JP3099813B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、微細配線間に低誘
電率の絶縁膜が形成された半導体装置の製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a low dielectric constant insulating film is formed between fine wirings.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の動作速度は、配線抵抗
(R)と配線間の寄生容量(C)との積RC(時定数)
の増加に従って小さくなり、配線間の寄生容量(C)は
配線間隔に反比例して増加する。したがって半導体装置
の動作速度を向上するためには、配線間の寄生容量を減
少することが重要である。このような観点から、微細配
線間に低い比誘電率を有するスピンオングラス(Spi
n On Glass:SOG)膜を形成する手法が広
く用いられている。2. Description of the Related Art The operating speed of a semiconductor device is determined by a product RC (time constant) of a wiring resistance (R) and a parasitic capacitance (C) between wirings.
And the parasitic capacitance (C) between the wirings increases in inverse proportion to the wiring interval. Therefore, in order to improve the operation speed of a semiconductor device, it is important to reduce a parasitic capacitance between wirings. From such a viewpoint, spin-on-glass (Spi) having a low dielectric constant between fine wirings
A technique for forming an nOn Glass (SOG) film is widely used.
【0003】図16〜19は、SOG膜形成工程を含む
従来の半導体装置の製造方法を表す工程断面図である。FIGS. 16 to 19 are process sectional views showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device including a SOG film forming process.
【0004】まず、図16に示すように、シリコン基板
1表面に所定の半導体素子(図示せず)を形成後、Si
O2からなる下地絶縁膜2を堆積する。次に膜厚40n
mのチタン膜3、膜厚500nmのアルミ−銅合金膜
4、膜厚30nmの窒化チタン膜5を順次、スパッタリ
ング法で積層して、膜厚570nmの積層金属膜を形成
する。次いで、公知の方法でパターニングして金属配線
を形成する。金属配線の最小スペース間隔は約0.3μ
mとする。First, as shown in FIG. 16, after a predetermined semiconductor element (not shown) is formed on the surface of a silicon substrate 1, Si
A base insulating film 2 made of O 2 is deposited. Next, a film thickness of 40 n
A titanium film 3 having a thickness of m, an aluminum-copper alloy film 4 having a thickness of 500 nm, and a titanium nitride film 5 having a thickness of 30 nm are sequentially laminated by a sputtering method to form a laminated metal film having a thickness of 570 nm. Next, metal wiring is formed by patterning by a known method. Minimum space between metal wiring is about 0.3μ
m.
【0005】次に図17に示すように、パターニングさ
れた金属配線上にSOG膜10を塗布する。窒化チタン
膜5とSOG膜10の間には、30nm程度のシリコン
酸化膜を密着層として形成してもよい。ただし、密着層
としての役割を持たせるものであるため、膜厚を薄くす
る必要があり、通常50nm以下とする。Next, as shown in FIG. 17, an SOG film 10 is applied on the patterned metal wiring. A silicon oxide film of about 30 nm may be formed between the titanium nitride film 5 and the SOG film 10 as an adhesion layer. However, it is necessary to reduce the film thickness because it serves as an adhesion layer, and is usually 50 nm or less.
【0006】つづいて図18に示すように、全面にSi
O2からなる層間絶縁膜6を形成する。[0006] Subsequently, as shown in FIG.
An interlayer insulating film 6 made of O 2 is formed.
【0007】その後、図19に示すように、フォトリソ
グラフィー技術とドライエッチング技術を用いてビアホ
ール11a〜cを形成し、酸素のアッシング処理を行
う。Thereafter, as shown in FIG. 19, via holes 11a to 11c are formed by using a photolithography technique and a dry etching technique, and oxygen ashing is performed.
【0008】その後、全面にバリアメタル層形成後、タ
ングステン膜を埋め込み、さらにその上に上層配線(不
図示)を形成して多層配線構造を有する半導体装置を完
成する。Thereafter, after forming a barrier metal layer on the entire surface, a tungsten film is buried, and an upper layer wiring (not shown) is further formed thereon to complete a semiconductor device having a multilayer wiring structure.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来技術
は、図19右側囲み部に示すように、大面積の金属配線
上に形成されたビアホールの底部にSOG膜が残存し、
導通不良が発生することがあった。However, in the above prior art, as shown in the right side encircled portion of FIG. 19, the SOG film remains at the bottom of the via hole formed on the large-area metal wiring,
In some cases, conduction failure occurred.
【0010】これは以下の理由による。SOG膜のよう
な塗布系の材料を用いる場合、金属膜が微細化された金
属配線部と大面積の金属配線部とで塗布厚が異なる。大
面積部の方が微細部よりも膜厚が厚くなるのである。し
たがって、反応性イオンエッチングによりビアホールを
形成する際、図19のように大面積のアルミ−銅合金膜
4の上に形成されたビアホールの底部に、SOG膜が残
存することとなるのである。特に0.3μm以下の微細
なホールを形成する場合、微細化された金属配線部では
マイクロローディング効果によりSOG膜のエッチング
速度が極端に遅くなるため、この問題が顕著となる。This is for the following reason. When a coating material such as an SOG film is used, the coating thickness differs between a metal wiring portion having a fine metal film and a metal wiring portion having a large area. The large area portion is thicker than the fine portion. Therefore, when a via hole is formed by reactive ion etching, the SOG film remains at the bottom of the via hole formed on the large-area aluminum-copper alloy film 4 as shown in FIG. In particular, when a fine hole having a size of 0.3 μm or less is formed, the etching rate of the SOG film becomes extremely slow in a miniaturized metal wiring portion due to a microloading effect.
【0011】一方、このようなSOG膜の残存を防止す
るためにオーバーエッチングを行うと、ビアホールと金
属部の目合わせずれの生じた部分において、ホール直下
の金属部側壁のSOG膜がエッチングされ、この箇所に
スリットが生じる(図19左側囲み部)。このようなス
リットが生じると、SOG膜からのガスの発生等によ
り、ホールの埋め込み性が不良となり、素子の信頼性が
低下する。最近では、素子の微細化を目的として、ホー
ル径と金属配線幅が同等の、いわゆるボーダーレス配線
とするケースが増えているが、このような場合、特に上
記問題が顕著となる。On the other hand, if overetching is performed to prevent such an SOG film from remaining, the SOG film on the side wall of the metal part immediately below the hole is etched in the part where misalignment between the via hole and the metal part occurs. A slit is formed at this location (surrounded portion on the left side in FIG. 19). When such a slit occurs, the hole filling property becomes poor due to the generation of gas from the SOG film or the like, and the reliability of the element decreases. Recently, so-called borderless wiring, in which the hole diameter and the metal wiring width are equal to each other, has been increasing for the purpose of miniaturization of the element. In such a case, the above-mentioned problem becomes particularly remarkable.
【0012】また、上記従来技術では大面積配線部の上
部または側面近傍にSOG膜の厚膜部が形成されること
があり、この箇所において内部応力(引っ張り応力)が
増大し、クラックが発生することがあった。In the above prior art, a thick portion of the SOG film may be formed on the upper portion or near the side surface of the large-area wiring portion, and the internal stress (tensile stress) increases at this portion to cause cracks. There was something.
【0013】本発明は従来技術の有する上記課題を解決
するものであり、ビアホール底部におけるSOG膜の残
存を防止するとともに金属配線側面のスリットの発生を
防止し、良好な埋め込み性および良好な導電性のビアホ
ールを形成する方法を提供することを目的とする。ま
た、ビアホールをセルフアラインに形成する方法を提供
することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, which prevents the SOG film from remaining at the bottom of the via hole, prevents the occurrence of slits on the side surfaces of the metal wiring, and provides good burying property and good conductivity. It is an object of the present invention to provide a method for forming a via hole. It is another object of the present invention to provide a method for forming a via hole in a self-aligned manner.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、(A)半導体基板上に、金属膜および第一
の層間絶縁膜をこの順で形成する工程と、(B)前記第
一の層間絶縁膜および前記金属膜をエッチングによりパ
ターニングして、前記金属膜からなる金属配線を形成す
る工程と、(C)全面にSOG膜および第二の層間絶縁
膜をこの順で形成する工程と、(D)少なくとも第一の
層間絶縁膜上に形成された前記SOG膜と、前記第二の
層間絶縁膜の一部とを除去する工程と、(E)前記第一
の層間絶縁膜をエッチングして、前記金属配線に達する
複数のビアホールを形成する工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法、が提供される。According to the present invention for solving the above problems, (A) a step of forming a metal film and a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate in this order; Patterning a first interlayer insulating film and the metal film by etching to form a metal wiring made of the metal film; and (C) forming an SOG film and a second interlayer insulating film on the entire surface in this order. (D) removing at least the SOG film formed on the first interlayer insulating film and a part of the second interlayer insulating film; and (E) removing the first interlayer insulating film. And forming a plurality of via holes reaching the metal wiring.
【0015】また本発明によれば、(A)半導体基板上
に、金属膜および第一の膜をこの順で形成する工程と、
(B)前記第一の膜および前記金属膜をエッチングによ
りパターニングして、前記金属膜からなる金属配線を形
成する工程と、(C)全面にSOG膜および第二の膜を
この順で形成する工程と、(D)少なくとも第一の膜上
に形成された前記SOG膜と、前記第二の膜の一部とを
除去する工程と、(E)前記第一の膜をエッチングし
て、前記金属配線に達する複数のビアホールを形成する
工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法、が提供される。According to the invention, (A) a step of forming a metal film and a first film in this order on a semiconductor substrate;
(B) a step of patterning the first film and the metal film by etching to form a metal wiring made of the metal film; and (C) forming an SOG film and a second film on the entire surface in this order. (D) removing at least the SOG film formed on the first film and a part of the second film; and (E) etching the first film, Forming a plurality of via holes reaching the metal wiring.
【0016】以下、本発明の構成および作用について図
面を参照して説明する。The configuration and operation of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0017】前述のように従来の製造方法においては、
金属膜をエッチングして配線のパターニングを行った
後、直接、または所望により密着層(薄いシリコン酸化
膜)を介して、SOG膜を形成していた。このため金属
配線上のSOG膜の厚みの不均一性に起因してビアホー
ル形成後にSOG膜の残存が生じていた(図19)。こ
れに対し、本発明の製造方法においては、まず半導体基
板上に、全面に、金属膜および第一の膜または第一の層
間絶縁膜をこの順で形成し、ついでこれらをエッチング
して、上記金属膜からなる金属配線を形成する。この後
にSOG膜を塗布するのである。したがって、金属配線
上部における層構造は、たとえば図6に示すように、金
属配線(アルミ−銅合金膜4)とSOG膜10との間に
第一の層間絶縁膜6が介在した構造となる。この金属配
線上のSOG膜10は、後の(D)の平坦化の工程で除
去されるため、ビアホールを形成する直前の段階では、
もはや金属配線(アルミ−銅合金膜4)の上部にはSO
G膜10は存在しない(図8)。このため、従来技術で
問題になっていたSOG膜の残存が生じないのである。As described above, in the conventional manufacturing method,
After patterning the wiring by etching the metal film, the SOG film has been formed directly or, if desired, via an adhesion layer (thin silicon oxide film). Therefore, the SOG film remains after the formation of the via hole due to the unevenness of the thickness of the SOG film on the metal wiring (FIG. 19). On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, first, a metal film and a first film or a first interlayer insulating film are formed in this order on the entire surface of a semiconductor substrate, and then these are etched to A metal wiring made of a metal film is formed. Thereafter, an SOG film is applied. Therefore, the layer structure above the metal wiring has a structure in which the first interlayer insulating film 6 is interposed between the metal wiring (aluminum-copper alloy film 4) and the SOG film 10, as shown in FIG. Since the SOG film 10 on the metal wiring is removed in the later flattening step (D), at the stage immediately before forming a via hole,
There is no longer SO on the metal wiring (aluminum-copper alloy film 4)
The G film 10 does not exist (FIG. 8). For this reason, the SOG film, which is a problem in the related art, does not remain.
【0018】また、従来技術においては大面積の金属配
線上のビアホール内壁にSOG膜が露出するため(図1
9のビアホール11c)、SOG膜からのガスの発生に
より「す」が発生し、埋め込み性が悪化するという問題
があった。この点、本発明の製造方法によれば、上述の
ように、ビアホールを形成する直前の段階で金属配線上
のSOG膜10はすでに除去されている。したがって、
形成した大面積金属配線上のビアホールの内壁にSOG
膜が露出しない(図9のビアホール11c)。このため
埋め込み性の悪化の問題が解消される。In the prior art, the SOG film is exposed on the inner wall of the via hole on the large-area metal wiring (FIG. 1).
9, via holes 11c) and the generation of gas from the SOG film generate "spots", which causes a problem that the filling property is deteriorated. In this regard, according to the manufacturing method of the present invention, as described above, the SOG film 10 on the metal wiring has already been removed immediately before the via hole is formed. Therefore,
SOG on the inner wall of via hole on the formed large area metal wiring
The film is not exposed (via hole 11c in FIG. 9). Therefore, the problem of deterioration of the embedding property is solved.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の第1
の実施形態について、図1〜10を参照して説明する。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention.
Will be described with reference to FIGS.
【0020】まず図1、2のように、半導体基板上(シ
リコン基板1)に、金属膜および第一の層間絶縁膜6を
この順で形成する。ここでは金属膜としてチタン膜3、
アルミ−銅合金膜4、および窒化チタン膜5からなる積
層膜を用いているが、これに限定されない。ここで第一
の層間絶縁膜の膜厚は、最終的に得たい層間絶縁膜の膜
厚と同じかそれ以上にする必要がある。その後の平坦化
の工程で除去され、膜厚が減じることがあるからであ
る。例えば最終的に得たい層間絶縁膜よりも5〜100
nm程度厚くする。一方、膜厚の上限は特にないが、あ
まり厚くしても特に利点はない。最終的な層間絶縁膜の
厚みは通常250nm以上であるので、第一の層間絶縁
膜の膜厚は、好ましくは250nm以上、さらに好まし
くは300〜3000nmとする。First, as shown in FIGS. 1 and 2, a metal film and a first interlayer insulating film 6 are formed in this order on a semiconductor substrate (silicon substrate 1). Here, a titanium film 3 as a metal film,
Although a laminated film including the aluminum-copper alloy film 4 and the titanium nitride film 5 is used, the present invention is not limited to this. Here, the thickness of the first interlayer insulating film needs to be equal to or greater than the thickness of the interlayer insulating film to be finally obtained. This is because it is removed in the subsequent flattening step, and the film thickness may be reduced. For example, 5 to 100 times more than the finally obtained interlayer insulating film.
Thicken about nm. On the other hand, there is no particular upper limit to the film thickness, but there is no particular advantage even if the film thickness is too large. Since the final thickness of the interlayer insulating film is usually 250 nm or more, the thickness of the first interlayer insulating film is preferably 250 nm or more, more preferably 300 to 3000 nm.
【0021】次に第一の層間絶縁膜6および金属膜をエ
ッチングによりパターニングして、金属膜からなる金属
配線を形成する(図5)。Next, the first interlayer insulating film 6 and the metal film are patterned by etching to form a metal wiring made of the metal film (FIG. 5).
【0022】つづいて全面にSOG膜10を形成する
(図6)。SOG膜の種類は特に限定されず、無機SO
G膜、有機SOG膜、HSQ(Hydrogen Silisesquioxa
ne)膜等を用いることができる。誘電率、ガス発生性な
どの性能のバランスを考慮すると、HSQ膜、有機SO
G膜が好ましく用いられる。Subsequently, an SOG film 10 is formed on the entire surface (FIG. 6). The type of the SOG film is not particularly limited.
G film, organic SOG film, HSQ (Hydrogen Silisesquioxa)
ne) A film or the like can be used. Considering the balance of performance such as dielectric constant and gas generation, HSQ film, organic SO
A G film is preferably used.
【0023】ここで、HSQ膜は下記式(1)のような
構造を有している。比誘電率は3.0である。Here, the HSQ film has a structure represented by the following formula (1). The relative permittivity is 3.0.
【0024】[0024]
【化1】 Embedded image
【0025】一方、有機SOG膜は、酸化シリコンに対
しメチル基(CH3−)等が結合した構造を有するもの
である。有機SOG膜の比誘電率は有機成分含有率が高
いほど下がり、2.7程度のものを得ることもできる。On the other hand, the organic SOG film has a structure in which a methyl group (CH 3 —) or the like is bonded to silicon oxide. The relative dielectric constant of the organic SOG film decreases as the organic component content increases, and a dielectric constant of about 2.7 can be obtained.
【0026】次に、金属配線、SOG膜10を埋め込む
ように、全面に第二の層間絶縁膜8を形成する(図
7)。Next, a second interlayer insulating film 8 is formed on the entire surface so as to bury the metal wiring and the SOG film 10 (FIG. 7).
【0027】その後、少なくとも第一の層間絶縁膜上に
形成されたSOG膜10と、第二の層間絶縁膜の一部と
を除去する(図8)。この工程により基板上の半導体層
の平坦化が図られる。除去方法は、化学的機械的研磨
(Chemical Mechanical Poli
shing、CMP)やドライエッチング等が用いられ
る。この工程で、第一の層間絶縁膜6の一部を除去して
もよい。Thereafter, at least the SOG film 10 formed on the first interlayer insulating film and a part of the second interlayer insulating film are removed (FIG. 8). Through this step, the semiconductor layer on the substrate is planarized. The removal method is a chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical Polish).
(shing, CMP), dry etching, or the like. In this step, a part of the first interlayer insulating film 6 may be removed.
【0028】図8の状態の第一の層間絶縁膜6の厚み
が、最終的に得られる半導体装置の層間絶縁膜の厚みと
なる。このため、はじめに第一の層間絶縁膜6を形成す
る際(図2の工程)の膜厚を、最終的に得られる半導体
装置の層間絶縁膜の厚み以上とする必要がある。The thickness of the first interlayer insulating film 6 in the state of FIG. 8 is the thickness of the interlayer insulating film of the finally obtained semiconductor device. For this reason, the film thickness when the first interlayer insulating film 6 is first formed (the step of FIG. 2) needs to be equal to or greater than the thickness of the interlayer insulating film of the finally obtained semiconductor device.
【0029】つづいてフォトレジスト9を形成後、第一
の層間絶縁膜6をエッチングして、金属配線に達する複
数のビアホール11a〜cを形成する(図9)。この工
程において、第一の層間絶縁膜以外に第二の層間絶縁膜
の一部をエッチングしてもよい。フォトレジスト剥離後
(図10(a))、バリアメタル層(不図示)を形成
し、ビアホール内にタングステン膜12を埋め込む。さ
らにその上層にアルミニウム−銅合金膜などからなる金
属膜を形成した後、フォトリソグラフィー技術及びドラ
イエッチング技術を用いて上層配線13を形成して、多
層配線構造を有する半導体装置を完成する(図10
(b))。Subsequently, after the formation of the photoresist 9, the first interlayer insulating film 6 is etched to form a plurality of via holes 11a to 11c reaching the metal wiring (FIG. 9). In this step, a part of the second interlayer insulating film other than the first interlayer insulating film may be etched. After removing the photoresist (FIG. 10A), a barrier metal layer (not shown) is formed, and the tungsten film 12 is embedded in the via hole. Further, after a metal film made of an aluminum-copper alloy film or the like is formed thereon, the upper wiring 13 is formed using photolithography and dry etching techniques, thereby completing a semiconductor device having a multilayer wiring structure (FIG. 10).
(B)).
【0030】本実施形態において、第一の層間絶縁膜お
よび第二の層間絶縁膜は同じであっても異なっていても
よい。例えば第一の層間絶縁膜および第二の層間絶縁膜
の両方をシリコン酸化膜、あるいはシリコン窒化膜とす
ることができる。In this embodiment, the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film may be the same or different. For example, both the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film can be a silicon oxide film or a silicon nitride film.
【0031】また、第一の層間絶縁膜および第二の層間
絶縁膜のうち、一方をシリコン酸窒化膜、他方をシリコ
ン酸化膜とすることもできる。このようにすることによ
ってホール形成領域の構成材料とそれ以外の領域の構成
材料との間で高いエッチング選択比を得ることができ、
これによりビアホールをセルフアラインに形成すること
ができる。この場合、ビアホール形成のためのエッチン
グは、たとえばリン酸によるウエットエッチング等によ
ることが好ましい。エッチング選択比を高くとることが
できるからである。One of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film may be a silicon oxynitride film, and the other may be a silicon oxide film. By doing so, a high etching selectivity can be obtained between the constituent material of the hole forming region and the constituent material of the other region,
As a result, via holes can be formed in a self-aligned manner. In this case, the etching for forming the via hole is preferably performed by wet etching with phosphoric acid, for example. This is because the etching selectivity can be increased.
【0032】(第2の実施形態)本発明の第2の実施形
態について図面を参照して説明する。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0033】本実施形態では、第1の実施形態における
第一の層間絶縁膜6を第一の膜6’、第二の層間絶縁膜
8を第二の膜8’としている。第一の膜6’と第二の膜
8’は、互いにエッチング速度の大きく異なる組み合わ
せとすることが好ましい。たとえば、第一の膜および前
記第二の膜のうち、一方を多結晶シリコン膜、他方をシ
リコン酸化膜またはシリコン窒化膜とする。In this embodiment, the first interlayer insulating film 6 in the first embodiment is a first film 6 ', and the second interlayer insulating film 8 is a second film 8'. It is preferable that the first film 6 'and the second film 8' be a combination having greatly different etching rates. For example, one of the first film and the second film is a polycrystalline silicon film, and the other is a silicon oxide film or a silicon nitride film.
【0034】まず、第1の実施形態と同様にして、金属
配線を形成し、第一の膜6’、SOG膜10および第二
の膜8’を形成した後、表面を平坦化する(図11)。First, in the same manner as in the first embodiment, a metal wiring is formed, a first film 6 ', an SOG film 10 and a second film 8' are formed, and then the surface is flattened (FIG. 11).
【0035】つづいてフォトレジスト9形成後、第一の
膜6’をエッチングして、金属配線に達する複数のビア
ホール11a〜cを形成する(図12)。エッチングガ
スとしては、HBr、Cl2、O2を含む混合ガスを好ま
しく用いることができる。多結晶シリコン第一の膜6’
と第二の膜8’のエッチング速度は大きく相違するの
で、ビアホール形成の際、第一の膜6’が選択的にエッ
チングされ、第二の膜8’はほとんどエッチングを受け
ない。したがって、ビアホールがセルフアラインに形成
される。図13(a)はこのことを示す図である。図の
ように、フォトレジスト9開口部がビアホール11形成
領域に対して若干ずれた位置に形成された場合でも、エ
ッチング速度の差により実質的に第一の膜6’のみがエ
ッチングされ、ビアホールがセルフアラインに形成され
るのである。したがって、フォトレジスト9開口部をビ
アホール11の径よりも大きくしても所望の径のホール
が得られ、図13(b)のように、複数のビアホール形
成箇所を含むようにフォトレジスト9を大きく開口させ
てもよい。Subsequently, after the formation of the photoresist 9, the first film 6 'is etched to form a plurality of via holes 11a to 11c reaching the metal wiring (FIG. 12). As the etching gas, a mixed gas containing HBr, Cl 2 , and O 2 can be preferably used. Polycrystalline silicon first film 6 '
Since the etching rates of the second film 8 'and the second film 8' are significantly different, the first film 6 'is selectively etched when the via hole is formed, and the second film 8' is hardly etched. Therefore, via holes are formed in a self-aligned manner. FIG. 13A illustrates this. As shown in the figure, even when the opening of the photoresist 9 is formed at a position slightly shifted from the formation region of the via hole 11, substantially only the first film 6 'is etched due to the difference in the etching rate, and the via hole is removed. It is formed in a self-aligned manner. Therefore, even if the opening of the photoresist 9 is made larger than the diameter of the via hole 11, a hole having a desired diameter can be obtained, and as shown in FIG. It may be opened.
【0036】第一の膜6’、第二の膜8’のうち一方
を、絶縁膜でない材料、たとえば多結晶シリコン等を用
いた場合、ビアホール形成後、熱処理を施す等の手段に
より多結晶シリコン等を絶縁膜に変換する処理を加え、
層間絶縁膜として機能するようにする。In the case where one of the first film 6 'and the second film 8' is made of a material other than an insulating film, for example, polycrystalline silicon or the like, the polycrystalline silicon is formed by means such as heat treatment after forming a via hole. Process to convert the
It functions as an interlayer insulating film.
【0037】その後、フォトレジストを剥離し(図1
4)、バリアメタル層を形成し、ビアホール内にタング
ステン膜を埋め込む(不図示)。さらにその上層にアル
ミニウム−銅合金膜などからなる金属膜を形成した後、
フォトリソグラフィー技術及びドライエッチング技術を
用いて上層配線(不図示)を形成して、多層配線構造を
有する半導体装置を完成する。Thereafter, the photoresist is peeled off (FIG. 1).
4), a barrier metal layer is formed, and a tungsten film is buried in the via hole (not shown). After forming a metal film such as an aluminum-copper alloy film on the upper layer,
An upper layer wiring (not shown) is formed by using photolithography technology and dry etching technology to complete a semiconductor device having a multilayer wiring structure.
【0038】本発明において、SOG膜としてHSQ膜
を用いた場合、HSQ膜形成後、酸素および水を除去し
た雰囲気下で熱処理を行うことが好ましい。このような
熱処理を行うことにより、後のビアホール形成時のSO
G膜のエッチング速度を低下させ、金属配線側面におけ
るスリットの発生等を防止することができる。このとき
熱処理の温度は350〜500℃とすることが好まし
い。500℃を超えるとSiとHとの化学結合が切断さ
れ、HSQ膜の誘電率が上昇することがある。350℃
未満とすると、SOG膜の上に形成する絶縁膜にクラッ
クが発生することがある。なお、「酸素および水を除去
した雰囲気下」とは、いったん処理雰囲気を真空にする
等の操作により、雰囲気中に含まれる酸素、水を実質的
に完全に除去することをいう。たとえば、10-8程度あ
るいはそれ以上の真空度の高真空にすることにより、こ
のような状態を実現することができる。その後、不活性
ガスを導入し、所定の圧力とした後、熱処理を行っても
良い。In the present invention, when an HSQ film is used as the SOG film, it is preferable to perform a heat treatment after forming the HSQ film in an atmosphere from which oxygen and water have been removed. By performing such a heat treatment, the SO at the time of forming a via hole later can be formed.
It is possible to reduce the etching rate of the G film and prevent the occurrence of a slit on the side surface of the metal wiring. At this time, the temperature of the heat treatment is preferably set to 350 to 500 ° C. If the temperature exceeds 500 ° C., the chemical bond between Si and H is broken, and the dielectric constant of the HSQ film may increase. 350 ° C
If it is less than 1, cracks may occur in the insulating film formed on the SOG film. Note that "under an atmosphere from which oxygen and water have been removed" means that oxygen and water contained in the atmosphere are substantially completely removed by an operation such as once evacuating the processing atmosphere. For example, such a state can be realized by applying a high vacuum of about 10 −8 or more. After that, a heat treatment may be performed after introducing an inert gas to a predetermined pressure.
【0039】本発明の半導体装置の製造方法は、複数の
ビアホールの少なくとも一部を、そのビアホールと接続
される金属配線の幅と略等しい径とする場合、すなわ
ち、ボーダーレス配線を含む場合に特に有効である。本
発明の解決課題であるビアホール底部におけるSOG膜
の残存や金属配線側面のスリットの発生の問題は、特に
ボーダーレス配線を形成する場合において顕著となるか
らである。なお、ボーダーレス配線が適用されるのは、
下層配線の最小間隔が0.3μm以下の場合である。The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is particularly suitable when at least a part of the plurality of via holes has a diameter substantially equal to the width of a metal wiring connected to the via hole, that is, when a borderless wiring is included. It is valid. This is because the problems of the SOG film remaining at the bottom of the via hole and the occurrence of slits on the side surfaces of the metal wiring, which are problems to be solved by the present invention, are particularly significant when borderless wiring is formed. Note that borderless wiring is applied
This is the case where the minimum distance between the lower wirings is 0.3 μm or less.
【0040】[0040]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0041】(実施例1)図1〜10は本実施例の半導
体装置の製造方法の工程断面図である。(Embodiment 1) FIGS. 1 to 10 are process cross-sectional views of a method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment.
【0042】図1に示すように、まず、シリコン基板1
表面に所定の半導体素子を形成後(不図示)、全面にB
PSG(Boro Phospho Silicate Glass)からなる下地
絶縁膜2をプラズマCVD法により形成した。次に膜厚
40nmのチタン膜3、膜厚500nmのアルミ−銅合
金膜4、膜厚30nmの窒化チタン膜5を順次、スパッ
タリング法で積層して、膜厚570nmの積層金属膜を
形成した。As shown in FIG. 1, first, a silicon substrate 1
After forming a predetermined semiconductor element on the surface (not shown), B
A base insulating film 2 made of PSG (Boro Phospho Silicate Glass) was formed by a plasma CVD method. Next, a titanium film 3 having a thickness of 40 nm, an aluminum-copper alloy film 4 having a thickness of 500 nm, and a titanium nitride film 5 having a thickness of 30 nm were sequentially laminated by a sputtering method to form a laminated metal film having a thickness of 570 nm.
【0043】次に図2に示すように、窒化チタン膜5の
上に、BPSGからなる第一の層間絶縁膜6をプラズマ
CVD法により形成した。膜厚は800nmとした。Next, as shown in FIG. 2, a first interlayer insulating film 6 made of BPSG was formed on the titanium nitride film 5 by a plasma CVD method. The thickness was 800 nm.
【0044】つづいて図3に示すように、第一の層間絶
縁膜6上にフォトレジスト7を形成後、これをマスクと
して第一の層間絶縁膜6をドライエッチングした。エッ
チングには、C4F8、Ar、O2およびCOを含む混合
ガスを用いた。Subsequently, as shown in FIG. 3, after forming a photoresist 7 on the first interlayer insulating film 6, the first interlayer insulating film 6 was dry-etched using this as a mask. For the etching, a mixed gas containing C 4 F 8 , Ar, O 2 and CO was used.
【0045】フォトレジスト7を剥離後(図4)、第一
の層間絶縁膜6をマスクとしてチタン膜3、アルミ−銅
合金膜4、窒化チタン膜5からなる積層金属膜をエッチ
ングし、金属配線のパターニングを行った(図5)。エ
ッチングには、Cl2、CF4を含む混合ガスを用いた。
微細配線部の配線間隔(図中左の配線間隔)は約0.3
μmとした。また、大面積配線部の幅(図中右の配線
幅)は500μm程度とした。After the photoresist 7 is stripped (FIG. 4), the laminated metal film composed of the titanium film 3, the aluminum-copper alloy film 4, and the titanium nitride film 5 is etched using the first interlayer insulating film 6 as a mask to form a metal wiring. (FIG. 5). For the etching, a mixed gas containing Cl 2 and CF 4 was used.
The wiring interval of the fine wiring section (the wiring interval on the left in the figure) is about 0.3
μm. In addition, the width of the large-area wiring portion (the right wiring width in the figure) was set to about 500 μm.
【0046】つづいて、図6に示すように、全面にSO
G膜10を500nm程度塗布した。なお、この塗布厚
は最大膜厚部の値である。SOG膜10の材料として
は、HSQを用いた。SOG膜10は、図中左の微細配
線の第一の層間絶縁膜6上には薄い膜厚で形成され、図
中右の大面積部の第一の層間絶縁膜6上には厚い膜厚で
形成される。Subsequently, as shown in FIG.
The G film 10 was applied to about 500 nm. This coating thickness is a value of the maximum thickness part. HSQ was used as the material of the SOG film 10. The SOG film 10 is formed with a small thickness on the first interlayer insulating film 6 of the fine wiring on the left in the figure, and has a large film thickness on the first interlayer insulating film 6 in the large area on the right in the figure. Is formed.
【0047】HSQ膜塗布後、ホットプレート上で15
0℃、250℃、350℃で順次熱処理を行った。熱処
理時間はいずれも1分間とした。この後、さらに以下の
ような加熱処理を行った。処理雰囲気をいったん10-8
程度の高真空とした後、アルゴンガスを導入し、3mT
orrの圧力とした。この真空雰囲気下で480℃5分
間熱処理した。ここで、いったん10-8程度の高真空と
するのは、雰囲気中に含まれる酸素と水を実質的に完全
に除去するためである。このような熱処理を行うことに
より、後のビアホール形成時におけるHSQ膜のエッチ
ング速度を低下させ、酸化シリコン膜からなる第一の層
間絶縁膜6および第二の層間絶縁膜8と同等のエッチン
グ速度とすることができる。これにより、金属配線側面
におけるスリットの発生等を防止することができる。After coating the HSQ film, 15 hours on a hot plate
Heat treatment was sequentially performed at 0 ° C., 250 ° C., and 350 ° C. The heat treatment time was 1 minute in each case. Thereafter, the following heat treatment was further performed. Once the processing atmosphere is 10 -8
After applying a high vacuum to about 3mT, 3mT
orr pressure. Heat treatment was performed at 480 ° C. for 5 minutes in this vacuum atmosphere. Here, the reason why the high vacuum is once set to about 10 −8 is that oxygen and water contained in the atmosphere are substantially completely removed. By performing such heat treatment, the etching rate of the HSQ film at the time of forming a via hole later is reduced, and the etching rate is equal to that of the first interlayer insulating film 6 and the second interlayer insulating film 8 made of a silicon oxide film. can do. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of a slit or the like on the side surface of the metal wiring.
【0048】次に、図7に示すように、プラズマCVD
法によりBPSGからなる第二の層間絶縁膜8を形成し
た。膜厚は1400nmとした。Next, as shown in FIG.
A second interlayer insulating film 8 made of BPSG was formed by the method. The film thickness was 1400 nm.
【0049】その後、化学的機械的研磨法を用いて、第
二の層間絶縁膜8、SOG膜10、第一の層間絶縁膜6
を研磨し表面を平坦化した(図8)。この時、第一の層
間絶縁膜6上のSOG膜10が完全に除去され、さらに
第一の層間絶縁膜6の上部の一部が除去されるように研
磨を行った。これにより層間絶縁膜6の厚みを600n
m程度とした。この状態で、金属配線を構成するアルミ
−銅合金膜4の上部のSOG膜は実質的に完全に除去さ
れている。Thereafter, the second interlayer insulating film 8, the SOG film 10, and the first interlayer insulating film 6 are formed by using a chemical mechanical polishing method.
Was polished to flatten the surface (FIG. 8). At this time, the polishing was performed so that the SOG film 10 on the first interlayer insulating film 6 was completely removed and a part of the upper portion of the first interlayer insulating film 6 was further removed. Thereby, the thickness of the interlayer insulating film 6 is set to 600 n
m. In this state, the SOG film on the aluminum-copper alloy film 4 constituting the metal wiring is substantially completely removed.
【0050】つづいて図9に示すように、第一の層間絶
縁膜6上にフォトレジスト9を形成後、これをマスクと
してドライエッチングを行い、ビアホール11を形成し
た。エッチングには、C4F8、Ar、O2を含む混合ガ
スを用いた。図9では、フォトレジスト9の目合わせず
れが若干生じた状態が示されている。エッチングにより
ビアホール底部の窒化チタン膜5を完全に除去し、アル
ミ−銅合金膜4の表面を露出させた。図10(a)は、
フォトレジストを除去した状態を示す図である。Subsequently, as shown in FIG. 9, after a photoresist 9 was formed on the first interlayer insulating film 6, dry etching was performed using the photoresist 9 as a mask to form a via hole 11. For the etching, a mixed gas containing C 4 F 8 , Ar, and O 2 was used. FIG. 9 shows a state in which misalignment of the photoresist 9 slightly occurs. The titanium nitride film 5 at the bottom of the via hole was completely removed by etching, and the surface of the aluminum-copper alloy film 4 was exposed. FIG. 10 (a)
FIG. 4 is a view showing a state where a photoresist is removed.
【0051】その後、全面にバリアメタル層(不図示)
形成後、タングステン膜12を堆積し、エッチバックを
行うことによりビアホール内にのみタングステン膜12
を埋め込んだ状態とした。さらにその上層にアルミニウ
ム−銅合金膜などからなる金属膜を形成した後、フォト
リソグラフィー技術及びドライエッチング技術を用いて
上層配線13を形成することにより、2層配線構造を有
する半導体装置を完成した(図10(b))。作製され
た半導体装置のビアの導通は大面積の金属配線上および
微細面積の金属配線上ともに良好であり、またクラック
の発生も認められなかった。Thereafter, a barrier metal layer (not shown) is formed on the entire surface.
After the formation, the tungsten film 12 is deposited and etched back so that the tungsten film 12 is formed only in the via hole.
Was embedded. Further, after forming a metal film made of an aluminum-copper alloy film or the like on the upper layer, the upper layer wiring 13 is formed using photolithography technology and dry etching technology, thereby completing a semiconductor device having a two-layer wiring structure ( FIG. 10 (b)). Via conduction of the manufactured semiconductor device was good on both large-area metal wirings and fine-area metal wirings, and no cracks were observed.
【0052】(実施例2)実施例1では、第一の層間絶
縁膜6、第二の層間絶縁膜8をいずれもシリコン酸化膜
としたが、本実施例では、第一の層間絶縁膜6を多結晶
シリコン膜からなる第一の膜6’、第二の層間絶縁膜8
をシリコン酸化膜からなる第二の膜8’とした。これに
よりビアホールを金属配線上部にセルフアラインに形成
した。(Embodiment 2) In the first embodiment, both the first interlayer insulating film 6 and the second interlayer insulating film 8 are made of silicon oxide films. To a first film 6 'made of a polycrystalline silicon film and a second interlayer insulating film 8
Was used as a second film 8 ′ made of a silicon oxide film. As a result, a via hole was formed in a self-aligned manner above the metal wiring.
【0053】まず実施例1と同様にして、シリコン基板
1表面にBPSGからなる下地絶縁膜2、膜厚40nm
のチタン膜3、膜厚500nmのアルミ−銅合金膜4、
膜厚30nmの窒化チタン膜5をこの順で形成した。次
いで、その上に第一の膜6’として、ノンドープの多結
晶シリコン膜をプラズマCVD法を用いて成膜した。膜
厚は800nmとした。First, a base insulating film 2 made of BPSG and a film thickness of 40 nm were formed on the surface of the silicon substrate 1 in the same manner as in the first embodiment.
Titanium film 3, aluminum-copper alloy film 4 having a thickness of 500 nm,
A titanium nitride film 5 having a thickness of 30 nm was formed in this order. Next, a non-doped polycrystalline silicon film was formed thereon as a first film 6 ′ by using a plasma CVD method. The thickness was 800 nm.
【0054】フォトレジスト形成後、HBr、Cl2、
O2を含む混合ガスを用いて第一の膜6’をエッチング
し、さらにフォトレジストを残したまま、Cl2、CF4
を含む混合ガスを用いてチタン膜3、アルミ−銅合金膜
4および窒化チタン膜5をエッチングし、金属配線のパ
ターニングを行った(不図示)。微細化配線部の配線間
隔は約0.3μmとし、大面積配線部の幅(図中右の配
線幅)は500μm程度とした。After forming the photoresist, HBr, Cl 2 ,
The first film 6 ′ is etched using a mixed gas containing O 2 , and furthermore, Cl 2 , CF 4
The titanium film 3, the aluminum-copper alloy film 4, and the titanium nitride film 5 were etched using a mixed gas containing, and a metal wiring was patterned (not shown). The wiring interval of the miniaturized wiring part was about 0.3 μm, and the width of the large area wiring part (the wiring width on the right in the figure) was about 500 μm.
【0055】その後、実施例1と同様にして、HSG膜
の塗布・熱処理、BPSGからなる第二の膜8’の形
成、CMPによる平坦化を行った。この状態を図11に
示す。Thereafter, in the same manner as in Example 1, application and heat treatment of an HSG film, formation of a second film 8 'made of BPSG, and planarization by CMP were performed. This state is shown in FIG.
【0056】つづいてフォトレジスト9を形成した後、
ドライエッチングを行い、ビアホール11を形成した
(図12)。エッチングには、HBr、Cl2、O2を含
む混合ガスを用いた。ここで、ビアホールを形成する直
前の状態は図11のようになっている。金属配線を構成
するアルミ−銅合金膜4の上部には多結晶シリコンから
なる第一の膜6’が形成され、SOG膜10の上部には
BPSGからなる第二の膜8’が形成されている。すな
わち、図中左側の微細配線部(ボーダーレス配線部)に
おいては、ビアホールを形成する部分にのみ多結晶シリ
コンが埋め込まれた形態となっている。上記エッチング
ガスを用いた場合、多結晶シリコンのエッチングレート
はBPSGよりも格段に高いため、図12においてフォ
トレジスト9の目合わせずれが生じても、微細配線部の
ビアホールをセルフアラインに形成できる。After the formation of the photoresist 9,
Dry etching was performed to form a via hole 11 (FIG. 12). For the etching, a mixed gas containing HBr, Cl 2 , and O 2 was used. Here, the state immediately before the formation of the via hole is as shown in FIG. A first film 6 'made of polycrystalline silicon is formed on the aluminum-copper alloy film 4 constituting the metal wiring, and a second film 8' made of BPSG is formed on the SOG film 10. I have. That is, the fine wiring portion (borderless wiring portion) on the left side in the drawing has a form in which polycrystalline silicon is buried only in a portion where a via hole is formed. When the above-mentioned etching gas is used, the etching rate of polycrystalline silicon is much higher than that of BPSG. Therefore, even if misalignment of the photoresist 9 occurs in FIG. 12, the via hole of the fine wiring portion can be formed in a self-aligned manner.
【0057】このように微細配線部のビアホールをセル
フアラインに形成できるため、以下の効果も得られる。
層間絶縁膜を単一材料で形成した場合、フォトレジスト
の目合わせずれにより、微細金属配線の側面にスリット
が発生する場合があった。例えば図19に示す従来技術
では、図中右に位置する大面積配線部のビアホール底部
SOG膜10を除去するためにオーバーエッチを行う
と、図中左の微細金属配線の側面にスリットが発生す
る。また、実施例1の製造方法においては、ビアホール
底部にSOG膜10が残存しないためオーバーエッチン
グ時間を短くすることができ、このような問題はあまり
生じないが、エッチング条件やSOG膜の熱処理条件等
によっては浅いスリットが発生する場合もある(図1
5)。この点、本実施例の方法によれば、第二の膜8’
の構成材料のシリコン酸化膜が第一の膜6’の構成材料
の多結晶シリコン膜よりもエッチングレートが低く、高
い選択比が得られるため、図12のようにビアホール内
で第二の膜8’がほとんどエッチングを受けず残存す
る。これにより、オーバーエッチング時の微細金属配線
側面(アルミ−銅合金膜4)のSOG膜10のエッチン
グの進行を防止することができる。図では配線間におい
てSOG膜10がアルミ−銅合金膜4よりも厚く塗布さ
れているが、アルミ−銅合金膜4よりも薄く塗布すれ
ば、さらにエッチング防止効果が大きくなる。またこの
ようにした場合、ビアホール側面のSOG膜10露出部
をさらに低減でき、ガス発生を抑え、ホールの埋め込み
不良をより効果的に防止できる。Since the via holes in the fine wiring portion can be formed in a self-aligned manner, the following effects can be obtained.
When the interlayer insulating film is formed of a single material, a slit may be generated on the side surface of the fine metal wiring due to misalignment of the photoresist. For example, in the prior art shown in FIG. 19, when overetching is performed to remove the via hole bottom SOG film 10 in the large-area wiring portion located on the right in the drawing, a slit is generated on the side surface of the fine metal wiring on the left in the drawing. . Further, in the manufacturing method of the first embodiment, since the SOG film 10 does not remain at the bottom of the via hole, the over-etching time can be shortened, and such a problem does not occur so much. Depending on the case, a shallow slit may occur (Fig. 1
5). In this regard, according to the method of the present embodiment, the second film 8 ′
Since the silicon oxide film of the constituent material of (1) has a lower etching rate and a higher selectivity than the polycrystalline silicon film of the constituent material of the first film 6 ', the second film 8 in the via hole as shown in FIG. 'Remains almost unetched. Thus, the progress of etching of the SOG film 10 on the side surface of the fine metal wiring (aluminum-copper alloy film 4) at the time of over-etching can be prevented. In the figure, the SOG film 10 is applied thicker than the aluminum-copper alloy film 4 between the wirings. Further, in this case, the exposed portion of the SOG film 10 on the side surface of the via hole can be further reduced, gas generation can be suppressed, and defective filling of the hole can be more effectively prevented.
【0058】その後、酸素含有雰囲気下で熱処理を行
い、多結晶シリコンをシリコン酸化膜に変換した。次
に、全面にバリアメタル層形成後、タングステン膜を堆
積し、エッチバックを行うことによりビアホール内にの
みタングステン膜を埋め込んだ状態とした(不図示)。
さらにその上層にアルミニウム−銅合金膜などからなる
金属膜を形成した後、フォトリソグラフィー技術及びド
ライエッチング技術を用いて上層配線(不図示)を形成
することにより、2層配線構造を有する半導体装置を完
成した。作製された半導体装置のビアの導通は大面積の
金属配線上および微細面積の金属配線上ともに良好であ
り、またクラックの発生も認められなかった。Thereafter, a heat treatment was performed in an oxygen-containing atmosphere to convert the polycrystalline silicon into a silicon oxide film. Next, after forming a barrier metal layer on the entire surface, a tungsten film is deposited, and etched back to bury the tungsten film only in the via hole (not shown).
Further, after a metal film made of an aluminum-copper alloy film or the like is formed thereon, an upper layer wiring (not shown) is formed by using a photolithography technique and a dry etching technique. completed. Via conduction of the manufactured semiconductor device was good on both large-area metal wirings and fine-area metal wirings, and no cracks were observed.
【0059】(実施例3)第一の層間絶縁膜6をシリコ
ン酸化膜、第二の層間絶縁膜8をシリコン酸窒化膜とし
たこと以外は実施例1と同様にして、2層配線構造を有
する半導体装置を完成した。ボーダーレス配線を形成す
る際、シリコン酸化膜とシリコン酸窒化膜のエッチング
速度の相違により、ビアホールを金属配線上部にセルフ
アラインに形成することができた。作製された半導体装
置のビアの導通は大面積の金属配線上および微細面積の
金属配線上ともに良好であり、またクラックの発生も認
められなかった。(Example 3) A two-layer wiring structure was formed in the same manner as in Example 1 except that the first interlayer insulating film 6 was a silicon oxide film and the second interlayer insulating film 8 was a silicon oxynitride film. Having completed the semiconductor device. When forming a borderless wiring, a via hole could be formed in a self-aligned manner above the metal wiring due to a difference in etching rate between the silicon oxide film and the silicon oxynitride film. Via conduction of the manufactured semiconductor device was good on both large-area metal wirings and fine-area metal wirings, and no cracks were observed.
【0060】(実施例4)実施例1とほぼ同様の工程に
より、2層配線構造を有する半導体装置を完成した。実
施例1の工程と異なる点は、第一の層間絶縁膜6をシリ
コン酸窒化膜、第二の層間絶縁膜8をシリコン酸化膜と
した点、図3の工程の第一の層間絶縁膜6のエッチング
におけるエッチングガスを変更した点、および、ビアホ
ールをウエットエッチングにより形成した点である。第
一の層間絶縁膜6のエッチングガスは、CHF3O2を含
む混合ガスとした。また、ビアホールは、リン酸による
ウエットエッチングにより形成した。このとき、温度は
約120℃とした。Example 4 A semiconductor device having a two-layer wiring structure was completed by substantially the same steps as in Example 1. 3 in that the first interlayer insulating film 6 is a silicon oxynitride film and the second interlayer insulating film 8 is a silicon oxide film, and that the first interlayer insulating film 6 in the process of FIG. Are different from each other in that the etching gas used in the etching is changed, and the via holes are formed by wet etching. The etching gas for the first interlayer insulating film 6 was a mixed gas containing CHF 3 O 2 . The via holes were formed by wet etching using phosphoric acid. At this time, the temperature was about 120 ° C.
【0061】本実施例の方法により、ボーダーレス配線
を形成する際ビアホールを金属配線上部にセルフアライ
ンに形成することができた。ビアホール形成のためのエ
ッチングにおいて、シリコン酸化膜とシリコン酸窒化膜
のエッチング速度が大きく相違するからである。作製さ
れた半導体装置のビアの導通は大面積の金属配線上およ
び微細面積の金属配線上ともに良好であり、またクラッ
クの発生も認められなかった。According to the method of this embodiment, a via hole can be formed in a self-aligned manner above a metal wiring when forming a borderless wiring. This is because the etching rates of the silicon oxide film and the silicon oxynitride film are greatly different in the etching for forming the via hole. Via conduction of the manufactured semiconductor device was good on both large-area metal wirings and fine-area metal wirings, and no cracks were observed.
【0062】なお、上記の各実施例では2層構造の例の
みを示したが、3層以上の多層構造にも適用できること
はいうまでもない。In each of the above embodiments, only an example of a two-layer structure is shown, but it is needless to say that the present invention can be applied to a multilayer structure of three or more layers.
【0063】[0063]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属配線上に第一の層間絶縁膜を形成した後にSOG膜を
塗布するため、以下の効果が得られる。As described above, according to the present invention, since the SOG film is applied after forming the first interlayer insulating film on the metal wiring, the following effects can be obtained.
【0064】第一の効果は、ビアホール底部におけるS
OG膜の残存を防止し、良好な導電性のビアホールが得
られることである。これは、ビアホールを形成する直前
の段階で金属配線上のSOG膜はすでに除去されている
ためである。The first effect is that S at the bottom of the via hole
The purpose is to prevent the OG film from remaining and obtain a good conductive via hole. This is because the SOG film on the metal wiring has already been removed immediately before the formation of the via hole.
【0065】第二の効果は、金属配線側面のスリットの
発生を防止し、ポイズンドビアの発生を効果的に防止で
きることである。これは、ビアホールを形成する直前の
段階で金属配線上のSOG膜はすでに除去されているた
め、オーバーエッチング時間を短くすることができるこ
とによる。また、ビアホール内壁におけるSOG膜の露
出面積が小さいことによる。The second effect is that the occurrence of slits on the side surfaces of the metal wiring can be prevented, and the occurrence of poisoned vias can be effectively prevented. This is because the SOG film on the metal wiring has already been removed immediately before the formation of the via hole, so that the over-etching time can be shortened. Also, the exposed area of the SOG film on the inner wall of the via hole is small.
【0066】第三の効果は、SOG膜のクラックの発生
を防止できることである。これは、本発明の製造方法に
よれば、SOG膜の厚膜部を形成しなくてすむためであ
る。The third effect is that the occurrence of cracks in the SOG film can be prevented. This is because according to the manufacturing method of the present invention, it is not necessary to form the thick film portion of the SOG film.
【0067】さらに、第一の層間絶縁膜および第二の層
間絶縁膜の材料を適切に選択することにより、ビアホー
ルをセルフアラインに形成できるという第四の効果が得
られる。これは、上記材料を適切に選択することによ
り、ホール形成領域の構成材料とそれ以外の領域の構成
材料との間で高いエッチング選択比を得ることができる
からである。この効果は、特に、ホール径と金属配線幅
が同等の、いわゆるボーダーレス配線を形成する場合に
おいて顕著となる。Further, by appropriately selecting the materials of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film, a fourth effect that via holes can be formed in a self-aligned manner can be obtained. This is because a high etching selectivity can be obtained between the constituent material of the hole forming region and the constituent material of the other region by appropriately selecting the above materials. This effect is particularly remarkable when a so-called borderless wiring having the same hole diameter and metal wiring width is formed.
【図1】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 1 is a process sectional view for illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図2】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 2 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図3】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 3 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図4】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 4 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention;
【図5】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 5 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention.
【図6】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 6 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention.
【図7】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 7 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention.
【図8】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 8 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.
【図9】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 9 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention.
【図10】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの工程断面図である。FIG. 10 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention.
【図11】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの工程断面図である。FIG. 11 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention.
【図12】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの工程断面図である。FIG. 12 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention.
【図13】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの工程断面図である。FIG. 13 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention.
【図14】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの工程断面図である。FIG. 14 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention.
【図15】本発明の半導体装置の製造方法を説明するた
めの工程断面図である。FIG. 15 is a process sectional view for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention.
【図16】従来の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 16 is a process sectional view for illustrating the conventional method of manufacturing a semiconductor device.
【図17】従来の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 17 is a process cross-sectional view for describing the conventional method for manufacturing a semiconductor device.
【図18】従来の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 18 is a process sectional view for illustrating the conventional method of manufacturing a semiconductor device.
【図19】従来の半導体装置の製造方法を説明するため
の工程断面図である。FIG. 19 is a process sectional view for illustrating the conventional method of manufacturing a semiconductor device.
【符号の説明】 1 シリコン基板 2 下地絶縁膜 3 チタン膜 4 アルミ−銅合金膜 5 窒化チタン膜 6 第一の層間絶縁膜 6’ 第一の膜 7 フォトレジスト 8 第二の層間絶縁膜 8’ 第二の膜 9 フォトレジスト 10 SOG膜 11 ビアホール 12 タングステン膜 13 上層配線[Description of Signs] 1 silicon substrate 2 base insulating film 3 titanium film 4 aluminum-copper alloy film 5 titanium nitride film 6 first interlayer insulating film 6 ′ first film 7 photoresist 8 second interlayer insulating film 8 ′ Second film 9 Photoresist 10 SOG film 11 Via hole 12 Tungsten film 13 Upper wiring
Claims (18)
一の層間絶縁膜をこの順で形成する工程と、(B)前記
第一の層間絶縁膜および前記金属膜をエッチングにより
パターニングして、前記金属膜からなる金属配線を形成
する工程と、(C)全面にSOG膜および第二の層間絶
縁膜をこの順で形成する工程と、(D)少なくとも第一
の層間絶縁膜上に形成された前記SOG膜と、前記第二
の層間絶縁膜の一部とを除去する工程と、(E)前記第
一の層間絶縁膜をエッチングして、前記金属配線に達す
る複数のビアホールを形成する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。(A) forming a metal film and a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate in this order; and (B) patterning the first interlayer insulating film and the metal film by etching. Forming a metal wiring made of the metal film; (C) forming an SOG film and a second interlayer insulating film on the entire surface in this order; and (D) forming at least a first interlayer insulating film on the first interlayer insulating film. Removing the formed SOG film and a part of the second interlayer insulating film; and (E) etching the first interlayer insulating film to form a plurality of via holes reaching the metal wiring. And a method of manufacturing a semiconductor device.
の層間絶縁膜上に形成された前記SOG膜と、前記第二
の層間絶縁膜とを化学的機械的研磨により除去すること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. In the step (D), at least the SOG film formed on the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film are removed by chemical mechanical polishing. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
絶縁膜とが、いずれも、シリコン酸化膜またはシリコン
窒化膜であることを特徴とする請求項1または2に記載
の半導体装置の製造方法。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film is a silicon oxide film or a silicon nitride film. Manufacturing method.
層間絶縁膜のうち、一方がシリコン酸窒化膜であって他
方がシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein one of the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film is a silicon oxynitride film and the other is a silicon oxide film. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の半導体装置の
製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the SOG film is an HSQ film.
酸素および水を除去した雰囲気下で熱処理を行い、次い
で前記第二の層間絶縁膜を形成することを特徴とする請
求項5に記載の半導体装置の製造方法。6. In the step (C), after forming the HSQ film,
6. The method according to claim 5, wherein the heat treatment is performed in an atmosphere from which oxygen and water have been removed, and then the second interlayer insulating film is formed.
あることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製
造方法。7. The method according to claim 6, wherein the temperature of the heat treatment is 350 to 500 ° C.
を特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の半導体装
置の製造方法。8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein said SOG film is an organic SOG film.
を、該ビアホールと接続される前記金属配線の幅と略等
しい径とすることを特徴とする請求項1乃至8いずれか
に記載の半導体装置の製造方法。9. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least a part of the plurality of via holes has a diameter substantially equal to a width of the metal wiring connected to the via holes. Production method.
第一の膜をこの順で形成する工程と、(B)前記第一の
膜および前記金属膜をエッチングによりパターニングし
て、前記金属膜からなる金属配線を形成する工程と、
(C)全面にSOG膜および第二の膜をこの順で形成す
る工程と、(D)少なくとも第一の膜上に形成された前
記SOG膜と、前記第二の膜の一部とを除去する工程
と、(E)前記第一の膜をエッチングして、前記金属配
線に達する複数のビアホールを形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。10. A method comprising: (A) forming a metal film and a first film on a semiconductor substrate in this order; and (B) patterning the first film and the metal film by etching to form the metal film. Forming a metal wiring made of a film;
(C) a step of forming an SOG film and a second film on the entire surface in this order; and (D) removing at least the SOG film formed on the first film and a part of the second film. And (E) etching the first film to form a plurality of via holes reaching the metal wiring.
ち、一方が多結晶シリコン膜であって、他方がシリコン
酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請
求項10に記載の半導体装置の製造方法。11. The semiconductor device according to claim 10, wherein one of the first film and the second film is a polycrystalline silicon film, and the other is a silicon oxide film or a silicon nitride film. Of manufacturing a semiconductor device.
ン膜を酸化シリコン膜に変換する工程を有することを特
徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。12. The method according to claim 11, further comprising, after the step (E), converting the polycrystalline silicon film into a silicon oxide film.
ン膜を熱酸化により酸化シリコン膜に変換する工程を有
することを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の
製造方法。13. The method according to claim 11, further comprising, after the step (E), converting the polycrystalline silicon film into a silicon oxide film by thermal oxidation.
特徴とする請求項10乃至13いずれかに記載の半導体
装置の製造方法。14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein said SOG film is an HSQ film.
した後、酸素および水を除去した雰囲気下で熱処理を行
い、次いで前記第二の膜を形成することを特徴とする請
求項14に記載の半導体装置の製造方法。15. The method according to claim 14, wherein in the step (C), after forming the HSQ film, a heat treatment is performed in an atmosphere from which oxygen and water have been removed, and then the second film is formed. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
であることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置
の製造方法。16. The temperature of the heat treatment is 350 to 500 ° C.
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein:
とを特徴とする請求項10乃至13いずれかに記載の半
導体装置の製造方法。17. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein said SOG film is an organic SOG film.
部を、該ビアホールと接続される前記金属配線の幅と略
等しい径とすることを特徴とする請求項10乃至17い
ずれかに記載の半導体装置の製造方法。18. The semiconductor device according to claim 10, wherein at least a part of the plurality of via holes has a diameter substantially equal to a width of the metal wiring connected to the via holes. Production method.
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