JPH0969519A - Semiconductor device and fabrication thereof - Google Patents

Semiconductor device and fabrication thereof

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JPH0969519A
JPH0969519A JP22229395A JP22229395A JPH0969519A JP H0969519 A JPH0969519 A JP H0969519A JP 22229395 A JP22229395 A JP 22229395A JP 22229395 A JP22229395 A JP 22229395A JP H0969519 A JPH0969519 A JP H0969519A
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alumina
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a method for fabricating a semiconductor device in which the reflectance of an antireflection film can be controlled using a same material depending on the wavelength of light source in a stepper by forming an aluminum oxide layer containing a transition metal or a metal nitride on the surface of interconnection. SOLUTION: A semiconductor element, e.g. an MOS transistor, is formed on the surface of a silicon substrate 1 and an interlayer insulation film 2 is formed thereon. Furthermore, an interconnection 3 of aluminum copper alloy is formed on the interlayer insulation film 2 followed by formation of an alumina antireflection film 4. The alumina antireflection film 4 contains a deposit of transition metal or aluminum nitride for decreasing the reflectance of the alumina antireflection film 4 effectively. Implantation energy, dose or the thickness of alumina layer can be regulated easily in the ion implantation for adding these elements.

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、アルミ等の配線を
備える半導体装置及びその製造方法に関し、特に配線上
の反射防止膜の構造及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having wiring such as aluminum and a method for manufacturing the same, and more particularly to a structure of an antireflection film on the wiring and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路の高密度化に伴
い、アルミ合金等の金属膜よりなる電極配線幅も益々微
細化されている。このため、フォトリソグラフィ工程に
おいては紫外線による露光が多く用いられている。この
時、反射率が極端に大きい金属膜表面をそのまま用いる
と、この金属膜表面での反射により、フォトレジストの
パターン形状異常の発生することが問題となっている。
このような反射を防止するために金属膜表面に種々の反
射防止膜を被着する方法が試みられている。
2. Description of the Related Art In recent years, as the density of semiconductor integrated circuits has increased, the width of electrode wiring made of a metal film such as an aluminum alloy has been further miniaturized. Therefore, exposure by ultraviolet rays is often used in the photolithography process. At this time, if the metal film surface having an extremely large reflectance is used as it is, the pattern shape abnormality of the photoresist may occur due to the reflection on the metal film surface.
In order to prevent such reflection, a method of depositing various antireflection films on the surface of the metal film has been attempted.

【0003】最近では、特公平6−52702号公報で
提案されているように、アルミ金属薄膜上の反射防止膜
として窒化チタン膜が使われている。その主な理由は、
ちょうど露光に使用する水銀灯から発するg線(波長4
36nm)あるいはi線(波長365nm)の波長の光
に対して吸収率が高く、その膜厚が100nm程度の厚
さで十分に反射防止機能を有することが挙げられる。
Recently, as proposed in Japanese Patent Publication No. 6-52702, a titanium nitride film has been used as an antireflection film on an aluminum metal thin film. The main reason is
G-line (wavelength 4) emitted from the mercury lamp used for exposure
(36 nm) or i-line (wavelength 365 nm) has a high absorptivity, and a film having a thickness of about 100 nm has a sufficient antireflection function.

【0004】以下、このような従来の技術について図5
に基づいて説明する。図5はこの従来の技術を説明する
ための製造工程順の断面図である。
Hereinafter, such a conventional technique will be described with reference to FIG.
It will be described based on. FIG. 5 is a sectional view in the order of manufacturing steps for explaining the conventional technique.

【0005】シリコン基板21の表面には、通常、MO
Sトランジスタ等の半導体素子が形成される(図示され
ず)。そして、図5(a)に示すように、このシリコン
基板21上に化学気相成長(CVD)法で堆積されるシ
リコン酸化膜で、膜厚が500nm程度の層間絶縁膜2
2が形成される。そして、膜厚1μmのアルミ銅合金膜
23がこの層間絶縁膜22上にスパッタ法で形成され
る。
On the surface of the silicon substrate 21, usually MO
A semiconductor element such as an S transistor is formed (not shown). Then, as shown in FIG. 5A, the interlayer insulating film 2 having a thickness of about 500 nm is a silicon oxide film deposited on the silicon substrate 21 by the chemical vapor deposition (CVD) method.
2 is formed. Then, an aluminum-copper alloy film 23 having a film thickness of 1 μm is formed on the interlayer insulating film 22 by the sputtering method.

【0006】次に、図5(b)に示すように、約100
nmの窒化チタン膜24がスパッタ法でアルミ銅合金膜
23上に被着される。そして、図5(c)に示すよう
に、配線パターンを有するレジストマスク25が、前述
のi線を用いた縮小投影露光装置(ステッパ)によるフ
ォトリソグラフィ技術で形成される。この場合には、窒
化チタン膜24のi線吸収率は高く反射率は20%程度
になり、0.5μm線幅の配線パターンが形成される。
Next, as shown in FIG.
A titanium nitride film 24 of nm thickness is deposited on the aluminum-copper alloy film 23 by sputtering. Then, as shown in FIG. 5C, a resist mask 25 having a wiring pattern is formed by the photolithography technique by the reduction projection exposure apparatus (stepper) using the above-mentioned i-line. In this case, the titanium nitride film 24 has a high i-line absorptivity and a reflectance of about 20%, and a wiring pattern having a line width of 0.5 μm is formed.

【0007】しかしながら、近年の更なる微細化に伴
い、i線では解像できない様になりつつある。今後の微
細化には、感光性レジスト膜の露光に使用する感光用照
射光の波長を短くすることが必須になる。そこで、波長
248nmのKrFエキシマレーザ光あるいは波長19
3nmのArFエキシマレーザ光用いるステッパなどが
次世代ステッパとして開発されている。このように感光
用照射光源が日進月歩に変わる昨今では、従来用いられ
てきた反射防止膜も吸収波長領域、反射率の点で十分な
ものとは言えなくなってきている。また、感光用照射光
源の変更に伴いフォトレジストも従来のものとは原料が
異なってきている。
However, with further miniaturization in recent years, it is becoming impossible to resolve with i-line. For miniaturization in the future, it is essential to shorten the wavelength of exposure light for exposure used for exposing the photosensitive resist film. Therefore, a KrF excimer laser beam with a wavelength of 248 nm or a wavelength of 19
Steppers using a 3 nm ArF excimer laser beam have been developed as next-generation steppers. As the irradiation light source for photosensitivity changes day by day in this way, the antireflection film which has been conventionally used is no longer sufficient in terms of absorption wavelength region and reflectance. In addition, the raw material of the photoresist is different from that of the conventional one as the irradiation light source for photosensitivity is changed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】半導体素子の微細化お
よび高密度化は現在精力的に進められており、多層配線
に用いられる金属の配線幅は、0.35μm〜0.2μ
mと更に微細になってきている。
The miniaturization and densification of semiconductor elements are being energetically advanced at present, and the wiring width of metal used for multilayer wiring is 0.35 μm to 0.2 μm.
It is getting finer with m.

【0009】このように配線幅が狭まると、先述したよ
うにステッパの感光用照射光は短波長化しエキシマレー
ザ光が用いられる。しかし、感光用照射光の波長が30
0nm以下になると、従来の反射防止膜として用いられ
ている窒化チタン膜の反射率が上昇するため反射防止膜
としての機能が大幅に低下するようになる。そして、こ
のようなエキシマレーザ光ではその位相が揃うため、そ
の反射率はさらに上昇するようになる。
When the wiring width is narrowed in this way, as described above, the irradiation light for exposure of the stepper has a shorter wavelength and excimer laser light is used. However, the wavelength of the irradiation light for exposure is 30
When the thickness is 0 nm or less, the reflectance of the titanium nitride film used as the conventional antireflection film increases, so that the function as the antireflection film is significantly reduced. Then, since the phases of such excimer laser light are aligned, the reflectance thereof further increases.

【0010】また、このような短波長の領域で窒化チタ
ン膜厚を反射防止膜として用いようとする場合にはその
膜厚を厚くしなければならなくなる。そして、微細配線
の低抵抗化が困難にする。なぜなら、窒化チタン膜の電
気抵抗はアルミ銅合金の10倍程度になるからである。
Further, when the titanium nitride film thickness is used as an antireflection film in such a short wavelength region, the film thickness must be increased. Then, it is difficult to reduce the resistance of the fine wiring. This is because the electric resistance of the titanium nitride film is about 10 times that of the aluminum-copper alloy.

【0011】また、この窒化チタン膜は前述のエキシマ
レーザ光用の感光性レジスト膜との密着性に問題があ
り、微細なパターン形成が難しくなっている。
Further, this titanium nitride film has a problem in adhesion to the above-mentioned photosensitive resist film for excimer laser light, and it is difficult to form a fine pattern.

【0012】本発明の目的は、上述のような問題を解決
すると共に、ステッパの照射光源の波長に応じ、同一材
料で反射防止膜の反射率を制御できる方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method capable of controlling the reflectance of an antireflection film with the same material according to the wavelength of the irradiation light source of the stepper.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】このために本発明の半導
体装置では、半導体基板上の層間絶縁膜の表面に形成さ
れる配線において、遷移金属を含有する酸化アルミニウ
ム層あるいは金属の窒化物を含有する酸化アルミニウム
層が前記配線の表面に形成される。
Therefore, in the semiconductor device of the present invention, the wiring formed on the surface of the interlayer insulating film on the semiconductor substrate contains an aluminum oxide layer containing a transition metal or a metal nitride. An aluminum oxide layer is formed on the surface of the wiring.

【0014】ここで、前記遷移金属として、クロムが使
用される。また、前記金属の窒化物として、窒化アルミ
ニムが使用される。
Here, chromium is used as the transition metal. Aluminum nitride is used as the metal nitride.

【0015】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上の層間絶縁膜の表面にアルミ金属の配線を
形成する工程において、前記層間絶縁膜上にアルミ金属
薄膜を堆積させる工程と、前記アルミ金属薄膜の表面を
酸化し酸化アルミニウム層を形成する工程と、前記酸化
アルミニウム層を形成した後前記酸化アルミニウム層に
遷移金属をイオン注入する工程と、前記遷移金属のイオ
ン注入された酸化アルミニウム層の表面に前記配線用の
レジストパターンを形成する工程とを含む。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
In the step of forming aluminum metal wiring on the surface of the interlayer insulating film on the semiconductor substrate, the step of depositing an aluminum metal thin film on the interlayer insulating film and the step of oxidizing the surface of the aluminum metal thin film to form an aluminum oxide layer. A step, after forming the aluminum oxide layer, ion-implanting a transition metal into the aluminum oxide layer, and forming a resist pattern for the wiring on the surface of the ion-implanted aluminum oxide layer of the transition metal, including.

【0016】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、前述したアルミ金属の配線を形成する工程におい
て、前記層間絶縁膜上にアルミ金属薄膜を堆積させる工
程と、前記アルミ金属薄膜の表面に窒素イオンをイオン
注入する工程と、前記窒素イオンの注入されたアルミ金
属薄膜の表面を化学薬液中での陽極酸化で酸化アルミニ
ウム層に変換する工程と、前記酸化アルミニウム層の表
面に前記配線用のレジストパターンを形成する工程とを
含む。
Alternatively, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the wiring of aluminum metal described above, a step of depositing an aluminum metal thin film on the interlayer insulating film, and nitrogen on the surface of the aluminum metal thin film. A step of ion-implanting ions, a step of converting the surface of the aluminum ion thin film into which nitrogen ions are injected into an aluminum oxide layer by anodic oxidation in a chemical solution, and a resist for wiring on the surface of the aluminum oxide layer Forming a pattern.

【0017】本発明においては、配線として用いられて
いる金属膜表面を酸化し、得られた酸化アルミニウム膜
(アルミナ膜)に遷移金属元素をイオン注入したものを
反射防止膜として用いるというものであり、この方法に
よれば、酸化アルミニウム膜の膜厚及び注入元素の種
類、注入量、注入エネルギーといったパラメータを変化
させることにより、ステッパに用いられている照射光源
の波長に最適な吸収波長領域及び反射率を得ることが可
能である。これは注入した遷移金属元素が色中心あるい
は金属間化合物としての析出層を形成し、そこで光の吸
収、散乱が生じることによる。
In the present invention, the surface of a metal film used as a wiring is oxidized and the obtained aluminum oxide film (alumina film) is ion-implanted with a transition metal element and used as an antireflection film. According to this method, by changing the parameters such as the film thickness of the aluminum oxide film, the type of implantation element, the implantation amount, and the implantation energy, the absorption wavelength region and reflection that are optimal for the wavelength of the irradiation light source used in the stepper It is possible to get a rate. This is because the injected transition metal element forms a color center or a precipitation layer as an intermetallic compound, where light absorption and scattering occur.

【0018】また、配線として用いられている金属膜表
層に窒素、炭素といったアルミニウムと化合物を形成す
る元素をイオン注入し、その後金属膜表面を酸化しても
同様の効果を持つ反射防止膜が得られる。これは注入し
た元素がアルミニウムとの金属間化合物あるいは島状の
化合物を形成し、これらの化合物により光の吸収、散乱
が生じることによる。
Further, an element such as nitrogen or carbon that forms a compound with aluminum is ion-implanted into the surface layer of the metal film used as wiring, and then the surface of the metal film is oxidized to obtain an antireflection film having the same effect. To be This is because the injected element forms an intermetallic compound with aluminum or an island-shaped compound, and these compounds cause absorption and scattering of light.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明のアルミ金属を含ん
で構成される配線を有する半導体装置の断面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device having wirings containing aluminum metal according to the present invention.

【0020】シリコン基板1の表面には、MOSトラン
ジスタ等の半導体素子が形成される(図示されず)。そ
して、図1に示すように、このシリコン基板1上に層間
絶縁膜2が形成される。ここで、この層間絶縁膜2は膜
厚500nm程度のシリコン酸化膜である。この層間絶
縁膜2は、初め、CVD法で膜厚1000nm程度のシ
リコ酸化膜が堆積され、この堆積されたシリコン酸化膜
を化学的機械研磨(CMP)法で平坦化することで形成
される。
Semiconductor elements such as MOS transistors are formed on the surface of the silicon substrate 1 (not shown). Then, as shown in FIG. 1, an interlayer insulating film 2 is formed on the silicon substrate 1. Here, the interlayer insulating film 2 is a silicon oxide film having a film thickness of about 500 nm. The interlayer insulating film 2 is formed by first depositing a silicon oxide film having a film thickness of about 1000 nm by a CVD method and flattening the deposited silicon oxide film by a chemical mechanical polishing (CMP) method.

【0021】そして、この層間絶縁膜2上にアルミ銅合
金によるアルミ合金配線3が形成される。ここで、この
アルミ合金配線3の線幅は0.35μm以下であり、そ
の高さは0.5μm以上に設定される。さらに、このア
ルミ合金配線3上にアルミナ反射防止膜4が形成され
る。ここで、このアルミナ反射防止膜4の膜厚は50n
m程度以下に設定されている。また、このアルミナ反射
防止膜4には反射率を効果的に低減させる遷移金属ある
いは窒化アルミニウム等の析出物が含有されている。以
上のようにして、本発明の半導体装置が形成されるよう
になる。
Then, an aluminum alloy wiring 3 made of an aluminum copper alloy is formed on the interlayer insulating film 2. Here, the line width of the aluminum alloy wiring 3 is 0.35 μm or less, and the height thereof is set to 0.5 μm or more. Further, an alumina antireflection film 4 is formed on the aluminum alloy wiring 3. Here, the film thickness of the alumina antireflection film 4 is 50 n.
It is set to about m or less. Further, the alumina antireflection film 4 contains a deposit such as a transition metal or aluminum nitride that effectively reduces the reflectance. As described above, the semiconductor device of the present invention is formed.

【0022】次に、本発明の製造方法について図2およ
び図3にもとづいて説明する。図2は本発明の第1の実
施形態を説明するための製造工程順の断面図である。そ
して、図3は本発明の第2の実施形態を説明するための
その製造工程順の断面図である。
Next, the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views in the order of manufacturing steps for explaining the first embodiment of the present invention. 3A to 3D are cross-sectional views in the order of manufacturing steps for explaining the second embodiment of the present invention.

【0023】図2(a)に示すように、シリコン基板1
上にMOSトランジスタ等の半導体素子が形成される
(図示されず)。次に、膜厚が500nm程度の層間絶
縁膜2がシリコン酸化膜で形成される。ここで、この層
間絶縁膜2の形成方法は図1で説明したのと同様であ
る。
As shown in FIG. 2A, the silicon substrate 1
A semiconductor element such as a MOS transistor is formed thereon (not shown). Next, the interlayer insulating film 2 having a film thickness of about 500 nm is formed of a silicon oxide film. Here, the method of forming this interlayer insulating film 2 is the same as that described in FIG.

【0024】次に、この層間絶縁膜2上にアルミ合金薄
膜5がスパッタ法で堆積される。ここで、このアルミ合
金薄膜5はアルミニウムに0.5原子%の銅が含まれた
金属薄膜であり、その膜厚は1μm程度に設定される。
また、このアルミ合金薄膜5は図示されていないが、層
間絶縁膜2の所定の領域に設けられたコンタクト孔を通
して、シリコン基板1の表面に形成された拡散層に電気
接続されているものとする。
Next, the aluminum alloy thin film 5 is deposited on the interlayer insulating film 2 by the sputtering method. Here, the aluminum alloy thin film 5 is a metal thin film containing 0.5 atomic% of copper in aluminum, and the film thickness thereof is set to about 1 μm.
Although not shown, the aluminum alloy thin film 5 is electrically connected to the diffusion layer formed on the surface of the silicon substrate 1 through a contact hole provided in a predetermined region of the interlayer insulating film 2. .

【0025】次に、図2(b)に示すようにアルミナ薄
膜6がアルミ合金薄膜5上に形成される。ここで、この
アルミナ薄膜6の膜厚は50nm程度に設定される。こ
のアルミナ薄膜6の形成方法は、アルミ合金薄膜5の表
面の陽極酸化である。すなわち、電解液として50グラ
ム/リットルのアンモニアほう酸塩と30グラム/リッ
トルのクエン酸アンモニウムの混合薬液が用いられ、こ
の電解液の中での電気化学反応でシリコン基板1に10
0V程度の正電圧が印加される。このようにして、膜厚
50nm程度の緻密なアルミナ膜が形成されるようにな
る。
Next, as shown in FIG. 2B, an alumina thin film 6 is formed on the aluminum alloy thin film 5. Here, the film thickness of the alumina thin film 6 is set to about 50 nm. The method of forming the alumina thin film 6 is anodic oxidation of the surface of the aluminum alloy thin film 5. That is, a mixed chemical solution of 50 g / liter of ammonia borate and 30 g / liter of ammonium citrate is used as an electrolytic solution, and an electrochemical reaction in the electrolytic solution causes 10
A positive voltage of about 0V is applied. In this way, a dense alumina film having a film thickness of about 50 nm is formed.

【0026】なお、アルミナ薄膜6の形成方法として
は、これ以外に、酸素プラズマ中酸化温度400℃程度
でのアルミ合金薄膜5の表面酸化でも可能である。
As a method of forming the alumina thin film 6, other than this, surface oxidation of the aluminum alloy thin film 5 at an oxidation temperature of about 400 ° C. in oxygen plasma is also possible.

【0027】次に、図2(c)に示すように、アルミナ
薄膜6にクロムイオン7がイオン注入されクロム含有ア
ルミナ薄膜8が形成される。ここで、クロムイオンの注
入エネルギーは80keVであり、そのドーズ量は1×
1016イオン/cm2 に設定される。
Next, as shown in FIG. 2C, chromium ions 7 are ion-implanted into the alumina thin film 6 to form a chromium-containing alumina thin film 8. Here, the implantation energy of chromium ions is 80 keV, and the dose amount is 1 ×.
It is set to 10 16 ions / cm 2 .

【0028】次に、図2(d)に示すように、配線パタ
ーンを有するレジストマスク8が、KrFエキシマレー
ザ光線を感光用照射光として用いるステッパによるフォ
トリソグラフィ技術で形成される。この場合には、この
クロム含有アルミナ薄膜8の照射光吸収率は高くその反
射率は10%程度になる。そして、0.25μm線幅の
配線パターンが容易に形成される。
Next, as shown in FIG. 2D, a resist mask 8 having a wiring pattern is formed by a photolithography technique using a stepper that uses a KrF excimer laser beam as irradiation light for exposure. In this case, the chromium-containing alumina thin film 8 has a high absorptance of irradiation light and a reflectance of about 10%. Then, a wiring pattern having a line width of 0.25 μm is easily formed.

【0029】以後の工程では、レジストマスク9をエッ
チングマスクにして、クロム含有アルミナ薄膜8および
アルミ合金薄膜5が順次にドライエッチングされ、図1
で説明したようなアルミ合金配線3とアルミナ反射防止
膜4とが形成される。
In the subsequent steps, using the resist mask 9 as an etching mask, the chromium-containing alumina thin film 8 and the aluminum alloy thin film 5 are sequentially dry-etched.
The aluminum alloy wiring 3 and the alumina antireflection film 4 described above are formed.

【0030】次に、第2の実施形態を図3に基づいて説
明する。図3(a)に示すように、第1の実施形態と同
様にシリコン基板1上にMOSトランジスタ等の半導体
素子が形成される(図示されず)。次に、膜厚が500
nm程度の層間絶縁膜2がシリコン酸化膜で形成され
る。そして、この層間絶縁膜2上にアルミ合金薄膜5が
スパッタ法で堆積される。ここで、このアルミ合金薄膜
5の膜厚は1μm程度である。また、このアルミ合金薄
膜5は第1の実施形態と同様に、層間絶縁膜2の所定の
領域に設けられたコンタクト孔を通して、シリコン基板
1の表面に形成された拡散層に電気接続されているもの
とする。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, semiconductor elements such as MOS transistors are formed (not shown) on the silicon substrate 1 as in the first embodiment. Next, the film thickness is 500
The interlayer insulating film 2 having a thickness of about nm is formed of a silicon oxide film. Then, the aluminum alloy thin film 5 is deposited on the interlayer insulating film 2 by the sputtering method. Here, the film thickness of the aluminum alloy thin film 5 is about 1 μm. Further, this aluminum alloy thin film 5 is electrically connected to the diffusion layer formed on the surface of the silicon substrate 1 through the contact hole provided in the predetermined region of the interlayer insulating film 2 as in the first embodiment. I shall.

【0031】次に、図3(b)に示すように、窒素イオ
ン10がアルミ合金薄膜5の表面にイオン注入される。
ここで、イオン注入エネルギーは100keV程度に設
定され、そのドーズ量は5×1017イオン/cm2 程度
になるように調整される。
Next, as shown in FIG. 3B, nitrogen ions 10 are ion-implanted into the surface of the aluminum alloy thin film 5.
Here, the ion implantation energy is set to about 100 keV, and the dose amount is adjusted to be about 5 × 10 17 ions / cm 2 .

【0032】次に、窒素イオン注入されたアルミ合金薄
膜5の表面が陽極酸化される。この陽極酸化の条件は第
1の実施形態の場合と同様になされる。すなわち、電解
液として50グラム/リットルのアンモニアほう酸塩と
30グラム/リットルのクエン酸アンモニウムの混合薬
液が用いられ、この電解液の中での電気化学反応でシリ
コン基板1に150V程度の正電圧が印加される。この
ようにして、膜厚50nm程度の緻密なアルミナ膜が形
成される。
Next, the surface of the aluminum alloy thin film 5 implanted with nitrogen ions is anodized. The conditions for this anodic oxidation are the same as in the case of the first embodiment. That is, a mixed chemical solution of 50 g / liter of ammonia borate and 30 g / liter of ammonium citrate is used as an electrolytic solution, and a positive voltage of about 150 V is applied to the silicon substrate 1 by an electrochemical reaction in the electrolytic solution. Is applied. In this way, a dense alumina film having a film thickness of about 50 nm is formed.

【0033】なお、このように形成されるアルミナ薄膜
には、前述の窒素イオン注入で形成される窒化アルミニ
ウムが含まれる。そして、図3(c)に示すような窒化
アルミニウム含有アルミナ薄膜11が形成される。ここ
で、アルミナ薄膜中の窒化アルミニウムの構造は互いに
孤立した島状の形状になっている。
The alumina thin film thus formed contains aluminum nitride formed by the above-mentioned nitrogen ion implantation. Then, the aluminum nitride-containing alumina thin film 11 as shown in FIG. 3C is formed. Here, the structure of aluminum nitride in the alumina thin film has an island shape isolated from each other.

【0034】次に、図3(d)に示すように、配線パタ
ーンを有するレジストマスク9が、i線を感光用照射光
として用いるステッパによるフォトリソグラフィ技術で
形成される。この場合には、この窒化アルミニウム含有
アルミナ薄膜11の照射光吸収率は高くその反射率は1
0%程度になり、0.35μm線幅の配線パターンが容
易に形成される。
Next, as shown in FIG. 3D, a resist mask 9 having a wiring pattern is formed by a photolithography technique using a stepper that uses i-line as irradiation light for exposure. In this case, the aluminum nitride-containing alumina thin film 11 has a high irradiation light absorptance and a reflectance of 1 or less.
It becomes about 0%, and a wiring pattern having a line width of 0.35 μm can be easily formed.

【0035】以降、第1の実施形態で説明したのと同様
に、レジストマスク9をエッチングマスクにして、窒化
アルミニウム含有アルミナ薄膜11およびアルミ合金薄
膜5が順次にドライエッチングされ、図1で説明したよ
うなアルミ合金配線3とアルミナ反射防止膜4とが形成
されるようになる。
After that, similarly to the first embodiment, the aluminum nitride-containing alumina thin film 11 and the aluminum alloy thin film 5 were sequentially dry-etched using the resist mask 9 as an etching mask, which was described with reference to FIG. The aluminum alloy wiring 3 and the alumina antireflection film 4 are formed.

【0036】以上の実施の形態では、配線がアルミ合金
薄膜で形成される場合について説明した。ここで、アル
ミ合金薄膜の代りにアルミ金属薄膜で形成される場合で
も全く同様になることに言及しておく。また、この配線
がアルミ系以外の金属、例えば銅、タングステン等の高
融点金属でも可能であることに触れておく。但し、この
場合には、アルミナ薄膜はCVD法等でこれらの金属膜
上に堆積しなければならなくなる。
In the above embodiments, the case where the wiring is formed of an aluminum alloy thin film has been described. Here, it should be noted that the same is true when an aluminum metal thin film is used instead of the aluminum alloy thin film. It should be noted that this wiring can be made of a metal other than aluminum, for example, a refractory metal such as copper or tungsten. However, in this case, the alumina thin film must be deposited on these metal films by the CVD method or the like.

【0037】次に、本発明の実施の形態の効果について
図4に基づいて説明する。図4は、本発明に用いる種々
のアルミナ薄膜の反射率と照射光波長との関係を示して
いる。ここで、アルミナ薄膜は、その膜厚が50nmで
あり、アルミ銅合金薄膜上に形成される。
Next, the effect of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the relationship between the reflectance and the irradiation light wavelength of various alumina thin films used in the present invention. Here, the alumina thin film has a thickness of 50 nm and is formed on the aluminum-copper alloy thin film.

【0038】図4に示すように、何も含有しないアルミ
ナ薄膜に対しクロム含有アルミナ薄膜および窒化アルミ
ニウム含有アルミナ薄膜では、その反射率は全般に低減
するようになる。そして、クロム含有アルミナ薄膜の場
合には、照射光の波長が短くなるとその反射率は単調に
減少する。例えば、照射光がKrFエキシマレーザある
いはArFエキシマレーザになると、その反射率は10
%程度に低減する。これに対し、従来を技術である窒化
チタン薄膜の場合には、KrFあるいはArFエキシマ
レーサ光の領域で、その反射率は20〜40%である。
但し、窒化チタン薄膜の膜厚が50nmの場合である。
As shown in FIG. 4, the reflectance is generally reduced in the chromium-containing alumina thin film and the aluminum nitride-containing alumina thin film as compared with the alumina thin film containing nothing. In the case of a chromium-containing alumina thin film, its reflectance monotonically decreases as the wavelength of the irradiation light becomes shorter. For example, when the irradiation light is a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, the reflectance is 10
%. On the other hand, in the case of a titanium nitride thin film which is a conventional technique, the reflectance is 20 to 40% in the KrF or ArF excimer laser light region.
However, this is the case where the film thickness of the titanium nitride thin film is 50 nm.

【0039】窒化アルミニウム含有アルミナ薄膜の場合
には、照射光の波長が300〜400nmの領域で、そ
の反射率が最小になる。例えば、照射光がi線の場合に
は、その反射率は10%程度である。ここで、クロム含
有アルミナ薄膜ではその反射率は15〜20%であり、
窒化チタン薄膜ではその反射率は30%程度になるた
め、この照射光波長領域では窒化アルミニウム含有アル
ミナ薄膜が最適になることが判る。
In the case of the aluminum nitride-containing alumina thin film, the reflectance thereof becomes the minimum in the wavelength range of irradiation light of 300 to 400 nm. For example, when the irradiation light is i-line, the reflectance is about 10%. Here, the reflectance of the chromium-containing alumina thin film is 15 to 20%,
Since the reflectance of the titanium nitride thin film is about 30%, it is understood that the aluminum nitride-containing alumina thin film is optimal in this irradiation light wavelength region.

【0040】このように、本発明の反射防止に用いるア
ルミナ薄膜の反射率は、膜厚が同一の場合に、窒化チタ
ン薄膜の場合の1/2〜1/4と大幅に低減するため、
微細配線用のレジストマスクが容易に形成される。
As described above, the reflectance of the alumina thin film used for antireflection of the present invention is greatly reduced to 1/2 to 1/4 of that of the titanium nitride thin film when the film thickness is the same.
A resist mask for fine wiring can be easily formed.

【0041】本発明では、アルミナ薄膜に含有させるも
のとしてクロム以外の遷移金属あるいは炭素でも同様の
効果が生じる。なお、このように母体材料であるアルミ
ナ薄膜は固定され、含有させる元素を変えることで吸収
波長領域及び反射率を大きく変えることができ、しかも
含有させるイオン注入エネルギー、ドーズ量及びアルミ
ナ薄膜の膜厚を変化させることで微妙にその反射率を変
化させることも可能となる。そして、このような処理を
行ったアルミナ薄膜の表面は、ステッパ光源に最適にな
るように簡単に調整されるので、図2(d)及び図3
(d)に示すように、フォトレジストを塗布した後、高
精度な露光・現像を行うことが可能となり、レジストマ
スクの寸法制御が容易になる。
In the present invention, a transition metal other than chromium or carbon, which is contained in the alumina thin film, produces the same effect. In this way, the alumina thin film, which is the base material, is fixed, and the absorption wavelength region and reflectance can be greatly changed by changing the elements to be contained, and further, the ion implantation energy to be contained, the dose amount, and the film thickness of the alumina thin film. It is also possible to slightly change the reflectance by changing the. The surface of the alumina thin film that has been subjected to such a treatment is easily adjusted so as to be optimal for the stepper light source.
As shown in (d), after the photoresist is applied, highly accurate exposure and development can be performed, and the dimension control of the resist mask becomes easy.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による反
射防止膜には遷移金属あるいは窒化アルミニウムの含有
されるアルミナ薄膜が用いられる。そして、これらの元
素を含有させるためのイオン注入での注入エネルギー、
ドーズ量あるいはアルミナ薄膜の膜厚は簡単に調整され
る。
As described above, an alumina thin film containing a transition metal or aluminum nitride is used for the antireflection film according to the present invention. And the implantation energy in the ion implantation for containing these elements,
The dose amount or the film thickness of the alumina thin film can be easily adjusted.

【0043】この本発明によれば、フォトリソグラフィ
工程での照射光が短波長化しても反射防止膜の反射率は
小さくなるように簡単に調整できるため、微細な配線パ
ターンの形成が容易になる。さらに、反射防止膜の膜厚
が薄くなるように設定できるために、微細な配線の低抵
抗化が容易になる。
According to the present invention, since the reflectance of the antireflection film can be easily adjusted even if the irradiation light in the photolithography process has a shorter wavelength, the fine wiring pattern can be easily formed. . Furthermore, since the thickness of the antireflection film can be set to be thin, it is easy to reduce the resistance of fine wiring.

【0044】また、反射防止膜の材料母体はアルミナ薄
膜であるため、フォトリソグラフィ工程でのステッパの
照射光波長が変る場合でもその製造方法は一定に統一で
きるようになり、配線の製造工程が簡単になる。
Further, since the material matrix of the antireflection film is an alumina thin film, the manufacturing method can be uniformly unified even when the irradiation light wavelength of the stepper changes in the photolithography process, and the wiring manufacturing process is simple. become.

【0045】また、反射防止膜の母体材料であるアルミ
ナ薄膜は、アルミ合金薄膜のドライエッチングでのエッ
チングマスクとして使用できる。このために、レジスト
マスク膜厚の膜厚を薄くなるように形成し、このアルミ
ナ薄膜と薄いレジストマスクとをエッチングマスクにし
たアルミ合金薄膜のドライエッチングが可能になる。こ
のようにすれば、更なる微細なアルミ合金の配線形成が
可能になる。
Further, the alumina thin film which is the base material of the antireflection film can be used as an etching mask in the dry etching of the aluminum alloy thin film. Therefore, it is possible to dry-etch the aluminum alloy thin film by forming the resist mask to be thin and using the alumina thin film and the thin resist mask as etching masks. By doing so, it becomes possible to form finer aluminum alloy wiring.

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

【図1】本発明を説明するための半導体装置の断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device for explaining the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態を説明する製造工程順
の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view in the order of manufacturing steps for explaining the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施形態を説明する製造工程順
の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view in the order of manufacturing steps for explaining a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の効果を説明するための照射光の反射率
を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the reflectance of irradiation light for explaining the effect of the present invention.

【図5】従来の技術を説明するための工程順の断面図で
ある。
5A to 5D are cross-sectional views in order of processes for explaining the conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 シリコン基板 2,22 層間絶縁膜 3 アルミ合金配線 4 アルミナ反射防止膜 5 アルミ合金薄膜 6 アルミナ薄膜 7 クロムイオン 8 クロム含有アルミナ薄膜 9,25 レジストマスク 10 窒素イオン 11 窒化アルミニウム含有アルミナ薄膜 23 アルミ銅合金膜 24 窒化チタン膜 1, 21 Silicon substrate 2, 22 Interlayer insulating film 3 Aluminum alloy wiring 4 Alumina antireflection film 5 Aluminum alloy thin film 6 Alumina thin film 7 Chromium ion 8 Chromium-containing alumina thin film 9,25 Resist mask 10 Nitrogen ion 11 Aluminum nitride-containing alumina thin film 23 Aluminum copper alloy film 24 Titanium nitride film

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上の層間絶縁膜の表面に形成
される配線において、遷移金属を含有する酸化アルミニ
ウム層あるいは金属の窒化物を含有する酸化アルミニウ
ム層が前記配線の表面部分に形成されていることを特徴
とする半導体装置。
1. A wiring formed on a surface of an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, wherein an aluminum oxide layer containing a transition metal or an aluminum oxide layer containing a metal nitride is formed on a surface portion of the wiring. A semiconductor device characterized in that
【請求項2】 前記遷移金属がクロムであることを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the transition metal is chromium.
【請求項3】 前記金属の窒化物が窒化アルミニムであ
ることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal nitride is aluminum nitride.
【請求項4】 半導体基板上の層間絶縁膜の表面にアル
ミ金属の配線を形成する工程において、前記層間絶縁膜
上にアルミ金属薄膜を堆積させる工程と、前記アルミ金
属薄膜の表面を酸化し酸化アルミニウム層を形成する工
程と、前記酸化アルミニウム層を形成した後前記酸化ア
ルミニウム層に遷移金属をイオン注入する工程と、前記
遷移金属のイオン注入された酸化アルミニウム層の表面
に前記配線用のレジストパターンを形成する工程と、を
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A step of depositing an aluminum metal thin film on the interlayer insulating film in the step of forming an aluminum metal wiring on the surface of the interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and a step of oxidizing and oxidizing the surface of the aluminum metal thin film. A step of forming an aluminum layer, a step of ion-implanting a transition metal into the aluminum oxide layer after forming the aluminum oxide layer, and a resist pattern for the wiring on the surface of the aluminum oxide layer ion-implanted with the transition metal And a step of forming a semiconductor device.
【請求項5】 半導体基板上の層間絶縁膜の表面にアル
ミ金属の配線を形成する工程において、前記層間絶縁膜
上にアルミ金属薄膜を堆積させる工程と、前記アルミ金
属薄膜の表面に窒素イオンをイオン注入する工程と、前
記窒素イオンの注入されたアルミ金属薄膜の表面を化学
薬液中での陽極酸化で酸化アルミニウム層に変換する工
程と、前記酸化アルミニウム層の表面に前記配線用のレ
ジストパターンを形成する工程と、を含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法。
5. A step of depositing an aluminum metal thin film on the interlayer insulating film in the step of forming an aluminum metal wiring on the surface of the interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and nitrogen ions on the surface of the aluminum metal thin film. A step of implanting ions, a step of converting the surface of the aluminum metal thin film into which the nitrogen ions are implanted into an aluminum oxide layer by anodic oxidation in a chemical solution, and a step of forming a resist pattern for the wiring on the surface of the aluminum oxide layer. And a step of forming the semiconductor device.
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