、カーボンナノチューブ22の層の凹部にフォトレジスト膜32が残った状態で、図6Cに示すようにフォトレジスト膜32が無くなるまでカーボンナノチューブ22及びフォトレジスト膜32を同時にエッチングする。これにより、ビアホール17a、17bの上方でカーボンナノチューブ22の上端が平坦化する。   Subsequently, the carbon nanotubes 22 and the photoresist film 32 are simultaneously etched until the photoresist film 32 disappears, as shown in FIG. 6C, with the photoresist film 32 remaining in the concave portion of the layer of the carbon nanotubes 22. Thereby, the upper end of the carbon nanotube 22 is flattened above the via holes 17a and 17b.

その条件として、反応ガスとして例えばOを200sccm、CFを100sccm〜400sccmの流量の割合でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を50mTorr〜100mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には200W〜500Wの高周波パワーを印加する。ここで、フロロカーボンであるCFを添加した理由は、図4に示す結果から導かれる。 As the conditions, for example, O 2 is introduced as a reaction gas at a rate of 200 sccm and CF 4 is introduced into the etching chamber at a flow rate of 100 sccm to 400 sccm, and the exhaust amount is adjusted so that the pressure in the etching chamber is 50 mTorr to 100 mTorr. . In this case, high frequency power of 200 W to 500 W is applied to the electrodes of the etching chamber. Here, the reason why CF 4 which is a fluorocarbon is added is derived from the result shown in FIG.

その後に、キャップ絶縁膜18に対してカーボンナノチューブ22のエッチング選択性を高くするためにエッチング条件を変え、図2Kに示したと同様に、キャップ絶縁膜18上のカーボンナノチューブ22をエッチングする。そのエッチング条件は、第1実施形態と同様に設定する。   Thereafter, the etching conditions are changed to increase the etching selectivity of the carbon nanotubes 22 with respect to the cap insulating film 18, and the carbon nanotubes 22 on the cap insulating film 18 are etched in the same manner as shown in FIG. 2K. The etching conditions are set in the same manner as in the first embodiment.

これにより、ビアホール17a、17b内に選択的に残されたカーボンナノチューブ22をビア22a、22bとする。なお、キャップ絶縁膜18は、エッチングチャンバ内に発生する酸素プラズマによる第2のLow−k絶縁膜17の損傷を防止することができる。   Thus, the carbon nanotubes 22 left selectively in the via holes 17a and 17b are defined as vias 22a and 22b. Note that the cap insulating film 18 can prevent damage to the second low-k insulating film 17 due to oxygen plasma generated in the etching chamber.

次に、第1実施形態に示したと同様に、キャップ絶縁膜18上の触媒金属微粒子21を除去する。その後に、第1実施形態に示した方法により、第3のLow−k絶縁膜25、ハードマスク層26等を形成する。さらに、第1実施形態と同様な方法により図3に示したと同様に、ビア22a、22bに接続される第2層目の配線30a、30bを第3のLow−k絶縁膜25内に形成する。   Next, as in the first embodiment, the catalyst metal fine particles 21 on the cap insulating film 18 are removed. Thereafter, the third low-k insulating film 25, the hard mask layer 26, and the like are formed by the method described in the first embodiment. Further, the second layer wirings 30a and 30b connected to the vias 22a and 22b are formed in the third Low-k insulating film 25 by the same method as in the first embodiment, as shown in FIG. .

以上説明したように本実施形態によれば、キャップ絶縁膜18の上とその中のビアホール17a、17bの中にカーボンナノチューブ22を形成した後に、カーボンナノチューブ22の上にフォトレジスト膜32を形成し、その上面を平坦にしている。
フォトレジスト膜32は有機材料から形成されているので、条件を調整することにより、酸素系ガスを使用してフォトレジスト膜32とカーボンナノチューブ22をほぼ同じエッチングレートでエッチングすることができる。
As described above, according to the present embodiment, after the carbon nanotube 22 is formed on the cap insulating film 18 and in the via holes 17a and 17b therein, the photoresist film 32 is formed on the carbon nanotube 22. The upper surface is made flat.
Since the photoresist film 32 is formed of an organic material, the photoresist film 32 and the carbon nanotube 22 can be etched at substantially the same etching rate by using an oxygen-based gas by adjusting the conditions.

これにより、キャップ絶縁膜18の上面上のカーボンナノチューブ22を除去した時点でビアホール17a、17bの中にカーボンナノチューブ22をビア22a、22bとして残すことができる。   Thereby, when the carbon nanotubes 22 on the upper surface of the cap insulating film 18 are removed, the carbon nanotubes 22 can be left as the vias 22a and 22b in the via holes 17a and 17b.

従って、カーボンナノチューブ22をビアホール17a、17b内に選択的に残すための研磨工程は不要であり、研磨剤がビアホール17a、17bに侵入して第2のLow−k絶縁膜17にダメージを与えることはない。また、カーボンナノチューブ22をドライエッチングしているのでカーボンナノチューブの残渣によって層間絶縁膜の表面を傷つけることはない。しかも、カーボンナノチューブ22をその下の第1のハードマスク絶縁膜18に対して選択的にエッチングする条件を設定することにより、第1のハードマスク絶縁膜18の露出をエッチング終点検出面とすることができ、過剰なエッチングを防止できる。   Therefore, a polishing step for selectively leaving the carbon nanotubes 22 in the via holes 17a and 17b is unnecessary, and the abrasive enters the via holes 17a and 17b and damages the second Low-k insulating film 17. There is no. Further, since the carbon nanotubes 22 are dry-etched, the surface of the interlayer insulating film is not damaged by the carbon nanotube residues. In addition, by setting conditions for selectively etching the carbon nanotubes 22 with respect to the first hard mask insulating film 18 thereunder, the exposure of the first hard mask insulating film 18 is used as an etching end point detection surface. And excessive etching can be prevented.

(第3の実施の形態)
図7A〜図7Fは、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図7A〜図7Fは、図1に示した構造のうち第1層間絶縁膜10の上部から上側の構造を示している。
(Third embodiment)
7A to 7F are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 7A to 7F show structures on the upper side of the first interlayer insulating film 10 in the structure shown in FIG.

まず、図1に示した第1実施形態と同様に、シリコン基板1上でN型MOSトランジスタを覆うカバー膜9、第1層間絶縁膜10を成膜した後、N型MOSトランジスタのソース/ドレイン領域7、8に接続するコンタクトプラグ11、12を形成する。   First, similarly to the first embodiment shown in FIG. 1, after forming a cover film 9 and a first interlayer insulating film 10 covering the N-type MOS transistor on the silicon substrate 1, the source / drain of the N-type MOS transistor is formed. Contact plugs 11 and 12 connected to the regions 7 and 8 are formed.

さらに、第1層間絶縁膜10及びコンタクトプラグ11、12の上に第1のLow−k絶縁膜13を形成し、その中にコンタクトプラグ11、12に接続する第1層目の配線15a、15bを形成する。その後、第1のLow−k絶縁膜11及び第1層目の配線15a、15bの上に第1のバリア絶縁膜16、第2のLow−k絶縁膜17、キャップ絶縁膜18を順に形成する。   Further, a first low-k insulating film 13 is formed on the first interlayer insulating film 10 and the contact plugs 11 and 12, and first-layer wirings 15a and 15b connected to the contact plugs 11 and 12 are formed therein. Form. Thereafter, the first barrier insulating film 16, the second Low-k insulating film 17, and the cap insulating film 18 are formed in this order on the first Low-k insulating film 11 and the first-layer wirings 15a and 15b. .

さらに、図2Bに示した第1実施形態と同様に、第1のバリア絶縁膜16、第2のLow−k絶縁膜17及びキャップ絶縁膜18をパターニングしてビアホール17a、17bを形成する。
次に、図7Aに示すように、ビアホール17a、17bの底の第1層目の配線15a、15bの上面とキャップ絶縁膜18の上面に触媒金属粒子21を形成する。触媒金属粒子21は、例えば第1実施形態に示した方法により形成する。
Further, similarly to the first embodiment shown in FIG. 2B, the first barrier insulating film 16, the second low-k insulating film 17, and the cap insulating film 18 are patterned to form via holes 17a and 17b.
Next, as shown in FIG. 7A, catalytic metal particles 21 are formed on the upper surfaces of the first-layer wirings 15 a and 15 b at the bottom of the via holes 17 a and 17 b and the upper surface of the cap insulating film 18. The catalytic metal particles 21 are formed by, for example, the method shown in the first embodiment.

続いて、図7Bに示すように、プラズマエッチング装置、例えば容量結合型プラズマエ
ッチング装置のエッチングチャンバ内にシリコン基板1を入れ、フロロカーボン系ガスを用いてキャップ絶縁膜18の上面から触媒金属粒子21を除去する。この場合、ビアホール17a、17bの底に触媒金属粒子21を次の条件により選択的に残す。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, the silicon substrate 1 is placed in an etching chamber of a plasma etching apparatus, for example, a capacitively coupled plasma etching apparatus, and catalytic metal particles 21 are removed from the upper surface of the cap insulating film 18 using a fluorocarbon-based gas. Remove. In this case, the catalytic metal particles 21 are selectively left on the bottoms of the via holes 17a and 17b under the following conditions.

その条件として、例えばフロロカーボンであるCFを約200sccm、COを100sccm〜400sccmのような流量比率でエッチングチャンバ内に導入する。この場合、エッチングチャンバ内の圧力を200mTorr以上、例えば200mTorr〜300mTorrに設定する。さらに、エッチングチャンバの電極には100W〜500Wの高周波のパワーを印加する。 As the conditions, for example, CF 4 which is fluorocarbon is introduced into the etching chamber at a flow rate ratio of about 200 sccm and CO at 100 sccm to 400 sccm. In this case, the pressure in the etching chamber is set to 200 mTorr or more, for example, 200 mTorr to 300 mTorr. Further, high frequency power of 100 W to 500 W is applied to the electrodes of the etching chamber.

次に、図7Cに示すように、ビアホール17a、17b内において、触媒金属粒子21が残された第1層目の配線15a、15bの上に選択的にカーボンナノチューブ22をCVD法により形成する。カーボンナノチューブ22は、例えば第1実施形態に示した条件に設定することより、ビアホール17a、17bから上方にはみ出る長さに形成される。   Next, as shown in FIG. 7C, carbon nanotubes 22 are selectively formed by CVD in the via holes 17a and 17b on the first-layer wirings 15a and 15b where the catalytic metal particles 21 remain. The carbon nanotubes 22 are formed to have a length that protrudes upward from the via holes 17a and 17b by setting, for example, the conditions shown in the first embodiment.

続いて、図7Dに示すように、カーボンナノチューブ22及びキャップ絶縁膜18の上に、SOG膜23を第1実施形態に示したと同じ方法、条件で、カーボンナノチューブ22を覆う厚さ、例えば300nmに形成する。
さらに、図7Eに示すように、フロロカーボン系ガスを使用してSOG膜23をプラズマエッチング法によりエッチングし、カーボンナノチューブ22の上部を露出させる。
Subsequently, as shown in FIG. 7D, the SOG film 23 is formed on the carbon nanotubes 22 and the cap insulating film 18 with the same method and conditions as in the first embodiment so as to cover the carbon nanotubes 22 with a thickness of, for example, 300 nm. Form.
Further, as shown in FIG. 7E, the SOG film 23 is etched by a plasma etching method using a fluorocarbon-based gas to expose the upper part of the carbon nanotubes 22.

SOG膜23のエッチングでは、反応ガスとしてフロロカーボン系ガス、例えばCFを100sccm〜200sccmの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を20mTorr〜200mTorrに調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には100W〜500Wの高周波パワーを印加する。 In the etching of the SOG film 23, a fluorocarbon gas such as CF 4 as a reaction gas is introduced into the etching chamber at a flow rate of 100 sccm to 200 sccm, and the pressure in the etching chamber is adjusted to 20 mTorr to 200 mTorr. In this case, high frequency power of 100 W to 500 W is applied to the electrodes of the etching chamber.

次に、エッチングチャンバに導入する反応ガスをフロロカーボン系から酸素系に切り替えてカーボンナノチューブ22をエッチングする。これにより、図7Fに示すように、カーボンナノチューブ22をビアホール17a、17bと同じ高さ又はそれより低くなるように調整し、ビア22a、22bとして使用する。   Next, the carbon nanotubes 22 are etched by switching the reaction gas introduced into the etching chamber from the fluorocarbon system to the oxygen system. As a result, as shown in FIG. 7F, the carbon nanotubes 22 are adjusted to the same height as or lower than the via holes 17a and 17b, and used as the vias 22a and 22b.

そのエッチングでは、反応ガスとして例えばOを約200sccm、CFを10sccm〜50sccmの流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を20mTorr〜200mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には100W〜500Wの高周波パワーを印加する。 In the etching, for example, O 2 is introduced as a reaction gas at a flow rate ratio of about 200 sccm and CF 4 at a flow rate ratio of 10 sccm to 50 sccm, and the exhaust amount is adjusted so that the pressure in the etching chamber is 20 mTorr to 200 mTorr. . In this case, high frequency power of 100 W to 500 W is applied to the electrodes of the etching chamber.

続いて、エッチングガスを酸素系からフロロカーボン系に切り替えてSOG膜23を選択的にエッチングしてキャップ絶縁膜18の上面を露出させる。これにより、第1実施形態の図2Kに示したと同じようにキャップ絶縁膜18の上面が露出する。そのエッチング条件は、例えば図7Eに示したSOG膜23のエッチングと同じ条件とする。   Subsequently, the etching gas is switched from an oxygen system to a fluorocarbon system, and the SOG film 23 is selectively etched to expose the upper surface of the cap insulating film 18. As a result, the upper surface of the cap insulating film 18 is exposed in the same manner as shown in FIG. 2K of the first embodiment. The etching conditions are the same as the etching of the SOG film 23 shown in FIG. 7E, for example.

次に、第1実施形態に示したと同様に、キャップ絶縁膜18上の触媒金属微粒子21を除去する。その後に、第1実施形態に示した方法により、第3のLow−k絶縁膜25、ハードマスク層26等を形成する。さらに、第1実施形態と同様な方法により図3に示すように、ビア22a、22bに接続される第2層目の配線30a、30bを第3のLow−k絶縁膜25内に形成する。   Next, as in the first embodiment, the catalyst metal fine particles 21 on the cap insulating film 18 are removed. Thereafter, the third low-k insulating film 25, the hard mask layer 26, and the like are formed by the method described in the first embodiment. Further, as shown in FIG. 3, second layer wirings 30 a and 30 b connected to the vias 22 a and 22 b are formed in the third Low-k insulating film 25 by the same method as in the first embodiment.

以上のように本実施形態によれば、触媒金属粒子21をフロロカーボンガスを使用し、200mTorr以上の圧力下でエッチングすることにより、キャップ絶縁膜18中のビ
アホール17a、17b内に触媒金属粒子21を選択的に残している。そして、ビアホール17a、17b内にカーボンナノチューブ22を形成し、さらにカーボンナノチューブ22上にSOG膜23を形成している。ついで、SOG膜23、カーボンナノチューブ22を交互にエッチングし、カーボンナノチューブ22のうちビアホール17a、17bからはみ出した部分をエッチングする。これにより、ビアホール17a、17bの中に残されたカーボンナノチューブ22をビア22a、22bとして適用する。
As described above, according to the present embodiment, the catalytic metal particles 21 are etched in the via holes 17a and 17b in the cap insulating film 18 by etching the catalytic metal particles 21 using a fluorocarbon gas under a pressure of 200 mTorr or more. Leave selectively. Then, carbon nanotubes 22 are formed in the via holes 17 a and 17 b, and an SOG film 23 is formed on the carbon nanotubes 22. Next, the SOG films 23 and the carbon nanotubes 22 are alternately etched, and portions of the carbon nanotubes 22 that protrude from the via holes 17a and 17b are etched. As a result, the carbon nanotubes 22 left in the via holes 17a and 17b are applied as the vias 22a and 22b.

従って、カーボンナノチューブ22をビアホール17a、17b内に残すためのCMP処理は不要であり、研磨剤侵入による第3のLow−k絶縁膜17の劣化が生じない。しかも、カーボンナノチューブ22の長さを調整するためのエッチングの際に、キャップ絶縁膜18をSOG膜23により保護しているので、キャップ絶縁膜18の損傷を防止することができる。
なお、本実施形態において、SOG膜23の代わりに、第2実施形態で示したように有機絶縁膜を使用してもよい。
Accordingly, the CMP process for leaving the carbon nanotubes 22 in the via holes 17a and 17b is unnecessary, and the third Low-k insulating film 17 is not deteriorated due to the penetration of the abrasive. In addition, since the cap insulating film 18 is protected by the SOG film 23 during the etching for adjusting the length of the carbon nanotubes 22, damage to the cap insulating film 18 can be prevented.
In the present embodiment, an organic insulating film may be used instead of the SOG film 23 as shown in the second embodiment.

(第4の実施の形態)
図8A〜図8Oは、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、図8A〜図8Oは、図1に示した第1層間絶縁膜10の上部から上側の構造を示している。
(Fourth embodiment)
8A to 8O are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. 8A to 8O show the structure from the top to the top of the first interlayer insulating film 10 shown in FIG.

まず、図1に示した第1実施形態と同様に、シリコン基板1に形成したN型MOSトランジスタの上にカバー膜9、第1層間絶縁膜10を形成した後に、N型MOSトランジスタのソース/ドレイン領域7、8に接続するコンタクトプラグ11、12を形成する。   First, similarly to the first embodiment shown in FIG. 1, after forming the cover film 9 and the first interlayer insulating film 10 on the N-type MOS transistor formed on the silicon substrate 1, the source / source of the N-type MOS transistor is formed. Contact plugs 11 and 12 connected to the drain regions 7 and 8 are formed.

さらに、第1層間絶縁膜10及びコンタクトプラグ11、12の上に第1のLow−k絶縁膜11を形成し、その中に第1層目の配線13a、13bを形成する。その後、第1のLow−k絶縁膜11及び第1層目の配線13a、13bの上に第1のバリア絶縁膜16、第2のLow−k絶縁膜17を形成する。なお、第2のLow−k膜17の厚さを例えば約250nmとする。   Further, a first low-k insulating film 11 is formed on the first interlayer insulating film 10 and the contact plugs 11 and 12, and first-layer wirings 13a and 13b are formed therein. Thereafter, a first barrier insulating film 16 and a second Low-k insulating film 17 are formed on the first Low-k insulating film 11 and the first-layer wirings 13a and 13b. Note that the thickness of the second Low-k film 17 is, for example, about 250 nm.

次に、図8Aに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、第2のLow−k絶縁膜17の上に第1、第2のハードマスク層41、42を順に形成する。第1のハードマスク層41としてシリコン酸化膜をプラズマCVD法により例えば約50nmの厚さに形成し、第2のハードマスク層42としてシリコン窒化膜をプラズマCVD法により例えば約30nmの厚さに形成する。
Next, steps required until a structure shown in FIG. 8A is formed will be described.
First, first and second hard mask layers 41 and 42 are sequentially formed on the second low-k insulating film 17. A silicon oxide film is formed as the first hard mask layer 41 to a thickness of about 50 nm by plasma CVD, and a silicon nitride film is formed as the second hard mask layer 42 to a thickness of about 30 nm by plasma CVD. To do.

続いて、第2のハードマスク層42上に第1のBARC膜40を形成する。第1のBARC膜40として例えば有機系膜を形成する。さらに、第1のBARC膜40上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等する。これにより、第1層目の配線15bの一部の上方にホール形成用の開口部43aを有するレジストパターン43を形成する。
さらに、レジストパターン43をマスクにして第1のBARC膜40をエッチングし、これにより開口部43aから第2のハードマスク層42の一部を露出させる。
Subsequently, a first BARC film 40 is formed on the second hard mask layer 42. For example, an organic film is formed as the first BARC film 40. Further, a photoresist is applied on the first BARC film 40, and this is exposed, developed, and the like. Thus, a resist pattern 43 having a hole forming opening 43a is formed above a part of the first layer wiring 15b.
Further, the first BARC film 40 is etched using the resist pattern 43 as a mask, thereby exposing a part of the second hard mask layer 42 from the opening 43a.

次に、図8Bに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、レジストパターン43及び第1のBARC膜40をマスクに使用して、フッ素系ガスを使用するRIE法により第1、第2のハードマスク層41、42をエッチングして開口部42aをする。
Next, steps required until a structure shown in FIG. 8B is formed will be described.
First, using the resist pattern 43 and the first BARC film 40 as a mask, the first and second hard mask layers 41 and 42 are etched by the RIE method using a fluorine-based gas to form openings 42a.

さらに、レジストパターン43、第2のハードマスク層41をマスクに使用し、第2のLow−k絶縁膜17をプラズマエッチング法によりエッチングしてビアホール17cを
形成する。
Further, using the resist pattern 43 and the second hard mask layer 41 as a mask, the second low-k insulating film 17 is etched by plasma etching to form a via hole 17c.

そのエッチング条件として、例えば、反応ガスとしてCを15sccm〜30sccm、Oを10sccm、Arを200sccmの流量の割合でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を30mTorr〜100mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には約1000Wの高周波パワーを印加する。
その後に、レジストパターン43及び第1のBARC膜40を除去する。
As the etching conditions, for example, C 4 F 6 as a reactive gas is introduced into the etching chamber at a rate of 15 sccm to 30 sccm, O 2 is 10 sccm, and Ar is 200 sccm, and the pressure in the etching chamber is set to 30 mTorr to 100 mTorr. Adjust the displacement so that In this case, a high frequency power of about 1000 W is applied to the electrodes of the etching chamber.
Thereafter, the resist pattern 43 and the first BARC film 40 are removed.

次に、ビアホール17c内と第2のハードマスク層42上に樹脂膜44、例えばフォトレジスト、ポリイミド等の膜を形成する。樹脂膜44はビアホール17cを完全に埋め込む厚さに形成される。
その後に、図8Cに示すように、例えば酸素含有ガスを用いてプラズマエッチング法により樹脂膜44をエッチバックし、第2のハードマスク層42上から除去するとともにビアホール17c内に残す。
Next, a resin film 44, for example, a film of photoresist, polyimide, or the like is formed in the via hole 17c and on the second hard mask layer. The resin film 44 is formed to a thickness that completely fills the via hole 17c.
Thereafter, as shown in FIG. 8C, the resin film 44 is etched back by a plasma etching method using an oxygen-containing gas, for example, and removed from the second hard mask layer 42 and left in the via hole 17c.

次に、図8Dに示すように、樹脂膜44及び第2のハードマスク層42の上に第2のBARC膜45を形成する。その後に、第2のBARC膜45上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等することにより、ビアホール17cの上方を通る配線形状の開口部46aを有するレジストパターン46を形成する。   Next, as shown in FIG. 8D, a second BARC film 45 is formed on the resin film 44 and the second hard mask layer 42. Thereafter, a photoresist is applied onto the second BARC film 45, and this is exposed, developed, and the like, thereby forming a resist pattern 46 having a wiring-shaped opening 46a passing over the via hole 17c.

次に、図8Eに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、レジストパターン46をマスクにして第2のBARC膜45をエッチングして開口部46aの下に配線形状の開口部45aを形成する。さらに、レジストパターン46をマスクにして、開口部46a、45aを通して第2のハードマスク層42をプラズマエッチング法、RIE法等によりエッチングする。これにより、第2のハードマスク層42に配線形状の開口部42aを形成する。
Next, steps required until a structure shown in FIG.
First, the second BARC film 45 is etched using the resist pattern 46 as a mask to form a wiring-shaped opening 45a under the opening 46a. Further, using the resist pattern 46 as a mask, the second hard mask layer 42 is etched by plasma etching, RIE, or the like through the openings 46a and 45a. As a result, a wiring-shaped opening 42 a is formed in the second hard mask layer 42.

続いて、図8Fに示すように、例えば酸素含有ガスを用いるプラズマエッチング法により、レジストパターン46及び第2のBARC膜45を除去するとともにビアホール17c内の樹脂膜44を除去する。
さらに、図8Gに示すように、ビアホール17cと第2のハードマスク層42の開口部42aを通してSiCHの第1のバリア絶縁膜16をプラズマエッチング法によりエッチングし、これにより第1層目の配線15bを露出させる。
Subsequently, as shown in FIG. 8F, the resist pattern 46 and the second BARC film 45 are removed and the resin film 44 in the via hole 17c is removed by a plasma etching method using an oxygen-containing gas, for example.
Further, as shown in FIG. 8G, the first barrier insulating film 16 made of SiCH is etched by the plasma etching method through the via hole 17c and the opening 42a of the second hard mask layer 42, whereby the first layer wiring 15b. To expose.

そのエッチング条件として、例えば、CHを約30sccm、Oを約10sccm、Nを約50sccmのような流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を約20mTorrに設定する。この場合、エッチングチャンバの電極には約300Wの高周波のパワーを印加する。
そのエッチング条件では、SiOの第1のハードマスク層41の上層部もエッチングされる。
As the etching conditions, for example, CH 2 F 2 is introduced into the etching chamber at a flow rate ratio of about 30 sccm, O 2 is about 10 sccm, N 2 is about 50 sccm, and the pressure in the etching chamber is set to about 20 mTorr. To do. In this case, a high frequency power of about 300 W is applied to the electrodes of the etching chamber.
Under the etching conditions, the upper layer portion of the first hard mask layer 41 made of SiO 2 is also etched.

次に、図8Hに示すように、ビアホール17cの底の第1層目の配線15bの上と第1、第2のハードマスク層41、42の上に触媒金属46を形成する。触媒金属微粒子46の形成方法、形成条件として、第1実施形態の触媒金属粒子21の形成条件と同じに設定する。   Next, as shown in FIG. 8H, a catalytic metal 46 is formed on the first-layer wiring 15b at the bottom of the via hole 17c and on the first and second hard mask layers 41,. The formation method and formation conditions of the catalyst metal fine particles 46 are set to be the same as the formation conditions of the catalyst metal particles 21 of the first embodiment.

次に、図8Iに示すように、プラズマエッチング装置、例えば容量結合型プラズマエッチング装置のエッチングチャンバ内にシリコン基板1を入れ、第1、第2のハードマスク層41、42の上面から触媒金属46を選択的に除去する。これにより、触媒金属46を
ビアホール17cの底に残す。
Next, as shown in FIG. 8I, the silicon substrate 1 is placed in an etching chamber of a plasma etching apparatus, for example, a capacitively coupled plasma etching apparatus, and the catalytic metal 46 is formed from the upper surfaces of the first and second hard mask layers 41 and 42. Is selectively removed. This leaves the catalyst metal 46 at the bottom of the via hole 17c.

そのエッチング条件として、例えばCFを約200sccm、CO約100sccm〜400sccmのような流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を200mTorr以上、例えば200mTorr〜300mTorrに設定する。この場合、エッチングチャンバの電極には100W〜400Wの高周波のパワーを印加する。 As the etching conditions, for example, CF 4 is introduced into the etching chamber at a flow rate ratio of about 200 sccm and CO about 100 sccm to 400 sccm, and the pressure in the etching chamber is set to 200 mTorr or more, for example, 200 mTorr to 300 mTorr. In this case, high frequency power of 100 W to 400 W is applied to the electrodes of the etching chamber.

次に、図8Jに示すように、ビアホール17c内において触媒金属46が残された第1層目の配線15a、15bの上にカーボンナノチューブ47をCVD法により形成する。カーボンナノチューブ47は、例えば第3実施形態に示した形成条件に設定することにより、ビアホール17cの深さに等しい長さ、或いはビアホール17cの上方にはみ出る長さに形成される。
なお、第3実施形態の図7A〜図7Cに示した方法を採用することより、カーボンナノチューブ47を例えばビアホール17cの深さにほぼ等しい長さに形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 8J, carbon nanotubes 47 are formed by CVD on the first layer wirings 15a and 15b in which the catalyst metal 46 is left in the via hole 17c. For example, the carbon nanotube 47 is formed to have a length equal to the depth of the via hole 17c or a length protruding above the via hole 17c by setting the formation conditions shown in the third embodiment.
Note that the carbon nanotube 47 may be formed to have a length substantially equal to the depth of the via hole 17c, for example, by employing the method shown in FIGS. 7A to 7C of the third embodiment.

続いて、図8Kに示すように、酸素系ガスを使用してプラズマエッチング法によりカーボンナノチューブ47をエッチングすることにより、その上端を第2のLow−k絶縁膜17の上面よりも低い位置にする。これによりビアホール17c内に残されたカーボンナノチューブ47をビア47aとする。   Subsequently, as shown in FIG. 8K, the carbon nanotube 47 is etched by a plasma etching method using an oxygen-based gas, so that the upper end of the carbon nanotube 47 is positioned lower than the upper surface of the second Low-k insulating film 17. . As a result, the carbon nanotube 47 left in the via hole 17c is defined as a via 47a.

そのエッチング条件として、例えばOを約200sccm、CFを10msccm〜50sccmとなる流量比率でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を20mTorr〜200mTorrに設定する。この場合、エッチングチャンバの電極には100〜500Wの高周波のパワーを印加する。 As the etching conditions, for example, O 2 is introduced into the etching chamber at a flow rate ratio of about 200 sccm and CF 4 is 10 to 50 sccm, and the pressure in the etching chamber is set to 20 to 200 mTorr. In this case, high-frequency power of 100 to 500 W is applied to the electrodes of the etching chamber.

さらに、図8Lに示すように、第2のハードマスク層42の開口部42aを通して第1のハードマスク層41をエッチングする。これにより、第1のハードマスク層41に配線用の開口部41aを形成する。第2のハードマスク層41であるシリコン酸化膜は、例えばCFを有するガスを用いてプラズマエッチング法、RIE法等によりエッチングされる。
ここで、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜のエッチング選択比が小さい条件にすることにより、第2のハードマスク層42を除去する。
Further, as shown in FIG. 8L, the first hard mask layer 41 is etched through the opening 42 a of the second hard mask layer 42. Thereby, an opening 41a for wiring is formed in the first hard mask layer 41. The silicon oxide film that is the second hard mask layer 41 is etched by a plasma etching method, an RIE method, or the like using, for example, a gas containing CF 4 .
Here, the second hard mask layer 42 is removed by setting the etching selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film to be small.

次に、図8Mに示すように、第1のハードマスク層41の開口部41aを通して第2のLow−k絶縁膜17の上部をプラズマエッチング法によりエッチングすることにより第2配線用溝17dを形成するとともに、ビアホール17cを浅くする。第1のハードマスク層41の第2配線用溝17dの深さは、その底面がビア47aの上端とほぼ一致する量とする。   Next, as shown in FIG. 8M, the second wiring groove 17d is formed by etching the upper portion of the second low-k insulating film 17 through the opening 41a of the first hard mask layer 41 by plasma etching. At the same time, the via hole 17c is made shallower. The depth of the second wiring groove 17d of the first hard mask layer 41 is set such that the bottom surface thereof substantially coincides with the upper end of the via 47a.

そのエッチング条件として、例えば、反応ガスとしてCを15sccm〜30sccm、Oを10sccm、Arを200sccmの流量の割合でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を30mTorr〜100mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には約1000Wの高周波パワーを印加する。
この条件によれば、第1のハードマスク層41であるシリコン酸化膜に対して第2のLow−k絶縁膜17のエッチング選択比が高くなる。
As the etching conditions, for example, C 4 F 6 as a reactive gas is introduced into the etching chamber at a rate of 15 sccm to 30 sccm, O 2 is 10 sccm, and Ar is 200 sccm, and the pressure in the etching chamber is set to 30 mTorr to 100 mTorr. Adjust the displacement so that In this case, a high frequency power of about 1000 W is applied to the electrodes of the etching chamber.
According to this condition, the etching selectivity of the second low-k insulating film 17 with respect to the silicon oxide film that is the first hard mask layer 41 is increased.

次に、図8Nに示すように、第2配線用溝17dの中でビア47aに接続するTa等のバリアメタル膜48aとCuシード膜(不図示)をスパッタ法により順に形成する。その
後に、バリアメタル膜48a及び銅シード膜を電極としてその上に銅膜48bを電解メッキ法により形成する。これにより、第2配線用溝17d内にCu膜48bを埋め込む。
Next, as shown in FIG. 8N, a barrier metal film 48a such as Ta and a Cu seed film (not shown) connected to the via 47a in the second wiring groove 17d are sequentially formed by sputtering. Thereafter, a copper film 48b is formed thereon by electrolytic plating using the barrier metal film 48a and the copper seed film as electrodes. Thereby, the Cu film 48b is embedded in the second wiring groove 17d.

その後に、図8Oに示すように、第2のLow−k絶縁膜13の上面上のCu膜48b、バリアメタル膜48a及び第1のハードマスク層41をCMP法により除去する。これにより第2配線用溝17d内に残されたCu膜48bを第2層目の配線49とする。   Thereafter, as shown in FIG. 8O, the Cu film 48b, the barrier metal film 48a, and the first hard mask layer 41 on the upper surface of the second Low-k insulating film 13 are removed by a CMP method. Thus, the Cu film 48b remaining in the second wiring trench 17d is used as the second-layer wiring 49.

以上により、図9に示すように、第1層目の配線15b、ビア47aを介して第2層目の配線49をMOSトランジスタの一方のソース/ドレイン領域8に接続する。その後に、第2層目の配線49及び第2のLow−k絶縁膜17の上にSiCHの第2のバリア絶縁膜50をプラズマCVD法により例えば30nmの厚さに形成する。   As described above, as shown in FIG. 9, the second layer wiring 49 is connected to one source / drain region 8 of the MOS transistor through the first layer wiring 15b and the via 47a. Thereafter, a second barrier insulating film 50 of SiCH is formed on the second-layer wiring 49 and the second low-k insulating film 17 to a thickness of, for example, 30 nm by plasma CVD.

その後に、第2層目の配線49に接続されるビア、配線等を繰り返して形成することにより、多層配線を形成する。なお、それらのビア、配線の形成方法として、上記のビア47a、第2層目の配線49の形成方法と同じ方法を採用する。
以上説明したように実施形態によれば、第2のLow−k絶縁膜17にビアホール17cを形成した後に、第3実施形態と同様な方法によりビアホール17c内に選択的にカーボンナノチューブ47を形成している。その後に、カーボンナノチューブ47を選択的にエッチングすることによりビア47aに使用できる長さを調整している。
After that, by repeatedly forming vias, wirings and the like connected to the second-layer wiring 49, a multilayer wiring is formed. As a method for forming these vias and wirings, the same method as the method for forming the vias 47a and the second-layer wirings 49 is employed.
As described above, according to the embodiment, after forming the via hole 17c in the second Low-k insulating film 17, the carbon nanotubes 47 are selectively formed in the via hole 17c by the same method as in the third embodiment. ing. Thereafter, the carbon nanotube 47 is selectively etched to adjust the length that can be used for the via 47a.

これにより、カーボンナノチューブ47をビアホール17a、17b内に短く残すためのCMPは不要であり、研磨剤侵入による第3のLow−k絶縁膜17の劣化が生じない。しかも、カーボンナノチューブ47の長さを調整するためのエッチングの際に、第2のLow−k絶縁膜17を第1のハードマスク層41により保護しているので、第2のLow−k絶縁膜17の損傷を防止することができる。   As a result, CMP for leaving the carbon nanotubes 47 short in the via holes 17a and 17b is unnecessary, and the third Low-k insulating film 17 is not deteriorated due to the entry of the abrasive. In addition, since the second low-k insulating film 17 is protected by the first hard mask layer 41 during the etching for adjusting the length of the carbon nanotube 47, the second low-k insulating film 17 damage can be prevented.

さらに、第2のLow−k絶縁膜17のビアホール17c内に、その深さよりも短いカーボンナノチューブ47のビア47aを形成し、さらに第2のLow−k絶縁膜17の上部をエッチングしてビア47aを露出する第2の配線用溝17dを形成している。
そのようなデュアルダマシンを採用することにより、ビア47aの形成後から第2層目の配線49の形成の間の成膜工程が不要となり、配線形成のスループットが向上する。
Further, a via 47a of a carbon nanotube 47 shorter than the depth is formed in the via hole 17c of the second Low-k insulating film 17, and the upper portion of the second Low-k insulating film 17 is etched to form a via 47a. A second wiring groove 17d is formed to expose the.
By adopting such a dual damascene, a film forming process between the formation of the second layer wiring 49 after the formation of the via 47a becomes unnecessary, and the wiring formation throughput is improved.

(第5の実施の形態)
図10Aは本発明の第5実施形態を示す半導体装置を示す断面図であり、図1に示した第1層間絶縁膜10の上部から上側の構造を示している。
(Fifth embodiment)
FIG. 10A is a sectional view showing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, and shows a structure from the top to the upper side of the first interlayer insulating film 10 shown in FIG.

図10Aにおいて、図1に示すシリコン基板1を覆う第1層間絶縁膜10には、N型MOSトランジスタのソース/ドレイン領域7、8に接続されるコンタクトプラグ11、12が形成されている。また、第1層間絶縁膜10上に形成される第1のLow−k絶縁膜13内には、一部がコンタクトプラグ11、12に接続される第1層目の配線15a、15bが形成されている。   10A, contact plugs 11 and 12 connected to source / drain regions 7 and 8 of an N-type MOS transistor are formed in a first interlayer insulating film 10 covering the silicon substrate 1 shown in FIG. Further, in the first low-k insulating film 13 formed on the first interlayer insulating film 10, first-layer wirings 15 a and 15 b partially connected to the contact plugs 11 and 12 are formed. ing.

第1のLow−k絶縁膜13及び第1層目の配線15a、15bの上には、第1のバリア絶縁膜16、第2のLow−k絶縁膜17及び第1、第2のハードマスク層52、53が形成されている。また、それらの膜16、17、52、53内には、第1層目の配線15a、15bに接続するカーボンナノチューブからなるビア22a、22bが形成されている。   On the first Low-k insulating film 13 and the first layer wirings 15a and 15b, the first barrier insulating film 16, the second Low-k insulating film 17, and the first and second hard masks are provided. Layers 52 and 53 are formed. Further, vias 22 a and 22 b made of carbon nanotubes connected to the first-layer wirings 15 a and 15 b are formed in the films 16, 17, 52 and 53.

なお、第1、第2のハードマスク層52、53は、第1実施形態に示したキャップ層18と同様、カーボンナノチューブをエッチングする際にプラズマから第2のLow−k絶
縁膜17を防御する機能を有する。
The first and second hard mask layers 52 and 53 protect the second low-k insulating film 17 from plasma when the carbon nanotubes are etched, like the cap layer 18 shown in the first embodiment. It has a function.

また、ビア22a、22b及び第2のハードマスク層53の上には、第3のLow−k絶縁膜25が形成されている。また、第3のLow−k絶縁膜25内には、第2層目の配線30a、30b、30c、30d、30eが形成されている。第2層目の配線30a、30bの一部は、その下のビア22a、22bに接続され、さらに第1層目の配線15a、15bを介してN型MOSトランジスタのソース/ドレイン領域7、8に電気的に接続されている。   A third Low-k insulating film 25 is formed on the vias 22 a and 22 b and the second hard mask layer 53. In the third Low-k insulating film 25, second-layer wirings 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e are formed. Part of the second layer wirings 30a and 30b are connected to the vias 22a and 22b below the second layer wirings 30a and 30b, and the source / drain regions 7 and 8 of the N-type MOS transistor via the first layer wirings 15a and 15b. Is electrically connected.

第1層間絶縁膜10から第3のLow−k絶縁膜25までの複数の膜のうち、図10Bに示すような半導体装置形成領域60の外周領域には、半導体回路を囲む第1〜第3の耐湿リング50、51、55が形成されている。また、第3のLow−k絶縁膜25、第2層目の配線30a、30b、30c、30d、30e及び第3の耐湿リング55の上には、第2のバリア絶縁膜31が形成されている。   Among the plurality of films from the first interlayer insulating film 10 to the third Low-k insulating film 25, the outer peripheral region of the semiconductor device forming region 60 as shown in FIG. 10B surrounds the first to third semiconductor circuits. The moisture-resistant rings 50, 51 and 55 are formed. A second barrier insulating film 31 is formed on the third Low-k insulating film 25, the second-layer wirings 30a, 30b, 30c, 30d, 30e and the third moisture-resistant ring 55. Yes.

次に、耐湿リング50、51、55の形成方法について図11A〜図11Nを参照して説明する。なお、図11A〜図11Nは第1層間絶縁膜10の上部から上側を示し、左側の図は半導体装置形成領域のうちのトランジスタ形成領域Aを示し、右側の図は半導体装置形成領域の外周領域Bを示している。   Next, a method for forming the moisture-resistant rings 50, 51, and 55 will be described with reference to FIGS. 11A to 11N. 11A to 11N show the upper side from the upper part of the first interlayer insulating film 10, the left figure shows the transistor formation area A in the semiconductor device formation area, and the right figure shows the outer peripheral area of the semiconductor device formation area. B is shown.

図11Aに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、第1層間絶縁膜10のうち半導体装置形成領域60の外周領域Bに第1のリング状溝10cを形成し、その溝10c内にTi膜,TiN膜、W膜を順に埋め込むことにより第1の耐湿リング50を形成する。第1の耐湿リング50は、上記の実施形態で示したコンタクトプラグ11、12の形成と同じ工程で形成される。
The steps required until the structure shown in FIG. 11A is formed will be described.
First, the first ring-shaped groove 10c is formed in the outer peripheral region B of the semiconductor device formation region 60 in the first interlayer insulating film 10, and the Ti film, TiN film, and W film are sequentially embedded in the groove 10c. One moisture-resistant ring 50 is formed. The first moisture-resistant ring 50 is formed in the same process as the formation of the contact plugs 11 and 12 shown in the above embodiment.

続いて、第1の耐湿リング50及び第1層間絶縁膜10上に第1のLow−k絶縁膜11を形成した後に、第1のLow−k絶縁膜11をパターニングすることにより、外周領域Bの第1の耐湿リング50の上に第2のリング状溝13cを形成する。さらに、第2のリング状溝13c内にバリアメタル膜14aとCu膜14bを埋め込むことにより第2の耐湿リング51を形成し、第1の耐湿リング50に接続する。第2の耐湿リング51は、上記他の実施形態で示したトランジスタ形成領域Aの第1層目の配線15a、15bと同じ工程で形成される。   Subsequently, after the first low-k insulating film 11 is formed on the first moisture-resistant ring 50 and the first interlayer insulating film 10, the first low-k insulating film 11 is patterned to thereby form the outer peripheral region B. A second ring-shaped groove 13 c is formed on the first moisture-resistant ring 50. Furthermore, a second moisture-resistant ring 51 is formed by embedding the barrier metal film 14 a and the Cu film 14 b in the second ring-shaped groove 13 c and is connected to the first moisture-resistant ring 50. The second moisture-resistant ring 51 is formed in the same process as the first-layer wirings 15a and 15b in the transistor formation region A shown in the other embodiments.

さらに、第1実施形態と同様に、第1層目の配線15a、15b、第2の耐湿リング51及び第1のLow−k絶縁膜11の上に、第1のバリア絶縁膜16、第2のLow−k絶縁膜17を形成する。第1のバリア絶縁膜16として例えばSiCH膜をプラズマCVD法により約30nmの厚さに形成し、第2のLow−k絶縁膜17としてSiOC膜をプラズマCVD法により約150nmの厚さに形成する。   Further, as in the first embodiment, the first barrier insulating film 16, the second wiring 15 a, 15 b, the second moisture-resistant ring 51, and the first Low-k insulating film 11 are formed on the first barrier insulating film 16 and the second barrier insulating film 16. The low-k insulating film 17 is formed. For example, a SiCH film is formed as the first barrier insulating film 16 to a thickness of about 30 nm by plasma CVD, and a SiOC film is formed as the second Low-k insulating film 17 to a thickness of about 150 nm by plasma CVD. .

さらに第2のLow−k絶縁膜17上には、第1、第2のハードマスク層52、53を形成する。第1のハードマスク層52として、SiCH膜を例えばプラズマCVD法により約10nmの厚さに形成する。また、第2のハードマスク層53として、例えばSiO膜をプラズマCVD法により約30nmの厚さに形成する。 Further, first and second hard mask layers 52 and 53 are formed on the second Low-k insulating film 17. As the first hard mask layer 52, a SiCH film is formed to a thickness of about 10 nm by, for example, a plasma CVD method. Further, as the second hard mask layer 53, for example, a SiO 2 film is formed to a thickness of about 30 nm by plasma CVD.

この後に、第2のハードマスク層53の上に、第1実施形態に示したと同様に、第1のBARC膜19を形成する。さらに、第1のBARC膜19の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等する。   Thereafter, the first BARC film 19 is formed on the second hard mask layer 53 in the same manner as shown in the first embodiment. Further, a photoresist is applied on the first BARC film 19, and this is exposed and developed.

これにより、第1実施形態と同様に、第1層目の配線15a、15bの上方にビアホー
ル形成用の直径約50nmの開口部20a、20bを有するレジストパターン20を形成する。同時に、レジストパターン20のうち外周領域Bの第2の耐湿リング51の上方にはリング状の開口部20cを形成する。ここで、リング状の開口部20cの幅は、ビアホール形成用の開口部20a、20bよりも広く、例えばそれらの直径の5倍以上に形成される。
Thus, similarly to the first embodiment, a resist pattern 20 having openings 20a and 20b with a diameter of about 50 nm for forming via holes is formed above the first-layer wirings 15a and 15b. At the same time, a ring-shaped opening 20 c is formed above the second moisture-resistant ring 51 in the outer peripheral region B of the resist pattern 20. Here, the width of the ring-shaped opening 20c is wider than the openings 20a and 20b for forming the via holes, and is formed, for example, at least five times the diameter thereof.

続いて、レジストパターン20の開口部20a、20b、20cを通して第1のBARC膜19をエッチングする。
次に、シリコン基板1をプラズマエッチング装置に入れ、図11Bに示すように、レジストパターン20の開口部20a、20bを通してトランジスタ形成領域Aの第2のハードマスク層52から第1のバリア絶縁膜16までをエッチングし、第1層目の配線15a、15b上方にビアホール17a、17bを形成する。同時に、レジストパターン20のリング状の開口部20cを通して外周領域Bの第1、第2のハードマスク層52、53の一部をエッチングして凹部54を形成する。なお、第2のハードマスク層53には、凹部54の貫通により開口部が形成される。
Subsequently, the first BARC film 19 is etched through the openings 20a, 20b, and 20c of the resist pattern 20.
Next, the silicon substrate 1 is put into a plasma etching apparatus, and as shown in FIG. 11B, through the openings 20a and 20b of the resist pattern 20 through the second hard mask layer 52 in the transistor formation region A to the first barrier insulating film 16. And via holes 17a and 17b are formed above the first layer wirings 15a and 15b. At the same time, a part of the first and second hard mask layers 52 and 53 in the outer peripheral region B is etched through the ring-shaped opening 20 c of the resist pattern 20 to form a recess 54. Note that an opening is formed in the second hard mask layer 53 through the recess 54.

このようにビアホール形成用の開口部20a、20bの下とリング状の開口部20cの下の膜におけるエッチング深さを異ならせるために、エッチング条件を次のように設定する。
このエッチングでは、フロロカーボンポリマーの膜への堆積が多くなる条件とする。この場合、寸法の小さいビアホール形成用の開口部20a、20bの下にはフロロカーボンポリマーが堆積し難い条件とし、その下のエッチングレートを高くする。同時に、寸法の大きなリング状の開口部20cの下ではフロロカーボンポリマーが堆積し易い条件とし、その下のエッチングを阻害してエッチングレートを低くする。
In this way, the etching conditions are set as follows in order to make the etching depths different in the films under the via hole forming openings 20a and 20b and under the ring-shaped opening 20c.
This etching is performed under conditions that increase the deposition of the fluorocarbon polymer on the film. In this case, the fluorocarbon polymer is difficult to deposit under the openings 20a and 20b for forming via holes with small dimensions, and the etching rate thereunder is increased. At the same time, under the condition that the fluorocarbon polymer is easily deposited under the ring-shaped opening 20c having a large size, the etching under the condition is inhibited to lower the etching rate.

そのエッチング条件として、例えば、フロロカーボン、酸素(O)及び不活性ガスをエッチングチャンバに導入し、Oに対するフロロカーボン、例えばCの流量比を上げると、広いリング状の開口部20cではフロロカーボンポリマーの堆積量が増える。これにより、リング状の開口部20cの下では、エッチングレートが大幅に低下し、又はエッチングを実質的に停止することができる。一方、ビアホール形成用の狭い開口部20a、20b内ではフロロカーボンポリマーが堆積し難いので、エッチングレートを高くすることができる。なお、フロロカーボンの代わりにハイドロフロロカーボン、例えばCHを使用してもよい。 As the etching conditions, for example, when fluorocarbon, oxygen (O 2 ), and an inert gas are introduced into the etching chamber and the flow ratio of fluorocarbon, for example, C 4 F 6 with respect to O 2 is increased, the wide ring-shaped opening 20c is formed. The amount of fluorocarbon polymer deposited increases. Thereby, under the ring-shaped opening 20c, the etching rate is significantly reduced, or the etching can be substantially stopped. On the other hand, since the fluorocarbon polymer is difficult to deposit in the narrow openings 20a and 20b for forming the via hole, the etching rate can be increased. Incidentally, hydrofluorocarbon instead of fluorocarbon, for example, the CH 2 F 2 may be used.

例えば、第2のハードマスク層53であるSiO膜のエッチング条件として、Cを20sccm〜40sccm、Oを約10sccm、Arを約200sccmの流量、或いはそのような流量比率でそれらのガスをエッチングチャンバ内に導入する。さらに、エッチングチャンバ内の圧力を約30mTorr〜100mTorrに設定し、エッチングチャンバの電極に印加する電力を約1000Wとする。この場合、Oに対するCの流量は2〜4倍である。なお、Cの代わりに、その他のフロロカーボンであるCを使用してもよい。 For example, the etching conditions for the SiO 2 film that is the second hard mask layer 53 include C 4 F 6 at a flow rate of 20 sccm to 40 sccm, O 2 at a flow rate of approximately 10 sccm, and Ar at a flow rate of approximately 200 sccm, or at such a flow rate ratio. A gas is introduced into the etching chamber. Further, the pressure in the etching chamber is set to about 30 mTorr to 100 mTorr, and the power applied to the electrodes of the etching chamber is set to about 1000 W. In this case, the flow rate of C 4 F 6 with respect to O 2 is 2 to 4 times. Instead of C 4 F 6 , other fluorocarbon C 4 F 8 may be used.

また、第1のハードマスク層52及び第1のバリア膜16を構成するSiCH膜のエッチングの条件として、例えば、CHを約30sccm、Oを約10sccm、Nを約50sccmの流量、或いはそのような流量比率でエッチングチャンバ内に導入する。さらに、エッチングチャンバ内の圧力を約20mTorrに設定し、また、エッチングチャンバの電極に印加する電力を約300Wとする。この場合、Oに対するCHの流量は約3倍である。 Further, as etching conditions for the SiCH film constituting the first hard mask layer 52 and the first barrier film 16, for example, CH 2 F 2 is about 30 sccm, O 2 is about 10 sccm, and N 2 is about 50 sccm. Alternatively, it is introduced into the etching chamber at such a flow rate ratio. Further, the pressure in the etching chamber is set to about 20 mTorr, and the power applied to the electrodes of the etching chamber is about 300 W. In this case, the flow rate of CH 2 F 2 with respect to O 2 is about three times.

さらに、第2のLow−k絶縁膜17であるSiOC膜のエッチングの条件として、例
えば、Cを15sccm〜30sccm、Oを約10sccm、Arを約200sccmの流量、或いはそのような流量比率でそれらのガスをエッチングチャンバ内に導入する。さらに、エッチングチャンバ内の圧力を約30mTorrに設定し、また、エッチングチャンバの電極に印加する電力を約1000Wとする。この場合、Oに対するCの流量は1.5〜3倍である。
Further, the etching conditions of the SiOC film that is the second Low-k insulating film 17 include, for example, a flow rate of 15 sccm to 30 sccm for C 4 F 6 , about 10 sccm for O 2 , and about 200 sccm for Ar, or such a flow rate. Those gases are introduced into the etching chamber in proportions. Further, the pressure in the etching chamber is set to about 30 mTorr, and the power applied to the electrodes of the etching chamber is about 1000 W. In this case, the flow rate of C 4 F 6 with respect to O 2 is 1.5 to 3 times.

以上のようなエッチング条件によれば、第2の耐湿リング51の上方では、幅の広いリング状の開口部20cの下の第2のハードマスク層53及びその下の膜52、17のエッチンレートは低く、浅い凹部54が形成される。また、Oに対するフロロカーボン、ハイドロフロンカーボンの流量は1.5倍〜4倍にしている。 According to the etching conditions as described above, the etch rate of the second hard mask layer 53 under the wide ring-shaped opening 20c and the films 52 and 17 thereunder is provided above the second moisture-resistant ring 51. A shallow and shallow recess 54 is formed. The flow rate of fluorocarbon and hydrofluorocarbon relative to O 2 is 1.5 to 4 times.

その後、シリコン基板1をプラズマエッチング装置から取り出す。
次に、レジストパターン20及び第1のBARC膜19を除去した状態で、図11Cに示すように、第2のハードマスク層53の上と、ビアホール17a、17b内の第1層目の配線15a、15bの上にそれぞれ触媒金属微粒子21を形成する。触媒金属粒子21の形成条件は、例えば第1実施形態に示したと同じに設定する。
Thereafter, the silicon substrate 1 is taken out from the plasma etching apparatus.
Next, with the resist pattern 20 and the first BARC film 19 removed, as shown in FIG. 11C, the first layer wiring 15a on the second hard mask layer 53 and in the via holes 17a and 17b. , 15b, catalyst metal fine particles 21 are formed respectively. The formation conditions of the catalyst metal particles 21 are set to be the same as those shown in the first embodiment, for example.

次に、図11Dに示すように、触媒金属微粒子21が形成された面の上に、カーボンナノチューブ22を形成する。カーボンナノチューブ22の形成条件は、例えば第1実施形態と同じに設定し、ビアホール17a、17bの上にはみ出す長さとする。
さらに、図11Eに示すように、カーボンナノチューブ22上にSOG膜23を形成する。SOG膜23の形成条件は、例えば第1実施形態と同じに設定し、その上面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 11D, carbon nanotubes 22 are formed on the surface on which the catalytic metal fine particles 21 are formed. The formation conditions of the carbon nanotubes 22 are set to be the same as those in the first embodiment, for example, and have a length that protrudes over the via holes 17a and 17b.
Further, as shown in FIG. 11E, an SOG film 23 is formed on the carbon nanotube 22. The formation conditions of the SOG film 23 are set to be the same as those in the first embodiment, for example, and the upper surface thereof is planarized.

この後に、シリコン基板1をプラズマエッチング装置に入れる。そして、図11Fに示すように、第1実施形態に示したと同様のフロロカーボン系ガスを使用してプラズマエッチング法によりSOG膜23をエッチングし、これによりカーボンナノチューブ22の上端を露出させる。   Thereafter, the silicon substrate 1 is put into a plasma etching apparatus. Then, as shown in FIG. 11F, the SOG film 23 is etched by plasma etching using the same fluorocarbon-based gas as shown in the first embodiment, thereby exposing the upper end of the carbon nanotubes 22.

この状態で、多数のカーボンナノチューブ22の層にはビアホール17a、17bの上で深い凹部が存在するので、その凹部ではSOG膜23が厚く残される。
次に、エッチングガスを第1実施形態に示したと同様に酸素系ガスに切り替えてカーボンナノチューブ22をエッチングする。これにより、図11Gに示すように、SOG膜23の側部を露出させる。
In this state, a large number of carbon nanotubes 22 have deep recesses on the via holes 17a and 17b, so that the SOG film 23 remains thick in the recesses.
Next, the carbon nanotubes 22 are etched by switching the etching gas to an oxygen-based gas as in the first embodiment. Thereby, as shown in FIG. 11G, the side portion of the SOG film 23 is exposed.

さらに、エッチングガスを第1実施形態に示したと同様な酸素系ガスに切り替えてカーボンナノチューブ22をエッチングする。これにより、ビアホール17a、17b内に形成されたカーボンナノチューブ22の上端位置とその他の領域のカーボンナノチューブ22の上端位置を揃える。既にカーボンナノチューブ22の上端の高さが揃っていれば、そのエッチングは省略される。   Further, the carbon nanotubes 22 are etched by switching the etching gas to an oxygen-based gas similar to that shown in the first embodiment. As a result, the upper end positions of the carbon nanotubes 22 formed in the via holes 17a and 17b are aligned with the upper end positions of the carbon nanotubes 22 in other regions. If the upper ends of the carbon nanotubes 22 are already aligned, the etching is omitted.

さらに、エッチングガスをフロロカーボン系ガスに切り替えてSOG膜23をエッチングすることにより、図11Hに示すように、ビアホール17a、17bの上のカーボンナノチューブ22の上端を露出させる。
なお、SOG膜23の代わりに、第2実施形態で示したように有機絶縁膜を使用してもよい。
Furthermore, the etching gas is switched to a fluorocarbon-based gas to etch the SOG film 23, thereby exposing the upper ends of the carbon nanotubes 22 on the via holes 17a and 17b as shown in FIG. 11H.
Instead of the SOG film 23, an organic insulating film may be used as shown in the second embodiment.

次に、エッチングガスを第1実施形態に示した酸素系ガスに切り替え、上端位置が揃ったカーボンナノチューブ22の層をエッチングすることにより、図11Iに示すように、第2のハードマスク層53の上面を露出させる。カーボンナノチューブ22のエッチング
時には、第2の耐湿リング51上方の凹部54の底面に形成されたカーボンナノチューブ22を除去できるエッチング時間に設定する。
Next, the etching gas is switched to the oxygen-based gas shown in the first embodiment, and the layer of the carbon nanotubes 22 whose upper end positions are aligned is etched, so that the second hard mask layer 53 is formed as shown in FIG. 11I. Expose the top surface. When the carbon nanotubes 22 are etched, the etching time is set so that the carbon nanotubes 22 formed on the bottom surface of the recess 54 above the second moisture-resistant ring 51 can be removed.

これにより、エッチング後にビアホール17a、17b内に残されたカーボンナノチューブ22をビア22a、22bとして使用する。
なお、ビアホール17a、17b内にカーボンナノチューブ22を埋め込むために、第2、第3実施形態に示した方法を採用してもよい。
続いて、第2のハードマスク層53と凹部54の底面の上に残された触媒金属粒子21を除去する。その除去方法として例えば第1実施形態に示した方法を採用する。
Thus, the carbon nanotubes 22 left in the via holes 17a and 17b after the etching are used as the vias 22a and 22b.
In order to embed the carbon nanotubes 22 in the via holes 17a and 17b, the methods shown in the second and third embodiments may be employed.
Subsequently, the catalyst metal particles 21 left on the bottom surfaces of the second hard mask layer 53 and the recesses 54 are removed. As the removal method, for example, the method shown in the first embodiment is adopted.

次に、図11Jに示すように、第2のハードマスク層53及びビア22a、22bの上と凹部54の底面の上に、第3のLow−k絶縁膜25、第3のハードマスク層26を順に形成する。第3のLow−k絶縁膜25としてSiOC膜をCVD法により150nmの厚さに形成する。また、第3のハードマスク層26としてSiO膜をCVD法により30nmの厚さに形成する。 Next, as shown in FIG. 11J, on the second hard mask layer 53 and the vias 22a and 22b and on the bottom surface of the recess 54, the third Low-k insulating film 25 and the third hard mask layer 26 are formed. Are formed in order. An SiOC film is formed as the third Low-k insulating film 25 to a thickness of 150 nm by the CVD method. Further, a SiO 2 film is formed as the third hard mask layer 26 to a thickness of 30 nm by the CVD method.

続いて、図11Kに示すように、第3のハードマスク層26の上に第2のBARC膜27、レジストパターン28を形成する。レジストパターン28は、第1実施形態と同様に配線形成用の開口部28a、28bを有するとともに、第2の耐湿リング51の上方に、耐湿リング形成用の開口部28cを有している。耐湿リング形成用の開口部28cの平面形状は、第1、第2のハードマスク層52、53の凹部54と同じかそれよりも広い幅を有することが好ましい。   Subsequently, as shown in FIG. 11K, a second BARC film 27 and a resist pattern 28 are formed on the third hard mask layer 26. Similar to the first embodiment, the resist pattern 28 has openings 28 a and 28 b for forming a wiring, and has an opening 28 c for forming a moisture-resistant ring above the second moisture-resistant ring 51. The planar shape of the opening 28c for forming the moisture-resistant ring preferably has a width that is the same as or wider than the recess 54 of the first and second hard mask layers 52 and 53.

その後に、レジストパターン28をマスクにして第2のBARC膜27をエッチングし、これにより開口部28a、28b、28cから第3のハードマスク層26を露出させる。
さらに、開口部28a、28b、28cを通して第3のハードマスク層26、第3のLow−k絶縁膜25をエッチングする。これにより、図11Lに示すように、第2の配線溝25a、25bを形成するとともに、第2の耐湿リング51の上方に耐湿リング用溝25cを形成する。なお、図11Lは、レジストパターン28及び第2のBARC膜27を除去した状態を示している。
Thereafter, the second BARC film 27 is etched using the resist pattern 28 as a mask, thereby exposing the third hard mask layer 26 from the openings 28a, 28b, 28c.
Further, the third hard mask layer 26 and the third low-k insulating film 25 are etched through the openings 28a, 28b, and 28c. Thus, as shown in FIG. 11L, the second wiring grooves 25 a and 25 b are formed, and the moisture-resistant ring groove 25 c is formed above the second moisture-resistant ring 51. FIG. 11L shows a state where the resist pattern 28 and the second BARC film 27 are removed.

第3のハードマスク層26であるSiO膜と第3のLow−k絶縁膜25であるSiOC膜のエッチングは、C、O、Arを含むガスを用いてプラズマエッチング法、RIE法等のドライエッチングによりなされる。第3のLow−k膜25をエッチングする場合、Oに対するCFの流量比を調整し、SiO膜のエッチングレートを低くする条件とする。 Etching of the SiO 2 film, which is the third hard mask layer 26, and the SiOC film, which is the third low-k insulating film 25, is performed by plasma etching using a gas containing C 4 F 6 , O 2 , Ar, and RIE. This is done by dry etching such as the method. When the third Low-k film 25 is etched, the flow rate ratio of CF 4 to O 2 is adjusted so that the etching rate of the SiO 2 film is lowered.

次に、図11Mに示すように、第2、第3のハードマスク層26、53を構成するSiO膜をマスクにして、周辺領域Bの第1のハードマスク層52と第2のLow−k絶縁膜17をエッチングして耐湿リング用溝25cを深くする。 Next, as shown in FIG. 11M, the first hard mask layer 52 and the second low− in the peripheral region B are masked using the SiO 2 films constituting the second and third hard mask layers 26 and 53 as masks. The k insulating film 17 is etched to deepen the moisture-proof ring groove 25c.

第1のハードマスク層52であるSiCH膜のエッチングは、CH、O、Nを含むガスを使用してプラズマエッチング法、RIE法等のドライエッチングによりなされる。この場合、Oに対するCHの流量比を調整してエッチングレートを高くするともに、ビア22a、22bであるカーボンナノチューブ22を実質的にエッチングしない条件とする。 Etching of the SiCH film that is the first hard mask layer 52 is performed by dry etching such as plasma etching or RIE using a gas containing CH 2 F 2 , O 2 , and N 2 . In this case, both by adjusting the flow ratio of CH 2 F 2 with respect to O 2 to increase the etching rate, with the proviso that does not substantially etch the carbon nanotube 22 is a via 22a, 22b.

また、第2のLow−k絶縁膜17のエッチングは、C、O、Arを含むガスを使用してプラズマエッチング法、RIE法等によりなされる。この場合、Oに対する
の流量比を調整してエッチングレートを高くするともに、ビア22a、22bであるカーボンナノチューブ22を実質的にエッチングしない条件とする。
次に、第2、第3のハードマスク層26、53をマスクにして第1のバリア絶縁膜16をエッチングし、これにより耐湿リング用溝25cを深くして第2の耐湿リング51を露出する。
Etching of the second low-k insulating film 17 is performed by a plasma etching method, an RIE method, or the like using a gas containing C 4 F 6 , O 2 , and Ar. In this case, both by adjusting the flow rate ratio of C 4 F 6 for O 2 to increase the etching rate, with the proviso that does not substantially etch the carbon nanotube 22 is a via 22a, 22b.
Next, the first barrier insulating film 16 is etched using the second and third hard mask layers 26 and 53 as a mask, thereby deepening the moisture-resistant ring groove 25c and exposing the second moisture-resistant ring 51. .

第1のバリア絶縁膜16であるSiCH膜のエッチングは、CH、O、Nを含むガスを使用してプラズマエッチング法、RIE法等のドライエッチングによりなされる。この場合、Oに対するCHの流量比を調整してエッチングレートを高くするともに、ビア22a、22bであるカーボンナノチューブ22を実質的にエッチングしない条件とする。
これにより、耐湿リング用溝25cは、第2のLow−k絶縁膜17、第1のバリア絶縁膜16を貫通して第2の耐湿リング51に達する。
Etching of the SiCH film as the first barrier insulating film 16 is performed by dry etching such as plasma etching or RIE using a gas containing CH 2 F 2 , O 2 , and N 2 . In this case, both by adjusting the flow ratio of CH 2 F 2 with respect to O 2 to increase the etching rate, with the proviso that does not substantially etch the carbon nanotube 22 is a via 22a, 22b.
As a result, the moisture-resistant ring groove 25 c penetrates the second Low-k insulating film 17 and the first barrier insulating film 16 and reaches the second moisture-resistant ring 51.

次に、第1実施形態と同様に、第2の配線溝25a、25bと耐湿リング溝26cの内面にバリアメタル膜29aを形成し、さらにそれらの中にCu膜29bを埋め込む。続いて、第3のLow−k絶縁膜25上のCu膜29b、バリアメタル膜29a及び第3のハードマスク層26をCMP法により除去する。   Next, as in the first embodiment, a barrier metal film 29a is formed on the inner surfaces of the second wiring grooves 25a and 25b and the moisture-resistant ring groove 26c, and a Cu film 29b is embedded therein. Subsequently, the Cu film 29b, the barrier metal film 29a, and the third hard mask layer 26 on the third Low-k insulating film 25 are removed by a CMP method.

これにより、図11Nに示すように、第2の配線溝25a、25b内に残されたCu膜29b及びバリアメタル膜29aは図10に示した第2層目の配線30a、30b、30c、30d、30eとなる。また、耐湿リング溝26cに残されたCu膜29b及びバリアメタル膜29aは、図10に示した第3の耐湿リング55となり、第2の耐湿リング51の上面に接続される。   As a result, as shown in FIG. 11N, the Cu film 29b and the barrier metal film 29a remaining in the second wiring grooves 25a and 25b become the second layer wirings 30a, 30b, 30c, and 30d shown in FIG. 30e. Further, the Cu film 29 b and the barrier metal film 29 a remaining in the moisture-resistant ring groove 26 c become the third moisture-resistant ring 55 shown in FIG. 10 and are connected to the upper surface of the second moisture-resistant ring 51.

次に、図10に示したように、第2層目の配線30a〜30e、第3の耐湿リング55の上に第2のバリア絶縁膜31を形成する。第2のバリア絶縁膜31として、例えばSiCH膜を形成する。さらに、上記と同様な方法によりビア、配線、耐湿リングを積層することにより、多層構造配線と多層構造耐湿リングを形成する。   Next, as shown in FIG. 10, the second barrier insulating film 31 is formed on the second layer wirings 30 a to 30 e and the third moisture-resistant ring 55. For example, a SiCH film is formed as the second barrier insulating film 31. Further, by laminating vias, wirings, and moisture resistant rings by the same method as described above, multilayer structured wiring and multilayer structured moisture resistant rings are formed.

以上説明したように本実施形態によれば、第1のLow−k絶縁膜13内に第1層目の配線15a、15bと第2の耐湿リング51が形成され、第3のLow−k絶縁膜25内に第2層目の配線30a、30bと第3の耐湿リング55が形成されている。   As described above, according to the present embodiment, the first layer wirings 15a and 15b and the second moisture-resistant ring 51 are formed in the first Low-k insulating film 13, and the third Low-k insulating film is formed. In the film 25, second-layer wirings 30a and 30b and a third moisture-resistant ring 55 are formed.

また、第1層目の配線15a、15bと第2層目の配線30a、30bは、第2のLow−k絶縁膜17内のビア22a、22bを介して互いに接続されている。また、第3の耐湿リング55は、ビア22a、22bを構成するカーボンナノチューブ22を介さずに、第2のLow−k絶縁膜17内の耐湿リング用溝25cを通してして第2の耐湿リング51に接続されている。   The first-layer wirings 15 a and 15 b and the second-layer wirings 30 a and 30 b are connected to each other via vias 22 a and 22 b in the second Low-k insulating film 17. The third moisture-resistant ring 55 passes through the moisture-resistant ring groove 25c in the second Low-k insulating film 17 without passing through the carbon nanotubes 22 constituting the vias 22a and 22b. It is connected to the.

従って、図10A、10Bの破線の矢印で示すように、半導体装置が外部の水分含有雰囲気に曝されても、第1、第2、第3の耐湿リング50、51、55は水分をブロックし、半導体形成領域60内の第1、第2及び第3のLow−k絶縁膜11、17、25への水の侵入によるダメージを防止することができる。   10A and 10B, even if the semiconductor device is exposed to an external moisture-containing atmosphere, the first, second, and third moisture-resistant rings 50, 51, and 55 block moisture. In addition, it is possible to prevent damage due to water intrusion into the first, second, and third Low-k insulating films 11, 17, and 25 in the semiconductor formation region 60.

これに対して、カーボンナノチューブを介して第2の耐湿リング51と第3の耐湿リング55を接続すると、カーボンナノチューブの僅かな隙間を通して第2のLow−k絶縁膜17内に水分が入り、Low−k絶縁膜17にダメージを与える恐れがある。   On the other hand, when the second moisture-resistant ring 51 and the third moisture-resistant ring 55 are connected via the carbon nanotube, moisture enters the second Low-k insulating film 17 through a slight gap between the carbon nanotubes. There is a possibility of damaging the -k insulating film 17.

ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概
念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。
All examples and conditional expressions given here are intended to help the reader understand the inventions and concepts that have contributed to the promotion of technology, such examples and It should be construed without being limited to the conditions, and the organization of such examples in the specification is not related to showing the superiority or inferiority of the present invention. Although embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and variations can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.

次に、上記実施形態について特徴を付記する。
(付記1) 半導体基板の上方に第1配線を形成する工程と、前記第1配線の上方に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜をパターニングし、前記第1配線に達するホールを形成する工程と、前記ホール内と前記第1絶縁膜上面にカーボンナノチューブ層を形成する工程と、前記カーボンナノチューブ層の上に第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜をエッチングすることにより前記カーボンナノチューブ層を露出するとともに、前記カーボンナノチューブ層の凹部に前記第2絶縁膜を残す工程と、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記カーボンナノチューブ層の上端の位置を揃える工程と、前記カーボンナノチューブ層上の前記第2絶縁膜をエッチングする工程と、前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記第1絶縁膜の上面から除去するとともに前記ホール内に残す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2) 前記第2絶縁膜は塗布系絶縁膜であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3) フロロカーボンを含む第1ガスで前記塗布系絶縁膜をエッチングし、酸素を含む第2ガスで前記カーボンナノチューブをエッチングする
ことを特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4) 前記第1ガスと前記第2ガスは、それぞれ異なる流量比で前記フロロカーボンと前記酸素を含むことを特徴とする付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5) 前記第2ガスを導入するエッチング雰囲気には、前記酸素と前記フロロカーボンの総流量に対してCFを5流量%〜20流量%で導入することを特徴とする付記3又は付記4に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6) 前記第1絶縁膜の上にはSiCH、SiOC、SiOのいずれかからなるキャップ膜を形成し、前記キャップ膜に前記ホールを形成する工程を有することを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記7) 半導体基板の上方に第1配線を形成する工程と、前記第1配線の上方に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜をエッチングし、前記第1配線に達するホールを形成する工程と、少なくとも前記ホール内にカーボンナノチューブを形成する工程と、前記第1絶縁膜の上方に前記カーボンナノチューブを覆う第2絶縁膜を形成する工程と、酸素を有するガスを用いて前記第2絶縁膜と前記カーボンナノチューブをエッチングし、前記第1絶縁膜の上面を露出するとともに前記カーボンナノチューブを前記ホール内に残す工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記8) 前記第2絶縁膜は塗布系樹脂膜であることを特徴とする付記7に記載の半導体装置の製造方法。
(付記9) 前記カーボンナノチューブは前記第1絶縁膜上にも形成されることを特徴とする付記7又は付記8に記載の半導体装置の製造方法。
(付記10) 前記ガスは、前記カーボンナノチューブが露出した後にフロロカーボンが添加されることを特徴とする付記7乃至付記9のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記11) 前記第1絶縁膜及び前記ホールの上に第3絶縁膜を形成する工程と、第3絶縁膜のうち前記ホールの上を含む領域に配線用溝を形成する工程と、前記ホール内の前記カーボンナノチューブに接続する第2配線を前記配線用溝内に形成する工程と、を有することを特徴とする付記1乃至付記10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記12) 半導体基板の上方に第1配線を形成する工程と、前記第1配線の上方に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜をエッチングし、前記第1配線に達するホー
ルを形成する工程と、前記ホール内と前記第1絶縁膜上面に触媒金属を形成する工程と、フロロカーボンを含むガスを用いて200mTorr〜300mTorrの圧力の雰囲気にて、前記第1絶縁膜上の前記触媒金属を選択的にエッチングする工程と、前記ホール内に選択的にカーボンナノチューブを形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
(付記13) 前記触媒金属はコバルト又はニッケルを有することを特徴とする付記12に記載の半導体装置の製造方法。
(付記14) 前記ガスには一酸化炭素を含むことを特徴とする付記12又は付記13に記載の半導体装置の製造方法。
(付記15) 前記ホール内の前記カーボンナノチューブをエッチングにより短くする工程と、前記第1絶縁膜の上部をエッチングし、前記ホールの上を含む領域に配線用溝を形成する工程と、前記カーボンナノチューブに接続する第2配線を前記配線用溝内に形成する工程と、を有することを特徴とする付記12乃至付記14のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記16) 半導体基板の上方に第1配線を形成する工程と、前記第1配線の上方に第1絶縁膜、第1ハードマスク層、第2ハードマスク層を形成する工程と、前記第2ハードマスク層のうちの第1領域に、第1の幅を有する第1開口部を形成し、第2領域に、前記第1の幅よりも大きい第2の幅を有する第2開口部を形成する工程と、前記第1ハードマスク層をエッチングし、前記第1開口部から前記第1絶縁膜を露出し、前記第2開口部から前記第1絶縁膜を露出しない工程と、エッチングにより前記第1開口部の下に前記第1配線を露出するホールを形成し、前記第2開口部の下に凹部を形成する工程と、前記ホール内にカーボンナノチューブを埋め込む工程と、前記第1ハードマスク層、前記第2ハードマスク層、前記第1絶縁膜及び前記カーボンナノチューブの上に第2絶縁膜を形成する工程と、エッチングにより、前記第2絶縁膜のうち前記カーボンナノチューブを含む配線領域に第1溝を形成するとともに、前記第2領域で前記第1絶縁膜を貫通する第2溝を形成する工程と、前記第1溝、前記第2溝内に導電材を埋め込む工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記17) 前記第1ハードマスク層はSiCH層であり、前記第2ハードマスク層はシリコン酸化層であることを特徴とする付記16に記載の半導体装置の製造方法。
(付記18) 前記第2絶縁膜の上層部は、第2ハードマスク層と同じ材料からなることを特徴とする付記17に記載の半導体装置の製造方法。
(付記19) 前記第1ハードマスク層のエッチングに使用するガスはハイドロフロンカーボン、フロロカーボンガスのいずれかのガスと酸素ガスを含み、前記酸素ガスに対する前記フロロカーボンガス、前記ハイドロフロンカーボンガスの流量は1.5〜4倍であることを特徴とする付記16乃至付記18のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。(付記20) 前記導電材は銅を有することを特徴とする付記16乃至付記19のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記21) 前記第1溝内に埋め込まれる前記導電材により第2配線を形成し、前記第2溝内に埋め込まれる導電材により耐湿リングを形成することを特徴とする付記16乃至付記20のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記22) 前記カーボンナノチューブはCVD法により形成することを特徴とする付記1乃至付記21のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
Next, features of the embodiment will be described.
(Supplementary Note 1) A step of forming a first wiring above a semiconductor substrate, a step of forming a first insulating film above the first wiring, and patterning the first insulating film to reach the first wiring A step of forming a hole, a step of forming a carbon nanotube layer in the hole and on the top surface of the first insulating film, a step of forming a second insulating film on the carbon nanotube layer, and the second insulating film. Etching to expose the carbon nanotube layer and leaving the second insulating film in the recess of the carbon nanotube layer; and etching the carbon nanotube layer to align the top end of the carbon nanotube layer; Etching the second insulating film on the carbon nanotube layer; etching the carbon nanotube layer; And removing from the upper surface of the first insulating film and leaving it in the hole.
(Additional remark 2) The said 2nd insulating film is a coating type insulating film, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 3) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 2 characterized by etching the said coating type insulation film with the 1st gas containing fluorocarbon, and etching the said carbon nanotube with the 2nd gas containing oxygen.
(Supplementary note 4) The method of manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 2, wherein the first gas and the second gas contain the fluorocarbon and the oxygen at different flow ratios.
(Supplementary Note 5) wherein the second etching atmosphere introducing gas, Appendix 3 or Appendix 4, characterized in that introducing CF 4 at 5 flow rate% 20 flow rate% of the total flow rate of the fluorocarbon and the oxygen The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of.
(Supplementary Note 6) The on the first insulating film is SiCH, SiOC, forming a cap film made of any of SiO 2, Appendix 1 to characterized by having a step of forming the hole in the cap layer The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendix 5.
(Appendix 7) A step of forming a first wiring above the semiconductor substrate, a step of forming a first insulating film above the first wiring, and etching the first insulating film to reach the first wiring A step of forming a hole; a step of forming a carbon nanotube in at least the hole; a step of forming a second insulating film covering the carbon nanotube above the first insulating film; and a gas containing oxygen. Etching the second insulating film and the carbon nanotube, exposing a top surface of the first insulating film, and leaving the carbon nanotube in the hole.
(Additional remark 8) The said 2nd insulating film is a coating-type resin film, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 7 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 9) The said carbon nanotube is formed also on the said 1st insulating film, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 7 or Additional remark 8 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary note 10) The semiconductor device manufacturing method according to any one of supplementary notes 7 to 9, wherein the gas is added with fluorocarbon after the carbon nanotubes are exposed.
(Additional remark 11) The process of forming a 3rd insulating film on the said 1st insulating film and the said hole, The process of forming the groove | channel for wiring in the area | region including above the said hole among 3rd insulating films, The said hole A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendix 1 to appendix 10, further comprising: forming a second interconnect connected to the carbon nanotube in the interconnect trench.
(Supplementary Note 12) A step of forming a first wiring above the semiconductor substrate, a step of forming a first insulating film above the first wiring, and etching the first insulating film to reach the first wiring A step of forming a hole; a step of forming a catalytic metal in the hole and on the upper surface of the first insulating film; and a gas containing fluorocarbon in an atmosphere at a pressure of 200 mTorr to 300 mTorr. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of selectively etching the catalytic metal; and a step of selectively forming carbon nanotubes in the hole.
(Additional remark 13) The said catalyst metal has cobalt or nickel, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 12 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 14) The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 12 or Additional remark 13 characterized by the above-mentioned gas containing carbon monoxide.
(Additional remark 15) The process of shortening the said carbon nanotube in the said hole by an etching, the process of etching the upper part of a said 1st insulating film, and forming the groove | channel for wiring in the area | region including above the said hole, The said carbon nanotube The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 12 to 14, further comprising: forming a second interconnect connected to the interconnect trench in the interconnect trench.
(Supplementary Note 16) A step of forming a first wiring above the semiconductor substrate, a step of forming a first insulating film, a first hard mask layer, and a second hard mask layer above the first wiring, and the second A first opening having a first width is formed in a first region of the hard mask layer, and a second opening having a second width larger than the first width is formed in a second region. Etching the first hard mask layer, exposing the first insulating film from the first opening, and not exposing the first insulating film from the second opening, and etching the first hard film. Forming a hole exposing the first wiring under the first opening, forming a recess under the second opening, embedding carbon nanotubes in the hole, and the first hard mask layer , The second hard mask layer, the first insulating film and And forming a second insulating film on the carbon nanotube and etching to form a first groove in a wiring region including the carbon nanotube in the second insulating film, and in the second region, 1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a second groove penetrating an insulating film; and embedding a conductive material in the first groove and the second groove.
(Supplementary note 17) The method of manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 16, wherein the first hard mask layer is a SiCH layer, and the second hard mask layer is a silicon oxide layer.
(Additional remark 18) The upper layer part of the said 2nd insulating film consists of the same material as a 2nd hard mask layer, The manufacturing method of the semiconductor device of Additional remark 17 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 19) The gas used for the etching of the first hard mask layer includes either hydrofluorocarbon or fluorocarbon gas and oxygen gas. 19. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendix 16 to appendix 18, wherein the method is 1.5 to 4 times. (Supplementary note 20) The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of supplementary notes 16 to 19, wherein the conductive material includes copper.
(Supplementary note 21) The supplementary notes 16 to 20, wherein a second wiring is formed by the conductive material embedded in the first groove, and a moisture-resistant ring is formed by the conductive material embedded in the second groove. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one.
(Additional remark 22) The said carbon nanotube is formed by CVD method, The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of additional remark 1 thru | or appendix 21 characterized by the above-mentioned.

1 シリコン基板
7、8 ソース/ドレイン領域
11、12 コンタクトプラグ
10 層間絶縁膜
13、17、25 Low−k絶縁膜
15a、15b 第1層目の配線
16 バリア絶縁膜
18 キャップ絶縁膜
19 第1のBARC膜
20 レジストパターン
21 触媒金属微粒子
22 カーボンナノチューブ
22a、22b ビア
23 SOG膜
26 ハードマスク層
27 第2のBARC膜
28 レジストパターン
30a〜30e 第2層目の配線
31 バリア絶縁膜
32 フォトレジスト層(樹脂層)
41、42 ハードマスク層
43 レジストパターン
44 樹脂膜
45 BARC膜
46 触媒金属粒子
47 カーボンナノチューブ
49 第2層目の配線
50、51、55 耐湿リング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 7, 8 Source / drain area | region 11, 12 Contact plug 10 Interlayer insulating film 13, 17, 25 Low-k insulating film 15a, 15b 1st layer wiring 16 Barrier insulating film 18 Cap insulating film 19 1st BARC film 20 Resist pattern 21 Catalytic metal fine particles 22 Carbon nanotubes 22a and 22b Via 23 SOG film 26 Hard mask layer 27 Second BARC film 28 Resist patterns 30a to 30e Second-layer wiring 31 Barrier insulating film 32 Photoresist layer ( Resin layer)
41, 42 Hard mask layer 43 Resist pattern 44 Resin film 45 BARC film 46 Catalytic metal particle 47 Carbon nanotube 49 Second layer wiring 50, 51, 55 Moisture resistant ring

Claims (7)

半導体基板の上方に第1配線を形成する工程と、
前記第1配線の上方に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜をパターニングし、前記第1配線に達するホールを形成する工程と、
前記ホール内と前記第1絶縁膜上面にカーボンナノチューブ層を形成する工程と、
前記カーボンナノチューブ層の上に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜をエッチングすることにより前記カーボンナノチューブ層を露出するとともに、前記カーボンナノチューブ層の凹部に前記第2絶縁膜を残す工程と、
前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記カーボンナノチューブ層の上端の位置を揃える工程と、
前記カーボンナノチューブ層上の前記第2絶縁膜をエッチングする工程と、
前記カーボンナノチューブ層をエッチングし、前記第1絶縁膜の上面から除去するとともに前記ホール内に残す工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first wiring above the semiconductor substrate;
Forming a first insulating film above the first wiring;
Patterning the first insulating film to form a hole reaching the first wiring;
Forming a carbon nanotube layer in the hole and on the upper surface of the first insulating film;
Forming a second insulating film on the carbon nanotube layer;
Exposing the carbon nanotube layer by etching the second insulating film, and leaving the second insulating film in a recess of the carbon nanotube layer;
Etching the carbon nanotube layer and aligning the position of the upper end of the carbon nanotube layer;
Etching the second insulating film on the carbon nanotube layer;
Etching the carbon nanotube layer and removing it from the top surface of the first insulating film and leaving it in the hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第2絶縁膜は塗布系絶縁膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulating film is a coating type insulating film. フロロカーボンを含む第1ガスで前記塗布系絶縁膜をエッチングし、
酸素を含む第2ガスで前記カーボンナノチューブをエッチングする
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
Etching the coating insulating film with a first gas containing fluorocarbon,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the carbon nanotube is etched with a second gas containing oxygen.
半導体基板の上方に第1配線を形成する工程と、
前記第1配線の上方に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜をエッチングし、前記第1配線に達するホールを形成する工程と、
少なくとも前記ホール内にカーボンナノチューブを形成する工程と、
前記第1絶縁膜の上方に前記カーボンナノチューブを覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
酸素を有するガスを用いて前記第2絶縁膜と前記カーボンナノチューブをエッチングし、前記第1絶縁膜の上面を露出するとともに前記カーボンナノチューブを前記ホール内に残す工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first wiring above the semiconductor substrate;
Forming a first insulating film above the first wiring;
Etching the first insulating film to form a hole reaching the first wiring;
Forming a carbon nanotube in at least the hole;
Forming a second insulating film covering the carbon nanotubes above the first insulating film;
Etching the second insulating film and the carbon nanotube using a gas containing oxygen, exposing an upper surface of the first insulating film and leaving the carbon nanotube in the hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第2絶縁膜は塗布系樹脂膜であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the second insulating film is a coating resin film. 半導体基板の上方に第1配線を形成する工程と、
前記第1配線の上方に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜をエッチングし、前記第1配線に達するホールを形成する工程と、
前記ホール内と前記第1絶縁膜上面に触媒金属を形成する工程と、
フロロカーボンを含むガスを用いて200mTorr〜300mTorrの圧力の雰囲気にて、前記第1絶縁膜上の前記触媒金属を選択的にエッチングする工程と、
前記ホール内に選択的にカーボンナノチューブを形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
Forming a first wiring above the semiconductor substrate;
Forming a first insulating film above the first wiring;
Etching the first insulating film to form a hole reaching the first wiring;
Forming a catalyst metal in the hole and on the upper surface of the first insulating film;
Selectively etching the catalyst metal on the first insulating film in an atmosphere having a pressure of 200 mTorr to 300 mTorr using a gas containing fluorocarbon;
Selectively forming carbon nanotubes in the holes;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
半導体基板の上方に第1配線を形成する工程と、
前記第1配線の上方に第1絶縁膜、第1ハードマスク層、第2ハードマスク層を形成する工程と、
前記第2ハードマスク層のうちの第1領域に、第1の幅を有する第1開口部を形成し、
第2領域に、前記第1の幅よりも大きい第2の幅を有する第2開口部を形成する工程と、
前記第1ハードマスク層をエッチングし、前記第1開口部から前記第1絶縁膜を露出し、前記第2開口部から前記第1絶縁膜を露出しない工程と、
エッチングにより前記第1開口部の下に前記第1配線を露出するホールを形成し、前記第2開口部の下に凹部を形成する工程と、
前記ホール内にカーボンナノチューブを埋め込む工程と、
前記第1ハードマスク層、前記第2ハードマスク層、前記第1絶縁膜及び前記カーボンナノチューブの上に第2絶縁膜を形成する工程と、
エッチングにより、前記第2絶縁膜のうち前記カーボンナノチューブを含む配線領域に第1溝を形成するとともに、前記第2領域で前記第1絶縁膜を貫通する第2溝を形成する工程と、
前記第1溝、前記第2溝内に導電材を埋め込む工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first wiring above the semiconductor substrate;
Forming a first insulating film, a first hard mask layer, and a second hard mask layer above the first wiring;
Forming a first opening having a first width in a first region of the second hard mask layer;
Forming a second opening having a second width larger than the first width in the second region;
Etching the first hard mask layer, exposing the first insulating film from the first opening, and not exposing the first insulating film from the second opening;
Forming a hole exposing the first wiring under the first opening by etching and forming a recess under the second opening;
Embedding carbon nanotubes in the holes;
Forming a second insulating film on the first hard mask layer, the second hard mask layer, the first insulating film, and the carbon nanotube;
Forming a first groove in the wiring region including the carbon nanotubes in the second insulating film by etching, and forming a second groove penetrating the first insulating film in the second region;
Embedding a conductive material in the first groove and the second groove;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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