JP2011029662A - Semiconductor device - Google Patents

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誠司 永原
Kazutoshi Shiba
和利 柴
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信秋 濱中
Tatsuya Usami
達矢 宇佐美
Koji Yokoyama
孝司 横山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a damascene structure, which can surely remove reaction inhibiting materials inducing resolution failure of a resist pattern, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The method of manufacturing the semiconductor device includes a process of forming at least a first interlayer insulating film 6 and a second interlayer insulating film 4 formed of a low-dielectric constant film on a substrate and forming via holes 9 by using a first resist pattern 1a formed on the second interlayer insulating film and a process of conducting an organic peeling treatment using organic peeling liquid containing amine components and forming a second resist pattern 1b on the second interlayer insulating film. After the wet treatment, before a second antireflection coating 2b is coated so as to be located below the second resist pattern, at least one of an annealing treatment, a plasma treatment, a UV treatment and an organic solvent treatment is carried out to remove amine components which inhibit the catalysis action of acid occurring in the resist during light exposure, thereby preventing degradation of the resolution of the second resist pattern 1b. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、ダマシン構造の半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a damascene semiconductor device and a manufacturing method thereof.

近年、半導体装置の高集積化及びチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層配線化が進められており、多層配線構造を形成する方法として、ビアホール及び配線トレンチパターンにCuを同時に埋め込み、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化して配線を形成する、いわゆるダマシンプロセスが一般的に行われている。このダマシンプロセスでは、配線パターンの高密度化が可能であるが、配線パターンが近接すると配線パターン間の寄生容量による配線遅延の問題が発生する。そこで、配線遅延を改善するために配線容量の低減が重要な課題となる。   In recent years, with the high integration of semiconductor devices and the reduction in chip size, miniaturization of wiring and multilayer wiring have been promoted, and as a method of forming a multilayer wiring structure, Cu is simultaneously embedded in via holes and wiring trench patterns. A so-called damascene process is generally performed in which a wiring is formed by flattening by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. In this damascene process, it is possible to increase the density of wiring patterns. However, if the wiring patterns are close to each other, a problem of wiring delay due to parasitic capacitance between the wiring patterns occurs. Therefore, reduction of wiring capacitance is an important issue in order to improve wiring delay.

配線容量の低減を図る方法としては、層間絶縁膜として、従来から使われているSiO系の絶縁膜に代えて誘電率の低い材料を用いる方法が検討されている(特開2000−77409号公報等)。ここで、層間絶縁膜として低誘電率膜を用いた従来のダマシンプロセスについて図面を参照して説明する。図23乃至図25は、従来のダマシンプロセスの一形態であるビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。 As a method for reducing the wiring capacitance, a method of using a material having a low dielectric constant instead of the conventionally used SiO 2 insulating film as an interlayer insulating film has been studied (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-77409). Gazette). Here, a conventional damascene process using a low dielectric constant film as an interlayer insulating film will be described with reference to the drawings. 23 to 25 are process cross-sectional views showing the procedure of a via first process which is one form of a conventional damascene process.

まず、図23(a)に示すように、公知の方法でCu等からなる下層配線が形成された配線基板8上に、Cuの拡散を防止し、ビアホールのエッチングストッパとなる第1エッチングストップ膜7、SiOからなる第1層間絶縁膜6、配線トレンチパターンのエッチングストッパとなる第2エッチングストップ膜5、低誘電率膜からなる第2層間絶縁膜4、SiOからなるキャップ絶縁膜3を順次堆積する。そして、キャップ絶縁膜3上に第1反射防止膜(ARC:Anti Reflection Coating)2a、フォトレジストを順次塗布し、露光、現像によってビアホール9を形成するための第1レジストパターン1aを形成する。 First, as shown in FIG. 23A, a first etching stop film that prevents diffusion of Cu and serves as an etching stopper for a via hole on a wiring substrate 8 on which a lower layer wiring made of Cu or the like is formed by a known method. 7, a first interlayer insulating film 6 made of SiO 2 , a second etching stop film 5 to be an etching stopper for a wiring trench pattern, a second interlayer insulating film 4 made of a low dielectric constant film, and a cap insulating film 3 made of SiO 2 Deposit sequentially. Then, a first antireflection coating (ARC) 2a and a photoresist are sequentially applied on the cap insulating film 3, and a first resist pattern 1a for forming a via hole 9 is formed by exposure and development.

次に、図23(b)に示すように、第1レジストパターン1aをマスクとして公知のドライエッチング技術を用いて、第1反射防止膜2a、キャップ絶縁膜3、第2層間絶縁膜4、第2エッチングストップ膜5、第1層間絶縁膜6を順次エッチングして、これらを貫通するビアホール9を形成する。その後、酸素プラズマアッシング及び有機剥離液を用いたウェット処理により、第1レジストパターン1aと第1反射防止膜2aとを剥離すると共に、ドライエッチングの残留物を除去する。   Next, as shown in FIG. 23B, the first antireflection film 2a, the cap insulating film 3, the second interlayer insulating film 4, the first resist pattern 1a are used as a mask and a known dry etching technique is used. (2) The etching stop film 5 and the first interlayer insulating film 6 are sequentially etched to form a via hole 9 penetrating them. Thereafter, the first resist pattern 1a and the first antireflection film 2a are peeled off by oxygen plasma ashing and wet treatment using an organic stripping solution, and the dry etching residue is removed.

有機剥離液によるウェット処理の後、図23(c)、図24(a)に示すように、第2反射防止膜2b、フォトレジストを順次塗布し、露光、現像によって配線トレンチパターンをエッチングするための第2レジストパターン1bを形成する(図24(b)参照)。その後、公知のドライエッチング技術を用いて第2反射防止膜2b、キャップ絶縁膜3、第2層間絶縁膜4を順次エッチングして配線トレンチパターン10を形成し、その後、酸素プラズマアッシングと有機剥離液を用いたウェット処理により第2レジストパターン1bと第2反射防止膜2bとを剥離し、ドライエッチングの残留物を除去する(図24(c)、図25(a)、(b)参照)。そして、配線トレンチパターン10及びビアホール9内部にCu等の配線材料11を埋め込み、CMP法によって表面を平坦化してデュアルダマシン構造を形成する。   After wet treatment with an organic stripping solution, as shown in FIGS. 23C and 24A, a second antireflection film 2b and a photoresist are sequentially applied, and the wiring trench pattern is etched by exposure and development. The second resist pattern 1b is formed (see FIG. 24B). Thereafter, the second antireflection film 2b, the cap insulating film 3, and the second interlayer insulating film 4 are sequentially etched using a known dry etching technique to form a wiring trench pattern 10, and then oxygen plasma ashing and organic stripping solution are performed. The second resist pattern 1b and the second antireflection film 2b are peeled off by a wet process using, and the dry etching residue is removed (see FIGS. 24C, 25A, and 25B). Then, a wiring material 11 such as Cu is embedded in the wiring trench pattern 10 and the via hole 9, and the surface is flattened by CMP to form a dual damascene structure.

特開2000−77409号公報(第5−7頁、第1図)JP 2000-77409 A (page 5-7, FIG. 1)

このように、ビアファーストデュアルダマシンプロセスでは、第1レジストパターン1aを用いてビアホール9を形成し、第1レジストパターン1a剥離後に、続けて配線トレンチパターン10をエッチングするための第2レジストパターン1bの形成が行われるが、従来の方法では、第1レジストパターン1a及び第1反射防止膜2aを剥離する塩基性の有機剥離液を用いたウェット剥離工程後、第2反射防止膜2b又はレジスト塗布前には、前処理を行わないか、もしくは、前処理として塗布機で脱水ベーク(150〜250℃程度で2分程度)あるいはシンナープリウェットを行っているだけであった。   As described above, in the via first dual damascene process, the first resist pattern 1a is used to form the via hole 9, and after the first resist pattern 1a is peeled off, the second resist pattern 1b for etching the wiring trench pattern 10 continuously is formed. In the conventional method, after the wet stripping process using a basic organic stripper that strips the first resist pattern 1a and the first antireflection film 2a, but before the second antireflection film 2b or the resist is applied. However, pretreatment was not performed, or dehydration baking (about 2 minutes at about 150 to 250 ° C.) or thinner prewetting was performed as a pretreatment by a coating machine.

この脱水ベークやシンナープリウェット処理は、基板、特にビアホール9内壁に吸着した水分を除去することが目的であり、塩基性物質等のレジスト内の化学反応を阻害する物質(以下、反応阻害物質と称す)を除去するものではなく、この反応阻害物質により第2レジストパターン1bの解像度が劣化するという問題があった。すなわち、露光によりレジスト内部に発生した酸触媒を用いて化学反応を促進し、部分的に現像液に溶けやすくすることによりレジストパターンが形成されるが、層間絶縁膜内部に浸透した反応阻害物質がレジスト中に浸みだして酸触媒を失活させてレジストを化学反応を抑制し、配線トレンチパターン10の一部、特にビアホール9近傍のレジストが十分に除去されずに残ってしまう。   The purpose of the dehydration baking and thinner pre-wet treatment is to remove moisture adsorbed on the substrate, particularly the inner wall of the via hole 9, and a substance that inhibits a chemical reaction in the resist such as a basic substance (hereinafter referred to as a reaction inhibitor). In other words, the resolution of the second resist pattern 1b deteriorates due to the reaction-inhibiting substance. That is, a chemical reaction is promoted using an acid catalyst generated inside the resist by exposure, and a resist pattern is formed by making it partially soluble in a developer. The acid catalyst is deactivated by leaching into the resist to suppress the chemical reaction of the resist, and a part of the wiring trench pattern 10, particularly, the resist near the via hole 9 remains without being sufficiently removed.

そして、本来除去されるべき部分にレジストが残った状態でその後の配線トレンチパターンのエッチングを行うと、配線トレンチパターン10の形状が崩れてしまったり、特に、図24(b)に示すように、レジストが多く抜け残った場合には、図25(a)のようなクラウン15とよばれるエッチング残さがビアホール9周辺に残る。このクラウン15は有機剥離液に溶けないため、配線材料11の埋め込み時まで残る。そのため完成した配線の信頼性が低下するという問題が生じる。   Then, if the subsequent etching of the wiring trench pattern is performed in a state where the resist remains in the portion that should be removed, the shape of the wiring trench pattern 10 may be collapsed, in particular, as shown in FIG. When much resist remains, an etching residue called a crown 15 as shown in FIG. 25A remains around the via hole 9. Since this crown 15 does not dissolve in the organic stripping solution, it remains until the wiring material 11 is embedded. Therefore, there arises a problem that the reliability of the completed wiring is lowered.

この問題は、層間絶縁膜としてSiOを用いた場合にも起こるが、低誘電率膜を使用した場合により顕著に現れる。一般に、低誘電率膜は粗な膜で形成されているため、有機剥離液や洗浄液等の薬液が内部にしみ込みやすく、又、大気中に浮遊している物質を付着しやすい構造になっており、その上に塗布する反射防止膜やレジストのベークに際して、薬液に含まれる反応阻害物質がレジスト中に徐々にしみ出してくるからである。 This problem also occurs when SiO 2 is used as an interlayer insulating film, but becomes more prominent when a low dielectric constant film is used. In general, since the low dielectric constant film is formed of a rough film, it has a structure in which chemicals such as organic stripping solution and cleaning solution are likely to penetrate inside, and substances that are floating in the atmosphere are likely to adhere. This is because the reaction inhibitor contained in the chemical solution gradually oozes into the resist when the antireflection film or the resist applied thereon is baked.

また、上記有機剥離液や洗浄液等の薬液のみならず、層間絶縁膜中の所定の元素も反応阻害物質として機能することが分かっており、ビアホールや配線トレンチパターン形成後、層間絶縁膜やエッチングストッパ膜がビアホールや配線トレンチパターン内壁に露出している状態でレジストパターン形成を行うと同様の不良が生じる。   In addition, it is known that not only chemical solutions such as the above organic stripping solution and cleaning solution, but also predetermined elements in the interlayer insulating film function as reaction inhibitors, and after forming via holes and wiring trench patterns, interlayer insulating films and etching stoppers are formed. When the resist pattern is formed in a state where the film is exposed on the inner wall of the via hole or the wiring trench pattern, the same defect occurs.

そして、この問題は、ビアファーストデュアルダマシンプロセスに限らず、デュアルハードマスクプロセスやトレンチファーストデュアルダマシンプロセス等の他のダマシンプロセスや、有機剥離液や洗浄液等を用いたウェット処理後に次のレジストパターンを形成する工程又は絶縁膜がビアホールやトレンチパターン内壁に露出している状態でレジストパターンを形成する工程を有する他の半導体プロセスにおいても同様に生じる。   This problem is not limited to the via-first dual damascene process, and other damascene processes such as a dual hard mask process and a trench first dual damascene process, and after the wet process using an organic stripping solution or a cleaning solution, the next resist pattern is formed. This also occurs in other semiconductor processes having a step of forming or a step of forming a resist pattern in a state where the insulating film is exposed on the inner wall of the via hole or trench pattern.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、レジストパターンの解像不良を引き起こす反応阻害物質を確実に除去又は大気中の反応阻害物質の付着を抑制又は層間絶縁膜中の反応阻害物質の影響を抑制することが可能な半導体装置の製造方法、特にダマシンプロセスを用いて形成した半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its main purpose is to reliably remove reaction inhibitory substances that cause poor resolution of resist patterns or to suppress adhesion of reaction inhibitory substances in the atmosphere or interlayers. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the influence of a reaction inhibitor in an insulating film, particularly a semiconductor device formed using a damascene process and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁膜が形成された基板に対して、有機剥離液又は洗浄液を用いてウェット処理を行った後、前記絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程を含む半導体装置の製造方法において、前記ウェット処理後、前記レジストパターンとなるレジスト又は該レジスト下層に設ける反射防止膜を塗布する前に、前記有機剥離液又は前記洗浄液に含有される物質であって、前記レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質を除去する前処理を行うものである。   In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes performing a wet process on a substrate on which an insulating film is formed using an organic stripping solution or a cleaning solution, and then forming a resist pattern on the insulating film. In the method of manufacturing a semiconductor device including the step of forming the step, after the wet treatment, before applying a resist to be the resist pattern or an antireflection film provided under the resist, it is contained in the organic stripping solution or the cleaning solution. A pretreatment is performed to remove a reaction-inhibiting substance that inhibits the chemical reaction of the resist.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、配線パターンが形成された基板上に、少なくとも第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜とを順次堆積する工程と、前記第2の層間絶縁膜上に第1のレジストパターンを形成し、該第1のレジストパターンをマスクとしてドライエッチングにより前記第1の層間絶縁膜及び前記第2の層間絶縁膜を貫通するビアホールを形成する工程と、有機剥離液でエッチング残留物を除去する処理、又は、洗浄液で洗浄する処理の少なくとも一方のウェット処理を行う工程と、前記第2の層間絶縁膜上に第2のレジストパターンを形成する工程と、前記第2のレジストパターンをマスクとして前記第2の層間絶縁膜をエッチングして配線トレンチパターンを形成する工程と、前記ビアホール及び前記配線トレンチパターン内に配線材料を埋め込み、研磨して配線パターンを形成する工程とを少なくとも有する半導体装置の製造方法において、前記ウェット処理後、前記レジストパターンとなるレジスト又は該レジスト下層に設ける反射防止膜を塗布する前に、前記有機剥離液又は前記洗浄液に含有される物質であって、前記レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質を除去する前処理を行うものである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: sequentially depositing at least a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film on a substrate on which a wiring pattern is formed; Forming a first resist pattern on the film, forming a via hole penetrating through the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film by dry etching using the first resist pattern as a mask, and organic A step of performing a wet process of removing at least one of a process of removing an etching residue with a stripping solution or a process of cleaning with a cleaning liquid; a step of forming a second resist pattern on the second interlayer insulating film; Etching the second interlayer insulating film using the second resist pattern as a mask to form a wiring trench pattern; and forming the via hole and the wiring trench pattern In the method of manufacturing a semiconductor device having at least a step of embedding a wiring material in a film and polishing to form a wiring pattern, a resist to be the resist pattern after the wet treatment or an antireflection film provided under the resist is provided. Before coating, a pretreatment is performed to remove a reaction-inhibiting substance that is a substance contained in the organic stripping solution or the cleaning solution and inhibits the chemical reaction of the resist.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、配線パターンが形成された基板上に、少なくとも第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜と無機材料からなるマスク部材とを堆積する工程と、前記マスク部材上に第1のレジストパターンを形成し、該第1のレジストパターンを用いて前記マスク部材をエッチングしてハードマスクを形成する工程と、有機剥離液でエッチング残留物を除去する処理、又は、洗浄液で洗浄する処理の少なくとも一方のウェット処理を行う工程と、前記ハードマスク上に第2のレジストパターンを形成する工程と、前記第2のレジストパターンをマスクとしてドライエッチングにより前記第1の層間絶縁膜及び第2の層間絶縁膜を貫通するビアホールを形成する工程と、前記第2のレジストパターを除去した後、前記ハードマスクを用いて前記第2の層間絶縁膜をエッチングして配線トレンチパターンを形成する工程と、前記ビアホール及び前記配線トレンチパターン内に配線材料を埋め込み、研磨して配線パターンを形成する工程とを少なくとも有する半導体装置の製造方法において、前記ウェット処理後、前記レジストパターンとなるレジスト又は該レジスト下層に設ける反射防止膜を塗布する前に、前記有機剥離液又は前記洗浄液に含有される物質であって、前記レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質を除去する前処理を行うものである。   The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of depositing at least a first interlayer insulating film, a second interlayer insulating film, and a mask member made of an inorganic material on a substrate on which a wiring pattern is formed; Forming a first resist pattern on the mask member, etching the mask member using the first resist pattern to form a hard mask, and removing an etching residue with an organic stripping solution; Alternatively, a process of performing at least one wet process of a process of cleaning with a cleaning liquid, a process of forming a second resist pattern on the hard mask, and the first resist by dry etching using the second resist pattern as a mask. Forming a via hole penetrating the interlayer insulating film and the second interlayer insulating film; and removing the second resist pattern; Etching the second interlayer insulating film using a mask to form a wiring trench pattern; and embedding a wiring material in the via hole and the wiring trench pattern and polishing to form a wiring pattern at least In the manufacturing method of the semiconductor device having, before applying the resist to be the resist pattern or the antireflection film provided in the resist lower layer after the wet treatment, the substance contained in the organic stripping solution or the cleaning solution, A pretreatment is performed to remove a reaction inhibitor that inhibits the chemical reaction of the resist.

本発明においては、前記絶縁膜、又は、前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜の少なくとも一方が低誘電率膜からなる構成とすることができる。   In the present invention, at least one of the insulating film, the first interlayer insulating film, or the second interlayer insulating film may be formed of a low dielectric constant film.

また、本発明においては、前記反応阻害物質が塩基性物質からなり、該塩基性物質により、露光により前記レジスト中に発生した酸の触媒作用が阻害される構成とすることができ、前記塩基性物質にアミンを含むことが好ましい。   In the present invention, the reaction inhibiting substance may be a basic substance, and the basic substance may be configured to inhibit the catalytic action of an acid generated in the resist by exposure. It is preferable that the substance contains an amine.

また、本発明においては、前記前処理として、アニール処理、UV処理、プラズマ処理、又は、有機溶媒処理の少なくとも一の処理を行うことことが好ましく、前記前処理として、アニール処理の後にUV処理を行う構成とすることができる。   In the present invention, it is preferable to perform at least one of annealing, UV treatment, plasma treatment, or organic solvent treatment as the pretreatment, and as the pretreatment, UV treatment is performed after the annealing treatment. It can be set as the structure to perform.

また、本発明においては、前記アニール処理が、所定の温度のアニールにより、前記絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質を脱離させる処理からなり、前記UV処理が、UV光の照射により活性化した酸素又はオゾンにより、前記絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質を中和する処理からなり、前記プラズマ処理が、酸素、窒素又はアンモニアのいずれか一のガスを含むプラズマにより、前記絶縁膜又は前記層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質をエッチングする処理からなる構成とすることができる。   In the present invention, the annealing treatment may desorb the reaction-inhibiting substance that has permeated or adsorbed into the insulating film, the first interlayer insulating film, or the second interlayer insulating film by annealing at a predetermined temperature. The UV treatment is caused by oxygen or ozone activated by irradiation of UV light, and the reaction inhibition permeated or adsorbed on the insulating film, the first interlayer insulating film, or the second interlayer insulating film The plasma treatment comprises etching the reaction-inhibiting substance that has permeated or adsorbed to the insulating film or the interlayer insulating film with a plasma containing any one gas of oxygen, nitrogen, or ammonia. It can be configured by processing.

また、本発明においては、前記有機溶媒処理が、ポリピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ポリピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、シクロヘキサノン、メチルエチルケトンのいずれか一を含む有機溶媒を用いた処理であることが好ましい。   In the present invention, the organic solvent treatment is preferably treatment using an organic solvent containing any one of polypyrene glycol monomethyl ether acetate, polypyrene glycol monomethyl ether, ethyl lactate, cyclohexanone, and methyl ethyl ketone.

また、本発明においては、前記有機溶媒に酸性物質を含み、該酸性物質により、前記絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質が中和される構成、又は、前記有機溶媒に弱塩基性物質を含み、該弱塩基性物質により、前記絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質が弱塩基に置換される構成とすることもできる。   Further, in the present invention, the reaction inhibitor that contains an acidic substance in the organic solvent and penetrates or adsorbs to the insulating film, the first interlayer insulating film, or the second interlayer insulating film by the acidic substance. The composition to be neutralized or the organic solvent contains a weak basic substance, and permeates or adsorbs on the insulating film, the first interlayer insulating film, or the second interlayer insulating film by the weak basic substance. The reaction inhibitor may be replaced with a weak base.

また、本発明の半導体装置は、上記製造方法を用いて形成される半導体装置であって、前記前処理として、アニール処理又はUV処理の少なくとも一つが用いられ、前記ビアホール又は前記配線トレンチパターンに形成された前記配線パターン側壁の少なくとも一部に当接する絶縁膜の前記当接面表層に、内部とは成分比率又は密度が異なる領域が形成されているものである。   Further, the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device formed by using the above manufacturing method, and at least one of annealing treatment or UV treatment is used as the pretreatment, and formed in the via hole or the wiring trench pattern. A region having a component ratio or density different from the inside is formed in the surface layer of the insulating film that contacts at least a part of the side wall of the wiring pattern.

また、本発明の半導体装置は、導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接する層間膜が、Si及びOを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも窒素濃度が低い領域を有するもの、又は、Si、O及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも酸素濃度が高く、かつ、水素濃度が低い領域を有するもの、又は、Si、O、C及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも酸素濃度が高く、かつ、炭素及び水素濃度が低い領域を有するものである。   In the semiconductor device of the present invention, the interlayer film that contacts at least a part of at least one side wall of the via or the wiring made of a conductor is an insulating film containing Si and O as main elements, A contact surface layer having a lower nitrogen concentration than the inside of the insulating film or a low dielectric constant insulating film containing Si, O, and H as main elements, and the contact surface layer of the insulating film And a low dielectric constant insulating film having a region where the oxygen concentration is higher than that inside the insulating film and the hydrogen concentration is low, or a low dielectric constant insulating film containing Si, O, C and H as main elements. The contact surface layer has a region having a higher oxygen concentration and a lower carbon and hydrogen concentration than the inside of the insulating film.

また、本発明の半導体装置は、導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接するバリア膜又はエッチングストッパ膜がSi、C、N及びHを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも酸素濃度が高く、かつ、炭素、窒素及び水素濃度が低い領域を含むもの、又は、Si、C及びHを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも酸素濃度が高く、かつ、炭素及び水素濃度が低い領域を有するものである。   In the semiconductor device of the present invention, the barrier film or the etching stopper film that contacts at least a part of at least one side wall of the via or the wiring made of a conductor is an insulating film having Si, C, N, and H as main elements. The surface of the contact surface of the insulating film includes a region where the oxygen concentration is higher than the inside of the insulating film and the carbon, nitrogen and hydrogen concentrations are low, or Si, C and H are the main elements. The insulating film has a region having a higher oxygen concentration and a lower carbon and hydrogen concentration than the inside of the insulating film on the surface of the contact surface of the insulating film.

また、本発明の半導体装置は、導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接する層間膜がSi、O及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜又はSi、O、C及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも膜密度が大きい領域を有するもの、又は、バリア膜又はエッチングストッパ絶縁膜が、Si、C、N及びHを主要元素とする絶縁膜又はSi、C及びHを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも膜密度が大きい領域を有するものである。   In the semiconductor device of the present invention, the interlayer film in contact with at least a part of at least one side wall of the via or wiring made of a conductor is a low dielectric constant insulating film having Si, O and H as main elements, or Si, O , A low dielectric constant insulating film containing C and H as main elements, and a surface layer of the insulating film having a region having a higher film density than the inside of the insulating film, or a barrier film or an etching stopper The insulating film is an insulating film having Si, C, N, and H as main elements or an insulating film having Si, C, and H as main elements, and is formed on the surface of the contact surface of the insulating film from the inside of the insulating film. Has a region with a high film density.

また、本発明の半導体装置は、導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接する層間膜が、Si、O及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりもSi−O結合の割合が高く、Si−H結合の割合が低い領域を有するもの、又は、Si、O、C及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりもSi−O結合の割合が高く、Si−CH結合の割合が低い領域を有するもの、又は、バリア膜又はエッチングストッパ膜がSi、C、N及びHを主要元素とする絶縁膜又はSi、C及びHを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりもSi−CH結合の割合が低い領域を有するものである。 In the semiconductor device of the present invention, the interlayer film that contacts at least a part of at least one side wall of the via or the wiring made of a conductor is a low dielectric constant insulating film containing Si, O, and H as main elements, The contact film surface layer of the insulating film has a region where the ratio of Si—O bonds is higher and the ratio of Si—H bonds is lower than the inside of the insulating film, or Si, O, C and H are mainly used. A low dielectric constant insulating film that is an element, and has a region in the surface layer of the insulating film that has a higher proportion of Si—O bonds and a lower proportion of Si—CH 3 bonds than the inside of the insulating film. Or the barrier film or the etching stopper film is an insulating film containing Si, C, N and H as main elements or an insulating film containing Si, C and H as main elements, and is formed on the surface of the contact surface of the insulating film. , a low percentage of Si-CH 3 bond than the inner insulating film And it has a region.

本発明においては、前記領域の厚さは誘電率増大を防ぐためには30nm以下であることが好ましく、前記Si、O及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜として梯子型水素化シロキサンを用いる構成とすることができ、前記梯子型水素化シロキサンとしてL−Ox(登録商標)を用いることもできる。   In the present invention, the thickness of the region is preferably 30 nm or less in order to prevent an increase in dielectric constant, and ladder-type hydrogenated siloxane is used as the low dielectric constant insulating film containing Si, O, and H as main elements. L-Ox (registered trademark) can also be used as the ladder-type hydrogenated siloxane.

このように、本発明は、レジストパターン形成の前工程として、アニール処理、プラズマ処理、UV処理、有機溶媒処理等の処理を実施することにより、ウェハー中、特に低誘電率層間絶縁膜中に残留しているアミン等の反応阻害物質を確実に除去することができ、また、アニール処理やUV処理により、ビアホールや配線トレンチパターン内壁に組成や密度、結合状態を変化させた改質膜を形成し、大気中の反応阻害物質の付着や絶縁膜中の反応阻害物質の影響を抑制することができる。これにより、ビアファーストプロセスやデュアルハードマスクプロセス、トレンチファーストプロセス等のデュアルダマシンプロセスのような、アミン等を含む有機剥離液や洗浄液を用いたウェット処理に続けてレジストパターン形成を行う工程やビアホールや配線トレンチパターン形成後に続けてレジストパターン形成を行う工程を含むプロセスにおいて、レジストパターンの解像度が劣化するという問題を解決することができる。   As described above, in the present invention, as a pre-process for resist pattern formation, annealing, plasma processing, UV processing, organic solvent processing, and the like are performed, thereby remaining in the wafer, particularly in the low dielectric constant interlayer insulating film. It is possible to remove the amine and other reaction-inhibiting substances without fail, and to form a modified film with varying composition, density, and bonding state on the inner wall of the via hole or wiring trench pattern by annealing or UV treatment. It is possible to suppress the adhesion of reaction inhibiting substances in the atmosphere and the influence of reaction inhibiting substances in the insulating film. As a result, a resist pattern formation process, a via hole process, a wet process using an organic stripping solution or cleaning solution containing amine, such as a dual damascene process such as a via first process, a dual hard mask process, a trench first process, etc. In the process including the step of forming the resist pattern after the formation of the wiring trench pattern, the problem that the resolution of the resist pattern is degraded can be solved.

本発明の第1の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the via first process which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the via first process which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the via first process which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係るアニール処理の条件を設定するためのガス分析システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the gas analysis system for setting the conditions of the annealing process which concerns on 1st Example of this invention. ガス分析システムで分析した結果を示す図である。It is a figure which shows the result analyzed by the gas analysis system. 層間絶縁膜としてSiOを用いた試料と低誘電率膜を用いた試料に対するガス分析の結果を示す図である。It shows the results of gas analysis for samples using the sample and a low dielectric constant film using SiO 2 as an interlayer insulating film. 層間絶縁膜としてSiOを用いた試料と低誘電率膜を用いた試料に対するSEM観察の結果を示す図である。Shows the results of SEM observation of sample using the sample and a low dielectric constant film using SiO 2 as an interlayer insulating film. ビアパターン間隔の差によるアミン成分の影響の差異を示す図である。It is a figure which shows the difference of the influence of an amine component by the difference of a via pattern space | interval. 本発明の第1の実施例に係るUV処理の効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of the UV process which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例に係る有機溶媒処理の効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of the organic-solvent process which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第2の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the via first process which concerns on the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the via first process which concerns on the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the via first process which concerns on the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例に係るデュアルハードマスクプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the dual hard mask process which concerns on the 3rd Example of this invention. 本発明の第3の実施例に係るデュアルハードマスクプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the dual hard mask process which concerns on the 3rd Example of this invention. 本発明の第3の実施例に係るデュアルハードマスクプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the dual hard mask process which concerns on the 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the via first process which concerns on the 4th Example of this invention. 本発明の第4の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the via first process which concerns on the 4th Example of this invention. 本発明の第4の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the via first process which concerns on the 4th Example of this invention. 本発明の第4の実施例に係るトレンチファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the trench first process which concerns on the 4th Example of this invention. 本発明の第4の実施例に係るトレンチファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the trench first process which concerns on the 4th Example of this invention. 本発明の第4の実施例に係るトレンチファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the trench first process which concerns on the 4th Example of this invention. 従来のビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the conventional via first process. 従来のビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the conventional via first process. 従来のビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the procedure of the conventional via first process. 層間絶縁膜に浸透した物質を抽出する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of extracting the substance which osmose | permeated the interlayer insulation film. 図19の方法で抽出結果を示す図である。It is a figure which shows an extraction result by the method of FIG. レジストパターンの解像度が劣化するメカニズムを説明する図である。It is a figure explaining the mechanism in which the resolution of a resist pattern deteriorates.

従来、ダマシンプロセスのようにPR工程がウェット剥離工程や洗浄工程等のウェット処理工程に連続する場合において、前処理をしないで反射防止膜やレジストを塗布した場合、基板にしみ込んだ塩基性化学物質等の反応阻害物質が反射防止膜を突き抜けてレジスト中に進入する。その結果、露光によるレジストの化学反応が抑制されてパターンが解像不良になるという問題があった。   Conventionally, when the PR process is continuous with the wet treatment process such as the wet stripping process and the cleaning process as in the damascene process, when the antireflection film or resist is applied without pretreatment, the basic chemical substance soaked into the substrate Reaction inhibitors such as these penetrate the antireflection film and enter the resist. As a result, there has been a problem that the chemical reaction of the resist due to exposure is suppressed and the pattern is poorly resolved.

特に、この問題は、従来のシリコン酸化物に代えて低誘電率絶縁膜が用いられる構成の場合に多い。それらの低誘電率材料では、シリコン酸化膜に比べて空孔密度が高いために反応阻害物質を取り込みやすく、それが反射防止膜やレジストのベーク時に徐々に浸みだしてくるからである。更に、ビアホールを先に加工するビアファーストプロセスでは、ビアホールエッチング後に用いる有機剥離液がビアホール沿って基板の奥深くまでしみ込んでしまう。   In particular, this problem is often caused in a configuration in which a low dielectric constant insulating film is used instead of the conventional silicon oxide. This is because these low dielectric constant materials have a higher hole density than silicon oxide films, so that reaction-inhibiting substances are easily taken in, and they gradually ooze out when the antireflection film or resist is baked. Furthermore, in the via first process in which the via hole is processed first, the organic stripping solution used after the via hole etching penetrates deep into the substrate along the via hole.

そこで、上記問題を解決するために、レジストパターンの解像度を劣化させる要因となる反応阻害物質を同定するために以下の実験を行った。   Therefore, in order to solve the above problem, the following experiment was conducted in order to identify a reaction inhibitor that causes the resolution of the resist pattern to deteriorate.

まず、前記した従来の方法でビアホール9を形成したビア付きサンプル17(図23(b)参照)を作成し、図26に示すように、このビア付きサンプル17を石英セル16の中に入れて300℃の温度で加熱した。そして、放冷後に加熱により発生した物質を純水中に抽出し、キャピラリー電気泳動にてその成分を確認した。その結果を図27に示す。図27から分かるように、(a)に示す標準サンプルと(b)に示すビア付きサンプル17の分析結果を比較すると、破線で囲んだ物質(アミンA及びアミンB、以下アミン成分と総称する)がキャピラリー中で電気泳動をさせると同じ移動時間(横軸)にピークを持っているのが確認できた。ここで確認された成分は、アミン系の有機剥離液の成分である。つまり、アミン系の有機剥離液の成分が、基板表面に吸着していたということが分かる。   First, a via-attached sample 17 (see FIG. 23B) in which a via hole 9 is formed by the above-described conventional method is prepared, and this via-attached sample 17 is placed in a quartz cell 16 as shown in FIG. Heated at a temperature of 300 ° C. And the substance which generate | occur | produced by heating after standing_to_cool was extracted in the pure water, and the component was confirmed by capillary electrophoresis. The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 27, when the analysis results of the standard sample shown in (a) and the via-attached sample 17 shown in (b) are compared, substances surrounded by broken lines (amine A and amine B, hereinafter collectively referred to as amine components) When electrophoresis was performed in a capillary, it was confirmed that it had a peak at the same movement time (horizontal axis). The component confirmed here is a component of an amine organic stripping solution. That is, it can be seen that the component of the amine-based organic stripping solution was adsorbed on the substrate surface.

すなわち、ビアファーストプロセスにおいてビアホールのエッチング後に行う有機剥離プロセスでは、アミン系のアルカリ性有機剥離液を用いてエッチングの残留物を除去しているが、この有機剥離液が第1層間絶縁膜6及び第2層間絶縁膜4中にしみ込んで、その後の洗浄工程でも完全には除去されずに残ってしまう。特に、低誘電率の有機・無機層間絶縁膜ではミクロな空孔密度が高くなり、そこへ反応阻害物質がしみ込む。これが第2反射防止膜2b、レジストのベーク時に第2反射防止膜2bを突き抜けて浸みだし、レジスト中に浸透するためと考えられる。   That is, in the organic stripping process performed after etching the via hole in the via first process, the etching residue is removed using an amine-based alkaline organic stripping solution. This organic stripping solution is used for the first interlayer insulating film 6 and the first insulating film. It penetrates into the two interlayer insulating film 4 and remains without being completely removed even in the subsequent cleaning process. In particular, a low dielectric constant organic / inorganic interlayer insulating film has a high microscopic void density, and a reaction inhibitor penetrates there. This is thought to be because the second antireflection film 2b and the second antireflection film 2b penetrate and penetrate into the resist during baking of the resist.

このアミン成分がレジストパターンの解像不良を引き起こすメカニズムについて図28を参照して説明すると、まず、ポジ型レジストに含まれる酸発生剤(オニウム塩酸発生剤、ジアゾメタン系酸発生剤、スルホン酸エステル系酸発生剤等)が露光により光分解して酸が発生する。そして、現像液に対して溶解抑止効果のあるアセタール基等の保護基が、酸触媒による脱保護反応によりヒドロキシル基に変わり、レジストの極性が変化して現像液に溶けやすくなるが、塩基性のアミン成分がレジストに浸透すると中和反応により酸触媒が失活し上記脱保護反応が抑制されるというポイゾニングと呼ばれる現象が生じる。   The mechanism by which this amine component causes a poor resolution of the resist pattern will be described with reference to FIG. 28. First, an acid generator (onium hydrochloric acid generator, diazomethane acid generator, sulfonate ester system contained in a positive resist) An acid generator or the like) is photolyzed by exposure to generate an acid. Then, a protective group such as an acetal group that has a dissolution inhibiting effect on the developer is changed to a hydroxyl group by a deprotection reaction with an acid catalyst, and the polarity of the resist changes to be easily dissolved in the developer. When the amine component penetrates into the resist, a phenomenon called poisoning occurs in which the acid catalyst is deactivated by the neutralization reaction and the deprotection reaction is suppressed.

その結果として、レジスト材料の現像液への溶解性が低下し、レジスト解像性が劣化したり、ビアホールに埋め込まれたレジストに抜け残りが生じ、パターン解像度の劣化を招くと考えられる。また、PR前にCu裏面洗浄工程で使用するフッ酸過酸化水素の残留物によっても同様にレジストパターンの解像不良が起こる。   As a result, it is considered that the solubility of the resist material in the developer is lowered, the resist resolution is deteriorated, or the resist embedded in the via hole is left behind, resulting in deterioration of the pattern resolution. In addition, the resist pattern resolution failure is also caused by the residue of hydrogen fluoride hydrofluoric acid used in the Cu back surface cleaning step before PR.

また、上記ポイゾニングは、アミン成分のみならず、層間絶縁膜やエッチングストッパ膜等の絶縁膜を構成する元素(窒素や水素、炭素等)の濃度によっても引き起こされることを本願発明者は確認しており、ビアホールや配線トレンチパターン等を形成した後、該ビアホールや配線トレンチパターン内壁に層間絶縁膜やエッチングストッパ膜が露出した状態で次のレジストパターンの形成を行うと、絶縁膜中の反応阻害物質がレジストに作用し、アミンと同様の不良が発生してしまう。   The inventor of the present application confirmed that the poisoning is caused not only by the amine component but also by the concentration of elements (nitrogen, hydrogen, carbon, etc.) constituting the insulating film such as the interlayer insulating film and the etching stopper film. After forming a via hole or wiring trench pattern, the next resist pattern is formed with the interlayer insulating film or etching stopper film exposed on the inner wall of the via hole or wiring trench pattern. Acts on the resist and causes the same defects as amines.

そこで、本発明では、レジストや反射防止膜を塗布する前処理として、アニール処理、プラズマ処理、UV処理、酸又は弱塩基性化合物を含む有機溶媒処理等を施すことにより、ウェットプロセスで残留したアミンやフッ酸過酸化水素等の反応阻害物質を有効に除去し、また、前処理としてアニール処理やUV処理を施すことにより、ビアホールや配線トレンチパターン内壁に露出した絶縁膜表面に組成や密度、結合状態を変化させた改質層を形成して、大気中に浮遊している反応阻害物質の付着を抑制又は絶縁膜中の反応阻害物質の影響を抑制して、ポイズニングの発生を抑え、レジストパターンの解像不良を改善している。   Therefore, in the present invention, as a pretreatment for applying a resist or an antireflection film, an annealing treatment, a plasma treatment, a UV treatment, an organic solvent treatment containing an acid or a weakly basic compound, etc. It effectively removes reaction-inhibiting substances such as hydrogen peroxide and hydrofluoric acid, and also performs annealing and UV treatment as pretreatment, so that the composition, density, and bonding can be applied to the surface of the insulating film exposed on the inner walls of via holes and wiring trench patterns. Forming a modified layer with a changed state to suppress the adhesion of reaction-inhibiting substances floating in the atmosphere or to suppress the influence of reaction-inhibiting substances in the insulating film, thereby suppressing the occurrence of poisoning and resist patterns Improves the resolution failure.

上記アニール処理は、150〜450℃、好ましくは200℃〜450℃の温度範囲で行うことにより反応阻害物質を確実に脱離又は改質層を形成することができる。なお、アニール処理に際しては、基板の酸化を防ぐため、減圧条件下、窒素雰囲気やアルゴン等の不活性ガス雰囲気、水素雰囲気中で行なうことが望ましい。   The annealing treatment is performed at a temperature in the range of 150 to 450 ° C., preferably 200 to 450 ° C., so that the reaction-inhibiting substance can be reliably removed or a modified layer can be formed. In order to prevent the substrate from being oxidized, the annealing treatment is preferably performed under a reduced pressure condition in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere, argon, or a hydrogen atmosphere.

また、表面近傍に付着した反応阻害物質の除去には、反射防止膜塗布前の有機溶媒(シンナー)での洗い流しも効果がある。反射防止膜塗布後のベークで反射防止膜上面まで浸みだしてきた反応阻害物質の除去には、反射防止膜塗布後のシンナー処理も効果がある。上述のシンナー処理に変えて、酸性物質を含む有機溶媒や弱塩基性物質を含む有機溶媒で洗浄することは、アルカリ性反応阻害物質の除去にさらに効果がある。上記反応阻害物質を中和するために、反射防止膜自体に酸を含有させることも効果がある。   In addition, in order to remove the reaction-inhibiting substance adhering to the vicinity of the surface, washing with an organic solvent (thinner) before applying the antireflection film is also effective. Thinner treatment after application of the antireflection film is also effective in removing the reaction inhibitor that has soaked up to the upper surface of the antireflection film by baking after application of the antireflection film. In place of the above-described thinner treatment, washing with an organic solvent containing an acidic substance or an organic solvent containing a weakly basic substance is more effective in removing the alkaline reaction inhibitor. In order to neutralize the reaction inhibiting substance, it is also effective to contain an acid in the antireflection film itself.

また、UV処理はUV光の照射により活性化した酸素、オゾンにより反応阻害物質を除去する方法であり、プラズマ処理は、酸素、水素、窒素、アンモニア等のガスからなるプラズマを用いて、露出した層間絶縁膜表面を物理的にエッチング方法したり、表面を酸化したりする方法であるが、このUV処理やプラズマ処理では、反応阻害物質を除去するのみならず、露出した基板表面を改質して、その後に塗布する反射防止膜やレジストの濡れ性を改善する効果もある。UV処理は、波長100nm−500nmの高圧水銀ランプやエキシマレーザーを使用するのが望ましく、照射強度は、50mW/cm以上が望ましい。特に酸素を用いたUV処理では、ビアホールや配線トレンチパターン内壁に露出した絶縁膜表面の組成や密度、結合状態を変化させた改質層を形成することができ、大気中の反応阻害物質や絶縁膜中の反応阻害物質の影響を抑制することができる。 The UV treatment is a method of removing reaction-inhibiting substances by oxygen and ozone activated by UV light irradiation, and the plasma treatment is exposed using plasma composed of gas such as oxygen, hydrogen, nitrogen and ammonia. This method involves physically etching the surface of the interlayer insulating film or oxidizing the surface. This UV treatment or plasma treatment not only removes reaction inhibitors but also modifies the exposed substrate surface. In addition, there is an effect of improving the wettability of the antireflection film or resist to be applied thereafter. For the UV treatment, it is desirable to use a high-pressure mercury lamp or excimer laser with a wavelength of 100 nm to 500 nm, and the irradiation intensity is desirably 50 mW / cm 2 or more. In particular, in the UV treatment using oxygen, a modified layer in which the composition, density, and bonding state of the insulating film surface exposed on the inner wall of the via hole or wiring trench pattern can be changed, and reaction inhibitors and insulation in the atmosphere can be formed. The influence of the reaction inhibitor in the film can be suppressed.

以下、各実施例において、これらの前処理を適用したダマシンプロセスの具体的手順について述べる。なお、アミンが有機剥離液に含まれていることは公知の事実であるが、このアミンがレジストパターンの解像度に影響しているということ、及び、絶縁膜中に含まれる窒素や水素、炭素等の元素の濃度がアミンと同様に反応阻害物質として機能するということは本願発明者の知見によって得られた新規な事実である。   Hereinafter, in each embodiment, a specific procedure of a damascene process to which these pretreatments are applied will be described. In addition, although it is a well-known fact that an amine is contained in an organic stripping solution, this amine affects the resolution of the resist pattern, and nitrogen, hydrogen, carbon, etc. contained in the insulating film It is a novel fact obtained by the inventor's knowledge that the concentration of these elements functions as a reaction inhibitor similarly to amine.

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、有機剥離液や洗浄液等の薬液に含まれるアミンと絶縁膜に含まれる窒素、水素、炭素等の元素組成は共にポイゾニング現象に影響を与えるが、残留アミンの除去のみを目的とする場合と、大気中のアミンの付着防止や絶縁膜中の反応阻害物質の影響を抑制する場合とでは、前処理として利用可能な処理の内容が異なる。そこで、説明を容易にするために、第1乃至第3の実施例では残留アミンの効果的な除去方法に着目した場合、第4の実施例では大気中のアミンの付着防止及び絶縁膜に含まれる反応阻害物質の影響の抑制に着目した場合について説明する。また、以下の説明では、1層あたりのビア及び配線を一度に形成するデュアルダマシン法を基本的に念頭において述べて行くが、工程を繰り返すことによって配線層を積層することができるのは言うまでもない。   In order to describe the above-described embodiment of the present invention in more detail, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. Both the amine contained in chemicals such as organic stripping solution and cleaning solution and the elemental composition of nitrogen, hydrogen, carbon, etc. contained in the insulating film affect the poisoning phenomenon, but only for the purpose of removing residual amine. The contents of treatment that can be used as pretreatment differ depending on the prevention of adhesion of amines in the atmosphere and the suppression of the influence of reaction-inhibiting substances in the insulating film. Therefore, for ease of explanation, in the first to third embodiments, when attention is paid to an effective removal method of residual amine, the fourth embodiment includes the prevention of adhesion of amine in the atmosphere and the insulating film. The case where attention is paid to the suppression of the influence of the reaction inhibitor is described. Further, in the following description, the dual damascene method in which vias and wirings per layer are formed at a time will be basically described, but it goes without saying that wiring layers can be stacked by repeating the process. .

[実施例1]
まず、本発明の第1の実施例に係る半導体装置及びその製造方法について、図1乃至図10を参照して説明する。図1乃至図3は、本実施例のビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図であり、作図の都合上分図したものである。また、図4は、アニール処理の条件を設定するためのガス分析システムの構成を示す図であり、図5は、その分析結果を示す図である。また、図6及び図7は、層間絶縁膜としてSiOを用いた場合と低誘電率膜を用いた場合の差異を示す図であり、図8はビアパターン間隔の差によるアミン成分の影響の差異を示す図である。更に、図9は、UV処理の効果を示す図であり、図10は、有機溶媒処理の効果を示す図である。
[Example 1]
First, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 to FIG. 3 are process cross-sectional views showing the procedure of the via first process of this embodiment, which are divided for convenience of drawing. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a gas analysis system for setting conditions for annealing treatment, and FIG. 5 is a diagram showing the analysis results. 6 and 7 are diagrams showing differences between the case where SiO 2 is used as an interlayer insulating film and the case where a low dielectric constant film is used, and FIG. 8 shows the influence of the amine component due to the difference in via pattern interval. It is a figure which shows a difference. Further, FIG. 9 is a diagram showing the effect of the UV treatment, and FIG. 10 is a diagram showing the effect of the organic solvent treatment.

以下、本実施例のビアファーストプロセスについて説明する。まず、図1(a)に示すように、公知の方法により、配線基板8上にCu等からなる下層配線を形成した後、CVD法、プラズマCVD法等を用いて、第1エッチングストップ膜7、第1層間絶縁膜6、第2エッチングストップ膜5を順次、所定の膜厚で形成する。その上に、例えば、SiO、有機系低誘電率膜、有機含有シリコン酸化膜、有機又は無機のポーラス膜、L−OxTM、更にこれらにフッ素を含有した絶縁膜等を堆積して第2層間絶縁膜4を形成した後、キャップ絶縁膜3を形成する。 Hereinafter, the via first process of the present embodiment will be described. First, as shown in FIG. 1A, after forming a lower layer wiring made of Cu or the like on the wiring substrate 8 by a known method, the first etching stop film 7 is formed by using a CVD method, a plasma CVD method or the like. The first interlayer insulating film 6 and the second etching stop film 5 are sequentially formed with a predetermined film thickness. On top of this, for example, SiO 2 , an organic low dielectric constant film, an organic-containing silicon oxide film, an organic or inorganic porous film, L-Ox , and an insulating film containing fluorine are deposited on the second film. After forming the interlayer insulating film 4, the cap insulating film 3 is formed.

なお、第1層間絶縁膜6、キャップ絶縁膜3、第1エッチングストップ膜7、第2エッチングストップ膜5は、エッチングの選択比が得られる材料の組み合わせであればよく、SiO、SiC、SiN、SiON、SiCN等の中から適宜選択することができる。また、第2層間絶縁膜4としてSiOを用いた場合はキャップ絶縁膜3を形成する必要はないが、SiO以外の材料では、配線のCMP工程で問題が生じる場合もあるため、その場合はキャップ絶縁膜3を形成する必要がある。 The first interlayer insulating film 6, the cap insulating film 3, the first etching stop film 7, and the second etching stop film 5 may be any combination of materials that can provide an etching selection ratio. SiO 2 , SiC, SiN , SiON, SiCN, or the like. In addition, when SiO 2 is used as the second interlayer insulating film 4, it is not necessary to form the cap insulating film 3, but a material other than SiO 2 may cause problems in the wiring CMP process. It is necessary to form a cap insulating film 3.

その後、キャップ絶縁膜3の上に、露光の光の反射を抑制するための反射防止膜2aを50nm程度堆積した後、ビアホールパターンを形成するための化学増幅型レジストを600nm程度塗布し、KrFフォトリソグラフィーによる露光、現像を行い、第1レジストパターン1aを形成する。   After that, an antireflection film 2a for suppressing reflection of exposure light is deposited on the cap insulating film 3 to about 50 nm, and then a chemically amplified resist for forming a via hole pattern is applied to about 600 nm, and KrF photo Lithographic exposure and development are performed to form the first resist pattern 1a.

次に、図1(b)に示すように、公知のドライエッチングにより反射防止膜2a、キャップ絶縁膜3、第2層間絶縁膜4、第2エッチングストップ膜5、第1層間絶縁膜7を順次エッチングして、それらを貫通するビアホール9を形成する。その後、酸素プラズマアッシング及び有機剥離液を用いたウェット処理によりレジストパターン1aと反射防止膜2aとを剥離し、ドライエッチングの残留物を除去する。   Next, as shown in FIG. 1B, the antireflection film 2a, the cap insulating film 3, the second interlayer insulating film 4, the second etching stop film 5, and the first interlayer insulating film 7 are sequentially formed by known dry etching. Etching is performed to form a via hole 9 penetrating them. Thereafter, the resist pattern 1a and the antireflection film 2a are stripped by oxygen plasma ashing and a wet process using an organic stripper, and the dry etching residue is removed.

ここで、従来例では、次のレジストパターン形成に際して、前処理を行わないか、もしくは、前処理として反射防止膜2b塗布前に塗布機で150〜250℃、2分程度の脱水ベークあるいはシンナープリウェットを行うのみであったが、前述したように、有機剥離液に含まれるアミン成分が第1層間絶縁膜6及び第2層間絶縁膜4、特に低誘電率膜からなる層間絶縁膜に浸透し、第2反射防止膜2bやレジスト塗布後のベークでしみ出し、第2反射防止膜2bを突き抜けてレジスト中に侵入して解像度の劣化を招くという問題があった。そこで本実施例では、第2レジストパターン1b形成の前処理として、以下の処理を実施することを特徴としている。   Here, in the conventional example, when the next resist pattern is formed, pre-processing is not performed, or as pre-processing, before applying the antireflection film 2b, dehydration baking or thinner pre-treatment at 150 to 250 ° C. for about 2 minutes is performed with a coating machine. Although only wet was performed, as described above, the amine component contained in the organic stripping solution penetrates into the first interlayer insulating film 6 and the second interlayer insulating film 4, particularly the interlayer insulating film made of a low dielectric constant film. There is a problem that the second antireflection film 2b or the baking after the resist application oozes out, penetrates through the second antireflection film 2b and enters the resist, resulting in deterioration of resolution. Therefore, this embodiment is characterized in that the following process is performed as a pre-process for forming the second resist pattern 1b.

前処理としては、層間絶縁膜やエッチングストップ膜、キャップ絶縁膜中に浸透したアミン成分等の反応阻害物質を確実に除去することができる方法であればよく、例えば、所定の温度及び時間条件のアニール処理や、物理的にビアホール9内壁に露出した第1層間絶縁膜6や第2層間絶縁膜4をエッチングしてアミン成分を除去するプラズマ処理や、UV光で活性化した酸素又はオゾン等の酸化剤でアミン成分を中和するUV処理や、酸又は弱塩基性物質を含有する有機溶媒でアミンを中和又は弱塩基に置換する有機溶媒処理等が考えられる。   The pretreatment may be any method that can reliably remove reaction-inhibiting substances such as amine components that have penetrated into the interlayer insulating film, the etching stop film, and the cap insulating film. An annealing process, a plasma process for removing the amine component by etching the first interlayer insulating film 6 and the second interlayer insulating film 4 physically exposed on the inner wall of the via hole 9, oxygen or ozone activated by UV light, etc. A UV treatment for neutralizing an amine component with an oxidizing agent, an organic solvent treatment for neutralizing an amine with an organic solvent containing an acid or a weakly basic substance, or replacing it with a weak base, and the like can be considered.

これらの方法にはそれぞれ特徴があり、例えば、アニール処理は半導体プロセスで一般的に行われる処理であり導入が容易であるが、加熱処理に時間がかかり、アニール炉からウェハーを取り出した際に大気中に存在するアミン成分を再び吸収する可能性がある。また、プラズマ処理、UV処理、有機溶媒処理は処理時間も短く、プラズマ処理やUV処理では更に基板表面を改質してその後に塗布する反射防止膜やレジストの濡れ性を改善することができる。従って、どの処理を選択するかは、求められるデバイスの性能、製造工数、使用設備等を勘案して適宜決定することが好ましく、これらを単独で又は複数組み合わせて用いることができる。その中でも、アニール処理の後、反射防止膜塗布前にUV処理を行う組み合わせは特に有効である。   Each of these methods has its characteristics. For example, annealing is a process generally performed in a semiconductor process and easy to introduce. However, it takes a long time for the heat treatment, and the atmosphere is removed when the wafer is taken out from the annealing furnace. There is a possibility of reabsorbing the amine component present therein. In addition, plasma treatment, UV treatment, and organic solvent treatment have a short treatment time, and plasma treatment and UV treatment can further improve the wettability of the antireflection film and resist applied after the substrate surface is further modified. Accordingly, which process is selected is preferably determined appropriately in consideration of the required device performance, manufacturing man-hours, equipment used, and the like, and these can be used alone or in combination. Among them, the combination of performing the UV treatment after the annealing treatment and before applying the antireflection film is particularly effective.

ここでは、前処理としてアニール処理を行う場合について以下に記載する。アニール処理を行う場合のアニール温度及びアニール時間等の条件の設定にあたって、高い温度で長い時間アニールを行うほどアミン成分の除去効果は高まるが、一方、長期間の高温アニールは製造工程を増加させるばかりでなく、配線材料であるCuの拡散等を招き、デバイス特性を劣化させる可能性がある。   Here, it describes below about the case where annealing treatment is performed as pre-processing. When setting conditions such as annealing temperature and annealing time for annealing treatment, the effect of removing amine components increases as annealing is performed at a high temperature for a long time. On the other hand, long-term high-temperature annealing increases the number of manufacturing steps. In addition, diffusion of Cu, which is a wiring material, may be caused and the device characteristics may be deteriorated.

そこで、好ましいアニール処理の温度及び時間を設定するために、アニール条件の異なる試料を作成し、図4に示すようなガス分析システムを用いて質量分析法(TD−API−MS法)によりウェハーから脱離したガス成分の分析を行った。具体的には、ビア付きウェハー上にガス採取用石英セルを設置して加熱炉に入れ、精製した高純度Arガスをマスフローコントローラで流量調整して供給しながら赤外線ヒーターにより試料を加熱する。そして、ウェハーから脱離したガスをAPI−MS装置に導入し分析を行った。その結果を図5に示す。   Therefore, in order to set a preferable annealing temperature and time, samples having different annealing conditions are prepared, and a mass analysis method (TD-API-MS method) is used from a wafer by using a gas analysis system as shown in FIG. The desorbed gas component was analyzed. Specifically, a quartz cell for gas collection is placed on a wafer with vias and placed in a heating furnace, and a sample is heated by an infrared heater while supplying purified high-purity Ar gas at a flow rate adjusted by a mass flow controller. Then, the gas desorbed from the wafer was introduced into the API-MS apparatus and analyzed. The result is shown in FIG.

図5(a)は、常温から400℃まで試料を徐々に(約10℃/分)昇温した場合の昇温曲線とアミン成分の検出強度とを示しており、温度の上昇に伴って徐々にアミン成分が脱離しているのが分かる。一方、図5(b)は、常温から400℃まで短時間に温度を上げ、400℃で保持した場合を示しており、昇温から20分程度の間にアミン成分がほとんど脱離し、その後は検出されなくなっているのがわかる。   FIG. 5 (a) shows the temperature rise curve and the detected intensity of the amine component when the sample is gradually heated from room temperature to 400 ° C. (about 10 ° C./min), gradually with increasing temperature. It can be seen that the amine component is eliminated. On the other hand, FIG. 5B shows a case where the temperature is raised from room temperature to 400 ° C. in a short time and kept at 400 ° C., and the amine component is almost eliminated within about 20 minutes from the temperature rise, and thereafter You can see that it is no longer detected.

このように、アミンが蒸発する温度(400℃)程度まで昇温することによってアミン成分を確実に除去することができ、特に、急昇温することにより、20分程度の短時間でアミン成分を有効に除去することが可能である。そして、400℃で保持してもその後アミン成分が検出されないことから、アニール処理では表面上だけでなく層間絶縁膜内部に浸透したアミン成分に対しても除去効果があることが分かる。   Thus, the amine component can be reliably removed by raising the temperature to the temperature at which the amine evaporates (400 ° C.), and in particular, by rapidly raising the temperature, the amine component can be removed in a short time of about 20 minutes. It can be effectively removed. And even if it hold | maintains at 400 degreeC, since an amine component is not detected after that, it turns out that an annealing process has a removal effect not only on the surface but the amine component which osmose | permeated the inside of the interlayer insulation film.

なお、アニール温度としては400℃に限定されず、400℃以下の温度であっても時間をかければアミン成分の除去は可能であり、本願発明者の実験によれば、150〜450℃の範囲が好ましいことを確認している。更に、反射防止膜やレジストのベークによってアミン成分が脱離するのを抑制するためには、アニール温度の加減をベーク温度である200℃以上に設定することがより好ましい。また、アニール処理に際して、基板の酸化を防ぐため、減圧条件下、窒素雰囲気やアルゴン等の不活性ガス雰囲気、水素雰囲気中で行なうのが望ましい。   Note that the annealing temperature is not limited to 400 ° C., and even if the temperature is 400 ° C. or lower, the amine component can be removed over time. According to the experiments of the present inventor, the temperature ranges from 150 to 450 ° C. Is confirmed to be preferable. Furthermore, in order to prevent the amine component from being desorbed by baking the antireflection film or resist, it is more preferable to set the annealing temperature to be 200 ° C. or higher, which is the baking temperature. In addition, in order to prevent the substrate from being oxidized, it is desirable that the annealing process be performed in a nitrogen atmosphere, an inert gas atmosphere such as argon, or a hydrogen atmosphere under reduced pressure.

上記アニール処理によって第1層間絶縁膜6、第2層間絶縁膜4中のアミン成分を除去した後、図1(c)に示すように、第2反射防止膜2bを50nm程度塗布し、ベークする。その際、ビアホール9内部にも部分的に反射防止膜2bを埋め込む。   After removing the amine component in the first interlayer insulating film 6 and the second interlayer insulating film 4 by the annealing process, as shown in FIG. 1C, the second antireflection film 2b is applied to about 50 nm and baked. . At that time, the antireflection film 2 b is partially embedded also in the via hole 9.

次に、図2(a)に示すように、反射防止膜2bの上に化学増幅型レジストを600nm程度塗布し、ベークを行った後、KrFフォトリソグラフィーによる露光、現像により配線トレンチパターン形成用の第2レジストパターン1bを形成する(図2(b)参照)。その際、従来の製造方法では、ビアホールエッチングの残留物除去に用いた有機剥離液中のアミン成分が層間絶縁膜中に浸透し、反射防止膜やレジストのベーク時にレジスト中にとけ込むことによってパターン解像度が劣化したが、本実施例では、反射防止膜2bの塗布前にアニール処理を施してアミン成分を十分に除去しているため、レジストパターンの解像度を良好に保つことができる。   Next, as shown in FIG. 2A, a chemically amplified resist is applied on the antireflection film 2b to a thickness of about 600 nm, baked, and then exposed and developed by KrF photolithography to form a wiring trench pattern. A second resist pattern 1b is formed (see FIG. 2B). At that time, in the conventional manufacturing method, the amine component in the organic stripping solution used for removing the residue of via-hole etching penetrates into the interlayer insulating film and melts into the resist when the antireflection film or resist is baked. However, in this embodiment, since the amine component is sufficiently removed by performing the annealing process before the application of the antireflection film 2b, the resolution of the resist pattern can be kept good.

その後、図2(c)に示すように、ドライエッチング法により第2反射防止膜2bを除去し、続いて、図3(a)に示すように、第2エッチングストップ膜5をエッチングストッパとしてカバー絶縁膜3及び第2層間絶縁膜4をエッチングし、配線トレンチパターン10を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 2C, the second antireflection film 2b is removed by a dry etching method, and subsequently, as shown in FIG. 3A, the second etching stop film 5 is used as an etching stopper. The insulating film 3 and the second interlayer insulating film 4 are etched to form a wiring trench pattern 10.

次に、図3(b)に示すように、酸素プラズマアッシング及び有機剥離液を用いたウェット処理により第2レジストパターン1bと第2反射防止膜2bとを剥離し、ドライエッチングの残留物を除去する。そして、第1エッチングストップ膜7を除去した後、できあがった配線トレンチパターン10にCu等の配線材料11を埋め込み、CMP法を用いて研磨して表面を平坦化することにより、デュアルダマシン構造が完成する(図3(c)参照)。   Next, as shown in FIG. 3B, the second resist pattern 1b and the second antireflection film 2b are stripped by oxygen plasma ashing and a wet process using an organic stripping solution, and the dry etching residue is removed. To do. Then, after removing the first etching stop film 7, a wiring material 11 such as Cu is embedded in the completed wiring trench pattern 10, and the surface is planarized by polishing using a CMP method, thereby completing a dual damascene structure. (See FIG. 3C).

このようにして形成したビア付きウェハーをSEM観察したところ、パターン解像度不良は全くなく、本実施例のアニール処理がアミン除去に有効であることが確認された。なお、本実施例の効果は第2層間絶縁膜4として低誘電率膜を用いる場合により効果的である。その差異を確認するために、図4に示したガス分析システムを用いて、第2層間絶縁膜4として低誘電率膜を使用した試料とシリコン酸化膜を使用した試料のAPI−MS分析を行った。分析結果を図6に、SEM観察の結果を図7に示す。   When the wafer with vias thus formed was observed with an SEM, there was no pattern resolution defect, and it was confirmed that the annealing treatment of this example was effective for amine removal. The effect of this embodiment is more effective when a low dielectric constant film is used as the second interlayer insulating film 4. In order to confirm the difference, an API-MS analysis of a sample using a low dielectric constant film as the second interlayer insulating film 4 and a sample using a silicon oxide film was performed using the gas analysis system shown in FIG. It was. The analysis result is shown in FIG. 6, and the result of SEM observation is shown in FIG.

図6(a)は、第2層間絶縁膜4としてシリコン酸化膜を使用した場合の、アミンA(左側)及びアミンB(右側)の検出量を示しており、アミンAは6.1ng/cm、アミンBは63ng/cmとそれほど高い数値ではないが、第2層間絶縁膜4として低誘電率膜を使用した場合は、図6(b)に示すようにアミンAは44ng/cm、アミンBは220ng/cmと共に高く、低誘電率膜を用いるプロセスにおいてはアミンの影響が大きく、本実施例の前処理が必要であることを示している。 FIG. 6A shows the detected amounts of amine A (left side) and amine B (right side) when a silicon oxide film is used as the second interlayer insulating film 4. The amine A is 6.1 ng / cm. 2 and amine B are not so high as 63 ng / cm 2 , but when a low dielectric constant film is used as the second interlayer insulating film 4, amine A is 44 ng / cm 2 as shown in FIG. Amine B is high together with 220 ng / cm 2 , and the influence of amine is large in the process using a low dielectric constant film, indicating that the pretreatment of this example is necessary.

これをSEM写真で確認すると、図7(a)に示すように、第2層間絶縁膜4としてシリコン酸化膜を使用した場合は、白丸で囲んだ配線トレンチパターン先端部分においてレジストパターンが崩れて図中の黒丸で示すビアホール9が形成されていないことが分かる。一方、図7(b)に示すように、第2層間絶縁膜4として低誘電率膜を使用した場合は、本来ならば形成されるべきビアホール9が大部分欠落しており、低誘電率膜ではアミン成分の影響が大きいことが分かる。   When this is confirmed by an SEM photograph, as shown in FIG. 7A, when a silicon oxide film is used as the second interlayer insulating film 4, the resist pattern collapses at the tip of the wiring trench pattern surrounded by a white circle. It can be seen that the via hole 9 indicated by the black circle inside is not formed. On the other hand, as shown in FIG. 7B, when a low dielectric constant film is used as the second interlayer insulating film 4, most of the via holes 9 that should be originally formed are missing. Then, it turns out that the influence of an amine component is large.

このような不具合は配線パターンが密集している部分よりもパターンが孤立している部分においてより顕著に現れる。すなわち、図8に示すように、パターンが密集している部分(図の右側)ではパターン間の層間絶縁膜の幅が狭く、層間絶縁膜中にとけ込んでいるアミン成分の量も少ないため、パターンの崩れも小さいが、パターンが孤立している部分(図の左側)では、周囲の広い面積の層間絶縁膜からアミン成分がしみ出してくるため、パターンが崩れやすいためと考えられる。従って、孤立パターンを多く含む構成の半導体装置では本実施例のアニール処理がより重要となる。   Such a defect appears more conspicuously in a portion where the patterns are isolated than in a portion where the wiring patterns are dense. That is, as shown in FIG. 8, since the width of the interlayer insulating film between the patterns is narrow in the portion where the patterns are dense (the right side in the figure), the amount of the amine component melted into the interlayer insulating film is small. Although the collapse of the pattern is small, it is considered that the pattern is easily collapsed in the portion where the pattern is isolated (the left side in the figure) because the amine component exudes from the surrounding interlayer insulating film having a large area. Therefore, the annealing process of this embodiment is more important in a semiconductor device having a configuration including many isolated patterns.

なお、上記説明では、アミンを除去する方法としてアニール処理を施す場合について説明したが、その他の方法として前記したようにプラズマ処理やUV処理、有機溶媒処理等を行ってもよく、また、アニール処理に加えてプラズマ処理やUV処理、有機溶媒処理を施すというようにこれらの処理を組み合わせてもよく、デバイス形態に応じて処理を使い分けることもできる。   In the above description, the case where the annealing treatment is performed as a method for removing the amine is described. However, as described above, the plasma treatment, the UV treatment, the organic solvent treatment, etc. may be performed as described above, and the annealing treatment may be performed. In addition to these, these treatments may be combined, such as plasma treatment, UV treatment, or organic solvent treatment, and the treatments can be properly used according to the device form.

上記UV処理の効果を確認するために、UV処理を施した試料と未処理の試料の双方を図4に示すガス分析システムで加熱処理して脱離ガスの分析を行った。その結果を図9に示す。図9(a)はUV処理を施していない試料を加熱した際に放出される脱離ガスの強度を測定した結果を示しており、図9(b)はUV処理を施した試料の結果を示している。両者を比較すると、200℃以下(反射防止膜の塗布、ベーク温度)以下の低温度領域で放出されるアミン成分の量(ハッチング部)が10ng/cmから1.8ng/cmと著しく減少しており、UV処理によりアミンが有効に除去されていることを示している。 In order to confirm the effect of the UV treatment, the sample subjected to UV treatment and the untreated sample were both heat-treated with the gas analysis system shown in FIG. 4 and analyzed for desorbed gas. The result is shown in FIG. FIG. 9A shows the result of measuring the intensity of the desorbed gas released when the sample not subjected to UV treatment is heated, and FIG. 9B shows the result of the sample subjected to UV treatment. Show. Comparing the two, 200 ° C. or less (Application of anti-reflection film, baking temperature) greatly reduced the amount of amine ingredient released in the following low-temperature region (hatched portion) and 1.8 ng / cm 2 from 10 ng / cm 2 It is shown that the amine is effectively removed by the UV treatment.

また、表面近傍に付着したアミン成分の除去には、反射防止膜2b塗布前にポリピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ポリピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン等の有機溶媒での洗い流しも効果がある。また、反射防止膜2b塗布後ベークで反射防止膜2b上面まで浸みだしてきたアミン成分の除去には、反射防止膜2b塗布後の有機溶媒処理も効果がある。上述の有機溶媒処理に、有機カルボン酸、酢酸等の有機酸や塩酸等の無機酸を含む有機溶媒を用いることにより、強塩基性のアミン成分が中和され、さらに効果を高めることができる。また、弱塩基性物質を含む有機溶媒で洗浄することにより強塩基性のアミン成分を弱塩基に置換することができ、アミン成分の働きを抑制することもできる。更には、上記アミン成分を中和するために、反射防止膜自体に酸を含有させることも効果がある。   For removing the amine component adhering to the vicinity of the surface, washing with an organic solvent such as polypyrene glycol monomethyl ether acetate, polypyrene glycol monomethyl ether, ethyl lactate, cyclohexanone, methyl ethyl ketone, etc. is also effective before applying the antireflection film 2b. is there. Further, the removal of the amine component that has soaked up to the upper surface of the antireflection film 2b by baking after application of the antireflection film 2b is also effective in treating the organic solvent after application of the antireflection film 2b. By using an organic solvent containing an organic acid such as an organic carboxylic acid or acetic acid or an inorganic acid such as hydrochloric acid for the organic solvent treatment described above, the strongly basic amine component is neutralized and the effect can be further enhanced. Further, by washing with an organic solvent containing a weakly basic substance, a strongly basic amine component can be replaced with a weak base, and the function of the amine component can also be suppressed. Furthermore, in order to neutralize the amine component, it is also effective to contain an acid in the antireflection film itself.

上記有機溶媒処理、酸性物質を含む有機溶媒処理の効果を確認するために、前処理無しの試料と、各々の有機溶媒を用いて処理を施した試料とを作成し、SEM写真にてレジストの抜け残り、すなわちパターン不良の数を計測した。その結果を図10に示す。図10より、(a)に示す前処理無しの試料では、矢印で示すラインのレジスト抜け残り(楕円の配線トレンチパターン全体が黒くなっているもの)が端部から5本であるのに対し、有機溶媒(シンナー)処理を施した(b)の試料では4本、更に酸性有機溶媒処理を施した試料(c)では1本と減少しており、このような有機溶媒処理によってもアミン成分を有効に除去できることが確認された。   In order to confirm the effects of the organic solvent treatment and the organic solvent treatment containing an acidic substance, a sample without pretreatment and a sample treated with each organic solvent were prepared, and the resist was confirmed with an SEM photograph. The number of missing portions, that is, the number of pattern defects was measured. The result is shown in FIG. From FIG. 10, in the sample without pretreatment shown in (a), the resist remaining portion of the line indicated by the arrow (the whole of the elliptical wiring trench pattern is black) is five from the end, In the sample of (b) subjected to the organic solvent (thinner) treatment, the number decreased to four, and in the sample (c) subjected to the treatment with the acidic organic solvent, the number of amine components decreased to one. It was confirmed that it could be removed effectively.

なお、上記説明において、レジスト解像度を劣化させる反応阻害物質としてアミン成分を例にして説明したが、PR前にCu裏面洗浄工程で使用するフッ酸過酸化水素の残留物によっても同様に解像度の劣化を引き起こす。このフッ酸過酸化水素の残留物に対しても、アニール処理、プラズマ処理、UV処理、有機溶媒処理やこれらを組み合わせた処理を施すことによって有効に除去することができる。   In the above description, the amine component has been described as an example of a reaction inhibitor that degrades resist resolution. However, resolution degradation is also caused by hydrogen peroxide hydrofluoric acid residue used in the Cu back surface cleaning process before PR. cause. This hydrogen peroxide hydrofluoric acid residue can also be effectively removed by performing annealing treatment, plasma treatment, UV treatment, organic solvent treatment or a combination thereof.

[実施例2]
次に、本発明の第2の実施例に係る半導体装置及びその製造方法について、図11乃至図13を参照して説明する。図11乃至図13は、第2の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図であり、作図の都合上分図したものである。なお、本実施例は、ビアホール内部に反射防止膜を完全に充填することを特徴とするものであり、他の部分の構造及び製造方法については前記した第1の実施例と同様である。
[Example 2]
Next, a semiconductor device and its manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 11 to 13 are process cross-sectional views showing the procedure of the via first process according to the second embodiment, which are divided for convenience of drawing. This embodiment is characterized in that the antireflection film is completely filled in the via hole, and the structure and manufacturing method of the other parts are the same as those in the first embodiment.

まず、図11(a)に示すように、前記した第1の実施例と同様に、公知の方法により、配線基板8上にCu等からなる下層配線を形成した後、CVD法、プラズマCVD法等を用いて、第1エッチングストップ膜7、第1層間絶縁膜6、第2エッチングストップ膜5、第2層間絶縁膜4、キャップ絶縁膜3を順次形成する。その後、キャップ絶縁膜3上に、反射防止膜2aを50nm程度、化学増幅型レジストを600nm程度塗布し、KrFフォトリソグラフィーによる露光、現像を行い、第1レジストパターン1aを形成する。   First, as shown in FIG. 11 (a), a lower layer wiring made of Cu or the like is formed on the wiring substrate 8 by a known method, as in the first embodiment, and then a CVD method or a plasma CVD method is used. The first etching stop film 7, the first interlayer insulating film 6, the second etching stop film 5, the second interlayer insulating film 4, and the cap insulating film 3 are sequentially formed. After that, on the cap insulating film 3, the antireflection film 2a is applied by about 50 nm and the chemically amplified resist is applied by about 600 nm, and exposure and development are performed by KrF photolithography to form the first resist pattern 1a.

次に、図11(b)に示すように、公知のドライエッチングにより反射防止膜2a、キャップ絶縁膜3、第2層間絶縁膜4、第2エッチングストップ膜5、第1層間絶縁膜7を順次エッチングして、それらを貫通するビアホール9を形成する。その後、酸素プラズマアッシング及び有機剥離液を用いたウェット処理によりレジストパターン1aと反射防止膜2aとを剥離し、ドライエッチングの残留物を除去する。   Next, as shown in FIG. 11B, the antireflection film 2a, the cap insulating film 3, the second interlayer insulating film 4, the second etching stop film 5, and the first interlayer insulating film 7 are sequentially formed by known dry etching. Etching is performed to form a via hole 9 penetrating them. Thereafter, the resist pattern 1a and the antireflection film 2a are stripped by oxygen plasma ashing and a wet process using an organic stripper, and the dry etching residue is removed.

次に、前記した第1の実施例と同様に、第2レジストパターン形成の前処理として、所定の温度及び時間条件のアニール処理や、物理的にビアホール9内壁をエッチングしてアミン成分を除去するプラズマ処理や、UV光で活性化した酸素又はオゾン等の酸化剤でアミン成分を中和するUV処理や、酸又は弱塩基性物質を含有する有機溶媒でアミンを中和又は弱アルカリに置換する有機溶媒処理のいずれか又はそれらを組み合わせた処理を行う。   Next, as in the first embodiment described above, as a pre-process for forming the second resist pattern, an annealing process under a predetermined temperature and time condition, or the inner wall of the via hole 9 is physically etched to remove the amine component. Plasma treatment, UV treatment that neutralizes amine components with oxidants such as oxygen or ozone activated by UV light, or neutralization or substitution of weakly alkaline amines with organic solvents containing acids or weakly basic substances Any organic solvent treatment or a combination thereof is performed.

上記前処理によって層間絶縁膜中のアミン成分を除去した後、図11(c)に示すように、第2反射防止膜2bを50nm程度塗布し、ベークを行う。その際、本実施例では、第2反射防止膜2b上に塗布するレジストの厚みを均一にしてパターン解像度を向上させると共に第2レジストパターン1bの除去を容易にするために、ビアホール9内部に完全に反射防止膜2bを埋め込む。   After the amine component in the interlayer insulating film is removed by the pretreatment, the second antireflection film 2b is applied to about 50 nm and baked as shown in FIG. At this time, in this embodiment, in order to improve the pattern resolution by making the thickness of the resist coated on the second antireflection film 2b uniform and to facilitate the removal of the second resist pattern 1b, the via hole 9 is completely removed. The antireflection film 2b is embedded in

次に、図12(a)に示すように、反射防止膜2bの上に化学増幅型レジストを600nm程度塗布し、ベークを行った後、KrFフォトリソグラフィーによる露光、現像により配線トレンチパターン形成用の第2レジストパターン1bを形成する(図12(b)参照)。その際、第1の実施例と同様に、反射防止膜2bの塗布前に所定の前処理を施してアミン成分を十分に除去しているため、レジストパターンの解像度を良好に保つことができる。   Next, as shown in FIG. 12A, a chemically amplified resist is applied on the antireflection film 2b to a thickness of about 600 nm, baked, and then exposed and developed by KrF photolithography to form a wiring trench pattern. A second resist pattern 1b is formed (see FIG. 12B). At that time, similarly to the first embodiment, the amine component is sufficiently removed by applying a predetermined pretreatment before the application of the antireflection film 2b, so that the resolution of the resist pattern can be kept good.

次に、前記した第1の実施例では、第2反射防止膜2bとキャップ絶縁膜3及び第2層間絶縁膜4とをドライエッチングしたが、本実施例では、ビアホール9内部に第2反射防止膜2bが充填されており、第2反射防止膜2bのエッチング速度がキャップ絶縁膜3及び第2層間絶縁膜4に比べて遅いために、図12(c)に示すように、第2反射防止膜2bのみを酸素プラズマを用いた異方性エッチバックにより配線層部分までエッチングする。続いて、図13(a)に示すように、第2エッチングストップ膜5をエッチングストッパとしてカバー絶縁膜3及び第2層間絶縁膜4をエッチングし、配線トレンチパターン10を形成する。   Next, in the first embodiment, the second antireflection film 2b, the cap insulating film 3, and the second interlayer insulating film 4 are dry-etched. However, in this embodiment, the second antireflection film is formed inside the via hole 9. Since the film 2b is filled and the etching rate of the second antireflection film 2b is slower than that of the cap insulating film 3 and the second interlayer insulating film 4, as shown in FIG. Only the film 2b is etched down to the wiring layer portion by anisotropic etch back using oxygen plasma. Subsequently, as shown in FIG. 13A, the cover insulating film 3 and the second interlayer insulating film 4 are etched using the second etching stop film 5 as an etching stopper to form a wiring trench pattern 10.

次に、図13(b)に示すように、酸素プラズマアッシング及び有機剥離液を用いたウェット処理により、第2レジストパターン1bと第2反射防止膜2bとを剥離し、ドライエッチングの残留物を除去する。そして、第1エッチングストップ膜7を除去した後、できあがった配線トレンチパターン10にCu等の配線材料11を埋め込み、CMP法を用いて研磨して表面を平坦化することにより、デュアルダマシン構造が完成する(図13(c)参照)。   Next, as shown in FIG. 13B, the second resist pattern 1b and the second antireflection film 2b are peeled off by oxygen plasma ashing and wet treatment using an organic stripping solution, and the dry etching residue is removed. Remove. Then, after removing the first etching stop film 7, a wiring material 11 such as Cu is embedded in the completed wiring trench pattern 10, and the surface is planarized by polishing using a CMP method, thereby completing a dual damascene structure. (See FIG. 13C).

このようにして形成したビア付きウェハーをSEM写真により確認したところ、パターン解像度不良は全くなく、本実施例のアニール処理がアミン除去に有効であることが確認された。本実施例では、ビアホール9内部に第2反射防止膜2bを充填しているため、ビアホール9上部にレジストが残るという不具合が生じにくく、また、ビアホール9内壁から第2反射防止膜2bを通ってレジストに至るパスが長いため、層間絶縁膜内部にアミン成分が多少残留した場合であっても、アミン成分による影響を受けにくいという利点がある。   When the wafer with vias thus formed was confirmed by SEM photography, it was confirmed that there was no pattern resolution defect and that the annealing treatment of this example was effective for amine removal. In this embodiment, since the second antireflection film 2b is filled in the via hole 9, there is hardly a problem that the resist remains on the via hole 9, and the second antireflection film 2b passes from the inner wall of the via hole 9 through the second antireflection film 2b. Since the path to the resist is long, there is an advantage that even if an amine component remains in the interlayer insulating film, it is hardly affected by the amine component.

[実施例3]
次に、本発明の第3の実施例に係る半導体装置及びその製造方法について、図14乃至図16を参照して説明する。図14乃至図16は、第3の実施例に係るデュアルハードマスクプロセスの手順を示す工程断面図であり、作図の都合上分図したものである。なお、本実施例は、ハードマスクを用いて配線トレンチパターンを形成することを特徴とするものである。
[Example 3]
Next, a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 16 are process sectional views showing the procedure of the dual hard mask process according to the third embodiment, which are divided for convenience of drawing. This embodiment is characterized in that a wiring trench pattern is formed using a hard mask.

まず、図14(a)に示すように、前記した第1及び第2の実施例と同様に、公知の方法により、配線基板8上にCu等からなる下層配線を形成した後、CVD法、プラズマCVD法等を用いて、第1エッチングストップ膜7、第1層間絶縁膜6、第2エッチングストップ膜5、第2層間絶縁膜4を順次形成する。次に本実施例では、その上に配線トレンチパターンのエッチングマクスとなるハードマスク膜下部13及びハードマスク膜12を所定の材料、膜厚で堆積する。その後、ハードマスク膜12上に、反射防止膜2aを50nm程度、化学増幅型レジストを600nm程度塗布し、KrFフォトリソグラフィーによる露光、現像を行い、第1レジストパターン1aを形成する。   First, as shown in FIG. 14A, similarly to the first and second embodiments described above, a lower layer wiring made of Cu or the like is formed on the wiring substrate 8 by a known method, and then a CVD method, A first etching stop film 7, a first interlayer insulating film 6, a second etching stop film 5, and a second interlayer insulating film 4 are sequentially formed using a plasma CVD method or the like. Next, in this embodiment, a hard mask film lower portion 13 and a hard mask film 12 which are etching masks of the wiring trench pattern are deposited thereon with a predetermined material and film thickness. After that, on the hard mask film 12, the antireflection film 2a is applied to about 50 nm and the chemically amplified resist is applied to about 600 nm, and exposure and development are performed by KrF photolithography to form the first resist pattern 1a.

次に、図14(b)に示すように、公知のドライエッチングにより第1レジストパターン1aを用いてハードマスク膜12をエッチングして、配線トレンチパターンをエッチングするための開口を形成する。その後、酸素プラズマアッシング及び有機剥離液を用いたウェット処理によりレジストパターン1aと反射防止膜2aとを剥離し、ドライエッチングの残留物を除去する。   Next, as shown in FIG. 14B, the hard mask film 12 is etched using the first resist pattern 1a by well-known dry etching to form an opening for etching the wiring trench pattern. Thereafter, the resist pattern 1a and the antireflection film 2a are stripped by oxygen plasma ashing and a wet process using an organic stripper, and the dry etching residue is removed.

次に、前記した第1及び第2の実施例と同様に、第2レジストパターン形成の前処理として、アニール処理、プラズマ処理や、UV処理、有機溶媒処理のいずれか又はそれらを組み合わせた処理を行う。   Next, as in the first and second embodiments described above, as a pretreatment for forming the second resist pattern, annealing treatment, plasma treatment, UV treatment, organic solvent treatment, or a combination thereof is performed. Do.

次に、図14(c)に示すように、第2反射防止膜2bを50nm程度、化学増幅型レジストを600nm程度塗布し、ベークを行った後、KrFフォトリソグラフィーによる露光、現像によりビアホール形成用の第2レジストパターン1bを形成する。その際、第1及び第2の実施例と同様に、反射防止膜2bの塗布前に所定の前処理を施してアミン成分を十分に除去しているため、レジストパターンの解像度を良好に保つことができる。   Next, as shown in FIG. 14C, the second antireflection film 2b is applied to about 50 nm and the chemically amplified resist is applied to about 600 nm, baked, and then exposed and developed by KrF photolithography for via hole formation. The second resist pattern 1b is formed. At that time, as in the first and second embodiments, the amine component is sufficiently removed by applying a predetermined pretreatment before the application of the antireflection film 2b, so that the resolution of the resist pattern is kept good. Can do.

次に、図15(a)に示すように、第2レジストパターン2bをマスクとして公知のドライエッチングにより、第2反射防止膜2b、ハードマスク膜下部13、第2層間絶縁膜4、第2エッチングストップ膜5、第1層間絶縁膜6をエッチングし、それらを貫通するビアホール9を形成する。   Next, as shown in FIG. 15A, the second antireflection film 2b, the hard mask film lower portion 13, the second interlayer insulating film 4, and the second etching are performed by known dry etching using the second resist pattern 2b as a mask. The stop film 5 and the first interlayer insulating film 6 are etched, and a via hole 9 penetrating them is formed.

その後、図15(b)に示すように、酸素プラズマアッシング及び有機剥離液を用いたウェット処理により、第2レジストパターン1bと第2反射防止膜2bとを剥離し、ドライエッチングの残留物を除去する。   Thereafter, as shown in FIG. 15B, the second resist pattern 1b and the second antireflection film 2b are peeled off by oxygen plasma ashing and wet treatment using an organic stripping solution, and the dry etching residue is removed. To do.

次に、図15(c)に示すように、ハードマスク膜12をマスクとして公知のドライエッチング法を用いて、ハードマスク膜下部13及び第2層間絶縁膜4をエッチングして、配線トレンチパターン10を形成する。その後、第2エッチングストップ膜7を除去し、できあがった配線トレンチパターン10にCu等の配線材料11を埋め込み、CMP法を用いて研磨して表面を平坦化することにより、デュアルダマシン構造が完成する(図16参照)。   Next, as shown in FIG. 15C, the hard mask film lower portion 13 and the second interlayer insulating film 4 are etched by using a known dry etching method using the hard mask film 12 as a mask to form the wiring trench pattern 10. Form. Thereafter, the second etching stop film 7 is removed, a wiring material 11 such as Cu is embedded in the completed wiring trench pattern 10, and the surface is planarized by polishing using a CMP method, thereby completing a dual damascene structure. (See FIG. 16).

なお、層間絶縁膜を全て有機膜で形成した場合には、図15(a)の工程で第2レジストパターン1bを用いて、第2反射防止膜2b、ハードマスク膜下部13、第2層間絶縁膜4、第2エッチングストップ膜5までエッチングし、図15(c)の工程で、ハードマスク膜12を用いて、ハードマスク膜下部13、第2層間絶縁膜4をエッチングして配線トレンチパターン10を形成すると同時に、第1層間絶縁膜6をエッチングして第1エッチングストップ膜7まで貫通するビアホール9を形成する構成とすることもできる。   When the interlayer insulating film is entirely formed of an organic film, the second resist pattern 1b is used in the step of FIG. 15A to form the second antireflection film 2b, the hard mask film lower portion 13, and the second interlayer insulating film. The film 4 and the second etching stop film 5 are etched, and the hard mask film lower portion 13 and the second interlayer insulating film 4 are etched using the hard mask film 12 in the step of FIG. At the same time, the first interlayer insulating film 6 may be etched to form a via hole 9 that penetrates to the first etching stop film 7.

このようにして形成したビア付きウェハーをSEM写真により確認したところ、前記した第1及び第2の実施例と同様にパターン解像度不良は全くなく、本実施例の前処理がアミン除去に有効であることが確認された。また、本実施例では、第2レジストパターン1b形成時にビアホール9が形成されていないために基板の凹凸が小さく、第2のレジストパターンの精度を向上させることができ、また、ハードマスクを用いてエッチングを行うため、配線トレンチパターンの加工が容易になるという利点がある。なお、第1乃至第3の実施例ではビアファーストプロセスについて記載したが、トレンチファーストプロセスでも同様に適用できることは明らかである。   When the wafer with vias thus formed was confirmed by SEM photography, there was no pattern resolution defect as in the first and second embodiments, and the pretreatment of this embodiment was effective for amine removal. It was confirmed. In this embodiment, since the via hole 9 is not formed when the second resist pattern 1b is formed, the unevenness of the substrate is small, the accuracy of the second resist pattern can be improved, and a hard mask is used. Since etching is performed, there is an advantage that the processing of the wiring trench pattern becomes easy. In the first to third embodiments, the via first process has been described. However, it is obvious that the trench first process can be similarly applied.

[実施例4]
次に、本発明の第4の実施例に係る半導体装置及びその製造方法について、図17乃至図22を参照して説明する。図17乃至図19は、第4の実施例に係るビアファーストプロセスの手順を示す工程断面図であり、図20乃至図22は、トレンチファーストプロセスの手順を示す工程断面図である。なお、本実施例では、前処理としてUV処理又はアニール処理又はそれらを組み合わせた処理を行い、ビアホールや配線トレンチパターン内壁に露出する絶縁膜表面の膜質(組成や密度、結合状態等)を変化させることを特徴とするものである。
[Example 4]
Next, a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 17 to 19 are process cross-sectional views illustrating the procedure of the via first process according to the fourth embodiment, and FIGS. 20 to 22 are cross-sectional process diagrams illustrating the procedure of the trench first process. In this embodiment, UV treatment, annealing treatment, or a combination thereof is performed as pretreatment to change the film quality (composition, density, bonding state, etc.) of the insulating film surface exposed on the inner wall of the via hole or wiring trench pattern. It is characterized by this.

まず、図17(a)に示すように、公知のダマシンプロセスにより配線基板8にCu等からなる下層配線18を形成した後、図17(b)に示すように、CVD法、プラズマCVD法等を用いて、第1エッチングストップ膜7として、例えばSiCN膜を30〜100nm程度の膜厚で堆積し、その上に第1層間絶縁膜6、第2エッチングストップ膜5、第2層間絶縁膜4を順次堆積する。ここで、配線溝ストッパー膜として用いる第2エッチングストップ膜5は、例えばSiC、SiCNであり、エッチングプロセスによる配線形成がばらつきなく安定して形成できる場合は設けなくても良い。また、第1層間絶縁膜6及び第2層間絶縁膜4は、例えばSiO、無機系の低誘電率膜であるL−OxTM(ラダーオキサイド)、SiOC系の膜であり、低誘電率膜の上層には図に示すようにキャップ絶縁膜3としてSiOを形成してもよい。 First, as shown in FIG. 17A, after a lower layer wiring 18 made of Cu or the like is formed on the wiring substrate 8 by a known damascene process, a CVD method, a plasma CVD method or the like is used as shown in FIG. As the first etching stop film 7, for example, a SiCN film is deposited to a thickness of about 30 to 100 nm, and the first interlayer insulating film 6, the second etching stop film 5, and the second interlayer insulating film 4 are deposited thereon. Are sequentially deposited. Here, the second etching stop film 5 used as the wiring groove stopper film is, for example, SiC or SiCN, and may not be provided when the wiring formation by the etching process can be stably formed without variation. The first interlayer insulating film 6 and the second interlayer insulating film 4 are, for example, SiO 2 , L-Ox (ladder oxide), which is an inorganic low dielectric constant film, and SiOC based film. In the upper layer, SiO 2 may be formed as a cap insulating film 3 as shown in the figure.

次に、図17(c)に示すように、公知のリソグラフィー技術により第1レジストパターン1aを形成し、公知のエッチング技術により、キャップ絶縁膜3、第2層間絶縁膜4、第2エッチングストップ膜5、第1層間絶縁膜7を順次エッチングして、それらを貫通するビアホール9を形成する。   Next, as shown in FIG. 17C, a first resist pattern 1a is formed by a known lithography technique, and a cap insulating film 3, a second interlayer insulating film 4, a second etching stop film are formed by a known etching technique. 5. The first interlayer insulating film 7 is sequentially etched to form a via hole 9 penetrating therethrough.

次に、ビアホール9のエッチングに用いた第1レジストパターン1aを酸素アッシングあるいは窒素水素混合ガスやヘリウム水素混合ガスのプラズマを用いて除去する。その後、アミン系の有機剥離液で洗浄を行うが、これにより特に低誘電率膜の場合はビアホール9側壁に剥離液が吸着・膜中に取り込まれる。ここで、前記した第1乃至第3の実施例では、アニール処理、プラズマ処理、UV処理、有機溶媒処理などの前処理を行ったが、本実施例では、ビアホール9内壁に露出した絶縁膜表面を改質するために、図18(a)に示すように、UV光を照射、あるいは200〜450℃程度のアニール処理又はそれらを組み合わせた処理を行う。   Next, the first resist pattern 1a used for etching the via hole 9 is removed using oxygen ashing or plasma of a nitrogen-hydrogen mixed gas or a helium-hydrogen mixed gas. Thereafter, cleaning is performed with an amine-based organic stripping solution. With this, particularly in the case of a low dielectric constant film, the stripping solution is adsorbed and taken into the side wall of the via hole 9. Here, in the first to third embodiments, pretreatment such as annealing, plasma treatment, UV treatment, and organic solvent treatment is performed. In this embodiment, the surface of the insulating film exposed on the inner wall of the via hole 9 is used. In order to modify the above, as shown in FIG. 18A, irradiation with UV light, annealing at about 200 to 450 ° C., or a combination thereof is performed.

この結果、ビアホール9内に残留した剥離液及び層間絶縁膜側壁に取り込まれた液が取り除かれるとともに、ビアホール9側壁部の組成変化もしくは緻密化もしくは結合状態変化等が起こる(ここでは絶縁膜の変化を明示するために改質膜19として記載しているが、改質膜19とその内部の絶縁膜の境界は必ずしも明確ではない。この改質膜19の実効的な膜厚としては略30nm以下と考えられる。)。なお、この変化は酸素アッシング等のレジスト剥離で膜が硬化・組成変形した状態とは異なるものである。この改質膜19の特徴及び効果については後段で詳述する。   As a result, the stripping solution remaining in the via hole 9 and the solution taken into the side wall of the interlayer insulating film are removed, and the side wall portion of the via hole 9 changes in composition, becomes dense, or changes in the bonding state (here, the change in the insulating film). However, the boundary between the reformed film 19 and the insulating film therein is not always clear, and the effective film thickness of the reformed film 19 is approximately 30 nm or less. it is conceivable that.). This change is different from the state in which the film is cured and deformed by resist peeling such as oxygen ashing. The characteristics and effects of the modified film 19 will be described in detail later.

次に、図18(b)に示すように、公知のリソグラフィー技術により第2レジストパターン1bを形成する。このとき、レジスト下層に有機系の反射防止膜を形成しても良い。この時の反射防止膜はビアホール9内に完全に埋設されるのではなく、配線となる高さ、すなわち第2エッチングストップ膜5よりも低いことが望ましい。この後、公知のエッチング技術を用いてキャップ絶縁膜3及び第2層間絶縁膜4をエッチングし、配線トレンチパターン10を形成する。   Next, as shown in FIG. 18B, a second resist pattern 1b is formed by a known lithography technique. At this time, an organic antireflection film may be formed under the resist. The antireflection film at this time is not completely buried in the via hole 9 but is preferably lower than the height of the wiring, that is, the second etching stop film 5. Thereafter, the cap insulating film 3 and the second interlayer insulating film 4 are etched using a known etching technique to form a wiring trench pattern 10.

ここで、本実施例の前処理では、ビアホール9内壁の絶縁膜表面に膜密度の大きい改質膜19が形成されているため、大気中に浮遊しているアミン等の反応阻害物質の付着を抑制することができ、ポイゾニングの発生を確実に防止することができる。また、本願発明者は、アミンの他に絶縁膜に含まれる窒素や水素、炭素等の元素も反応阻害物質として機能することを確認しており、上記前処理により、ビアホール9内壁の改質膜19はより内側の絶縁膜よりも窒素、水素、炭素等の濃度が低くなっているため、上記元素に起因するポイゾニングも有効に抑制することができる。   Here, in the pretreatment of this embodiment, the modified film 19 having a high film density is formed on the surface of the insulating film on the inner wall of the via hole 9, so that the reaction inhibitory substance such as amine floating in the atmosphere adheres. Therefore, the occurrence of poisoning can be surely prevented. Further, the inventor of the present application has confirmed that elements such as nitrogen, hydrogen, and carbon contained in the insulating film in addition to the amine function as a reaction inhibiting substance. Since No. 19 has a lower concentration of nitrogen, hydrogen, carbon, etc. than the inner insulating film, poisoning due to the above elements can also be effectively suppressed.

次に、図18(c)に示すように、配線溝エッチングに用いた第2レジストパターン1bを除去したあと、ビアホール9底部の第1エッチングストップ膜7をエッチングにより除去する。この時、露出した第2エッチングストップ膜5も同時にエッチングされ除去される。このあと、配線トレンチパターン10とビアホール9に同時に、例えばTa、TaN、Ti、TiNもしくはこれらの積層構造からなるバリア膜とCu等の導電膜とからなる配線材料11を埋め込む。その後、図19に示すように、配線として不要部となる配線材料11をCMP法により除去してデュアルダマシン構造の配線が形成される。   Next, as shown in FIG. 18C, after removing the second resist pattern 1b used for wiring trench etching, the first etching stop film 7 at the bottom of the via hole 9 is removed by etching. At this time, the exposed second etching stop film 5 is simultaneously etched and removed. Thereafter, a wiring material 11 made of, for example, a barrier film made of Ta, TaN, Ti, TiN or a laminated structure thereof and a conductive film made of Cu or the like is buried in the wiring trench pattern 10 and the via hole 9. Then, as shown in FIG. 19, the wiring material 11 which becomes an unnecessary part as wiring is removed by CMP to form a dual damascene structure wiring.

このように、ビアホール9形成後にUV処理あるいはアニール処理、もしくはその組み合わせ処理を行うことにより、有機剥離液や洗浄液中に含まれるアミンを確実に除去できると共に、ビアホール9内壁に組成や密度、結合状態が変化した改質膜19を形成することにより、大気中に浮遊したアミンの付着を抑制することができ、更に、絶縁膜中の反応阻害物質の影響を抑制することができる。   As described above, by performing UV treatment, annealing treatment, or a combination treatment after the via hole 9 is formed, the amine contained in the organic stripping solution and the cleaning solution can be surely removed, and the composition, density, bonding state on the inner wall of the via hole 9 can be removed. By forming the modified film 19 having changed, adhesion of amine floating in the atmosphere can be suppressed, and further, the influence of the reaction inhibiting substance in the insulating film can be suppressed.

次に、本実施例の前処理をトレンチファーストプロセスに適用した場合のプロセスについて図20乃至図22を用いて詳細に説明する。   Next, a process when the pretreatment of the present embodiment is applied to a trench first process will be described in detail with reference to FIGS.

まず、上述したビアファーストプロセスと同様の製造方法により、下層配線18を形成した配線基板8上に、第1エッチングストップ膜7、第1層間絶縁膜6、第2エッチングストップ膜5、第2層間絶縁膜4、キャップ絶縁膜3を順次形成する(図20(a)、(b)参照)。   First, the first etching stop film 7, the first interlayer insulating film 6, the second etching stop film 5, and the second interlayer are formed on the wiring substrate 8 on which the lower layer wiring 18 is formed by the same manufacturing method as the above-described via first process. An insulating film 4 and a cap insulating film 3 are sequentially formed (see FIGS. 20A and 20B).

次に、図20(c)に示すように、公知のリソグラフィー技術を用いて第1レジストパターン1aを形成した後、公知のエッチング技術を用いて配線となる領域をエッチングし、配線トレンチパターン10を形成する。   Next, as shown in FIG. 20C, after forming a first resist pattern 1a using a known lithography technique, a region to be a wiring is etched using a known etching technique, and a wiring trench pattern 10 is formed. Form.

次に、図21(a)に示すように、配線溝エッチングに用いた第1レジストパターン1aを酸素アッシング、有機剥離液等により除去した後、上記プロセスと同様に、UV処理あるいは200〜450℃程度のアニール処理、もしくはその組み合わせ処理を行い、配線トレンチパターン10内壁に改質膜19を形成する。この処理により、次工程のビアホールレジストパターン形成時のレジストポイゾニングを防止することができる。   Next, as shown in FIG. 21A, after removing the first resist pattern 1a used for wiring trench etching by oxygen ashing, organic stripping solution, etc., UV treatment or 200 to 450 ° C. is performed in the same manner as the above process. A modified film 19 is formed on the inner wall of the wiring trench pattern 10 by performing a degree of annealing treatment or a combination treatment thereof. This treatment can prevent resist poisoning when forming a via hole resist pattern in the next step.

次に、図21(b)に示すように、公知のリソグラフィー技術を用いて第2レジストパターン1bを形成し、公知のエッチング技術を用いてビアホール9を形成する。この後、ビアファーストプロセスと同様の製造方法で配線を形成する(図21(c)、図22参照)。   Next, as shown in FIG. 21B, a second resist pattern 1b is formed using a known lithography technique, and a via hole 9 is formed using a known etching technique. Thereafter, wiring is formed by a manufacturing method similar to the via first process (see FIGS. 21C and 22).

このように、トレンチファーストプロセスにおいても、配線トレンチパターン10形成後にUV処理あるいはアニール処理、もしくはその組み合わせ処理を行うことにより、有機剥離液や洗浄液中に含まれるアミンを確実に除去できると共に、配線トレンチパターン10内壁に組成や密度、結合状態が変化した改質膜19を形成することにより、大気中に浮遊したアミンの付着を抑制することができ、更に、絶縁膜中の反応阻害物質の影響を抑制することができる。以下、絶縁膜に各種材料を用いた場合の改質膜19の特徴及び効果について記載する。   As described above, also in the trench first process, the amine contained in the organic stripping solution or the cleaning solution can be surely removed by performing the UV treatment or the annealing treatment or the combination treatment after the formation of the wiring trench pattern 10, and the wiring trench. By forming the modified film 19 having a changed composition, density, and bonding state on the inner wall of the pattern 10, it is possible to suppress the adhesion of amine floating in the atmosphere, and further, the influence of the reaction inhibitor in the insulating film Can be suppressed. Hereinafter, characteristics and effects of the modified film 19 when various materials are used for the insulating film will be described.

<SiO膜>
ビアファーストプロセスにおいてビアホール9の層間絶縁膜にSiO膜を用いた場合、本プロセスフロー(UV処理又は/及びアニール処理)を行った後のSiO膜の側壁部の窒素濃度は、内側のSiO膜に比べて相対的に低くなっており、その結果、その後の工程における膜からの窒素の脱離量は減少している。この窒素の脱離量とビアポイズニングには明確な相関があり、窒素の脱離量が多くなるほどビアポイズニングの不良が多い。このことから層間絶縁膜にSiO膜を用いた場合に本実施例の前処理で有効にポイゾニングを抑制できることが分かる。
<SiO 2 film>
When an SiO 2 film is used as the interlayer insulating film of the via hole 9 in the via first process, the nitrogen concentration in the side wall portion of the SiO 2 film after performing this process flow (UV treatment and / or annealing treatment) and relatively lower compared to the 2 film, as a result, the desorption amount of nitrogen from the film in the subsequent step is reduced. There is a clear correlation between the nitrogen desorption amount and the via poisoning. The larger the nitrogen desorption amount, the more the via poisoning defects. From this, it can be seen that the poisoning can be effectively suppressed by the pretreatment of this embodiment when the SiO 2 film is used as the interlayer insulating film.

<L−OxTM
また、トレンチファーストプロセスにおいて配線部の層間絶縁膜に梯子型水素化シロキサンの中の1つであるラダーオキサイド膜を用いた場合、本プロセスフロー(UV処理又は/及びアニール処理)を行った後のラダーオキサイド膜の側壁部の膜密度は内側より相対的に大きくなっており、そのため、有機剥離工程で用いられる薬液の一部であるアミンのラダーオキサイド膜への取り込み量が減少している。これに対して従来のプロセスでは、ラダーオキサイド膜の側壁の膜密度は高くなっていないため、アミンの取り込み量がかなり多くなっている。
<L-Ox TM >
In addition, when a ladder oxide film that is one of ladder-type siloxane siloxane is used for the interlayer insulating film in the wiring portion in the trench first process, the process flow after performing this process flow (UV treatment or / and annealing treatment) The film density of the side wall portion of the ladder oxide film is relatively larger than the inner side, so that the amount of amine that is a part of the chemical solution used in the organic peeling process is taken into the ladder oxide film. On the other hand, in the conventional process, since the film density on the side wall of the ladder oxide film is not increased, the amount of amine taken up is considerably increased.

このアミンの取り込み量はデュアルダマシンのメタル埋設前のTDS(Thermal Desorption Spectroscopy:昇温ガス脱離法)で窒素の脱ガス量、または窒素結合との脱ガスにより容易に測定することができる。この測定により、アミンの取り込み量が大きいほど、レジストポイズニイング不良が多くなることが確認されている。なお、UV処理時間の延長などにより膜密度は徐々に上がっていくため、アミンのラダーオキサイド膜への取り込み量が更に少なくなり、より不良を低減することができる。   The amine uptake can be easily measured by TDS (Thermal Desorption Spectroscopy) prior to dual damascene metal embedding by degassing nitrogen or degassing with a nitrogen bond. From this measurement, it has been confirmed that the greater the amine uptake amount, the greater the resist poisoning defects. In addition, since the film density gradually increases due to the extension of the UV treatment time or the like, the amount of amine incorporated into the ladder oxide film is further reduced, and defects can be further reduced.

また、 本プロセスフロー(UV処理又は/及びアニール処理)を行った場合のラダーオキサイド膜の側壁部の組成は内側よりも酸素濃度が相対的に高く、水素濃度が相対的に低くなっている。   Further, the composition of the side wall portion of the ladder oxide film when this process flow (UV treatment or / and annealing treatment) is performed has a relatively high oxygen concentration and a relatively low hydrogen concentration than the inside.

更に、結合状態に関しては、ラダーオキサイド膜の側壁部が内側よりも相対的にSi−O結合の割合が高くなっており、Si−H結合の割合が低くなっている。この結合状態の確認は、べた膜に対して本プロセスの前処理を行なえばFTIR法で容易に測定することができる。また、実際の構造においても、断面劈開サンプルのバッファードHFを用いたレレーフエッチ後の断面SEM観測により確認することができる。すなわち、ラダーオキサイド膜の側壁が前述したような結合状態になった場合、エッチングレートが著しく低下して膜が残るのに対し、側壁部以外のラダーオキサイド膜はエッチングレートがかなり早いため、この方法により結合状態を容易に確認することができる。上記方法で確認した結果、この改質膜19の膜厚は30nm以下であり、UV処理またはアニール処理時間を増大しても増加することはなかった。更に、酸素濃度は側壁表面が最も高く、内側になるにつれて徐々に変化していることを確認した。なお、この結合状態と膜密度は相関関係にあり、アミンのラダーオキサイド膜への取り込み量はSi−O結合の割合が高くなるほど、Si−H結合の割合が低くなるほど小さくなる傾向である。以上の結果から、相関絶縁膜にラダーオキサイド膜を用いた場合も本実施例の前処理で有効にポイゾニングを抑制できることが分かる。   Further, regarding the bonding state, the ratio of Si—O bonds is relatively higher in the side wall portion of the ladder oxide film than the inner side, and the ratio of Si—H bonds is low. The confirmation of the bonding state can be easily measured by the FTIR method if the solid film is pretreated in this process. Further, even in an actual structure, it can be confirmed by cross-sectional SEM observation after the reef etching using the buffered HF of the cross-sectional cleaved sample. That is, when the side wall of the ladder oxide film is in a bonded state as described above, the etching rate is remarkably lowered and the film remains, whereas the ladder oxide film other than the side wall portion has a considerably high etching rate. Thus, it is possible to easily confirm the coupling state. As a result of confirmation by the above method, the film thickness of the modified film 19 was 30 nm or less, and it did not increase even when the UV treatment or annealing treatment time was increased. Further, it was confirmed that the oxygen concentration was highest on the side wall surface and gradually changed toward the inner side. The bonding state and the film density have a correlation, and the amount of amine incorporated into the ladder oxide film tends to decrease as the Si-O bond ratio increases and the Si-H bond ratio decreases. From the above results, it can be seen that the poisoning can be effectively suppressed by the pretreatment of this embodiment even when the ladder oxide film is used as the correlation insulating film.

以上の絶縁膜の側壁最表面からその膜内部への膜の元素濃度、膜密度、結合状態が前述した膜質から内側になるにつれて徐々に変化していき、側壁部を除く部分の膜質(バルクの層間膜の膜質)に近づいていく。側壁表層は膜質としてバルクと比べて誘電率が高くなり、この層が厚い場合、デバイスのパフォーマンスが悪くなる。膜質が急峻に変化する構造を用いた場合、この高誘電率層の膜厚を厚くせざるを得ない。側壁部から内部へ膜質が徐々に変わるような構造を作ることにより、膜質が急峻に変化する構造に比べて実効誘電率が上がらず、デバイスの充分なパフォーマンスが得られる。   The element concentration, film density, and bonding state of the film from the outermost surface of the insulating film to the inside of the film gradually change from the above-mentioned film quality to the inside, and the film quality of the portion excluding the side wall (bulk It approaches the quality of the interlayer film). The sidewall surface layer has a higher dielectric constant than the bulk as the film quality, and when this layer is thick, the performance of the device deteriorates. When a structure in which the film quality changes sharply is used, the film thickness of the high dielectric constant layer must be increased. By creating a structure in which the film quality gradually changes from the side wall to the inside, the effective dielectric constant does not increase compared to a structure in which the film quality changes sharply, and sufficient device performance is obtained.

<SiOC膜>
次に、ビアファーストプロセスにおけるビア層間絶縁膜の一部にSiOC膜を用いた場合、本プロセスフロー(UV処理又は/及びアニール処理)を行った後のSiOC膜の側壁部の膜密度は内側より相対的に大きくなっており、アミンのSiOC膜への取り込み量は減少している。これに対して従来のプロセスではSiOC膜の側壁の膜密度は大きくなっていないため、アミンの取り込み量がかなり多くなっている。
<SiOC film>
Next, when a SiOC film is used as a part of the via interlayer insulating film in the via first process, the film density of the sidewall portion of the SiOC film after performing this process flow (UV treatment or / and annealing treatment) is from the inside. It is relatively large, and the amount of amine incorporated into the SiOC film is decreasing. On the other hand, in the conventional process, since the film density of the sidewall of the SiOC film is not increased, the amount of amine taken up is considerably increased.

また、本プロセスフロー(UV処理又は/及びアニール処理)を行った場合のSiOC膜の側壁部の組成は内側よりも酸素濃度が相対的に高く、炭素及び水素濃度が相対的に低いという特徴があり、その傾向が顕著になるほどアミンのSiOC膜への取り込み量が少なくなっている。   In addition, the composition of the sidewall portion of the SiOC film when this process flow (UV treatment or / and annealing treatment) is performed is characterized by a relatively high oxygen concentration and a relatively low carbon and hydrogen concentration than the inside. In addition, as the tendency becomes more prominent, the amount of amine incorporated into the SiOC film decreases.

更に結合状態に関しては、SiOC膜の側壁部が内側よりも相対的にSi−O結合の割合が高くなっており、Si−CH結合の割合が低くなっている。この結合状態と膜密度は相関関係にあり、アミンのSiOC膜への取り込み量はSi−CH結合の割合が低くなるほど小さくなる傾向である。以上の結果から、層間絶縁膜にSiOC膜を用いた場合も本実施例の前処理で有効にポイゾニングを抑制できることが分かる。 Further, regarding the bonding state, the ratio of Si—O bonds is relatively higher in the side wall portion of the SiOC film than the inner side, and the ratio of Si—CH 3 bonds is low. The bonding state and the film density are in a correlation, and the amount of amine incorporated into the SiOC film tends to decrease as the Si—CH 3 bond ratio decreases. From the above results, it can be seen that the poisoning can be effectively suppressed by the pretreatment of this embodiment even when the SiOC film is used as the interlayer insulating film.

以上の絶縁膜の側壁最表面からその膜内部への膜の元素濃度、膜密度、結合状態が前述した膜質から内側になるにつれて徐々に変化していき、側壁部を除く部分の膜質(バルクの層間膜の膜質)に近づいていく。側壁表層は膜質としてバルクと比べて誘電率が高くなり、この層が厚い場合、デバイスのパフォーマンスが悪くなる。膜質が急峻に変化する構造を用いた場合、この高誘電率層の膜厚を厚くせざるを得ない。側壁部から内部へ膜質が徐々に変わるような構造を作ることにより、膜質が急峻に変化する構造に比べて実効誘電率が上がらず、デバイスの充分なパフォーマンスが得られる。   The element concentration, film density, and bonding state of the film from the outermost surface of the insulating film to the inside of the film gradually change from the above-mentioned film quality to the inside, and the film quality of the portion excluding the side wall (bulk It approaches the quality of the interlayer film). The sidewall surface layer has a higher dielectric constant than the bulk as the film quality, and when this layer is thick, the performance of the device deteriorates. When a structure in which the film quality changes sharply is used, the film thickness of the high dielectric constant layer must be increased. By creating a structure in which the film quality gradually changes from the side wall to the inside, the effective dielectric constant does not increase compared to a structure in which the film quality changes sharply, and sufficient device performance is obtained.

<SiCN膜>
また、バリア膜やエッチングストップ膜としてSiCN膜を用いた場合、本プロセスフロー(UV処理又は/及びアニール処理)を行った後のSiCN膜の側壁部の膜密度は内側より相対的に大きくなっており、アミンのSiCN膜への取り込み量は減少している。これに対して従来のプロセスでは、SiCN膜の側壁の膜密度は大きくなっていないため、アミンの取り込み量がかなり多くなっている。
<SiCN film>
Further, when a SiCN film is used as a barrier film or an etching stop film, the film density of the side wall portion of the SiCN film after performing this process flow (UV treatment or / and annealing treatment) becomes relatively larger than the inside. Thus, the amount of amine incorporated into the SiCN film is decreasing. On the other hand, in the conventional process, since the film density on the sidewall of the SiCN film is not increased, the amount of amine taken up is considerably increased.

また、本プロセスフロー(UV処理又は/及びアニール処理)を行った場合のSiCN膜の側壁部の組成は内側部よりも酸素濃度が相対的に高く、炭素、窒素及び水素濃度が相対的に低いという特徴があり、その傾向が顕著になるほど、窒素の膜表面からの脱離量が少なくなっている。   In addition, the composition of the sidewall portion of the SiCN film when this process flow (UV treatment or / and annealing treatment) is performed has a relatively high oxygen concentration and a relatively low carbon, nitrogen and hydrogen concentration than the inner portion. As the tendency becomes more prominent, the amount of nitrogen desorbed from the film surface decreases.

更に、結合状態に関しては、SiCN膜の側壁部が内側よりも相対的にSi−CH結合の割合が高くなっている。結合状態と膜密度は相関関係にあり、アミンのSiCN膜への取り込み量はSi−CH結合の割合が低くなるほど小さくなる傾向である。以上の結果から、バリア膜やエッチングストップ膜にSiCN膜を用いた場合も本実施例の前処理で有効にポイゾニングを抑制できることが分かる。 Further, regarding the bonding state, the ratio of Si—CH 3 bonding is relatively higher in the side wall portion of the SiCN film than in the inner side. The bonding state and the film density have a correlation, and the amount of amine incorporated into the SiCN film tends to decrease as the Si—CH 3 bond ratio decreases. From the above results, it can be seen that the poisoning can be effectively suppressed by the pretreatment of this embodiment even when the SiCN film is used as the barrier film or the etching stop film.

以上の絶縁膜の側壁最表面からその膜内部への膜の元素濃度、膜密度、結合状態が前述した膜質から内側になるにつれて徐々に変化していき、側壁部を除く部分の膜質(バルクの層間膜の膜質)に近づいていく。側壁表層は膜質としてバルクと比べて誘電率が高くなり、この層が厚い場合、デバイスのパフォーマンスが悪くなる。膜質が急峻に変化する構造を用いた場合、この高誘電率層の膜厚を厚くせざるを得ない。側壁部から内部へ膜質が徐々に変わるような構造を作ることにより、膜質が急峻に変化する構造に比べて実効誘電率が上がらず、デバイスの充分なパフォーマンスが得られる。   The element concentration, film density, and bonding state of the film from the outermost surface of the insulating film to the inside of the film gradually change from the above-mentioned film quality to the inside, and the film quality of the portion excluding the side wall (bulk It approaches the quality of the interlayer film). The sidewall surface layer has a higher dielectric constant than the bulk as the film quality, and when this layer is thick, the performance of the device deteriorates. When a structure in which the film quality changes sharply is used, the film thickness of the high dielectric constant layer must be increased. By creating a structure in which the film quality gradually changes from the side wall to the inside, the effective dielectric constant does not increase compared to a structure in which the film quality changes sharply, and sufficient device performance is obtained.

<SiC膜>
また、バリア膜、エッチングストップ膜としてSiC膜を用いた場合、本プロセスフロー(UV処理又は/及びアニール処理)を行った後のSiC膜の側壁部の膜密度が内側より相対的に大きくなっており、アミンのSiC膜への取り込み量は減少している。これに対して従来のプロセスでは、SiC膜の側壁の膜密度は大きくなっていないため、アミンの取り込み量がかなり多くなっている。
<SiC film>
Further, when an SiC film is used as the barrier film and the etching stop film, the film density of the side wall portion of the SiC film after performing this process flow (UV treatment and / or annealing treatment) becomes relatively larger than the inside. Thus, the amount of amine incorporated into the SiC film is decreasing. On the other hand, in the conventional process, since the film density of the side wall of the SiC film is not increased, the amount of amine taken up is considerably increased.

更に、本プロセスフロー(UV処理+アニール処理)を行った場合のSiC膜の側壁部の組成は内側よりも酸素濃度が相対的に高く、炭素及び水素濃度が相対的に低いという特徴があり、その傾向が顕著になるほどアミンのSiC膜中への取り込みが少なくなっている。結合状態と膜密度は相関関係にあり、アミンのSiC膜への取り込み量はSi−CH結合の割合が低くなるほど小さくなる傾向である。以上の結果から、バリア膜、エッチングストップ膜にSiC膜を用いた場合も本実施例の前処理で有効にポイゾニングを抑制できることが分かる。 Furthermore, the composition of the sidewall portion of the SiC film when performing this process flow (UV treatment + annealing treatment) is characterized in that the oxygen concentration is relatively higher than the inside, and the carbon and hydrogen concentrations are relatively low. As the tendency becomes more remarkable, the incorporation of amine into the SiC film decreases. The bonding state and the film density have a correlation, and the amount of amine incorporated into the SiC film tends to decrease as the Si—CH 3 bond ratio decreases. From the above results, it can be seen that poisoning can be effectively suppressed by the pretreatment of this embodiment even when an SiC film is used as the barrier film and the etching stop film.

以上の絶縁膜の側壁最表面からその膜内部への膜の元素濃度、膜密度、結合状態が前述した膜質から内側になるにつれて徐々に変化していき、側壁部を除く部分の膜質(バルクの層間膜の膜質)に近づいていく。側壁表層は膜質としてバルクと比べて誘電率が高くなり、この層が厚い場合、デバイスのパフォーマンスが悪くなる。膜質が急峻に変化する構造を用いた場合、この高誘電率層の膜厚を厚くせざるを得ない。側壁部から内部へ膜質が徐々に変わるような構造を作ることにより、膜質が急峻に変化する構造に比べて実効誘電率が上がらず、デバイスの充分なパフォーマンスが得られる。   The element concentration, film density, and bonding state of the film from the outermost surface of the insulating film to the inside of the film gradually change from the above-mentioned film quality to the inside, and the film quality of the portion excluding the side wall (bulk It approaches the quality of the interlayer film). The sidewall surface layer has a higher dielectric constant than the bulk as the film quality, and when this layer is thick, the performance of the device deteriorates. When a structure in which the film quality changes sharply is used, the film thickness of the high dielectric constant layer must be increased. By creating a structure in which the film quality gradually changes from the side wall to the inside, the effective dielectric constant does not increase compared to a structure in which the film quality changes sharply, and sufficient device performance is obtained.

なお、上記各実施例では、本発明のアニール処理、プラズマ処理や、UV処理、有機溶媒処理等の前処理を、デュアルダマシンプロセスであるビアファーストプロセスやデュアルハードマスクプロセス、トレンチファーストプロセスに適用した場合について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、アミン成分やフッ酸過酸化水素等の塩基性物質を含む有機剥離液や洗浄液を用いたウェット処理に続けてレジストパターン形成を行う工程や、絶縁膜をパターニングした後、続けてレジストパターン形成を行う工程を含む任意の半導体プロセスに適用することができる。   In each of the above-described embodiments, the pretreatments such as annealing, plasma treatment, UV treatment, and organic solvent treatment of the present invention were applied to the dual damascene via first process, dual hard mask process, and trench first process. Although the present invention has been described, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The resist pattern is followed by wet treatment using an organic stripping solution or cleaning solution containing a basic substance such as an amine component or hydrogen fluoride hydrofluoric acid. The present invention can be applied to any semiconductor process including a step of forming and a step of subsequently forming a resist pattern after patterning an insulating film.

以上説明したように、本発明の半導体装置及びその製造方法によれば下記記載の効果を奏する。   As described above, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention have the following effects.

本発明の第1の効果は、ビアファーストプロセスやデュアルハードマスクプロセス、トレンチファーストプロセス等のデュアルダマシンプロセスのような、アミン等を含む有機剥離液や洗浄液を用いたウェット処理に続けてレジストパターン形成を行う工程や、ビアホールや配線トレンチパターン形成に続いてレジストパターン形成を行う工程を含むプロセスにおいて、レジストパターンの解像度が劣化するという問題を解決することができるということである。   The first effect of the present invention is that a resist pattern is formed following a wet process using an organic stripping solution or a cleaning solution containing an amine such as a dual damascene process such as a via first process, a dual hard mask process, or a trench first process. In the process including the step of performing resist pattern formation and the step of performing resist pattern formation subsequent to via hole and wiring trench pattern formation, the problem that the resolution of the resist pattern deteriorates can be solved.

その理由は、レジストパターン形成の前工程として、アニール処理、プラズマ処理、UV処理、有機溶媒処理等の処理を実施することにより、ウェハー中、特に低誘電率層間絶縁膜中に残留しているアミン等の反応阻害物質を確実に除去することができるからである。また、前処理としてUV処理及びアニール処理を実施することにより、ビアホールや配線トレンチパターン内壁に露出した絶縁膜表面に膜質(組成や密度、結合状態等)が変化した改質膜を形成することができ、これにより大気中のアミンの付着を抑制し、かつ、反応阻害物質となる絶縁膜中の所定の元素の影響を抑制することができるからである。   The reason for this is that the amine remaining in the wafer, particularly in the low dielectric constant interlayer insulating film, by performing an annealing process, a plasma process, a UV process, an organic solvent process, etc. as a pre-process of resist pattern formation. This is because reaction inhibitory substances such as the above can be removed reliably. Further, by performing UV treatment and annealing treatment as a pretreatment, a modified film having a changed film quality (composition, density, bonding state, etc.) may be formed on the surface of the insulating film exposed on the inner wall of the via hole or wiring trench pattern. This is because the adhesion of amines in the atmosphere can be suppressed, and the influence of a predetermined element in the insulating film serving as a reaction inhibitor can be suppressed.

また、本発明の第2の効果は、反射防止膜などの塗布を容易にし、レジストパターンの加工精度を向上させることができるということである。   The second effect of the present invention is that it is possible to facilitate the application of an antireflection film and improve the processing accuracy of the resist pattern.

その理由は、プラズマ処理やUV処理により表面状態を改質することができるため、反射防止膜やレジストの濡れ性を改善することができるからである。   The reason is that the wettability of the antireflection film and the resist can be improved because the surface state can be modified by plasma treatment or UV treatment.

このように、従来の低誘電率膜を使用したデュアルダマシンプロセスでは、アミン等の反応阻害物質により安定したレジスト加工形状を得ることができなかったが、本発明の前処理を施すことにより、安定したレジスト解像性を得られるようになり、歩留まりの向上に貢献することができる。   As described above, in the conventional dual damascene process using a low dielectric constant film, a stable resist processing shape could not be obtained by a reaction inhibitor such as amine. Resist resolution can be obtained, which can contribute to an improvement in yield.

1a 第1レジストパターン
1b 第2レジストパターン
2a 第1反射防止膜
2b 第2反射防止膜
3 キャップ絶縁膜
4 第2層間絶縁膜
5 第2エッチングストップ膜
6 第1層間絶縁膜
7 第1エッチングストップ膜
8 配線基板
9 ビアホール
10 配線トレンチパターン
11 配線材料
12 ハードマスク膜
13 ハードマスク膜下部
14 レジスト残り
15 クラウン
16 石英セル
17 ビア付きサンプル
18 下層配線
19 改質膜
1a first resist pattern 1b second resist pattern 2a first antireflection film 2b second antireflection film 3 cap insulating film 4 second interlayer insulating film 5 second etching stop film 6 first interlayer insulating film 7 first etching stop film 8 Wiring board 9 Via hole 10 Wiring trench pattern 11 Wiring material 12 Hard mask film 13 Hard mask film lower part 14 Resist residue 15 Crown 16 Quartz cell 17 Sample 18 with via Lower layer wiring 19 Modified film

Claims (40)

絶縁膜が形成された基板に対して、有機剥離液又は洗浄液を用いてウェット処理を行った後、前記絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記ウェット処理後、前記レジストパターンとなるレジスト又は該レジスト下層に設ける反射防止膜を塗布する前に、前記有機剥離液又は前記洗浄液に含有される物質であって、前記レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質を除去する前処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a resist pattern on the insulating film after performing wet processing on the substrate on which the insulating film is formed using an organic stripping solution or a cleaning solution.
After the wet treatment, before applying a resist to be the resist pattern or an antireflection film provided under the resist, it is a substance contained in the organic stripping solution or the cleaning solution and inhibits the chemical reaction of the resist. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising performing pretreatment to remove a reaction inhibitor.
前記絶縁膜が低誘電率膜からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is made of a low dielectric constant film. 配線パターンが形成された基板上に、少なくとも第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜とを順次堆積する工程と、前記第2の層間絶縁膜上に第1のレジストパターンを形成し、該第1のレジストパターンをマスクとしてドライエッチングにより前記第1の層間絶縁膜及び前記第2の層間絶縁膜を貫通するビアホールを形成する工程と、有機剥離液でエッチング残留物を除去する処理、又は、洗浄液で洗浄する処理の少なくとも一方のウェット処理を行う工程と、前記第2の層間絶縁膜上に第2のレジストパターンを形成する工程と、前記第2のレジストパターンをマスクとして前記第2の層間絶縁膜をエッチングして配線トレンチパターンを形成する工程と、前記ビアホール及び前記配線トレンチパターン内に配線材料を埋め込み、研磨して配線パターンを形成する工程とを少なくとも有する半導体装置の製造方法において、
前記ウェット処理後、前記レジストパターンとなるレジスト又は該レジスト下層に設ける反射防止膜を塗布する前に、前記有機剥離液又は前記洗浄液に含有される物質であって、前記レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質を除去する前処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of sequentially depositing at least a first interlayer insulating film and a second interlayer insulating film on a substrate on which a wiring pattern is formed; and forming a first resist pattern on the second interlayer insulating film; Forming a via hole penetrating through the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film by dry etching using the first resist pattern as a mask, and a process of removing an etching residue with an organic stripping solution, or Performing a wet process of at least one of a process of cleaning with a cleaning liquid, a process of forming a second resist pattern on the second interlayer insulating film, and the second resist pattern as a mask. Etching the interlayer insulating film to form a wiring trench pattern, and embedding and polishing a wiring material in the via hole and the wiring trench pattern In the method for manufacturing at least a semiconductor device and forming a line pattern,
After the wet treatment, before applying a resist to be the resist pattern or an antireflection film provided under the resist, it is a substance contained in the organic stripping solution or the cleaning solution and inhibits the chemical reaction of the resist. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising performing pretreatment to remove a reaction inhibitor.
配線パターンが形成された基板上に、少なくとも第1の層間絶縁膜と第2の層間絶縁膜と無機材料からなるマスク部材とを堆積する工程と、前記マスク部材上に第1のレジストパターンを形成し、該第1のレジストパターンを用いて前記マスク部材をエッチングしてハードマスクを形成する工程と、有機剥離液でエッチング残留物を除去する処理、又は、洗浄液で洗浄する処理の少なくとも一方のウェット処理を行う工程と、前記ハードマスク上に第2のレジストパターンを形成する工程と、前記第2のレジストパターンをマスクとしてドライエッチングにより前記第1の層間絶縁膜及び第2の層間絶縁膜を貫通するビアホールを形成する工程と、前記第2のレジストパターを除去した後、前記ハードマスクを用いて前記第2の層間絶縁膜をエッチングして配線トレンチパターンを形成する工程と、前記ビアホール及び前記配線トレンチパターン内に配線材料を埋め込み、研磨して配線パターンを形成する工程とを少なくとも有する半導体装置の製造方法において、
前記ウェット処理後、前記レジストパターンとなるレジスト又は該レジスト下層に設ける反射防止膜を塗布する前に、前記有機剥離液又は前記洗浄液に含有される物質であって、前記レジストの化学反応を阻害する反応阻害物質を除去する前処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Depositing at least a first interlayer insulating film, a second interlayer insulating film, and a mask member made of an inorganic material on the substrate on which the wiring pattern is formed; and forming a first resist pattern on the mask member Then, at least one wet of a process of forming a hard mask by etching the mask member using the first resist pattern, a process of removing an etching residue with an organic stripper, or a process of cleaning with a cleaning liquid Performing a process, forming a second resist pattern on the hard mask, and penetrating the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film by dry etching using the second resist pattern as a mask Forming a via hole to be removed, and removing the second resist pattern, and then forming the second interlayer insulating film using the hard mask. Forming a etching to the wiring trench pattern, the manufacturing method of the via hole and buried wiring material on the wiring trench pattern in the polishing and at least having a semiconductor device and forming a wiring pattern,
After the wet treatment, before applying a resist to be the resist pattern or an antireflection film provided under the resist, it is a substance contained in the organic stripping solution or the cleaning solution and inhibits the chemical reaction of the resist. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising performing pretreatment to remove a reaction inhibitor.
前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜の少なくとも一方が低誘電率膜からなることを特徴とする請求項3又は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 3, wherein at least one of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film is a low dielectric constant film. 前記反応阻害物質が塩基性物質からなり、該塩基性物質により、露光により前記レジスト中に発生した酸の触媒作用が阻害されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。   The said reaction inhibitory substance consists of a basic substance, The catalytic action of the acid which generate | occur | produced in the said resist by exposure is inhibited by this basic substance. A method for manufacturing a semiconductor device. 前記塩基性物質にアミンを含むことを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the basic substance includes an amine. 前記前処理として、アニール処理、UV処理、プラズマ処理、又は、有機溶媒処理の少なくとも一の処理を行うことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of annealing, UV, plasma, and organic solvent treatment is performed as the pretreatment. 前記前処理として、アニール処理の後にUV処理を行うことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein UV treatment is performed after annealing as the pretreatment. 前記アニール処理が、所定の温度のアニールにより、前記絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質を脱離させる処理であることを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法。   The annealing process is a process of detaching the reaction inhibitor that has permeated or adsorbed into the insulating film, the first interlayer insulating film, or the second interlayer insulating film by annealing at a predetermined temperature. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 8 or 9. 前記アニール処理を、150乃至450℃の温度範囲で行うことを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the annealing treatment is performed in a temperature range of 150 to 450.degree. 前記アニール処理を、前記反射防止膜又は前記レジストのベーク温度よりも高い温度で行うことを特徴とする請求項11記載の半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the annealing treatment is performed at a temperature higher than a baking temperature of the antireflection film or the resist. 前記アニール処理を、減圧下、又は、窒素ガス、不活性ガス又は水素ガスの雰囲気下で行うことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。   13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the annealing treatment is performed under reduced pressure or in an atmosphere of nitrogen gas, inert gas, or hydrogen gas. 前記UV処理が、UV光の照射により活性化した酸素又はオゾンにより、前記絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質を中和する処理であることを特徴とする請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法。   The UV treatment neutralizes the reaction-inhibiting substance that has permeated or adsorbed into the insulating film, the first interlayer insulating film, or the second interlayer insulating film with oxygen or ozone activated by UV light irradiation. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the method is a process. 前記プラズマ処理が、酸素、窒素又はアンモニアのいずれか一のガスを含むプラズマにより、前記絶縁膜又は前記層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質をエッチングする処理であることを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。   The plasma treatment is a process of etching the reaction-inhibiting substance that has permeated or adsorbed into the insulating film or the interlayer insulating film with a plasma containing any one gas of oxygen, nitrogen, or ammonia. Item 9. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 8. 前記有機溶媒処理が、ポリピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ポリピレングリコールモノメチルエーテル、乳酸エチル、シクロヘキサノン、メチルエチルケトンのいずれか一を含む有機溶媒を用いた処理であることを特徴とする請求項8記載の半導体装置の製造方法。   9. The semiconductor according to claim 8, wherein the organic solvent treatment is treatment using an organic solvent containing any one of polypyrene glycol monomethyl ether acetate, polypyrene glycol monomethyl ether, ethyl lactate, cyclohexanone, and methyl ethyl ketone. Device manufacturing method. 前記有機溶媒に酸性物質を含み、該酸性物質により、前記絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質が中和されることを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。   The organic solvent contains an acidic substance, and the acidic substance neutralizes the reaction-inhibiting substance that has permeated or adsorbed into the insulating film, the first interlayer insulating film, or the second interlayer insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16. 前記有機溶媒に弱塩基性物質を含み、該弱塩基性物質により、前記絶縁膜、前記第1の層間絶縁膜又は前記第2の層間絶縁膜に浸透又は吸着した前記反応阻害物質が弱塩基に置換されることを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。   The organic solvent contains a weakly basic substance, and the weakly basic substance causes the reaction-inhibiting substance that has penetrated or adsorbed to the insulating film, the first interlayer insulating film, or the second interlayer insulating film to become a weak base. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the semiconductor device is replaced. 請求項1乃至18のいずれか一に記載の製造方法を用いて形成される半導体装置であって、前記前処理として、アニール処理又はUV処理の少なくとも一つが用いられ、
前記ビアホール又は前記配線トレンチパターンに形成された前記配線パターン側壁の少なくとも一部に当接する絶縁膜の前記当接面表層に、内部とは成分比率又は密度が異なる領域が形成されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device formed using the manufacturing method according to claim 1, wherein at least one of annealing or UV treatment is used as the pretreatment,
A region having a component ratio or density different from the inside is formed on the contact surface layer of the insulating film that contacts at least a part of the side wall of the wiring pattern formed in the via hole or the wiring trench pattern. A semiconductor device.
導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接する層間膜がSi及びOを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも窒素濃度が低い領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The interlayer film in contact with at least a part of at least one side wall of the via or the wiring made of a conductor is an insulating film containing Si and O as main elements, and the insulating film is formed on the surface of the contact surface of the insulating film. A semiconductor device using a dual damascene wiring structure characterized by having a region having a lower nitrogen concentration. 導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接する層間膜がSi、O及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも酸素濃度が高く、かつ、水素濃度が低い領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The interlayer film in contact with at least a part of at least one side wall of the via or the wiring made of a conductor is a low dielectric constant insulating film containing Si, O and H as main elements, and is formed on the surface of the contact surface of the insulating film. A semiconductor device using a dual damascene wiring structure characterized by having a region having a higher oxygen concentration and a lower hydrogen concentration than the inside of the insulating film. 前記Si、O及びHを主要元素とする絶縁膜の前記領域における濃度分布が、前記当接面最表面で酸素濃度が最も高くかつ水素濃度が最も低く、内部に向かって徐々に酸素濃度が低くかつ水素濃度が高くなり、前記絶縁膜内部の酸素濃度及び水素濃度に近づいていくことを特徴とする請求項21記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The concentration distribution in the region of the insulating film containing Si, O, and H as main elements has the highest oxygen concentration and the lowest hydrogen concentration at the outermost surface of the contact surface, and the oxygen concentration gradually decreases toward the inside. 23. The semiconductor device using a dual damascene wiring structure according to claim 21, wherein the hydrogen concentration increases and approaches the oxygen concentration and the hydrogen concentration inside the insulating film. 導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接する層間膜がSi、O、C及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも酸素濃度が高く、かつ、炭素及び水素濃度が低い領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The interlayer film in contact with at least a part of at least one side wall of a via or wiring made of a conductor is a low dielectric constant insulating film containing Si, O, C, and H as main elements, and the contact surface of the insulating film A semiconductor device using a dual damascene wiring structure characterized in that a surface layer has a region in which oxygen concentration is higher than that in the insulating film and carbon and hydrogen concentrations are lower. 前記Si、O、C及びHを主要元素とする絶縁膜の前記領域における濃度分布が、前記当接面最表面で酸素濃度が最も高くかつ水素濃度及び炭素濃度が最も低く、内部に向かって徐々に酸素濃度が低くかつ水素濃度及び炭素濃度が高くなり、前記絶縁膜内部の酸素濃度、水素濃度及び炭素濃度に近づいていくことを特徴とする請求項23記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The concentration distribution in the region of the insulating film containing Si, O, C, and H as main elements has the highest oxygen concentration and the lowest hydrogen concentration and carbon concentration at the outermost surface of the contact surface, and gradually toward the inside. 24. The semiconductor using a dual damascene wiring structure according to claim 23, wherein the oxygen concentration is low and the hydrogen concentration and the carbon concentration are high, and the oxygen concentration, hydrogen concentration, and carbon concentration inside the insulating film approach each other. apparatus. 導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接するバリア膜又はエッチングストッパ膜がSi、C、N及びHを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも酸素濃度が高く、かつ、炭素、窒素及び水素濃度が低い領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   A barrier film or an etching stopper film that contacts at least a part of at least one side wall of a via or wiring made of a conductor is an insulating film containing Si, C, N, and H as main elements, and the contact of the insulating film A semiconductor device using a dual damascene wiring structure characterized in that a surface surface layer has a region in which oxygen concentration is higher than in the insulating film and carbon, nitrogen, and hydrogen concentrations are lower. 前記Si、C、N及びHを主要元素とする絶縁膜の前記領域における濃度分布が、前記当接面最表面で酸素濃度が最も高くかつ窒素濃度、水素濃度及び炭素濃度が最も低く、内部に向かって徐々に酸素濃度が低くかつ窒素濃度、水素濃度及び炭素濃度が高くなり、前記絶縁膜内部の酸素濃度、窒素濃度、水素濃度及び炭素濃度に近づいていくことを特徴とする請求項25記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The concentration distribution in the region of the insulating film containing Si, C, N, and H as main elements has the highest oxygen concentration and the lowest nitrogen concentration, hydrogen concentration, and carbon concentration at the outermost surface of the contact surface, 26. The oxygen concentration gradually decreases and the nitrogen concentration, hydrogen concentration, and carbon concentration gradually increase toward the oxygen concentration, nitrogen concentration, hydrogen concentration, and carbon concentration in the insulating film. Semiconductor device using dual damascene wiring structure. 導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接するバリア膜又はエッチングストッパ膜がSi、C及びHを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも酸素濃度が高く、かつ、炭素及び水素濃度が低い領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   A barrier film or etching stopper film that contacts at least a part of at least one side wall of a via or wiring made of a conductor is an insulating film containing Si, C, and H as main elements, and the contact surface layer of the insulating film In addition, a semiconductor device using a dual damascene wiring structure having a region in which oxygen concentration is higher than that in the insulating film and carbon and hydrogen concentrations are lower. 前記Si、C及びHを主要元素とする絶縁膜の前記領域における濃度分布が、前記当接面最表面で酸素濃度が最も高くかつ水素濃度及び炭素濃度が最も低く、内部に向かって徐々に酸素濃度が低くかつ水素濃度及び炭素濃度が高くなり、前記絶縁膜内部の酸素濃度、水素濃度及び炭素濃度に近づいていくことを特徴とする請求項27記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The concentration distribution in the region of the insulating film containing Si, C, and H as the main elements has the highest oxygen concentration and the lowest hydrogen concentration and carbon concentration at the outermost surface of the contact surface, and the oxygen concentration gradually increases toward the inside. 28. The semiconductor device using a dual damascene wiring structure according to claim 27, wherein the concentration is low, the hydrogen concentration and the carbon concentration are increased, and the oxygen concentration, hydrogen concentration and carbon concentration inside the insulating film are approached. 導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接する層間膜がSi、O及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜又はSi、O、C及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも膜密度が大きい領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   An interlayer film in contact with at least a part of at least one side wall of a via or wiring made of a conductor is a low dielectric constant insulating film containing Si, O, and H as main elements or Si, O, C, and H as main elements. A semiconductor device using a dual damascene wiring structure, which is a low dielectric constant insulating film, and has a region having a higher film density than the inside of the insulating film on the surface of the contact surface of the insulating film. 導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接するバリア膜又はエッチングストッパ絶縁膜が、Si、C、N及びHを主要元素とする絶縁膜又はSi、C及びHを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりも膜密度が大きい領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   A barrier film or an etching stopper insulating film that contacts at least a part of at least one side wall of a via or wiring made of a conductor is mainly an insulating film containing Si, C, N, and H as a main element, or Si, C, and H. A semiconductor device using a dual damascene wiring structure, which is an insulating film made of an element, and has a region having a higher film density than the inside of the insulating film on the surface of the contact surface of the insulating film. 前記絶縁膜の前記領域における膜密度の分布が、前記当接面最表面で膜密度が最も大きく、内部に向かって徐々に膜密度が小さくなり、前記絶縁膜内部の膜密度に近づいていくことを特徴とする請求項29又は30記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The distribution of the film density in the region of the insulating film has the highest film density at the outermost surface of the contact surface, gradually decreases toward the inside, and approaches the film density inside the insulating film. 31. A semiconductor device using a dual damascene wiring structure according to claim 29 or 30. 導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接する層間膜がSi、O及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりもSi−O結合の割合が高く、Si−H結合の割合が低い領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The interlayer film in contact with at least a part of at least one side wall of the via or the wiring made of a conductor is a low dielectric constant insulating film containing Si, O and H as main elements, and is formed on the surface of the contact surface of the insulating film. A semiconductor device using a dual damascene wiring structure having a region in which the proportion of Si—O bonds is higher than that in the insulating film and the proportion of Si—H bonds is lower. 前記Si、O及びHを主要元素とする絶縁膜の前記領域における結合状態の分布が、前記当接面最表面でSi−O結合の割合が最も高くかつSi−H結合の割合が最も低く、内部に向かって徐々にSi−O結合の割合が低くかつSi−H結合の割合が高くなり、前記絶縁膜内部のSi−O結合及びSi−H結合の割合に近づいていくことを特徴とする請求項32記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The distribution of the bonding state in the region of the insulating film containing Si, O, and H as main elements has the highest ratio of Si-O bonds and the lowest ratio of Si-H bonds on the outermost surface of the contact surface, The ratio of Si—O bonds gradually decreases toward the inside, and the ratio of Si—H bonds increases, approaching the ratio of Si—O bonds and Si—H bonds inside the insulating film. A semiconductor device using the dual damascene wiring structure according to claim 32. 導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接する層間膜がSi、O、C及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりもSi−O結合の割合が高く、Si−CH結合の割合が低い領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。 The interlayer film in contact with at least a part of at least one side wall of a via or wiring made of a conductor is a low dielectric constant insulating film containing Si, O, C, and H as main elements, and the contact surface of the insulating film A semiconductor device using a dual damascene wiring structure characterized in that a surface layer has a region in which a ratio of Si—O bonds is higher than that in the insulating film and a ratio of Si—CH 3 bonds is lower. 前記Si、O、C及びHを主要元素とする絶縁膜の前記領域における結合状態の分布が、前記当接面最表面でSi−O結合の割合が最も高くかつSi−CH結合の割合が最も低く、内部に向かって徐々にSi−O結合の割合が低くかつSi−CH結合の割合が高くなり、前記絶縁膜内部のSi−O結合及びSi−CH結合の割合に近づいていくことを特徴とする請求項34記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。 The distribution of the bonding state in the region of the insulating film containing Si, O, C, and H as main elements has the highest proportion of Si—O bonds and the proportion of Si—CH 3 bonds on the outermost surface of the contact surface. lowest, gradually the percentage of the ratio is lower and Si-CH 3 bonds of Si-O bond toward the inside becomes high, approaching the proportion of the insulating film inside the Si-O bond and Si-CH 3 bond 35. A semiconductor device using a dual damascene wiring structure according to claim 34. 導電体からなるビア又は配線の少なくとも一方の側壁の少なくとも一部に当接するバリア膜又はエッチングストッパ膜がSi、C、N及びHを主要元素とする絶縁膜又はSi、C及びHを主要元素とする絶縁膜であり、前記絶縁膜の前記当接面表層に、該絶縁膜内部よりもSi−CH結合の割合が低い領域を有することを特徴とするデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。 A barrier film or etching stopper film that contacts at least a part of at least one side wall of a via or wiring made of a conductor is an insulating film having Si, C, N, and H as main elements, or Si, C, and H as main elements. A semiconductor device using a dual damascene wiring structure, characterized in that a region having a lower proportion of Si—CH 3 bonds than the inside of the insulating film is provided on the surface of the contact surface of the insulating film. 前記絶縁膜の前記領域における結合状態の分布が、前記当接面最表面でSi−O結合の割合が最も高くかつSi−CH結合の割合が最も低く、内部に向かって徐々にSi−O結合の割合が低くかつSi−CH結合の割合が高くなり、前記絶縁膜内部のSi−O結合及びSi−CH結合の割合に近づいていくことを特徴とする請求項36記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。 The distribution of the bonding state in the region of the insulating film is such that the ratio of the Si—O bond is the highest and the ratio of the Si—CH 3 bond is the lowest on the outermost surface of the contact surface, and gradually the Si—O bond gradually toward the inside. the proportion of coupling increases the proportion of low and Si-CH 3 bond, a dual damascene of claim 36, wherein the approaches the ratio of the insulating layer inside the Si-O bond and Si-CH 3 bond A semiconductor device using a wiring structure. 前記領域の厚さが略30nm以下であることを特徴とする請求項20乃至37のいずれか一に記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   38. The semiconductor device using a dual damascene wiring structure according to any one of claims 20 to 37, wherein the thickness of the region is approximately 30 nm or less. 前記Si、O及びHを主要元素とする低誘電率絶縁膜が梯子型水素化シロキサンであることを特徴とする請求項21、22、29、31乃至33のいずれか一に記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   The dual damascene wiring according to any one of claims 21, 22, 29, 31 to 33, wherein the low dielectric constant insulating film containing Si, O, and H as main elements is a ladder-type hydrogenated siloxane. A semiconductor device using the structure. 前記梯子型水素化シロキサンとしてL−Ox(登録商標)を用いたことを特徴とする請求項39記載のデュアルダマシン配線構造を用いた半導体装置。   40. The semiconductor device using a dual damascene wiring structure according to claim 39, wherein L-Ox (registered trademark) is used as the ladder-type hydrogenated siloxane.
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