JPH07273112A - Semiconductor device having multilayer wiring structure and its fabrication - Google Patents

Semiconductor device having multilayer wiring structure and its fabrication

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JPH07273112A
JPH07273112A JP6283794A JP6283794A JPH07273112A JP H07273112 A JPH07273112 A JP H07273112A JP 6283794 A JP6283794 A JP 6283794A JP 6283794 A JP6283794 A JP 6283794A JP H07273112 A JPH07273112 A JP H07273112A
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JP
Japan
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film
metal wiring
wiring layer
semiconductor device
antireflection film
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Application number
JP6283794A
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Japanese (ja)
Inventor
Yumiko Kouno
有美子 河野
Nobuyuki Takeyasu
伸行 竹安
Hidekazu Kondo
英一 近藤
Hiroshi Yamamoto
浩 山本
Tomohiro Oota
与洋 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To remove an antireflection film without causing corrosion of a lower layer Al metallization. CONSTITUTION:An underlying insulating film 20 and an Al alloy film 31 are deposited, at first, on an Si substrate 10 and an antireflection film, i.e., an Al2O3 film 33, is deposited on the film 31. The Al2O,3 film 33 and the Al allay film 31 are then patterned by photolithographic process to form a lower layer metallization 30. Subsequently, a layer insulating film 40 is deposited and a via hole 50 is made through the layer insulating film 40 by RIE using a fluorine based gas. Thereafter, the Al2O3 film 33 is removed from the bottom of the via hole 50 by plasma etching using a chlorine based gas. Finally, Al is deposited selectively in the via hole 50 by CVD thus forming a via plug 51.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フォトリソグラフィー
工程の露光光に対する反射を低減する反射防止膜を備え
た、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法、及
び、多層配線構造を有する半導体装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layer wiring structure, which is provided with an antireflection film for reducing reflection of exposure light in a photolithography process, and a semiconductor device having the multi-layer wiring structure. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体基板上にAl配線を形成する場
合、通常、形成されたAl層に対し、フォトリソグラフ
ィーによってパターンニングを施す。この際、線幅1μ
m以下の微細な配線パターンを形成する場合には、Al
膜上に、このAl膜にくらべて反射率のより低い膜(反
射防止膜)を形成する必要がある。この反射防止膜の材
質としては、通常、TiNが広く使われている。
2. Description of the Related Art When an Al wiring is formed on a semiconductor substrate, the formed Al layer is usually patterned by photolithography. At this time, the line width is 1μ
When forming a fine wiring pattern of m or less, Al
It is necessary to form a film (antireflection film) having a lower reflectance than the Al film on the film. TiN is generally widely used as the material of the antireflection film.

【0003】また、このように形成した下層配線上に層
間絶縁膜を形成し、形成した層間絶縁膜に対してヴィア
孔を穿設する。そして、このヴィア孔内にAlを堆積さ
せてヴィアプラグを形成する。
Further, an interlayer insulating film is formed on the lower layer wiring thus formed, and a via hole is formed in the formed interlayer insulating film. Then, Al is deposited in the via hole to form a via plug.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、層間絶縁膜に
形成したヴィア孔内にAlを堆積させる際、下層配線と
ヴィア孔内に堆積するAlとを異種材料界面を介在させ
ずに直接接合させるには、ヴィア開孔後の底部に露出す
る反射防止膜を、塩素系ガスによってRIEを施して除
去する必要がある。このRIEにおいては、反射防止膜
を形成するTiNの方が、この下層に位置するAl膜に
比べてエッチングレートが低いために、RIEの最終段
階でTiNが全て除去されると、この下層のAlの侵食
が急激に進んでしまうという問題があった。
However, when Al is deposited in the via hole formed in the interlayer insulating film, the lower wiring and the Al deposited in the via hole are directly bonded without interposing a different material interface. Therefore, it is necessary to remove the antireflection film exposed at the bottom after the via opening by performing RIE with a chlorine-based gas. In this RIE, TiN forming the antireflection film has a lower etching rate than the Al film located in the lower layer. Therefore, when TiN is completely removed in the final stage of RIE, the Al in the lower layer is removed. There was a problem that the erosion of was rapidly progressing.

【0005】本発明は、このような課題を解決すべくな
されたものであり、その目的は、下層のAlを含む金属
配線層を侵食することなく反射防止膜を除去し得る、多
層配線構造を有する半導体装置の製造方法、及び多層配
線構造を有する半導体装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a multilayer wiring structure capable of removing an antireflection film without eroding an underlying metal wiring layer containing Al. It is to provide a manufacturing method of a semiconductor device having the same and a semiconductor device having a multilayer wiring structure.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明にかかる
多層配線構造を有する半導体装置の製造方法は、まず、
第1工程として、半導体基板上にAlを含む金属配線層
を形成する。次に、第2工程として、この金属配線層の
表面に、Al或いはAl合金の酸化膜、窒化膜或いはホ
ウ化膜のうち、少なくともいずれかを形成し、この金属
配線層上に反射防止膜を形成する。なお、この際、形成
する膜としては、Alの酸化膜、窒化膜或いはホウ化膜
のうち、少なくともいずれかを形成できれば良く、従っ
て、酸化、窒化、ホウ化から2種を選び、Alの酸窒化
物、窒ホウ化物、酸ホウ化物で形成するか、或いは3種
の全てを選び、Alの酸窒ホウ化物で形成する膜を含む
ものである。
Therefore, a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure according to the present invention is as follows.
As a first step, a metal wiring layer containing Al is formed on the semiconductor substrate. Next, as a second step, at least one of an oxide film, a nitride film, and a boride film of Al or Al alloy is formed on the surface of the metal wiring layer, and an antireflection film is formed on the metal wiring layer. Form. At this time, as the film to be formed, it is sufficient to form at least one of an Al oxide film, a nitride film and a boride film. Therefore, two kinds are selected from oxidation, nitridation and boride. It includes a film formed of nitride, oxyborido, or oxyboride, or a film formed of Al oxyboride by selecting all three types.

【0007】次に、第3工程として、反射防止膜及びそ
の下層の金属配線層にパターンニングを施し下層金属配
線を形成する。次に、第4工程として、下層金属配線を
含む半導体基板の表面に層間絶縁膜を形成し、第5工程
として、フッ素系のガスを用いた反応性イオンエッチン
グにより、この層間絶縁膜に対してヴィア孔を穿設し、
ヴィア孔の底部に反射防止膜を露出させる。次に、第6
工程として、塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチン
グにより、ヴィア孔底部の反射防止膜を除去し、このヴ
ィア孔底部に金属配線層の表面を露出させる。そして、
第7工程として、化学気相成長法によって、このヴィア
孔内にプラグ金属を選択的に堆積させる。
Next, in a third step, the antireflection film and the metal wiring layer below it are patterned to form a lower metal wiring. Next, as a fourth step, an interlayer insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate including the lower metal wiring, and as a fifth step, the interlayer insulating film is formed by reactive ion etching using a fluorine-based gas. Drill a via hole,
The antireflection film is exposed at the bottom of the via hole. Next, the sixth
In the step, the antireflection film at the bottom of the via hole is removed by reactive ion etching using chlorine gas, and the surface of the metal wiring layer is exposed at the bottom of the via hole. And
As a seventh step, a plug metal is selectively deposited in the via hole by the chemical vapor deposition method.

【0008】なお、第2工程で形成する反射防止膜は、
金属配線層上にAlの酸化物等を堆積させてもよく、或
いは、金属配線層の表面に対し、酸素などの反応ガス雰
囲気中で励起させたプラズマを照射させて形成してもよ
い。
The antireflection film formed in the second step is
An oxide of Al or the like may be deposited on the metal wiring layer, or the surface of the metal wiring layer may be formed by irradiating plasma excited in a reaction gas atmosphere such as oxygen.

【0009】また、本発明にかかる多層配線構造を有す
る半導体装置は、半導体基板上にAl或いはAl合金に
よって形成された金属配線層と、この金属配線層上に形
成され、フォトリソグラフィー工程の露光光に対する反
射率が、この金属配線層に比べて低い値を有する反射防
止膜とを備えており、この反射防止膜は、Al或いはA
l合金の酸化物、窒化物或いはホウ化物のうち、少なく
ともいずれかを含んで形成する。
Further, a semiconductor device having a multilayer wiring structure according to the present invention includes a metal wiring layer formed of Al or an Al alloy on a semiconductor substrate, and an exposure light in a photolithography process formed on the metal wiring layer. Is provided with an antireflection film having a lower reflectance with respect to the metal wiring layer. The antireflection film is formed of Al or A.
It is formed by including at least one of an oxide, a nitride and a boride of the 1-alloy.

【0010】なお、この反射防止膜は、金属配線層上に
Alの酸化物等を堆積させて形成したものであってもよ
く、また、金属配線層の表面に対し、酸素などの反応ガ
ス雰囲気中で励起させたプラズマを照射させて形成した
ものであってもよい。
The antireflection film may be formed by depositing an oxide of Al or the like on the metal wiring layer, and the surface of the metal wiring layer may be exposed to a reaction gas atmosphere such as oxygen. It may be formed by irradiating plasma excited in the inside.

【0011】さらに、このようにして形成する反射防止
膜は、80〜1000オングストロームの膜厚に形成す
ることが望ましい。
Further, the antireflection film thus formed is preferably formed to have a film thickness of 80 to 1000 angstrom.

【0012】[0012]

【作用】多層配線構造を有する半導体装置の製造方法で
は、第2工程において形成する反射防止膜は、Al或い
はAl合金の酸化物、窒化物或いはホウ化物のうち、少
なくともいずれかを含む物質で形成する。これらの物質
の特性として、第3工程で実施するフォトリソグラフィ
ーの露光光に対する反射率が、その下層のAlを含む金
属配線層に比べて低いため、フォトリソ工程の際の反射
防止膜として機能し得る。
In the method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, the antireflection film formed in the second step is made of a material containing at least one of Al, Al alloy oxide, nitride and boride. To do. As a characteristic of these materials, the reflectance of the photolithography performed in the third step with respect to the exposure light is lower than that of the metal wiring layer containing Al, which is the lower layer, and thus can function as an antireflection film in the photolithography step. .

【0013】また、第5工程において、この上層に形成
した層間絶縁膜に対し、フッ素系のRIEによってヴィ
ア孔を穿設する場合、この下層に位置する反射防止膜の
エッチングレートが、層間絶縁膜に比べて十分に低い値
となる。
In the fifth step, when a via hole is formed in the upper interlayer insulating film by fluorine-based RIE, the etching rate of the lower antireflection film is lower than that of the interlayer insulating film. It is a sufficiently low value compared to.

【0014】さらに、第6工程において、ヴィア孔開孔
後の底部に露出する反射防止膜を、塩素系のRIEによ
って除去する際にはそのRIE条件を選択することによ
り、この下層に位置するAl−金属配線層のエッチング
レートが、反射防止膜に比べて十分に低い値となる。
Further, in the sixth step, when the antireflection film exposed at the bottom after opening the via hole is removed by chlorine-based RIE, by selecting the RIE condition, the Al located on the lower layer is selected. -The etching rate of the metal wiring layer is a value sufficiently lower than that of the antireflection film.

【0015】また、多層配線構造を有する半導体装置で
は、反射防止膜を、Al或いはAl合金の酸化物、窒化
物或いはホウ化物を少なくとも含む物質で形成したの
で、製造過程において、上述した作用が奏される。
Further, in the semiconductor device having the multi-layer wiring structure, the antireflection film is formed of a material containing at least an oxide, a nitride or a boride of Al or an Al alloy. To be done.

【0016】なお、この反射防止膜は、基本的には導電
に寄与しないため、薄く形成することが望ましいが、薄
く形成し過ぎると、反射防止機能が低下してしまうた
め、80〜1000オングストローム程度の膜厚が望ま
しい。
Since this antireflection film basically does not contribute to the conductivity, it is desirable to make it thin. However, if it is made too thin, the antireflection function will deteriorate, so about 80 to 1000 angstroms. Is desirable.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1に示すフローチ
ャート、及び、図2〜図4の工程図に基づいて工程順に
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in the order of steps based on the flow chart shown in FIG. 1 and the process drawings of FIGS.

【0018】まず、Si基板10上に下地絶縁膜20を
形成し、この下地絶縁膜20上にスパッタ法によって、
Cuを0.5重量%含むAl合金を500nmの膜厚に
堆積させ、Alを含む金属配線層としてのAl合金膜3
1を形成する(#101、図2(a))。
First, the base insulating film 20 is formed on the Si substrate 10, and the base insulating film 20 is sputtered on the base insulating film 20.
An Al alloy film containing 0.5 wt% of Cu is deposited to a film thickness of 500 nm to form an Al alloy film 3 as a metal wiring layer containing Al.
1 is formed (# 101, FIG. 2A).

【0019】次に、図2(b)に示すように、Al合金
膜31上に反応性スパッタ法でAl2 3 を30nmの
厚さに堆積させ、Al2 3 膜33を形成する(#10
2、図2(b))。このAl2 3 膜33の露光光に対
する反射率は、この下層のAl合金膜31の反射率の4
5%程度であり、反射防止膜として十分に機能し得る。
なお、反射防止膜として機能するには、この反射率とし
て、この下層の配線膜の反射率の70%程度以下である
ことが望ましい。また、反射防止膜の膜厚は、この反射
防止膜自身が、基本的に導電に寄与しないため薄く形成
することが望ましいが、薄すぎると反射防止効果が低減
されることから、80〜1000オングストローム程度
の膜厚に形成することが望ましい。
Next, as shown in FIG. 2B, Al 2 O 3 is deposited to a thickness of 30 nm on the Al alloy film 31 by a reactive sputtering method to form an Al 2 O 3 film 33 ( # 10
2, FIG. 2 (b)). The reflectance of the Al 2 O 3 film 33 with respect to the exposure light is 4 times the reflectance of the underlying Al alloy film 31.
It is about 5%, and can sufficiently function as an antireflection film.
In order to function as an antireflection film, the reflectance is preferably about 70% or less of the reflectance of the underlying wiring film. Further, the thickness of the antireflection film is preferably made thin because the antireflection film itself basically does not contribute to conductivity, but if it is too thin, the antireflection effect is reduced, so that the thickness is 80 to 1000 angstroms. It is desirable to form the film to a film thickness of the order.

【0020】次に、フォトリソグラフィー工程により、
Al2 3 膜33及びその直下のAl合金膜31を所定
の配線パターンに加工し、下層金属配線30を形成する
(#103)。この配線パターンの形成は、露光装置を
用いてレジストパターンを形成した後、塩素系ガスを用
いてRIEを施して実施する。この時、Al2 3 膜3
3の露光光に対する反射率は、下地金属配線30の45
%であるために反射光が抑制され、微細なレジストパタ
ーンを良好に形成することができた。
Next, by a photolithography process,
The Al 2 O 3 film 33 and the Al alloy film 31 immediately thereunder are processed into a predetermined wiring pattern to form the lower metal wiring 30 (# 103). The wiring pattern is formed by forming a resist pattern using an exposure device and then performing RIE using a chlorine-based gas. At this time, the Al 2 O 3 film 3
The reflectance for the exposure light of No. 3 is 45 of the underlying metal wiring 30.
%, Reflected light was suppressed, and a fine resist pattern could be formed well.

【0021】次に、下層金属配線30及び下地絶縁膜2
0の表面に、層間絶縁膜40を形成する(図2(c)、
#104)。この層間絶縁膜40は、例えば、これらの
表面にプラズマCVD法によってSiO2 膜を堆積さ
せ、さらにこの上にSOG塗布膜を形成した後、エッチ
バックして形成する。
Next, the lower metal wiring 30 and the base insulating film 2
An inter-layer insulating film 40 is formed on the surface of 0 (FIG. 2 (c),
# 104). The interlayer insulating film 40 is formed, for example, by depositing a SiO 2 film on the surface of these by a plasma CVD method, further forming an SOG coating film on this, and then etching back.

【0022】次に、層間絶縁膜40上にフォトレジスト
膜を形成した後、フッ素系のガスを用いてRIEを施
し、この層間絶縁膜40の所定の位置に直径が0.8μ
mのヴィア孔50を形成する(図2(d)、#10
5)。この際、ヴィア孔50底部のAl2 3 膜33
は、この下層のAl合金膜31上を十分に被覆した状態
となっている。これは、フッ素系ガスのRIEにおけ
る、Al2 3 膜33のエッチングレートが、層間絶縁
膜40の5%程度であり、ヴィア孔が穿設された直後に
Al2 3 膜33が急激に除去される心配はなく、ヴィ
ア孔を底部まで十分に形成することができる。この場
合、フッ素系ガスのRIEに対する、Al2 3 膜33
及び層間絶縁膜40のエッチングレートの関係は、Al
2 3 膜33のエッチングレートが、層間絶縁膜40の
10%以下であることが望ましい。これは、10%以下
であると、層間絶縁膜40のエッチングが効率的に実施
でき、しかも、ヴィア開孔底部に位置するAl2 3
33の侵食を十分に抑えることができる。仮に、10%
を越えると、ヴィア孔50を穿設する際、Al2 3
33がエッチングされて薄くなり、著しい場合には、部
分的にその下層のAl合金膜31が露出して、この部分
に損傷を与えるおそれがある。一方、このAl合金膜3
1の損傷を防止するため、ヴィア開孔を控えると、底部
まで十分に開孔せず、下層金属配線との接続不良による
抵抗値の上昇や段線などの問題が生じることとなる。
Next, after forming a photoresist film on the interlayer insulating film 40, RIE is performed using a fluorine-based gas, and the diameter of the interlayer insulating film 40 is 0.8 μm at a predetermined position.
m via hole 50 is formed (FIG. 2D, # 10).
5). At this time, the Al 2 O 3 film 33 at the bottom of the via hole 50 is formed.
Indicates that the lower Al alloy film 31 is sufficiently covered. This is because the etching rate of the Al 2 O 3 film 33 in the RIE of the fluorine-based gas is about 5% of that of the interlayer insulating film 40, and the Al 2 O 3 film 33 rapidly increases immediately after the via hole is formed. There is no concern that it will be removed, and the via hole can be sufficiently formed to the bottom. In this case, the Al 2 O 3 film 33 with respect to the RIE of the fluorine-based gas is used.
And the etching rate of the interlayer insulating film 40 is Al
The etching rate of the 2 O 3 film 33 is preferably 10% or less of that of the interlayer insulating film 40. If it is 10% or less, the interlayer insulating film 40 can be efficiently etched, and further, the erosion of the Al 2 O 3 film 33 located at the bottom of the via opening can be sufficiently suppressed. If 10%
When the via hole 50 is formed, the Al 2 O 3 film 33 is etched and thinned when the via hole 50 is formed, and in a remarkable case, the Al alloy film 31 under the Al 2 O 3 film is partially exposed to damage this part. May be given. On the other hand, this Al alloy film 3
In order to prevent the damage of No. 1, if the via hole is refrained from, the hole will not be sufficiently opened to the bottom, and problems such as an increase in resistance value and step lines due to poor connection with the lower metal wiring will occur.

【0023】次に、塩素系ガスを用いたプラズマエッチ
ングにより、ヴィア孔50底部に露出しているAl2
3 膜33を除去する(図3(e)、#106)。このエ
ッチング条件において、Al2 3 膜33のエッチング
レートは、この下層に位置するAl合金膜31のエッチ
ングレートの95%程度である。このため、Al2 3
膜33が全て除去された後に、Al合金膜31に与える
損傷を最小限に抑えることができる。この場合、Al2
3 膜33のエッチングレートが、この下層に位置する
Al合金膜31のエッチングレートの80%程度以上で
あることが望ましい。これは、80%より低い値である
と、RIEの最終段階でAl2 3 膜33が全て除去さ
れた直後に、この下層のAl合金膜31の侵食が急激に
進んでしまうことになるためである。
Next, the Al 2 O exposed at the bottom of the via hole 50 is subjected to plasma etching using a chlorine-based gas.
3 The film 33 is removed (FIG. 3E, # 106). Under this etching condition, the etching rate of the Al 2 O 3 film 33 is about 95% of the etching rate of the Al alloy film 31 located thereunder. Therefore, Al 2 O 3
Damage to the Al alloy film 31 can be minimized after the film 33 is completely removed. In this case, Al 2
It is desirable that the etching rate of the O 3 film 33 is about 80% or more of the etching rate of the Al alloy film 31 located thereunder. This is because if the value is lower than 80%, the erosion of the underlying Al alloy film 31 will rapidly proceed immediately after the Al 2 O 3 film 33 is completely removed in the final stage of RIE. Is.

【0024】次に、このような処理を行ったSi基板1
0を、大気中に晒さずにCVDの反応容器(図示せず)
に内に移送した後、この反応容器内にDMAH(ジメチ
ルアルミニウムハイドライド)及び水素ガスを導入し、
化学気相成長法によってヴィア孔50内にAlを選択的
に堆積させ、ヴィアプラグ51を形成する(図3
(f)、#107)。
Next, the Si substrate 1 which has been subjected to such treatment
CVD reactor (not shown) without exposing 0 to the atmosphere
And then DMAH (dimethylaluminum hydride) and hydrogen gas were introduced into the reaction vessel,
Al is selectively deposited in the via hole 50 by the chemical vapor deposition method to form the via plug 51 (FIG. 3).
(F), # 107).

【0025】次に、上述した下層金属配線30を形成し
た場合と同様の方法によって、スパッタ法で、Al或い
はAl合金を400〜1000nmの膜厚に堆積させ
て、Al合金膜61を形成する(図4(g))。この
後、Al合金膜61を所定のパターンに加工して上層金
属配線60を形成して(図4(h),#108)、多層
配線構造の半導体装置を製造していく。形成された上層
金属配線60と下層金属配線30とは、ヴィアプラグ5
1によって電気的に接続された状態である。
Next, Al or an Al alloy is deposited to a film thickness of 400 to 1000 nm by a sputtering method in the same manner as in the case of forming the lower layer metal wiring 30 described above to form an Al alloy film 61 ( FIG. 4 (g)). After that, the Al alloy film 61 is processed into a predetermined pattern to form the upper metal wiring 60 (FIG. 4 (h), # 108), and the semiconductor device having the multilayer wiring structure is manufactured. The formed upper layer metal wiring 60 and lower layer metal wiring 30 are connected to the via plug 5
It is in a state of being electrically connected by 1.

【0026】この際に使用されるAl合金は、上層金属
配線60に用いられる金属と、下層金属配線30に用い
られる金属とは、同一成分の合金であっても、異なる成
分の合金であっても良い。
The Al alloy used in this case may be an alloy of the same component as the metal used for the upper layer metal wiring 60 and a metal used for the lower layer metal wiring 30, or an alloy of different components. Is also good.

【0027】なお、Si基板10の内部及び表面には、
拡散層、ゲート電極などの半導体装置として必要な構造
が形成されている。下層絶縁膜20の必要な位置には、
コンタクト孔が存在し、下層親族配線30と拡散層若し
くはゲート電極或いはその他の構造とを接続するコンタ
クト構造が形成されている。
The inside and the surface of the Si substrate 10 are
Structures necessary for a semiconductor device such as a diffusion layer and a gate electrode are formed. At the required position of the lower insulating film 20,
There is a contact hole, and a contact structure for connecting the lower relative wiring 30 and the diffusion layer or the gate electrode or other structure is formed.

【0028】本実施例では、反射防止膜として、Alの
酸化物を形成する例を示したが、この他にも、Al或い
はAl合金の窒化物、ホウ化物、酸窒化物、酸ホウ化
物、窒ホウ化物、或いは酸窒ホウ化物のいずれかを含む
材質で形成することもできる。なお、これらの物質は、
反射率、エッチングレート等については、同一条件にお
いて前述したAl2 3 膜と略同等の特性を備えるもの
である。
In this embodiment, an example in which an oxide of Al is formed as the antireflection film is shown. However, in addition to this, a nitride, a boride, an oxynitride, an oxyboride of Al or an Al alloy, It can also be formed of a material containing either nitroboride or oxynitride boride. In addition, these substances are
Regarding the reflectance and the etching rate, under the same conditions, the Al 2 O 3 film has substantially the same characteristics.

【0029】また、他の実施例を示す。ここでは、反射
防止膜としてのAl2 3 膜を、他の方法で形成する場
合について説明する。
Another embodiment will be shown. Here, the case where the Al 2 O 3 film as the antireflection film is formed by another method will be described.

【0030】まず、Si基板10上に下地絶縁膜20を
形成し(図5(a))、この下地絶縁膜20上にスパッ
タ法によって、Cuを0.5重量%含むAl合金を堆積
させ、Al合金膜31を形成する(図5(b))。
First, a base insulating film 20 is formed on the Si substrate 10 (FIG. 5A), and an Al alloy containing 0.5% by weight of Cu is deposited on the base insulating film 20 by a sputtering method. An Al alloy film 31 is formed (FIG. 5B).

【0031】次に、Al合金膜31を形成したSi基板
10を、例えば、酸素を含む反応ガス雰囲気中に位置さ
せ、この中でプラズマ励起させる。そして、このAl合
金膜31の表面をこのプラズマに晒すことにより、この
表面にAl2 3 膜33を形成するものである(図5
(c))。このAl2 3 膜33の膜厚も、80〜10
00オングストロームの膜厚に形成することが望まし
い。この後の工程は、前述した図2(c)以下の工程と
同様であり、説明は省略する。
Next, the Si substrate 10 on which the Al alloy film 31 is formed is placed in a reaction gas atmosphere containing oxygen, for example, and plasma is excited therein. Then, by exposing the surface of the Al alloy film 31 to the plasma, the Al 2 O 3 film 33 is formed on the surface (FIG. 5).
(C)). The film thickness of this Al 2 O 3 film 33 is also 80 to 10
It is desirable to form the film with a thickness of 00 angstrom. The subsequent steps are the same as the steps shown in FIG.

【0032】本施例では、Al合金膜31の表面を、酸
素を含む反応ガス雰囲気中で励起したプラズマに晒すこ
とによって、反射防止膜を形成する例を示したが、この
他にも、酸素、窒素或いはホウ素のうち少なくともいず
れかを含む反応ガス雰囲気中でプラズマを励起させ、こ
のプラズマをAl合金膜の表面に照射することにより、
Al合金膜の表面に、Alの窒化物、ホウ化物、酸窒化
物、酸ホウ化物、窒ホウ化物、或いは酸窒ホウ化物のい
ずれかを含む材質の反射防止膜を形成しても良い。
In this example, the antireflection film is formed by exposing the surface of the Al alloy film 31 to plasma excited in a reaction gas atmosphere containing oxygen. By exciting plasma in a reaction gas atmosphere containing at least one of nitrogen and boron and irradiating the surface of the Al alloy film with this plasma,
An antireflection film made of a material containing any one of Al nitride, boride, oxynitride, oxyboride, nitriding boride, or oxynitriding boride may be formed on the surface of the Al alloy film.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる多
層配線構造を有する半導体装置の製造方法によれば、第
2工程において形成する反射防止膜を、Al或いはAl
合金の酸化膜、窒化膜或いはホウ化膜のうち、少なくと
もいずれかを含んで形成することとした。従って、これ
らの物質の特性として、フォトリソグラフィーの露光光
に対する反射率が、その下層のAlを含む金属配線層に
比べて低いため、フォトリソ工程の際の反射防止膜とし
て適用することができる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure according to the present invention, the antireflection film formed in the second step is formed of Al or Al.
At least one of the oxide film, the nitride film, and the boride film of the alloy is included. Therefore, as a characteristic of these substances, the reflectance with respect to the exposure light of photolithography is lower than that of the underlying metal wiring layer containing Al, so that it can be applied as an antireflection film in the photolithography process.

【0034】また、この後の第5工程において、この上
層に形成した層間絶縁膜に対してフッ素系ガスのRIE
によりヴィア孔を穿設する場合、この下層に位置する反
射防止膜のエッチングレートが、層間絶縁膜に比べて十
分に低いため、効率的に層間絶縁膜にエッチングを施す
ことができ、しかも、反射防止膜の侵食を最小限におさ
えることができる。
Further, in the subsequent fifth step, RIE of a fluorine-based gas is applied to the interlayer insulating film formed on the upper layer.
When the via hole is formed by, the etching rate of the antireflection film located below this is sufficiently lower than that of the interlayer insulating film, so that the interlayer insulating film can be efficiently etched and Erosion of the barrier film can be minimized.

【0035】さらに、第6工程において、ヴィア孔開孔
後の底部に露出する反射防止膜を、塩素系ガスのRIE
によって除去する場合に、この下層の金属配線層に対す
る反射防止膜のエッチングレートが低い値となる。この
ため、RIEの最終段階で反射防止膜が全て除去された
直後に、この下層の金属配線層が急激に侵食されるおそ
れはない。
Further, in the sixth step, the antireflection film exposed at the bottom after opening the via hole is formed by RIE of chlorine gas.
When removed by, the etching rate of the antireflection film with respect to the underlying metal wiring layer becomes a low value. Therefore, immediately after the antireflection film is completely removed in the final stage of RIE, there is no possibility that the underlying metal wiring layer will be rapidly eroded.

【0036】また、本発明にかかる多層配線構造を有す
る半導体装置では、反射防止膜を、Al或いはAl合金
の酸化物、窒化物或いはホウ化物を少なくとも含む物質
で形成したので、製造過程において、上述した効果を奏
する半導体装置を提供できる。
Further, in the semiconductor device having the multilayer wiring structure according to the present invention, the antireflection film is formed of a substance containing at least an oxide, a nitride or a boride of Al or an Al alloy. It is possible to provide a semiconductor device having the above effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施例にかかる半導体装置の製造工程を示す
フローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device according to this embodiment.

【図2】(a)〜(c)は製造工程順に示す半導体装置
の断面図である。
2A to 2C are cross-sectional views of the semiconductor device in the order of manufacturing steps.

【図3】(d)〜(f)は製造工程順に示す半導体装置
の断面図である。
3 (d) to 3 (f) are cross-sectional views of the semiconductor device in the order of manufacturing steps.

【図4】(g)〜(h)は製造工程順に示す半導体装置
の断面図である。
4 (g) to 4 (h) are cross-sectional views of the semiconductor device in the order of manufacturing steps.

【図5】(a)〜(c)は、反射防止膜の他の形成方法
を工程順に示す半導体装置の断面図である。
5A to 5C are cross-sectional views of a semiconductor device showing another method of forming an antireflection film in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…Si基板、20…下地絶縁膜、31…Al合金膜
(金属配線層)、33…Al2 3 膜(反射防止膜)。
10 ... Si substrate, 20 ... Base insulating film, 31 ... Al alloy film (metal wiring layer), 33 ... Al 2 O 3 film (antireflection film).

フロントページの続き (72)発明者 近藤 英一 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 山本 浩 東京都千代田区内幸町二丁目2番3号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 (72)発明者 太田 与洋 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内Front page continuation (72) Inventor Eiichi Kondo 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba, Chiba Prefecture, Kawasaki Steel Corporation Technical Research Division (72) Inventor Hiroshi Yamamoto 2-3 2-3 Uchisaiwai-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Saki Steel Co., Ltd. Tokyo Head Office (72) Inventor Yoyo Ota 1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba-shi, Chiba Kawasaki Steel Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多層配線構造を有する半導体装置の製造方
法において、 半導体基板上に、Alを含む金属配線層を形成する第1
工程と、 この金属配線層の表面に、Al或いはAl合金の酸化
膜、窒化膜或いはホウ化膜のうち、少なくともいずれか
を形成することにより、この金属配線層上に反射防止膜
を形成する第2工程と、 フォトリソグラフィーによって、前記反射防止膜及びそ
の下層の金属配線層にパターンニングを施し、下層金属
配線を形成する第3工程と、 前記下層金属配線を含む前記半導体基板の表面に、層間
絶縁膜を形成する第4工程と、 フッ素系のガスを用いた反応性イオンエッチングによ
り、前記層間絶縁膜に対してヴィア孔を穿設し、このヴ
ィア孔の底部に前記反射防止膜を露出させる第5工程
と、 塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、前
記ヴィア孔底部の反射防止膜を除去し、このヴィア孔底
部に前記金属配線層の表面を露出させる第6工程と、 化学気相成長法によって、このヴィア孔内にプラグ金属
を選択的に堆積させる第7工程と、 を有することを特徴とする多層配線構造を有する半導体
装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, wherein a metal wiring layer containing Al is formed on a semiconductor substrate.
A step of forming an antireflection film on the metal wiring layer by forming at least one of an oxide film, a nitride film and a boride film of Al or Al alloy on the surface of the metal wiring layer; 2 steps, a third step of forming a lower layer metal wiring by patterning the antireflection film and the lower layer metal wiring layer by photolithography, and an interlayer on the surface of the semiconductor substrate including the lower layer metal wiring. A fourth step of forming an insulating film and a reactive ion etching using a fluorine-based gas to form a via hole in the interlayer insulating film, and expose the antireflection film at the bottom of the via hole. The fifth step and reactive ion etching using a chlorine-based gas remove the antireflection film at the bottom of the via hole, exposing the surface of the metal wiring layer at the bottom of the via hole. 6 and step by chemical vapor deposition, a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure and having a seventh step of selectively depositing a metal plug, to the via hole to.
【請求項2】前記第2工程では、前記金属配線層上に、
Al或いはAl合金の酸化物、窒化物或いはホウ化物の
うち、少なくともいずれかを堆積させることにより、 前記金属配線層上に前記反射防止膜を形成することを特
徴とする請求項1記載の多層配線構造を有する半導体装
置の製造方法。
2. In the second step, on the metal wiring layer,
2. The multilayer wiring according to claim 1, wherein the antireflection film is formed on the metal wiring layer by depositing at least one of an oxide, a nitride, and a boride of Al or an Al alloy. Method for manufacturing a semiconductor device having a structure.
【請求項3】前記第2工程では、酸素、窒素或いはホウ
素のうち少なくともいずれか一種を含む反応ガス雰囲気
中でプラズマを励起させ、このプラズマを前記金属配線
層の表面に対して照射することにより、 前記金属配線層上に前記反射防止膜を形成することを特
徴とする請求項1記載の多層配線構造を有する半導体装
置の製造方法。
3. In the second step, plasma is excited in a reaction gas atmosphere containing at least one of oxygen, nitrogen, and boron, and the surface of the metal wiring layer is irradiated with the plasma. The method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure according to claim 1, wherein the antireflection film is formed on the metal wiring layer.
【請求項4】半導体基板上に形成されたAlを含む金属
配線層と、 前記金属配線層上に形成され、フォトリソグラフィーの
露光光に対する反射率が、この金属配線層に比べて低い
値を有する反射防止膜とを備えており、 前記反射防止膜は、Al或いはAl合金の酸化物、窒化
物或いはホウ化物のうち、少なくともいずれかを含んで
形成したものであることを特徴とする多層配線構造を有
する半導体装置。
4. A metal wiring layer containing Al formed on a semiconductor substrate; and a reflectance of the metal wiring layer formed on the metal wiring layer for exposure light of photolithography, which is lower than that of the metal wiring layer. An anti-reflection film, wherein the anti-reflection film is formed by including at least one of oxides, nitrides and borides of Al or Al alloy. A semiconductor device having.
【請求項5】前記反射防止膜は、前記金属配線層上に、
Al或いはAl合金の酸化物、窒化物或いはホウ化物の
うち少なくともいずれかを含む物質を堆積させて形成し
たものであることを特徴とする請求項4記載の多層配線
構造を有する半導体装置。
5. The antireflection film is formed on the metal wiring layer,
5. The semiconductor device having a multilayer wiring structure according to claim 4, wherein the semiconductor device is formed by depositing a substance containing at least one of an oxide, a nitride and a boride of Al or an Al alloy.
【請求項6】前記反射防止膜は、前記金属配線層の表面
に対し、酸化、窒化或いはホウ化のうち、少なくともい
ずれかを施すことにより形成したものであることを特徴
とする請求項4記載の多層配線構造を有する半導体装
置。
6. The antireflection film is formed by subjecting the surface of the metal wiring layer to at least one of oxidation, nitridation, and boration. A semiconductor device having a multilayer wiring structure of.
【請求項7】前記反射防止膜は、80〜1000オング
ストロームの膜厚に形成したものであることを特徴とす
る請求項4乃至6のいずれかに記載の多層配線構造を有
する半導体装置。
7. The semiconductor device having a multilayer wiring structure according to claim 4, wherein the antireflection film is formed to have a film thickness of 80 to 1000 angstroms.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100373351B1 (en) * 2000-10-30 2003-02-25 주식회사 하이닉스반도체 A method for fabricating semiconductor device
US6613680B2 (en) 2000-07-24 2003-09-02 Sharp Kabushiki Kaisha Method of manufacturing a semiconductor device
KR100464384B1 (en) * 1997-05-31 2005-02-28 삼성전자주식회사 Method for forming VIA hole in semiconductor device

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