JP4745370B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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この発明は、コンタクトホールを介して相互に接続された上層配線及び下層配線と配線間を絶縁する層間絶縁膜とを備えた半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including upper and lower wirings connected to each other through contact holes and an interlayer insulating film that insulates the wirings from each other.
サブクォーターミクロン世代以降のロジックデバイスにおいてデバイスの高速化を実現するためには、デバイスの信号遅延を低減することが重要である。デバイスの信号遅延はトランジスタにおける遅延と配線における遅延との和で表わされるが、配線ピッチの縮小が進むにつれて、トランジスタでの信号遅延よりも配線での信号遅延の影響の方が大きくなっている。配線での信号遅延は配線の抵抗と層間絶縁膜の容量との積に比例するため、これを低減させるには、配線抵抗または層間絶縁膜容量を低減することが必要となる。 In order to realize a high-speed device in a logic device after the sub-quarter micron generation, it is important to reduce the signal delay of the device. The signal delay of the device is represented by the sum of the delay in the transistor and the delay in the wiring. However, as the wiring pitch is reduced, the influence of the signal delay in the wiring is larger than the signal delay in the transistor. Since the signal delay in the wiring is proportional to the product of the resistance of the wiring and the capacitance of the interlayer insulating film, to reduce this, it is necessary to reduce the wiring resistance or the interlayer insulating film capacitance.
その目的を達成するための試みの一つとして、例えば銅配線の形成の研究が盛んに行われている。配線材料として銅を用いることにより、更なる配線抵抗の低下が期待できるからである。 As one of attempts to achieve the object, for example, research on the formation of copper wiring has been actively conducted. This is because a further decrease in wiring resistance can be expected by using copper as the wiring material.
また、現在ではこのような配線は多層化しており、埋め込み配線プロセスにより形成されることが多い。埋め込み配線プロセスとは、最初に層間絶縁膜となる層を形成してその層に予め配線溝とコンタクトホールとを作り込んでおき、後に配線溝とコンタクトホールの中に金属を埋め込んで表面の平坦化処理をすることで配線を形成する方法のことである。 At present, such wiring is multi-layered and is often formed by a buried wiring process. In the buried wiring process, first, a layer to be an interlayer insulating film is formed, and a wiring groove and a contact hole are formed in that layer in advance, and then a metal is embedded in the wiring groove and the contact hole to flatten the surface. This is a method of forming a wiring by performing a conversion process.
また、信号遅延低減のためのその他の試みとして低誘電率層間絶縁膜(以下、低誘電率膜と略す)の研究が盛んに行われている。例えば、従来の代表的な層間絶縁膜であるシリコン酸化膜に代わってシリコンフッ化酸化膜を層間絶縁膜として採用すると、層間絶縁膜の比誘電率が低下する。すると、層間絶縁膜の容量値が減少するので信号遅延を低減することが可能となる。現在、様々な物質がこのような低誘電率膜の候補として研究の対象となっている。 Further, as other attempts to reduce signal delay, research on low dielectric constant interlayer insulating films (hereinafter abbreviated as low dielectric constant films) has been actively conducted. For example, when a silicon fluorinated oxide film is employed as an interlayer insulating film instead of a silicon oxide film that is a typical typical interlayer insulating film, the relative dielectric constant of the interlayer insulating film decreases. Then, since the capacitance value of the interlayer insulating film is reduced, signal delay can be reduced. Currently, various materials are being studied as candidates for such low dielectric constant films.
上記の埋め込み配線プロセス及び低誘電率膜を、多層配線の形成に適用した例について以下で説明する。 An example in which the embedded wiring process and the low dielectric constant film are applied to the formation of a multilayer wiring will be described below.
図10は、第1層金属配線105及び第2層金属配線110からなる多層配線構造と低誘電率膜103,107とを備える半導体装置D3について示している。半導体装置D3は基板101を備え、基板101の表面には下部絶縁層102が形成されている。なお、基板101の表面及び下部絶縁層102の内部にはトランジスタ等の素子や基板上の配線等が形成されているが、図示を省略している。また、下部絶縁層102の表面には第1の低誘電率膜103が形成されている。
FIG. 10 shows a semiconductor device D3 including a multilayer wiring structure composed of the first
第1の低誘電率膜103の内部には第1層金属配線105が、下部絶縁層102の表面に接触しつつ、第1の低誘電率膜103の表面に露出して、水平方向に間隔を置いて複数形成されている。第1層金属配線105及び第1の低誘電率膜103の表面には、エッチング防止機能を有する層間絶縁膜(以下、エッチング防止膜と記す、なおエッチング防止膜の必要性については後述)106が形成されている。
Inside the first low dielectric
エッチング防止膜106の表面には第2の低誘電率膜107が形成され、また、第2の低誘電率膜107及びエッチング防止膜106にはコンタクトホール111A及び紙面垂直方向に延在する溝111Bが形成されている。コンタクトホール111A及び溝111Bには、それぞれ金属プラグ109及び第2層金属配線110が形成されており、両者は連続している。なお、微細化のために第1層金属配線105の幅W5と金属プラグ109の幅W9とはほぼ同程度に設計され、幅W5は幅W9に比べ充分に大きくとることはできない。また、図10では金属プラグ109の位置が、エッチング防止膜106の面内方向において第1層金属配線105の位置と一致しておらず、アライメントがずれた状態でコンタクトホール111Aが形成された場合を示しているが、後に半導体装置D3の問題点を説明する際の便宜を図ったためである。
A second low dielectric
この図10に示した構造を形成する方法について図11〜16を用いて説明する。まず、基板101の表面に各素子(図示せず)を形成した後、下部絶縁層102を形成する。次に、下部絶縁層102の表面に第1の低誘電率膜103を形成する(図11)。そして、第1の低誘電率膜103のうち第1層金属配線105を形成すべき部分をフォトリソグラフィ技術によりエッチングする。その後、第1層金属配線105の材料となる金属の膜を第1の低誘電率膜103の表面に形成し、第1の低誘電率膜103のエッチングされた部分を充分に埋める。更に金属の表面を平坦化し、第1の低誘電率膜103のエッチングされた部分のみに残置して第1層金属配線105を形成する(図12)。
A method for forming the structure shown in FIG. 10 will be described with reference to FIGS. First, after forming each element (not shown) on the surface of the
次に、第2の低誘電率膜107に対してエッチング選択性を有する(即ち第2の低誘電率膜107のエッチングに対するストッパとして機能する)絶縁膜を、エッチング防止膜106として第1の低誘電率膜103及び第1層金属配線105の表面に形成し、更にその上に第2の低誘電率膜107を形成する(図13)。そして、第2の低誘電率膜107の内部にコンタクトホール111Aをフォトリソグラフィ技術により形成する。このとき、エッチング防止膜106が第2の低誘電率膜107に対してエッチング選択性を有するので、コンタクトホール111Aの形成時にエッチングがエッチング防止膜106のところまで進行した時点で自動的にエッチング速度が低下し、エッチングを停止することができる。
Next, an insulating film having etching selectivity with respect to the second low dielectric constant film 107 (that is, functioning as a stopper for the etching of the second low dielectric constant film 107) is used as the first
ここでもし仮にエッチング防止膜106がなければ、エッチングが停止せず第1の低誘電率膜103までもがエッチングされてしまう可能性がある。半導体装置の微細化が進む今日においては、下層配線を幅広く形成して、上層配線のアライメントマージンを充分に取ることは困難である。よって現在では、上述のように配線の幅とコンタクトホールの径とを同程度の大きさに設計することが多い。すると、フォトリソグラフィ技術によるコンタクトホール形成の際にフォトマスクのアライメントがずれた場合、下層配線の位置とコンタクトホールの位置とが完全には重なり合わず、コンタクトホール内に下層配線の周囲の層間絶縁膜が露出することになる。そうすれば、第2の低誘電率膜107だけでなく第1の低誘電率膜103までもがエッチングされてしまいかねない。
If there is no
また、第1層金属配線105に銅等を採用した場合、第2の低誘電率膜107を堆積またはエッチングした際に第1層金属配線105が酸化してしまうこともある。しかし、エッチング防止膜106が存在すれば、そのような事態を防ぐことが可能となる。
When copper or the like is used for the first
以上がエッチング防止膜106の必要な理由である。なお、エッチング防止膜106の材料には、例えばシリコン窒化膜が採用される。
The above is the reason why the
その後、溝111Bも同様にフォトリソグラフィ技術によって形成する(図14)。このときもエッチング防止膜106が存在するので第1の低誘電率膜103と第1層金属配線105とに影響を与えることはない。
Thereafter, the
続いて、コンタクトホール111A内に露出したエッチング防止膜106をエッチングし、第1層金属配線105をコンタクトホール111Aに露出させる(図15)。そして、金属プラグ109及び第2層金属配線110の材料となる金属の膜を第2の低誘電率膜107の表面に形成し、コンタクトホール111A及び溝111Bを充分に埋める。そして金属の表面を平坦化して、コンタクトホール111A及び溝111Bのみに残置し、金属プラグ109及び第2層金属配線110を形成する(図16)。
Subsequently, the etching
低誘電率膜には以下に示す課題が存在している。 The low dielectric constant film has the following problems.
(1)低誘電率膜は一般に膜の密度が低いため、湿気を含んだ雰囲気にその表面が曝されると雰囲気中の水分を吸湿しやすい。水の分子は常態でも僅かに分極しているため、膜中に取りこまれると低誘電率膜の比誘電率を上昇させてしまうという弊害をもたらす。 (1) Since the low dielectric constant film generally has a low film density, when its surface is exposed to an atmosphere containing moisture, it tends to absorb moisture in the atmosphere. Since the water molecules are slightly polarized even in the normal state, if they are incorporated into the film, the relative dielectric constant of the low dielectric constant film is increased.
(2)低誘電率膜は一般に、シリコン酸化膜に比較して膜のエッチング速度が速く、エッチングの制御が難しい。 (2) In general, a low dielectric constant film has a higher etching rate than a silicon oxide film, and etching control is difficult.
図10に示した半導体装置D3、並びに図11〜16に示した半導体装置D3の製造方法において、これらの課題が問題となる。 In the semiconductor device D3 shown in FIG. 10 and the manufacturing method of the semiconductor device D3 shown in FIGS.
まず(1)の課題については、半導体装置D3の製造方法によると、第1の低誘電率膜103の表面及び第2の低誘電率膜107の表面が雰囲気に露出する時間(第1の低誘電率膜103の場合はエッチング防止膜106が形成されるまでの時間、第2の低誘電率膜107の場合は図16の段階の後に何らかの膜がその表面に形成されるまでの時間)が長いので吸湿しやすい。ちなみに、シリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜やシリコン窒化膜等は水分を透過させにくいので、第1の低誘電率膜103についていえば、エッチング防止膜106にそれらいずれかの膜を採用することで、以降の吸湿を防止することは可能である。
First, regarding the problem (1), according to the manufacturing method of the semiconductor device D3, the time during which the surface of the first low dielectric
また、第1層金属配線105または第2層金属配線110を形成する際に、表面を平坦化する手法としてCMP法を用いる場合には、水分を第1の低誘電率膜103または第2の低誘電率膜107に浴びせることになるので、その場合にも(1)の課題が問題となる。
Further, when the CMP method is used as a method for planarizing the surface when forming the first
また(2)の課題については、半導体装置D3を製造する工程中、エッチング防止膜106を除去する際に第1の低誘電率膜103をオーバーエッチングしてしまう可能性があるという点で問題となる。図17は当該問題を示す断面図である。コンタクトホール111A及び溝111Bの形成時にはエッチング防止膜106があるので第1の低誘電率膜103はエッチングの影響を受けないものの、エッチング防止膜106自身を除去する際には、図17に示すように第1の低誘電率膜103がエッチングされやすく、オーバーエッチングによる窪み103Aを生じやすいからである。このような窪み103Aが生じると、コンタクトホール111Aに金属プラグ109を形成する際に金属膜の埋め込み不良が生じやすく、その結果、半導体装置の歩留まり低下の原因となる。例えば、コンタクトホール111Aの内部にバリアメタル(図示せず)を形成する場合、埋め込み不良のためバリアメタルの形成が不完全になり、配線金属が層間絶縁膜にスパイクを発生させて絶縁性を阻害しやすいからである。
Also, the problem (2) is problematic in that the first low dielectric
これらの課題を解決し得る技術として、特開平6−13470号公報に開示された技術がある。この技術を半導体装置D4として、図18〜23を用いて説明する。図18は半導体装置D4の構造を示したものであり、半導体装置D4は半導体装置D3と同様、基板101、下部絶縁層102、第1の層間絶縁膜203、第1層金属配線105、第2の層間絶縁膜207、コンタクトホール111A、溝111B、金属プラグ109及び第2層金属配線110を備えている(なお、この技術では層間絶縁膜に低誘電率膜を採用しているわけではないので、区別するために、半導体装置D3における第1の低誘電率膜103を第1の層間絶縁膜203に、第2の低誘電率膜107を第2の層間絶縁膜207に、それぞれ変更している)。しかし半導体装置D4では、半導体装置D3と異なりエッチング防止膜106が形成されていない。その代わりに、第1の層間絶縁膜203の上には第1層金属配線105の表面と同一平面内にある表面を有する第1のエッチング防止膜104が、第2の層間絶縁膜207の上には第2層金属配線110の表面と同一平面内にある表面を有する第2のエッチング防止膜108が、それぞれ形成されている。
As a technique that can solve these problems, there is a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-13470. This technique will be described as a semiconductor device D4 with reference to FIGS. 18 shows the structure of the semiconductor device D4. The semiconductor device D4, like the semiconductor device D3, has a
また、図19〜23は半導体装置D4の製造方法を示したものである。まず、図11と同様、基板101の表面に各素子(図示せず)を形成した後、下部絶縁層102、第1の層間絶縁膜203を形成する。そして、第1の層間絶縁膜203の表面に第1のエッチング防止膜104を形成する(図19)。そして、第1の層間絶縁膜203及び第1のエッチング防止膜104のうち、第1層金属配線105を形成すべき部分をフォトリソグラフィ技術によりエッチングする。その後、第1層金属配線105の材料となる金属の膜を第1のエッチング防止膜104の表面に形成し、エッチングされた部分を充分に埋める。更に金属の表面を平坦化して、エッチングされた部分にのみ金属を残置して第1層金属配線105を形成する(図20)。
19 to 23 show a method for manufacturing the semiconductor device D4. First, as in FIG. 11, each element (not shown) is formed on the surface of the
次に、第2の層間絶縁膜207を形成し、さらにその表面に第2のエッチング防止膜108を形成する(図21)。そして、第2の層間絶縁膜207及び第2のエッチング防止膜108の内部にコンタクトホール111A及び溝111Bをフォトリソグラフィ技術により形成する(図22)。そして、金属プラグ109及び第2層金属配線110の材料となる金属の膜を、第2のエッチング防止膜108の表面に形成し、コンタクトホール111A及び溝111Bを充分に埋める。そして金属の表面を平坦化して、コンタクトホール111A及び溝111Bのみに残置し、金属プラグ109及び第2層金属配線110を形成する(図23)。
Next, a second
このような半導体装置D4を用いれば、第1のエッチング防止膜104の表面が第1層金属配線の表面と同一平面内に存在するので、半導体装置D3のように、コンタクトホール111Aを形成した際に第1の層間絶縁膜203が露出することがない。よって、半導体装置D3の場合のエッチング防止膜106の除去の際に生じていた窪み103Aは、生じにくい。
When such a semiconductor device D4 is used, the surface of the first
また、半導体装置D4の製造方法によれば、第1の層間絶縁膜203の形成に続いて第1のエッチング防止膜104が形成され、第2の層間絶縁膜207の形成に続いて第2のエッチング防止膜108がその表面に形成されるので、第1の層間絶縁膜203の表面及び第2の層間絶縁膜207の表面が雰囲気に露出する時間が短く、吸湿しにくい。さらに、第1層金属配線105または第2層金属配線110を形成する際に、表面を平坦化する手法としてCMP法を用いる場合、第1のエッチング防止膜104または第2のエッチング防止膜108が存在するので、水分が第1の層間絶縁膜203または第2の層間絶縁膜207に直接触れることはなく、第1の層間絶縁膜203及び第2の層間絶縁膜207が吸湿しにくい。
Further, according to the manufacturing method of the semiconductor device D4, the first
しかしながら半導体装置D4であっても、半導体装置D3に比べれば窪み103Aは生じにくいものの、コンタクトホール111Aの形成の際に第1層金属配線105と第1のエッチング防止膜104との界面104Aが露出してエッチャントに曝されるので、窪み103Aの発生を充分に抑制できるわけではない。通常、コンタクトホールは半導体装置D4において広く分布しており、また、各領域によって微妙に表面の高さの高低差があるため、コンタクトホール111Aの形成時にはコンタクトを確実にするためにエッチング時間は長めに設定されることが多い。すると、たとえエッチング防止膜104が形成されていても、エッチング時間が長いために実際には界面104Aにエッチャントがしみ込んで窪み103Aを発生させやすい。これは、エッチング防止膜104をたとえ厚く形成したとしても解決しがたい問題である。
However, even in the semiconductor device D4, although the
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、低誘電率膜と多層配線とを備える半導体装置において、低誘電率膜がコンタクトホール内に露出してオーバーエッチングされるのを防止することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and prevents a low dielectric constant film from being exposed in a contact hole and overetching in a semiconductor device including a low dielectric constant film and a multilayer wiring. The purpose is to do.
この発明にかかる半導体装置の製造方法の第1の態様は、基板上に第一層間絶縁膜を形成する工程と、上記第一層間絶縁膜上に単層の膜である第二層間絶縁膜を形成する工程と、上記第二層間絶縁膜上に第三層間絶縁膜を形成する工程と、上記第二層間絶縁膜内部に至り上記第三層間絶縁膜を貫くような第一溝を形成する工程と、上記第一溝内に第一金属を埋め込む工程と、化学的機械研磨法を行うことにより、上記第三層間絶縁膜で研磨処理をとめて、上記第三層間絶縁膜上の上記第一金属を取り除いて、上記第一溝内に上記第一金属を残して、上記第一溝に第一配線を形成する工程と、上記第三層間絶縁膜上及び上記第一配線上に第一絶縁膜を形成する工程と、上記第一絶縁膜上に単層の膜である第四層間絶縁膜を形成する工程と、上記第四層間絶縁膜上に第五層間絶縁膜を形成する工程と、第一異方性エッチングによって、上記第四層間絶縁膜及び上記第五層間絶縁膜を貫き、上記第一絶縁膜を露出するような第一ビアホールを形成する工程と、第二異方性エッチングによって、上記第五層間絶縁膜を貫き、上記第四層間絶縁膜に底面が設けられ、上記第一ビアホールと連通するような第二溝を形成する工程と、第一エッチングによって、露出された上記第一絶縁膜をエッチングして上記第一ビアホールの底に上記第一配線表面を露出させる工程と、上記第二溝内及び上記第一ビアホール内に第二金属を埋め込む工程と、化学的機械研磨法を行うことにより、上記第五層間絶縁膜で研磨処理をとめて、上記第五層間絶縁膜上の上記第二金属を取り除いて、上記第二溝内及び上記第一ビアホール内に上記第二金属を残して、上記第二溝内に第二配線を形成し、上記第一ビアホール内に第一ビアを形成する工程と、を有する。上記第一異方性エッチングでは、上記第四層間絶縁膜のエッチングレートよりも上記第一絶縁膜のエッチングレートの方が小さく、上記第一エッチングでは、上記第三層間絶縁膜が上記第一ビアホールの底に露出され、上記第一絶縁膜のエッチングレートよりも上記第三層間絶縁膜のエッチングレートの方が小さい。上記第二層間絶縁膜及び上記第四層間絶縁膜それぞれは、シリコン酸化膜よりも誘電率の低い低誘電率膜である。上記第一ビアによって上記第一配線と上記第二配線が接続される。 A first aspect of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first interlayer insulating film on a substrate, and a second interlayer insulating film that is a single layer film on the first interlayer insulating film. Forming a film, forming a third interlayer insulating film on the second interlayer insulating film, and forming a first groove extending through the third interlayer insulating film into the second interlayer insulating film And a step of embedding the first metal in the first groove and a chemical mechanical polishing method to stop the polishing process on the third interlayer insulating film, and the above on the third interlayer insulating film Removing the first metal and leaving the first metal in the first groove to form a first wiring in the first groove; and forming a first wiring on the third interlayer insulating film and on the first wiring. A step of forming one insulating film, a step of forming a fourth interlayer insulating film which is a single layer film on the first insulating film, and the above A step of forming a fifth interlayer insulating film on the fourth interlayer insulating film and a first anisotropic etching so as to penetrate the fourth interlayer insulating film and the fifth interlayer insulating film and expose the first insulating film Forming a first via hole and a second anisotropic etching process to pass through the fifth interlayer insulating film and provide a bottom surface in the fourth interlayer insulating film so as to communicate with the first via hole. Forming a groove; etching the exposed first insulating film by first etching to expose the surface of the first wiring at the bottom of the first via hole; and in the second groove and the second A step of embedding a second metal in one via hole and a chemical mechanical polishing method to stop the polishing process on the fifth interlayer insulating film and remove the second metal on the fifth interlayer insulating film; In and above the second groove Leaving the second metal in the first via hole, the second wiring formed in the second groove, and a step of forming a first via within the first via hole. In the first anisotropic etching, the etching rate of the first insulating film is smaller than the etching rate of the fourth interlayer insulating film, and in the first etching, the third interlayer insulating film is in the first via hole. The etching rate of the third interlayer insulating film is lower than the etching rate of the first insulating film. Each of the second interlayer insulating film and the fourth interlayer insulating film is a low dielectric constant film having a dielectric constant lower than that of the silicon oxide film . The first wiring and the second wiring are connected by the first via.
この発明にかかる半導体装置の製造方法の第2の態様は、基板上に第一層間絶縁膜を形成する工程と、上記第一層間絶縁膜上に単層の膜である第二層間絶縁膜を形成する工程と、上記第二層間絶縁膜上に第三層間絶縁膜を形成する工程と、上記第二層間絶縁膜内部に至り上記第三層間絶縁膜を貫くような第一溝を形成する工程と、上記第一溝内に第一金属を埋め込む工程と、化学的機械研磨法を行うことにより、上記第三層間絶縁膜で研磨処理をとめて、上記第三層間絶縁膜上の上記第一金属を取り除いて、上記第一溝内に上記第一金属を残して、上記第一溝に第一配線を形成する工程と、上記第三層間絶縁膜上及び上記第一配線上に第一絶縁膜を形成する工程と、上記第一絶縁膜上に単層の膜である第四層間絶縁膜を形成する工程と、上記第四層間絶縁膜上に第五層間絶縁膜を形成する工程と、第一異方性エッチングによって、上記第五層間絶縁膜を貫き、上記第四層間絶縁膜に底面が設けられるような第二溝を形成する工程と、第二異方性エッチングによって、上記第四層間絶縁膜及び上記第五層間絶縁膜を貫き、上記第一絶縁膜を露出し、上記第二溝と連通するような第一ビアホールを形成する工程と、第一エッチングによって、露出された上記第一絶縁膜をエッチングして上記第一ビアホールの底に上記第一配線表面を露出させる工程と、上記第二溝内及び上記第一ビアホール内に第二金属を埋め込む工程と、化学的機械研磨法を行うことにより、上記第五層間絶縁膜で研磨処理をとめて、上記第五層間絶縁膜上の上記第二金属を取り除いて、上記第二溝内及び上記第一ビアホール内に上記第二金属を残して、上記第二溝内に第二配線を形成し、上記第一ビアホール内に第一ビアを形成する工程と、を有する。上記第一異方性エッチングでは、上記第四層間絶縁膜のエッチングレートよりも上記第一絶縁膜のエッチングレートの方が小さく、上記第一エッチングでは、上記第三層間絶縁膜が上記第一ビアホールの底に露出され、上記第一絶縁膜のエッチングレートよりも上記第三層間絶縁膜のエッチングレートの方が小さい。上記第二層間絶縁膜及び上記第四層間絶縁膜それぞれは、シリコン酸化膜よりも誘電率の低い低誘電率膜である。上記第一ビアにより上記第一配線と上記第二配線が接続される。 A second aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first interlayer insulating film on a substrate, and a second interlayer insulating that is a single layer film on the first interlayer insulating film. Forming a film, forming a third interlayer insulating film on the second interlayer insulating film, and forming a first groove extending through the third interlayer insulating film into the second interlayer insulating film And a step of embedding the first metal in the first groove and a chemical mechanical polishing method to stop the polishing process on the third interlayer insulating film, and the above on the third interlayer insulating film Removing the first metal and leaving the first metal in the first groove to form a first wiring in the first groove; and forming a first wiring on the third interlayer insulating film and on the first wiring. A step of forming one insulating film, a step of forming a fourth interlayer insulating film which is a single layer film on the first insulating film, and the above Forming a fifth interlayer insulating film on the fourth interlayer insulating film, and a second groove that penetrates the fifth interlayer insulating film and has a bottom surface on the fourth interlayer insulating film by first anisotropic etching; And a second anisotropic etching to pass through the fourth interlayer insulating film and the fifth interlayer insulating film, expose the first insulating film, and communicate with the second groove. A step of forming a via hole; a step of etching the exposed first insulating film by first etching to expose a surface of the first wiring at a bottom of the first via hole; A step of embedding a second metal in one via hole and a chemical mechanical polishing method to stop the polishing process on the fifth interlayer insulating film and remove the second metal on the fifth interlayer insulating film; , In the second groove and the first Leaving the second metal in the hole, the second wiring formed in the second groove, and a step of forming a first via within the first via hole. In the first anisotropic etching, the etching rate of the first insulating film is smaller than the etching rate of the fourth interlayer insulating film, and in the first etching, the third interlayer insulating film is in the first via hole. The etching rate of the third interlayer insulating film is lower than the etching rate of the first insulating film. Each of the second interlayer insulating film and the fourth interlayer insulating film is a low dielectric constant film having a dielectric constant lower than that of the silicon oxide film . The first wiring and the second wiring are connected by the first via.
望ましくは上記第二層間絶縁膜と上記第四層間絶縁膜の材料は同一であり、上記第三層間絶縁膜と上記第五層間絶縁膜の材料は同一である。 Preferably, the materials of the second interlayer insulating film and the fourth interlayer insulating film are the same, and the materials of the third interlayer insulating film and the fifth interlayer insulating film are the same.
更に望ましくは上記第二層間絶縁膜は水素化シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン、ポリアリルエーテル、ベンゾシクロブテン、ポリテトラフロロエチレン、ポーラスシリカであるキセロゲル、ポーラスシリカであるエアロゲル、フッ素化シリコン酸化膜、及びフッ素化アモルファスカーボンから選択された一つの材料を含み、上記第三層間絶縁膜はシリコン酸化膜である。 More preferably, the second interlayer insulating film is hydrogenated silsesquioxane, methylsilsesquioxane, polyallyl ether, benzocyclobutene, polytetrafluoroethylene, xerogel as porous silica, aerogel as porous silica, or fluorination. wherein the silicon oxide film, and a fluorinated amorphous carbon emissions or we selected one material, the third interlayer insulating film is a silicon oxide film.
更に望ましくは上記第二層間絶縁膜の比誘電率は1.8〜3.0の範囲であり、上記第一絶縁膜はシリコンと窒素の化合物で構成された絶縁膜である。 More preferably, the relative dielectric constant of the second interlayer insulating film is in the range of 1.8 to 3.0, and the first insulating film is an insulating film composed of a compound of silicon and nitrogen.
あるいは望ましくは上記第一溝を形成する工程と上記第一金属を埋め込む工程との間に、第一熱処理を行って上記第一溝の表面から水分を飛ばす工程と、上記第一配線表面を露出させる工程と上記第二金属を埋め込む工程との間に、第二熱処理を行って上記第二溝表面及び上記第一ビアホール表面から水分を飛ばす工程とを更に有する。
Or desirably, between the step of forming the first groove and the step of embedding the first metal, a step of performing a first heat treatment to remove moisture from the surface of the first groove, and exposing the surface of the first wiring A step of performing a second heat treatment to blow moisture from the surface of the second groove and the surface of the first via hole between the step of forming and the step of embedding the second metal.
あるいは望ましくは上記第二層間絶縁膜と上記第四層間絶縁膜の材料は同一であり、上記第三層間絶縁膜と上記第五層間絶縁膜の材料は同一であり、上記第三層間絶縁膜と上記第一絶縁膜は上記第二層間絶縁膜よりも水分の透過防止機能が高い。 Alternatively, preferably, the materials of the second interlayer insulating film and the fourth interlayer insulating film are the same, the materials of the third interlayer insulating film and the fifth interlayer insulating film are the same, and the third interlayer insulating film and The first insulating film has a higher moisture permeation preventing function than the second interlayer insulating film.
この発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、第一ビアホールと第二溝を形成した後、第一ビアホール底の露出した第一絶縁膜に対して第一エッチングを施して第一配線表面を露出するので、第一絶縁膜を薄くして第一エッチングの時間を短くすることができる。よって第二溝内及び第一ビアホール内に第二金属を埋め込む第一ビアホールの合わせズレが起きた際の第一エッチングによるオーバーエッチによって第二層間膜が大きくオーバーエッチされる不具合を避けることができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after forming the first via hole and the second groove, the first insulating film exposed at the bottom of the first via hole is subjected to the first etching to form the first wiring surface. Since it is exposed, the first insulating film can be thinned to shorten the first etching time. Therefore, it is possible to avoid the problem that the second interlayer film is largely overetched by overetching due to the first etching when the misalignment of the first via hole in which the second metal is embedded in the second groove and the first via hole occurs. .
実施の形態1.
図1は、本実施の形態にかかる半導体装置D1の構造を示す断面図である。半導体装置D1は、金属プラグ9を介して接続された第1層金属配線5と第2層金属配線10とからなる多層配線構造を備える。この多層配線構造を構成する金属には、例えば銅が用いられる。半導体装置D1は更に基板1を備え、基板1の表面には下部絶縁層2が形成されている。なお、基板1の表面及び下部絶縁層2の内部にはトランジスタ等の素子や基板上の配線等が形成されているが、図示を省略している。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device D1 according to the present embodiment. The semiconductor device D1 includes a multilayer wiring structure including a first
下部絶縁層2の表面には第1の低誘電率膜3が形成されている。低誘電率膜の材料としては例えば、水素化シルセスキオキサン(Hydrogen Silsesquioxane)、メチルシルセスキオキサン(Methyl Silsesquioxane)、ポリアリルエーテル(Polyarylether)、ベンゾシクロブテン(Benzocyclobutene)、ポリテトラフロロエチレン(Polytetrafluoroethylene)や、ポーラスシリカであるキセロゲル(Xerogel)、エアロゲル(Aerogel)等の回転塗布法で形成される材料や、フッ素化シリコン酸化膜、フッ素化アモルファスカーボン、パリレン(Parylene)等のCVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成される材料が適用可能である。このような低誘電率膜の比誘電率は1.8〜3.0程度である。本実施の形態においては、例えばポリアリルエーテル(以下、PAEと記す)を第1の低誘電率膜3に使用する。PAEは炭素、酸素、水素を主成分とする有機物である。
A first low dielectric
さらに本実施の形態では、第1の低誘電率膜3の表面に第1のエッチング防止膜4が形成されている。この第1のエッチング防止膜4は、水分の透過を防止する膜であり、第1の低誘電率膜3が外部から水分を吸湿するのを防止する機能を備えている。第1のエッチング防止膜4の材料には、例えばシリコン酸化膜が採用される。また、第1の低誘電率膜3及び第1のエッチング防止膜4の内部には第1層金属配線5が、下部絶縁層2の表面に接触しつつ、第1のエッチング防止膜4の表面に露出して、水平方向に間隔を置いて複数形成されている。
Further, in the present embodiment, the first
第1層金属配線5及び第1のエッチング防止膜4の表面には、第2のエッチング防止膜6が形成されている。つまり、本発明ではエッチング防止膜を二重に設けている。第2のエッチング防止膜6には、第1のエッチング防止膜4の材料に対しエッチング選択性を有し、かつ、水分の透過を防止する材料が採用される。第1のエッチング防止膜4にシリコン酸化膜を採用した場合には、この第2のエッチング防止膜6に例えばシリコン窒化膜が採用される。
A second
第2のエッチング防止膜6の表面には第2の低誘電率膜7が形成され、また、第2の低誘電率膜7の表面には第3のエッチング防止膜8が形成されている。第2の低誘電率膜7の材料には、例えば第1の低誘電率膜3と同様、PAEが採用される。また第3のエッチング防止膜8は、水分の透過を防止する機能を備えている。第3のエッチング防止膜8には例えば、第1のエッチング防止膜4と同様、シリコン酸化膜が採用される。
A second low dielectric
そして、第2の低誘電率膜7及び第2のエッチング防止膜6に形成されたコンタクトホール11Aには、金属プラグ9が形成されている。また、第2の低誘電率膜7及び第3のエッチング防止膜8に形成され、紙面垂直方向に延在する溝11Bには、第2層金属配線10が形成されている。
A
本実施の形態にかかる半導体装置では、第1のエッチング防止膜4と第2のエッチング防止膜6とが形成されて二重のエッチング防止膜となっている。よって、コンタクトホール11Aの形成時には、たとえエッチング時間が長い場合であっても第2の低誘電率膜7のエッチングについては、第2のエッチング防止膜6が形成されているのでエッチングを一旦停止できる。このとき、第1層金属配線5と第1のエッチング防止膜4との界面4A及び第1の低誘電率膜3は、第2のエッチング防止膜6に覆われているのでコンタクトホール11A内に露出する可能性は低い。また、コンタクトを取るためにコンタクトホール11A内の第2のエッチング防止膜6を除去する際には、第1のエッチング防止膜4と第2のエッチング防止膜6との間にエッチング選択性があり、また、第2の低誘電率膜7をエッチングする場合とは異なって第2のエッチング防止膜6のエッチング時間を長くとる必要はないので、界面4Aが露出しても、半導体装置D3の場合のように第1の低誘電率膜3に対してオーバーエッチングして窪みを発生させてしまう可能性は低い。よって、コンタクトホール11A内で金属プラグ9の埋め込み不良が生じにくい構造であり、半導体装置としての信頼性が高い。
In the semiconductor device according to the present embodiment, the first
また、第1の低誘電率膜3については、その表面に第1のエッチング防止膜4と第2のエッチング防止膜6とが二重に形成されており、それぞれが水分の透過を防止する機能を備えているので、吸湿する可能性が少ない。また、第2の低誘電率膜7についても、その表面に水分の透過を防止する第3のエッチング防止膜8が形成されているので、吸湿する可能性が少ない。よって、第1の低誘電率膜3及び第2の低誘電率膜7の比誘電率を増大させない。
Further, the first low dielectric
なお図示してはいないが、第2層金属配線10及び第3のエッチング防止膜8の表面に更に、第2のエッチング防止膜6と同様の第4のエッチング防止膜、第2の低誘電率膜7と同様の第3の低誘電率膜、第3のエッチング防止膜8と同様の第5のエッチング防止膜、金属プラグ9と同様の金属プラグ、第2層金属配線10と同様の第3層金属配線が、それぞれ形成されていてもよい。
Although not shown in the drawing, a fourth etching prevention film similar to the second
その場合、第3のエッチング防止膜8と第4のエッチング防止膜との間のエッチング選択性の関係が、第1のエッチング防止膜4と第2のエッチング防止膜6との間のエッチング選択性の関係と同様になるので、第2の低誘電率膜7に窪みを発生させる可能性は低い。また、第2の低誘電率膜7の表面に第3のエッチング防止膜8と第4のエッチング防止膜とが二重に形成されていることになり、それぞれが水分の透過を防止する機能を備えているので、第2の低誘電率膜7が吸湿する可能性が少ない。また、第3の低誘電率膜についても、その表面に水分の透過を防止する第5のエッチング防止膜が形成されているので、吸湿する可能性が少ない。
In this case, the etching selectivity relationship between the third
もちろん、このような層構造がさらに繰り返し形成されていてもよく、その場合も各層ごとに同様の効果がある。一般的に表現すれば、第N(N≧1)層金属配線の表面及び第(2N−1)のエッチング防止膜の表面に更に、第(2N)のエッチング防止膜と第(N+1)の低誘電率膜と第(2N+1)のエッチング防止膜とがこの順に形成され、それらの内部に金属プラグと第(N+1)層金属配線とが形成された構造とすればよい。 Of course, such a layer structure may be repeatedly formed. In this case, the same effect is obtained for each layer. In general terms, the surface of the Nth (N ≧ 1) layer metal wiring and the surface of the (2N−1) th anti-etching film are further provided with the (2N) th anti-etching film and the (N + 1) th low-thickness. A dielectric film and a (2N + 1) th anti-etching film may be formed in this order, and a metal plug and a (N + 1) th layer metal wiring may be formed inside them.
また、図2は本実施の形態の変形にかかる半導体装置D2の構造を示す断面図である。このように、第1のエッチング防止膜4及び第3のエッチング防止膜8を、それぞれ、より厚い第1のエッチング防止膜14及び第3のエッチング防止膜18として形成すれば、エッチング防止効果が高まり、それぞれの膜の直下の低誘電率膜に対してオーバーエッチングによる窪みを発生させてしまう可能性がより少なくなる。また、第1の低誘電率膜3及び第2の低誘電率膜7が吸湿する可能性もより少なくなる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device D2 according to the modification of the present embodiment. In this way, if the first
なお、エッチング防止膜を二重に形成する例として、例えば特開平8-264644号公報に記載の技術がある。図3は、この技術を半導体装置D3に適用した場合について示したものである(ただし、この技術は低誘電率膜を採用しているわけではないので、その点を区別するために第1及び第2の低誘電率膜103,107の代わりに、第1及び第2の層間絶縁膜203,207として示している。)。しかしこの技術によれば、第1の層間絶縁膜203の表面にではなく、第1層金属配線105の表面に、エッチング防止膜106と同じ材料のエッチング防止膜204を設ける点で本発明とは構成が異なる。このような相違は、この技術がコンタクトホール111A内のエッチング防止膜106を除去する際に同時にエッチング防止膜204を除去して、自己整合的に第1層配線105と金属プラグ109とのコンタクトをとるのを目的とすることに起因している。つまり第1の層間絶縁膜203の保護を目的とはしておらず、本願とは目的が異なっている。
As an example of forming the anti-etching film double, there is a technique described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-264644. FIG. 3 shows a case where this technique is applied to the semiconductor device D3 (however, since this technique does not employ a low dielectric constant film, the first and (Instead of the second low dielectric
実施の形態2.
本実施の形態は、実施の形態1にかかる半導体装置D1を製造する方法について示したものである。半導体装置D1を製造する方法について、図4〜9を用いて説明する。まず、基板1の表面に各素子(図示せず)を形成した後、その上に下部絶縁層2を形成する。次に、例えば回転塗布法によりPAE膜を第1の低誘電率膜3として下部絶縁層2の表面に形成し、続いて、例えばプラズマCVD法によりシリコン酸化膜を第1のエッチング防止膜4として第1の低誘電率膜3の表面に形成する(図4)。
In the present embodiment, a method for manufacturing the semiconductor device D1 according to the first embodiment will be described. A method for manufacturing the semiconductor device D1 will be described with reference to FIGS. First, after each element (not shown) is formed on the surface of the substrate 1, the lower insulating
そして、エッチング防止膜4及び第1の低誘電率膜3のうち、第1層金属配線5を形成すべき部分に対しフォトリソグラフィ技術を適用する。すなわち、第1のエッチング防止膜4の表面にレジストを形成してパターニングし、第1のエッチング防止膜4をエッチングする。第1のエッチング防止膜4の材料がシリコン酸化膜なので、例えばC4F8とArとの混合ガスを使用したプラズマエッチングを行えばよい。第1の低誘電率膜3が露出した後はエッチングガスを変更し、第1のエッチング防止膜4をマスクとして下部絶縁層2が露出するまで第1の低誘電率膜3をエッチングする。第1の低誘電率膜3の材料がPAEなので、例えば、酸素及び窒素の混合ガス、または酸素及び窒素及びArの混合ガス、または窒素及び水素の混合ガスのいずれかをエッチングガスに用いればよい。これらの混合ガスはいずれも有機物をエッチングすることができるため、最初に第1のエッチング防止膜4上に形成したレジストもこのとき同時に除去できる。なお、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等は、これらの混合ガスではほとんどエッチングされないので、第1のエッチング防止膜4はエッチングの影響を受けることはほとんどない。
Then, a photolithography technique is applied to a portion of the
この後、第1層金属配線5を形成するが、その前に、第1の低誘電率膜3がエッチングした部分の側壁から水分を吸湿している可能性があるので、熱処理を行い水分を放出させておく。
Thereafter, the first
そして、第1層金属配線5の材料となる金属膜を第1のエッチング防止膜4の表面に形成し、第1のエッチング防止膜4及び第1の低誘電率膜3のうちエッチングされた部分を充分に埋める。本実施の形態においては、例えばメッキ法により銅を埋め込む。その後、例えば化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法を用いて第1のエッチング防止膜4上の不要な金属膜を除去し、その金属の表面を平坦化することで第1層金属配線5を形成する(図5)。なお、金属膜を埋め込むプロセスとしては、メッキ法の他に、スパッタ法で成膜した後に熱処理により金属膜を軟化させて埋め込むリフロー法や、CVD法等がある。また、金属膜の材料には銅の他に、Al合金等が採用されてもよい。
Then, a metal film as a material for the first
次に、第1のエッチング防止膜4及び第1層金属配線5の表面に、例えばプラズマCVD法によりシリコン窒化膜を第2のエッチング防止膜6として形成する。更にエッチング防止膜6の表面に、例えば回転塗布法によりPAE膜を第2の低誘電率膜7として形成する。そして更に第2の低誘電率膜7の表面に、第2のエッチング防止膜6に対してエッチング選択性を有する第3のエッチング防止膜8を、例えばプラズマCVD法によりシリコン酸化膜を第3のエッチング防止膜8として形成する(図6)。
Next, a silicon nitride film is formed as a second
そして、第2の低誘電率膜7及び第3のエッチング防止膜8にコンタクトホール11A及び溝11Bを、フォトリソグラフィ技術により形成する。このとき、先にコンタクトホール11Aを形成してから溝11Bを形成する方法と、先に溝11Bを形成してからコンタクトホール11Aを形成する方法とがあるが、いずれを用いてもよい。以下では、例えば前者の方法を採用した場合について述べる。
Then, contact
まず、第3のエッチング防止膜8の表面にレジストを形成してコンタクトホール11Aのパターニングをし、第3のエッチング防止膜8をエッチングする。第3のエッチング防止膜8の材料がシリコン酸化膜なので、第1のエッチング防止膜4と同様、例えばC4F8とArとの混合ガスを使用したプラズマエッチングを行えばよい。第2の低誘電率膜7が露出した後は、エッチングガスを変更し、第2のエッチング防止膜6が露出するまで第2の低誘電率膜7をエッチングする。第2の低誘電率膜7の材料がPAEなので、第1の低誘電率膜3と同様、例えば、酸素及び窒素の混合ガス、または酸素及び窒素及びArの混合ガス、または窒素及び水素の混合ガスのいずれかをエッチングガスに用いればよい。これらの混合ガスはいずれも有機物をエッチングすることができるため、最初に第3のエッチング防止膜8上に形成したレジストもこのとき同時に除去できる。一方、これらの混合ガスは第2のエッチング防止膜6であるシリコン窒化膜をほとんどエッチングすることができないので、コンタクトホール11Aの形成は第2のエッチング防止膜6が露出すれば、停止する。
First, a resist is formed on the surface of the third
次に、溝11Bについてもコンタクトホール11Aと同様にしてエッチングを行い、コンタクトホール11Aに連通し、第1の低誘電率膜3中に底を有するように形成する。つまり、第3のエッチング防止膜8の表面にレジストを形成して、溝11Bが形成済みのコンタクトホール11Aと交わるようにパターニングをし、第3のエッチング防止膜8をプラズマエッチングする。ただしこのとき、すでに第2のエッチング防止膜6であるシリコン窒化膜が露出しているので、第3のエッチング防止膜8であるシリコン酸化膜をエッチングする際に第2のエッチング防止膜6をエッチングしないようにしなければならない。そこで、シリコン酸化膜のエッチング速度とシリコン窒化膜のエッチング速度の比が、例えば10:1となるようにエッチング条件を調節しておく。例えば、先にも使用したC4F8とArとの混合ガスは、シリコン窒化膜に対して上記の条件を満たすよう調整できるので、同様にこのガスによるプラズマエッチングを行えばよい。
Next, the
そして、第2の低誘電率膜7が露出した後は、エッチングガスを、酸素及び窒素の混合ガス、または酸素及び窒素及びArの混合ガス、または窒素及び水素の混合ガスのいずれかに変更し、所望の幅及び深さとなるまで第2の低誘電率膜7をエッチングして溝11Bを形成する(図7)。
After the second low dielectric
続いて今度は、第3のエッチング防止膜8はエッチングされずにコンタクトホール11A内の第2のエッチング防止膜6のみがエッチングされる条件でエッチングを行う。そのために、シリコン酸化膜のエッチング速度とシリコン窒化膜のエッチング速度の比が、例えば1:10となるようにエッチング条件を調節しておく。例えば塩素と酸素との混合ガスを用いれば、上記の条件を満たすよう調整できるので、このガスによるプラズマエッチングを行えばよい。このようにして、コンタクトホール11A内に第1層金属配線5を露出させる(図8)。なお、塩素と酸素との混合ガスを用いれば、第2の低誘電率膜7は多少エッチングされてしまうので、溝11Bの幅は広がり、底面の高さは低くなる。よって予め、第2のエッチング防止膜6のエッチング時間や、そのときの第2の低誘電率膜7のエッチング速度等を考慮した上で、溝11Bの幅及び深さを決定しておけばよい。
Subsequently, etching is performed under the condition that only the second
なお以上は、先にコンタクトホール11Aを形成してから溝11Bを形成する場合についての説明であったが、先に溝11Bを形成してからコンタクトホール11Aを形成する場合には、以下の点で工程がもう少し行いやすいものとなる。つまり、第1に、溝11Bの形成の際に第2のエッチング防止膜6が露出しないので、第3のエッチング防止膜8をエッチングしつつ第2のエッチング防止膜6はエッチングしないようにエッチング選択性を考慮する必要がなく、第2に、コンタクトホール11Aの形成のためには、溝11B内の第2の低誘電率膜7をパターニングしてエッチングするだけでよく、第3のエッチング防止膜8をエッチングする必要がないからである。
The above description is about the case where the
ただしその場合は、コンタクトホール11Aのマスクパターンを、形成済みの溝11Bに合わせつつフォトリソグラフィを行う必要があるので、マスクのアライメント調整を慎重に行わなくてはならない。その点、先にコンタクトホール11Aを形成する場合には、多少のアライメントのずれは許容される。
However, in this case, since it is necessary to perform photolithography while aligning the mask pattern of the
さてこの後、金属プラグ9及び第2層金属配線10を形成するが、その前に、第2の低誘電率膜7がコンタクトホール11A及び溝11Bの側壁部分から水分を吸湿している可能性があるので、熱処理を行い水分を放出させておく。
After this, the
そして、金属プラグ9及び第2層金属配線10の材料となる金属膜を、第3のエッチング防止膜8の表面に形成してコンタクトホール11A及び溝11Bを充分に埋め、その金属の表面を例えばCMP法により平坦化して金属をコンタクトホール11A及び溝11Bのみに残置し、金属プラグ9及び第2層金属配線10を形成する(図9)。
Then, a metal film as a material of the
なお、層構造の繰り返しを有する半導体装置を製造する場合には、以上の工程を繰り返せばよい。 Note that in the case of manufacturing a semiconductor device having a repeated layer structure, the above steps may be repeated.
本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を用いれば、第2の低誘電率膜7のエッチングについては、第2のエッチング防止膜6が形成されているのでエッチングを一旦停止できる。このとき、コンタクトホール11Aがフォトマスクのアライメントのずれた状態で形成された場合であっても、第1層金属配線5と第1のエッチング防止膜4との界面4A及び第1の低誘電率膜3は、第2のエッチング防止膜6に覆われているのでコンタクトホール11A内に露出する可能性は低い。また、コンタクトを取るためにコンタクトホール11A内の第2のエッチング防止膜6を除去する際には、第1のエッチング防止膜4と第2のエッチング防止膜6との間にエッチング選択性があり、また、第2の低誘電率膜7をエッチングする場合とは異なって第2のエッチング防止膜6のエッチング時間を長くとる必要はないので、半導体装置D3の場合のように第1の低誘電率膜3に対してオーバーエッチングして窪みを発生させてしまう可能性が低い。
If the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment is used, the etching of the second low dielectric
また、第1の低誘電率膜3の形成に続いて第1のエッチング防止膜4が形成され、第2の低誘電率膜7の形成に続いて第2のエッチング防止膜8がその表面に形成されるので、第1の低誘電率膜3の表面及び第2の低誘電率膜7の表面が雰囲気に露出する時間が短く、吸湿しにくい。さらに、第1層金属配線5または第2層金属配線10を形成する際に、表面を平坦化する手法としてCMP法を用いる場合であっても、第1のエッチング防止膜4または第3のエッチング防止膜8が存在するので、水分が第1の低誘電率膜3または第2の低誘電率膜7に直接触れることはなく、第1の低誘電率膜3及び第2の低誘電率膜7が吸湿しにくい。
Further, the first
また、コンタクトホール11Aを先に形成する場合には、第3のエッチング防止膜8が第2のエッチング防止膜6に対しエッチング選択性を有するので、エッチング条件を調整することで、第3のエッチング防止膜8の表面を溝11B形成用にパターニングする際には第3のエッチング防止膜8をエッチングしつつ第2のエッチング防止膜6はエッチングしないようにすることができる。一方、第2のエッチング防止膜6にエッチングを施して第1層金属配線5を露出させる際には第2のエッチング防止膜6をエッチングしつつ第3のエッチング防止膜8はエッチングしないようにすることができる。
Further, when the
また、第1層金属配線5に銅等を採用した場合であっても、第2のエッチング防止膜6が存在するので、第1層金属配線5の酸化を防ぐことが可能となる。
Even when copper or the like is used for the first
1 基板、2 下部絶縁層、3 第1の低誘電率膜、4 第1のエッチング防止膜、5 第1層金属配線、6 第2のエッチング防止膜、7 第2の低誘電率膜、8 第3のエッチング防止膜、9 金属プラグ、10 第2層金属配線、11A コンタクトホール、11B 溝。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate, 2 Lower insulating layer, 3 First low dielectric constant film, 4 First etching prevention film, 5 First layer metal wiring, 6 Second etching prevention film, 7 Second low dielectric constant film, 8 3rd etching prevention film, 9 metal plug, 10 2nd layer metal wiring, 11A contact hole, 11B groove | channel.
Claims (7)
上記第一層間絶縁膜上に単層の膜である第二層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第二層間絶縁膜上に第三層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第二層間絶縁膜内部に至り上記第三層間絶縁膜を貫くような第一溝を形成する工程と、
上記第一溝内に第一金属を埋め込む工程と、
化学的機械研磨法を行うことにより、上記第三層間絶縁膜で研磨処理をとめて、上記第三層間絶縁膜上の上記第一金属を取り除いて、上記第一溝内に上記第一金属を残して、上記第一溝に第一配線を形成する工程と、
上記第三層間絶縁膜上及び上記第一配線上に第一絶縁膜を形成する工程と、
上記第一絶縁膜上に単層の膜である第四層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第四層間絶縁膜上に第五層間絶縁膜を形成する工程と、
第一異方性エッチングによって、上記第四層間絶縁膜及び上記第五層間絶縁膜を貫き、上記第一絶縁膜を露出するような第一ビアホールを形成する工程と、
第二異方性エッチングによって、上記第五層間絶縁膜を貫き、上記第四層間絶縁膜に底面が設けられ、上記第一ビアホールと連通するような第二溝を形成する工程と、
第一エッチングによって、露出された上記第一絶縁膜をエッチングして上記第一ビアホールの底に上記第一配線表面を露出させる工程と、
上記第二溝内及び上記第一ビアホール内に第二金属を埋め込む工程と、
化学的機械研磨法を行うことにより、上記第五層間絶縁膜で研磨処理をとめて、上記第五層間絶縁膜上の上記第二金属を取り除いて、上記第二溝内及び上記第一ビアホール内に上記第二金属を残して、上記第二溝内に第二配線を形成し、上記第一ビアホール内に第一ビアを形成する工程と、を有し、
上記第一異方性エッチングでは、上記第四層間絶縁膜のエッチングレートよりも上記第一絶縁膜のエッチングレートの方が小さく、
上記第一エッチングでは、上記第三層間絶縁膜が上記第一ビアホールの底に露出され、上記第一絶縁膜のエッチングレートよりも上記第三層間絶縁膜のエッチングレートの方が小さく、
上記第二層間絶縁膜及び上記第四層間絶縁膜それぞれは、シリコン酸化膜よりも誘電率の低い低誘電率膜であり、
上記第一ビアによって上記第一配線と上記第二配線が接続されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first interlayer insulating film on the substrate;
Forming a second interlayer insulating film which is a single layer film on the first interlayer insulating film;
Forming a third interlayer insulating film on the second interlayer insulating film;
Forming a first groove extending into the second interlayer insulating film and penetrating through the third interlayer insulating film;
Embedding a first metal in the first groove;
By performing a chemical mechanical polishing method, the polishing process is stopped with the third interlayer insulating film, the first metal on the third interlayer insulating film is removed, and the first metal is placed in the first groove. Leaving a step of forming a first wiring in the first groove;
Forming a first insulating film on the third interlayer insulating film and the first wiring;
Forming a fourth interlayer insulating film which is a single layer film on the first insulating film;
Forming a fifth interlayer insulating film on the fourth interlayer insulating film;
Forming a first via hole through the fourth interlayer insulating film and the fifth interlayer insulating film and exposing the first insulating film by first anisotropic etching;
Forming a second groove penetrating the fifth interlayer insulating film by the second anisotropic etching, providing a bottom surface in the fourth interlayer insulating film, and communicating with the first via hole;
Etching the exposed first insulating film by first etching to expose the surface of the first wiring at the bottom of the first via hole;
Burying a second metal in the second groove and the first via hole;
By performing a chemical mechanical polishing method, the polishing process is stopped on the fifth interlayer insulating film, the second metal on the fifth interlayer insulating film is removed, and the second groove and the first via hole are removed. And forming the second wiring in the second groove, and forming the first via in the first via hole.
In the first anisotropic etching, the etching rate of the first insulating film is smaller than the etching rate of the fourth interlayer insulating film,
In the first etching, the third interlayer insulating film is exposed at the bottom of the first via hole, and the etching rate of the third interlayer insulating film is smaller than the etching rate of the first insulating film,
Each of the second interlayer insulating film and the fourth interlayer insulating film is a low dielectric constant film having a lower dielectric constant than a silicon oxide film ,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first wiring and the second wiring are connected by the first via.
上記第一層間絶縁膜上に単層の膜である第二層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第二層間絶縁膜上に第三層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第二層間絶縁膜内部に至り上記第三層間絶縁膜を貫くような第一溝を形成する工程と、
上記第一溝内に第一金属を埋め込む工程と、
化学的機械研磨法を行うことにより、上記第三層間絶縁膜で研磨処理をとめて、上記第三層間絶縁膜上の上記第一金属を取り除いて、上記第一溝内に上記第一金属を残して、上記第一溝に第一配線を形成する工程と、
上記第三層間絶縁膜上及び上記第一配線上に第一絶縁膜を形成する工程と、
上記第一絶縁膜上に単層の膜である第四層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第四層間絶縁膜上に第五層間絶縁膜を形成する工程と、
第一異方性エッチングによって、上記第五層間絶縁膜を貫き、上記第四層間絶縁膜に底面が設けられるような第二溝を形成する工程と、
第二異方性エッチングによって、上記第四層間絶縁膜及び上記第五層間絶縁膜を貫き、上記第一絶縁膜を露出し、上記第二溝と連通するような第一ビアホールを形成する工程と、
第一エッチングによって、露出された上記第一絶縁膜をエッチングして上記第一ビアホールの底に上記第一配線表面を露出させる工程と、
上記第二溝内及び上記第一ビアホール内に第二金属を埋め込む工程と、
化学的機械研磨法を行うことにより、上記第五層間絶縁膜で研磨処理をとめて、上記第五層間絶縁膜上の上記第二金属を取り除いて、上記第二溝内及び上記第一ビアホール内に上記第二金属を残して、上記第二溝内に第二配線を形成し、上記第一ビアホール内に第一ビアを形成する工程と、を有し、
上記第二異方性エッチングでは、上記第四層間絶縁膜のエッチングレートよりも上記第一絶縁膜のエッチングレートの方が小さく、
上記第一エッチングでは、上記第三層間絶縁膜が上記第一ビアホールの底に露出され、上記第一絶縁膜のエッチングレートよりも上記第三層間絶縁膜のエッチングレートの方が小さく、
上記第二層間絶縁膜及び上記第四層間絶縁膜それぞれは、シリコン酸化膜よりも誘電率の低い低誘電率膜であり、
上記第一ビアにより上記第一配線と上記第二配線が接続されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first interlayer insulating film on the substrate;
Forming a second interlayer insulating film which is a single layer film on the first interlayer insulating film;
Forming a third interlayer insulating film on the second interlayer insulating film;
Forming a first groove extending into the second interlayer insulating film and penetrating through the third interlayer insulating film;
Embedding a first metal in the first groove;
By performing a chemical mechanical polishing method, the polishing process is stopped with the third interlayer insulating film, the first metal on the third interlayer insulating film is removed, and the first metal is placed in the first groove. Leaving a step of forming a first wiring in the first groove;
Forming a first insulating film on the third interlayer insulating film and the first wiring;
Forming a fourth interlayer insulating film which is a single layer film on the first insulating film;
Forming a fifth interlayer insulating film on the fourth interlayer insulating film;
Forming a second groove through the fifth interlayer insulating film by the first anisotropic etching so that a bottom surface is provided in the fourth interlayer insulating film;
Forming a first via hole through the fourth interlayer insulating film and the fifth interlayer insulating film by second anisotropic etching, exposing the first insulating film, and communicating with the second groove; ,
Etching the exposed first insulating film by first etching to expose the surface of the first wiring at the bottom of the first via hole;
Burying a second metal in the second groove and the first via hole;
By performing a chemical mechanical polishing method, the polishing process is stopped on the fifth interlayer insulating film, the second metal on the fifth interlayer insulating film is removed, and the second groove and the first via hole are removed. And forming the second wiring in the second groove, and forming the first via in the first via hole.
In the second anisotropic etching, the etching rate of the first insulating film is smaller than the etching rate of the fourth interlayer insulating film,
In the first etching, the third interlayer insulating film is exposed at the bottom of the first via hole, and the etching rate of the third interlayer insulating film is smaller than the etching rate of the first insulating film,
Each of the second interlayer insulating film and the fourth interlayer insulating film is a low dielectric constant film having a lower dielectric constant than a silicon oxide film ,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first wiring and the second wiring are connected by the first via.
上記第三層間絶縁膜と上記第五層間絶縁膜の材料は同一であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The materials of the second interlayer insulating film and the fourth interlayer insulating film are the same,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third interlayer insulating film and the fifth interlayer insulating film are made of the same material.
上記第三層間絶縁膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 The second interlayer insulating film includes hydrogenated silsesquioxane, methylsilsesquioxane, polyallyl ether, benzocyclobutene, polytetrafluoroethylene, xerogel as porous silica, aerogel as porous silica, and fluorinated silicon oxide film. , and comprises a fluorinated amorphous carbon emissions or we selected one material,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the third interlayer insulating film is a silicon oxide film.
上記第一絶縁膜はシリコンと窒素の化合物で構成された絶縁膜であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 The relative dielectric constant of the second interlayer insulating film is in the range of 1.8 to 3.0,
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the first insulating film is an insulating film made of a compound of silicon and nitrogen.
上記第一配線表面を露出させる工程と上記第二金属を埋め込む工程との間に、第二熱処理を行って上記第二溝表面及び上記第一ビアホール表面から水分を飛ばす工程とを更に有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 Between the step of forming the first groove and the step of embedding the first metal, performing a first heat treatment to blow moisture from the surface of the first groove;
A step of performing a second heat treatment to remove moisture from the surface of the second groove and the surface of the first via hole between the step of exposing the surface of the first wiring and the step of embedding the second metal. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is a semiconductor device manufacturing method.
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