JP4533304B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図2〜図7は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程図である。図2〜図7を参照しつつ第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。
実施例1では、プラズマCVD装置を用いて以下の条件に設定しSiO膜を形成した。なお、その厚さは分析容易化のため400nmに設定した。厚さは比較例1および2においても同様とした。実施例1のシリコン酸化膜の成膜条件は以下の通りである。
CO2ガス流量:10000sccm
プロセス容器内の圧力:5Torr
プラズマ投入パワー:500W
加熱温度:400℃
[比較例1]
比較のために本発明によらない比較例1として膜厚400nmのTEOS膜を形成した。そして、実施例1と同様にして上記分析および各特性の測定を行った。比較例1のシリコン酸化膜の成膜条件は以下の通りである。
O2ガス流量:10000sccm
プロセス室内の圧力:5Torr
加熱温度:350℃
プラズマ投入パワー:1000W
[比較例2]
比較のために本発明によらない比較例2として膜厚400nmの窒素を含むシリコン酸化膜を形成した。そして、実施例1と同様にして上記分析および各特性の測定を行った。比較例2のシリコン酸化膜の成膜条件は以下の通りである。
N2Oガス流量:700sccm
N2ガス流量:2000sccm
プロセス室内の圧力:5Torr
加熱温度:400℃
プラズマ投入パワー:500W
図8は、実施例1および比較例のシリコン酸化膜の赤外線分光のチャートである。図8を参照するに、比較例2のSiH4ガスとN2Oガスの混合ガスを用いたシリコン酸化膜の場合は、3400cm-1付近にN−H伸縮振動に由来する吸収が観察された。このことから、比較例2のシリコン酸化膜は、N−Hを含む塩基性物質をlow−k膜に吸蔵させることが推察され、レジストポイゾニングを発生するおそれがあることが分かる。これに対して、実施例1のSiO膜と比較例1のTEOS膜ではN−H伸縮振動に由来する吸収がほとんど認められなかった。このことから、実施例1および比較例1は、比較例2よりも膜中に含まれるN−H基が極めて少ないので、レジストポイゾニングが発生する可能性が、より低いことが分かる。
実施例2では、プラズマCVD装置を用いて、プロセス室内の圧力を4Torr〜6Torrに異ならせてSiO膜を形成した。なお、実施例2−1、2−2、2−3は、それぞれ圧力が4Torr、5Torr、6Torrの場合である。実施例2−1〜2−3の圧力以外の成膜条件は以下の通りである。
CO2ガス流量:10000sccm
加熱温度:400℃
プラズマ投入パワー:500W
図11は、実施例2のシリコン酸化膜の比誘電率と成膜時圧力との関係図である。図11には、説明の便宜のため図10に示した比較例1および2の比誘電率も合わせて示している。
実施例3では、プラズマCVD装置を用いて、プラズマ投入パワーを300W〜600Wに異ならせてSiO膜を形成した。なお、実施例3−1、3−2、3−3、3−4は、それぞれプラズマ投入パワーが300W、400W、500W、600Wの場合である。実施例3−1〜3−4のプラズマ投入パワー以外の成膜条件は以下の通りである。
CO2ガス流量:10000sccm
プロセス室内の圧力:5Torr
加熱温度:400℃
図12は、実施例のSiO膜の比誘電率とプラズマ投入パワーとの関係図である。図12には、説明の便宜のため図10に示した比較例1および2の比誘電率も合わせて示している。
本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線溝のパターンを形成するためのレジスト膜の下側にさらに本発明のSiO膜を形成する以外は第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法と略同様である。
(付記1) 垂直配線部を有する配線構造を備える半導体装置の製造方法であって、
配線層上に低誘電率材料からなる層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にSiH4ガスとCO2ガスを用いてCVD法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜を覆う化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
前記化学増幅型レジスト膜に前記垂直配線部を形成する位置に第1の開口部を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2) 垂直配線部を有する配線構造を備える半導体装置の製造方法であって、
配線層上に低誘電率材料からなる層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にSiH4ガスとCO2ガスを用いてCVD法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜を覆う化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
前記化学増幅型レジスト膜に前記垂直配線部を形成する位置に第1の開口部を形成する工程と、
前記化学増幅型レジスト膜をマスクとして前記シリコン酸化膜および層間絶縁膜をエッチングして第2の開口部を形成する工程と、
前記第2の開口部に導電材料を充填して垂直配線部を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記3) 前記シリコン酸化膜を形成する工程は、前記SiH4ガスおよびCO2ガスの流量を、SiH4ガス流量:CO2ガス流量が標準状態で1:100〜1:400の範囲に設定することを特徴とする付記1または2記載の半導体装置の製造方法。
(付記4) 前記シリコン酸化膜を形成する工程は、加熱温度を350℃〜500℃に設定することを特徴とする付記1または2記載の半導体装置の製造方法。
(付記5) 前記シリコン酸化膜を形成する工程は、圧力を3Torr〜5Torrに設定することを特徴とする付記1または2記載の半導体装置の製造方法。
(付記6) 前記シリコン酸化膜を形成する工程は、投入パワーを400W〜600Wに設定することを特徴とする付記1または2記載の半導体装置の製造方法。
(付記7) 前記シリコン酸化膜を形成する工程と化学増幅型レジスト膜を形成する工程との間に、CVD法により窒素を含む反射防止膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする付記1または2記載の半導体装置の製造方法。
(付記8) 前記反射防止膜は、シリコン窒化膜からなることを特徴とする付記7記載の半導体装置の製造方法。
(付記9) 前記反射防止膜を形成する工程は、プラズマCVD法によりSiH4ガス、NH3ガス、およびN2ガスを供給することを特徴とする付記8記載の半導体装置の製造方法。
(付記10) 前記シリコン酸化膜および反射防止膜を形成する工程は、同一のプロセス室内で順次行うことを特徴とする付記8記載の半導体装置の製造方法。
(付記11) デュアルダマシン法による配線構造を形成する半導体装置の製造方法であって、
配線層上に少なくともいずれか一方が低誘電率材料からなる第1の層間絶縁膜および第2の層間絶縁膜を順次形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜上にSiH4ガスとCO2ガスを用いてCVD法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜を覆う第1の化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
前記第1の化学増幅型レジスト膜に開口部のパターンを形成する工程と、
前記第1の化学増幅型レジスト膜に形成したパターンをマスクとして前記シリコン酸化膜、第1の層間絶縁膜および第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、
前記ビアホールに埋込み材を充填する工程と、
前記第2の層間絶縁膜および埋込み材を覆う第2の化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
前記第2の化学増幅型レジスト膜に配線溝のパターンをビアホールを含む領域に形成する工程と、
前記第2の化学増幅型レジスト膜をマスクとして第2の層間絶縁膜をエッチングして配線溝を形成する工程と、
前記ビアホールおよび配線溝に導電材料を充填する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記12) 前記シリコン酸化膜を形成する工程と化学増幅型レジスト膜を形成する工程との間に、
CVD法により窒素を含む反射防止膜を形成する工程をさらに備えることを特徴とする付記11記載の半導体装置の製造方法。
(付記13) 前記低誘電率材料は、SiOC膜、SiOF、SiO2−B2O3膜、およびポーラスシリカ膜、有機シロキサン膜からなる群のうちいずれか一種であることを特徴とする付記1、2および111のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
12 キャップ層
13 第1層間絶縁膜
14,16 SiO膜
15 第2層間絶縁膜
15a 配線溝
18 反射防止膜
19a ビアホール
20,23 レジスト膜
21 埋込み材
Claims (3)
- デュアルダマシン法による配線構造を形成する半導体装置の製造方法であって、
配線層上に少なくともいずれか一方が低誘電率材料からなる第1の層間絶縁膜および第2の層間絶縁膜を順次形成する工程と、
前記第2の層間絶縁膜上にSiH4ガスとCO2ガスを用いてCVD法によりシリコン酸化物を含有する第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜を覆う第1の化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
前記第1の化学増幅型レジスト膜に開口部のパターンを形成する工程と、
前記第1の化学増幅型レジスト膜に形成したパターンをマスクとして前記シリコン酸化膜、第1の層間絶縁膜および第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、
前記ビアホールに埋込み材を充填する工程と、
前記第2の層間絶縁膜および埋込み材上に、SiH4ガスとCO2ガスを用いたCVD法によりシリコン酸化物を含有する第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に第2の化学増幅型レジスト膜を形成する工程と、
前記第2の化学増幅型レジスト膜に配線溝のパターンを、前記ビアホールを含む領域に形成する工程と、
前記第2の化学増幅型レジスト膜をマスクとして第2の層間絶縁膜をエッチングして配線溝を形成する工程と、
前記ビアホールおよび配線溝に導電材料を充填する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記低誘電率材料は、SiOC膜、SiOF、SiO2−B2O3膜、およびポーラスシリカ膜、有機シロキサン膜からなる群のうちいずれか一種であ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。
- 前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜は、窒素を含まない膜であることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。
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