JPH11233630A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents
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- JPH11233630A JPH11233630A JP3622098A JP3622098A JPH11233630A JP H11233630 A JPH11233630 A JP H11233630A JP 3622098 A JP3622098 A JP 3622098A JP 3622098 A JP3622098 A JP 3622098A JP H11233630 A JPH11233630 A JP H11233630A
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- wiring
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法およびこれを用いた半導体装置に関し、さらに詳しく
は、易酸化性の金属配線上に形成された有機系絶縁膜
に、接続孔を開口する工程を有する高集積度半導体装置
の製造方法およびこれを用いた半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device using the same, and more particularly, to a method of forming a connection hole in an organic insulating film formed on an easily oxidizable metal wiring. The present invention relates to a method of manufacturing a highly integrated semiconductor device having a process and a semiconductor device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】ULSI(Ultra Large Scale Integrate
d Circuits) 等の半導体装置の高集積度化が進展するに
伴い、配線および配線ピッチの微細化が必要となってい
る。また同時に、特に高速ロジック系の半導体装置をは
じめとする半導体装置の低消費電力化、動作速度の高速
化等の要求に応えるためには、低誘電率の層間絶縁膜材
料および低抵抗の配線材料の採用、ならびにこれらの製
造プロセス技術の高度化が要素技術の1つとして重要性
を増している。2. Description of the Related Art ULSI (Ultra Large Scale Integrate)
As the degree of integration of semiconductor devices such as d circuits increases, it is necessary to make wiring and wiring pitch finer. At the same time, in order to meet the demands for low power consumption and high operating speed of semiconductor devices, especially high speed logic semiconductor devices, low dielectric constant interlayer insulating film materials and low resistance wiring materials are required. , And the advancement of these manufacturing process technologies are gaining importance as one of the elemental technologies.
【0003】従来より半導体装置の層間絶縁膜等に採用
されてきた絶縁体膜材料は、SiO2 (比誘電率4)、
SiON(比誘電率4〜6)やSi3 N4 (比誘電率
6)等の無機系材料が主体であった。高集積度半導体装
置の配線間容量の低減方法として、例えば特開昭63−
7650号公報に開示されているように、これら一般的
な無機系材料よりも低誘電率の材料による層間絶縁膜の
採用が有効である。この低誘電率材料としては、フッ素
原子を含む酸化シリコン系絶縁膜(以下SiOFと記
す)等の無機系絶縁膜材料と、炭素原子を含む有機系絶
縁膜材料が代表的である。[0003] Insulator film materials conventionally used for interlayer insulating films and the like of semiconductor devices include SiO 2 (dielectric constant 4),
Inorganic materials such as SiON (relative permittivity 4-6) and Si 3 N 4 (relative permittivity 6) was mainly. As a method of reducing the capacitance between wirings of a highly integrated semiconductor device, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 7650, it is effective to use an interlayer insulating film made of a material having a lower dielectric constant than these general inorganic materials. Representative examples of the low dielectric constant material include an inorganic insulating film material such as a silicon oxide insulating film containing fluorine atoms (hereinafter, referred to as SiOF) and an organic insulating film material containing carbon atoms.
【0004】SiOFは、SiO2 を構成するSi−O
−Si結合をF原子により終端することで、その密度が
低下すること、およびSi−F結合やO−F結合の分極
率が小さいこと等により、SiO2 より低誘電率が達成
される。このSiOFはその成膜やエッチングのプロセ
スが従来のSiO2 に類似したものであるので、現用の
製造装置でも容易に採用できる。また無機系材料である
ので耐熱性にも優れる。しかしながら、SiOFの比誘
電率は3.7〜3.2程度にとどまる。[0004] SiOF is Si-O constituting SiO 2.
By terminating the F atoms to -Si bonds, that the density decreases, and the Si-F bonds and that O-F bond polarizability is small or the like, a low dielectric constant can be achieved than SiO 2. Since this SiOF is similar in film formation and etching process to conventional SiO 2 , it can be easily adopted even in a current production apparatus. Also, since it is an inorganic material, it has excellent heat resistance. However, the relative dielectric constant of SiOF is only about 3.7 to 3.2.
【0005】一方の炭素原子を含む有機系絶縁膜材料に
よる低誘電率絶縁体膜としては、有機SOG(Spin On
Glass)、ポリイミド、ポリパラキシリレン(商標名パリ
レン)、ベンゾシクロブテン、ポリナフタレン等、比誘
電率が2.5〜3.5程度の有機高分子材料が知られて
いる。これらの材料は炭素原子を含有することでその密
度が低減され、また分子(モノマ)自体の分極率を小さ
くすることで低誘電率を達成している。またシロキサン
結合、イミド結合あるいはベンゼン環やナフタレン環を
導入することにより、ある程度の耐熱性を得ている。こ
れら炭化水素系の有機系材料に、さらにフッ素原子を導
入することにより、比誘電率が1.5〜2.5程度と一
層の低誘電率化と耐熱性の向上が得られる。かかるフッ
素系樹脂の有機系材料としては、パーフルオロ基含有ポ
リイミドやフッ化ポリアリールエーテル、テフロン(商
標名)あるいはフレア(商標名)等が知られている。こ
れら有機低誘電率材料は、例えば「日経マイクロデバイ
ス」誌1995年7月号105〜112頁に紹介されて
いる。On the other hand, as a low dielectric constant insulating film made of an organic insulating film material containing carbon atoms, an organic SOG (Spin On
Organic polymer materials having a relative dielectric constant of about 2.5 to 3.5, such as glass, polyimide, polyparaxylylene (trade name: parylene), benzocyclobutene, and polynaphthalene, are known. The density of these materials is reduced by containing carbon atoms, and a low dielectric constant is achieved by reducing the polarizability of the molecule (monomer) itself. In addition, a certain degree of heat resistance is obtained by introducing a siloxane bond, an imide bond or a benzene ring or a naphthalene ring. By further introducing a fluorine atom into these hydrocarbon-based organic materials, the relative permittivity can be further reduced to about 1.5 to 2.5, and the heat resistance can be further reduced. As the organic material of such a fluororesin, perfluoro group-containing polyimide, fluorinated polyarylether, Teflon (trade name), Flare (trade name) and the like are known. These organic low dielectric constant materials are introduced, for example, in "Nikkei Microdevices" magazine, July 1995, pages 105 to 112.
【0006】一方の配線材料として、Al系金属に比較
して低抵抗のCu系金属が注目されている。Cuの比抵
抗は1.72μΩ−cmであり、Alの比抵抗2.7μ
Ω−cmの2/3程度の値である。またエレクトロマイ
グレーションやストレスマイグレーション等の各種マイ
グレーション耐性にも優れる。As one wiring material, a Cu-based metal having lower resistance than an Al-based metal has attracted attention. The specific resistance of Cu is 1.72 μΩ-cm, and the specific resistance of Al is 2.7 μΩ.
The value is about 2 of Ω-cm. It is also excellent in various migration resistances such as electromigration and stress migration.
【0007】これら層間絶縁膜材料や配線材料の製造プ
ロセス技術上の問題点として、配線幅の微細化により、
配線の断面形状の高アスペクト比化のみならず、配線間
隔の微小化により、配線間スペースも高アスペクト比化
が指摘される。この結果、Cu金属のような難エッチン
グ性かつ高アスペクト比の微細幅配線をパターニングす
るためのドライエッチング技術、および高アスペクト比
の配線間スペースをボイドの発生なく低誘電率の層間絶
縁膜で埋め込むプロセス技術に負担がかかり、工程の複
雑化とスループットの低下を招いている。As a problem in the manufacturing process technology of the interlayer insulating film material and the wiring material, the miniaturization of the wiring width has caused
It is pointed out that not only the high aspect ratio of the cross-sectional shape of the wiring but also the high aspect ratio of the space between the wirings due to the miniaturization of the wiring intervals. As a result, a dry etching technique for patterning a difficult-to-etch and high-aspect-ratio fine-width wiring such as Cu metal, and filling a space between high-aspect-ratio wirings with an interlayer insulating film having a low dielectric constant without generating voids. A burden is imposed on the process technology, leading to complication of the process and a decrease in throughput.
【0008】これらの問題点を解決する方法として、デ
ュアルダマシンプロセス (Dual Damascene Process) が
提案されている。この方法は、層間絶縁膜に形成された
接続孔と配線溝とを、Cu系金属やAl系金属のリフロ
ースパッタリングあるいはセルフフロースパッタリング
で同時に埋め込み、層間絶縁膜上にも堆積した不要な配
線材料をCMP (Chemical Mechanical Polishing)によ
り除去するとともに、平坦化表面を得る技術である。こ
の技術は、例えば「日経マイクロデバイス」誌1997
年12月号212〜217頁に紹介されている。As a method for solving these problems, a dual damascene process has been proposed. In this method, connection holes and wiring grooves formed in an interlayer insulating film are simultaneously buried by reflow sputtering or self-flow sputtering of Cu-based metal or Al-based metal, and unnecessary wiring material deposited on the interlayer insulating film is also removed. This is a technique to obtain a flattened surface while removing by CMP (Chemical Mechanical Polishing). This technology is described in, for example, "Nikkei Microdevice" magazine, 1997.
December 212, pp. 212-217.
【0009】デュアルダマシンプロセスの概要を図6を
参照して説明する。まず図6(a)に示すように、第1
層金属配線5上に層間絶縁膜13を形成し、ここに接続
孔9を開口する。同時に層間絶縁膜13には、上層配線
形成用の配線溝10を形成しておく。次に図6(b)に
示すように、全面に第2層金属配線層11aを形成す
る。第2層金属配線層11aは、接続孔9および配線溝
10を埋め込むに必要な厚さ以上の厚さに形成する。し
たがって、層間絶縁膜13上にも余分な第2層金属配線
層11aは厚く堆積する。この後、CMPにより層間絶
縁膜13上の不要な第2層金属配線層11aを除去して
平坦化する。これにより、コンタクトプラグと一体化し
た第2層金属配線11が得られる。An outline of the dual damascene process will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG.
An interlayer insulating film 13 is formed on the layer metal wiring 5, and a connection hole 9 is opened here. At the same time, a wiring groove 10 for forming an upper wiring is formed in the interlayer insulating film 13. Next, as shown in FIG. 6B, a second-layer metal wiring layer 11a is formed on the entire surface. The second metal wiring layer 11a is formed to have a thickness equal to or greater than the thickness required to fill the connection holes 9 and the wiring grooves 10. Therefore, the extra second metal wiring layer 11a is also thickly deposited on the interlayer insulating film 13. After that, the unnecessary second metal wiring layer 11a on the interlayer insulating film 13 is removed by CMP and flattened. Thereby, the second-layer metal wiring 11 integrated with the contact plug is obtained.
【0010】デュアルダマシンプロセスによれば、難エ
ッチング性のCu金属のエッチング技術は不要である。
また層間絶縁膜は平坦面に形成すればよいので、高アス
ペクト比の配線間スペースへの埋め込み技術は不要とな
り、低誘電率特性に専ら専念すればよい。したがって、
工程数の大幅な低減が可能であり、配線のアスペクト比
が大きくなる程、また配線の層数が増える程、トータル
コストの低減に寄与する。According to the dual damascene process, an etching technique for a Cu metal which is difficult to etch is unnecessary.
In addition, since the interlayer insulating film may be formed on a flat surface, a technique for embedding in an inter-wiring space having a high aspect ratio is not required, and only the low dielectric constant characteristic may be dedicated. Therefore,
The number of steps can be significantly reduced, and the larger the wiring aspect ratio and the number of wiring layers, the more the total cost can be reduced.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】このデュアルダマシン
プロセスをはじめ、Cu等の易酸化性の配線上に形成さ
れた有機系絶縁膜に、この配線に臨む接続孔を開口し、
ここにコンタクトプラグないし上層配線を形成した際
に、コンタクト抵抗が異常に上昇する場合が見られる。In addition to the dual damascene process, a connection hole facing the wiring is opened in an organic insulating film formed on an easily oxidizable wiring such as Cu.
Here, when a contact plug or an upper layer wiring is formed, a case where the contact resistance abnormally increases is seen.
【0012】比誘電率が3.5を下回る低誘電率絶縁膜
の多くは、炭素原子を含む有機系絶縁膜が用いられる。
したがって、この有機系絶縁膜に接続孔を開口する工程
においては、酸素を含むガスによるドライエッチングが
採用される。この反応機構は、酸素活性種による有機系
絶縁膜の酸化反応である。したがって、この接続孔開口
の最終段階においては、接続孔底部に露出した下層金属
配線の表面は酸素活性種の照射を受ける。銅は易酸化性
の金属であり、またAl系金属とは異なり、表面に形成
された酸化膜が耐酸化性膜として機能して、引き続く酸
化反応の進行を阻止する働きは弱く、配線内部に迄酸化
が進行する虞れがある。すなわち、後工程で表面の酸化
膜を除去しても、配線内部に侵入した酸素原子による高
抵抗層が残存するために、コンタクト抵抗が上昇すると
考えられる。Most of the low dielectric constant insulating films having a relative dielectric constant of less than 3.5 use an organic insulating film containing carbon atoms.
Therefore, in the step of opening the connection hole in the organic insulating film, dry etching using a gas containing oxygen is employed. This reaction mechanism is an oxidation reaction of the organic insulating film by the oxygen active species. Therefore, in the final stage of the opening of the connection hole, the surface of the lower metal wiring exposed at the bottom of the connection hole is irradiated with oxygen active species. Copper is an easily oxidizable metal, and unlike Al-based metals, the oxide film formed on the surface functions as an oxidation-resistant film, and has a weak function of preventing the progress of the subsequent oxidation reaction. Oxidation may progress to this point. That is, it is considered that even if the oxide film on the surface is removed in a later step, the high resistance layer due to the oxygen atoms penetrating inside the wiring remains, so that the contact resistance increases.
【0013】本発明はこのような問題点に鑑み提案する
ものであり、Cu等の易酸化性の金属配線上に形成され
た有機系絶縁膜に、この金属配線に臨む接続孔を開口す
る際に、下層金属配線の酸化を防止し、この後の工程に
おいて低抵抗のコンタクトプラグ、ないしはデュアルダ
マシンプロセスによる上層配線を形成しうる、信頼性の
高い高集積度半導体装置の製造方法、およびこの方法に
より製造された半導体装置を提供することを課題とす
る。The present invention has been made in view of the above-described problems, and has been proposed in the art. When an opening is formed in an organic insulating film formed on an easily oxidizable metal wiring such as Cu, the connection hole facing the metal wiring is opened. And a method of manufacturing a highly reliable highly integrated semiconductor device capable of preventing oxidation of a lower metal wiring and forming a low-resistance contact plug or an upper wiring by a dual damascene process in a subsequent step, and this method. It is an object to provide a semiconductor device manufactured by the method described above.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上述した課題を達成する
ため、本発明の半導体装置の製造方法は、金属配線上に
形成された有機系絶縁膜に、この金属配線に臨む接続孔
を開口する工程を有する半導体装置の製造方法であっ
て、金属配線上に接して無機系絶縁膜を形成する工程、
この無機系絶縁膜上に有機系絶縁膜を形成する工程、こ
の有機系絶縁膜をパターニングして、接続孔の深さ方向
の一部を開口する工程、無機系絶縁膜をパターニングし
て、さきの接続孔の深さ方向の残部を開口する工程、以
上の工程を有することを特徴とする。本発明における接
続孔は、単なるビアホール (Viahole)の他に、溝配線が
一体となったデュアルダマシンプロセス等によるビアホ
ールも含まれる。In order to achieve the above-mentioned object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of: opening a connection hole facing a metal wiring in an organic insulating film formed on the metal wiring; A method for manufacturing a semiconductor device having a step, wherein an inorganic insulating film is formed in contact with a metal wiring,
A step of forming an organic insulating film on the inorganic insulating film, a step of patterning the organic insulating film to open a part in a depth direction of the connection hole, and a step of patterning the inorganic insulating film. And a step of opening the remaining portion of the connection hole in the depth direction. The connection hole in the present invention includes not only a mere via hole (Viahole) but also a via hole formed by a dual damascene process or the like in which groove wiring is integrated.
【0015】本発明の半導体装置は、かかる製造方法に
より製造された半導体装置であることを特徴とする。The semiconductor device of the present invention is characterized in that it is a semiconductor device manufactured by such a manufacturing method.
【0016】無機系絶縁膜としては、酸化シリコン、酸
窒化シリコン、窒化シリコン、あるいはこれらにフッ素
を含有したもの、PSG、BSG、BPSG等の不純物
を含む酸化シリコン、SOG等が例示される。シリカゲ
ル(Xerogel)のような微細気泡を有する酸化シ
リコンでもよい。また通常の化学等量組成よりSi原子
を多く含む酸化シリコン等でもよい。ダイアモンドライ
クカーボンやフッ化ダイアモンドライクカーボン等、高
熱伝導率の無機系絶縁膜の採用も有効である。またこれ
らの絶縁膜を単層で用いても複層で用いてもよい。この
無機系絶縁膜の厚さは、前記有機系絶縁膜の厚さより小
さいことを特徴とする。Examples of the inorganic insulating film include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, or those containing fluorine, silicon oxide containing impurities such as PSG, BSG, and BPSG, and SOG. Silicon oxide having fine bubbles such as silica gel (Xerogel) may be used. Alternatively, silicon oxide or the like containing more Si atoms than a normal chemical equivalent composition may be used. It is also effective to use an inorganic insulating film having high thermal conductivity, such as diamond-like carbon or fluorinated diamond-like carbon. Further, these insulating films may be used in a single layer or a multilayer. The thickness of the inorganic insulating film is smaller than the thickness of the organic insulating film.
【0017】さらに、この無機系絶縁膜を形成する工程
は、スピンコート法、あるいは還元性雰囲気下でのプラ
ズマCVD法によることが望ましい。還元性雰囲気は、
例えば弱酸化性のN2 OガスやNOガス等NOx 系ガス
と、還元性の強いSiH4 ガスやSi2 H6 ガス等との
混合ガスをプラズマ励起することにより得られる。弱酸
化性の酸化剤としては、他にCO、CO2 等のCOx 系
ガス、あるいはN2 とO2 との混合ガス等が例示され
る。Further, the step of forming the inorganic insulating film is preferably performed by a spin coating method or a plasma CVD method in a reducing atmosphere. The reducing atmosphere is
For example, it can be obtained by plasma-exciting a mixed gas of a weakly oxidizing NO x -based gas such as N 2 O gas or NO gas and a highly reducing SiH 4 gas or Si 2 H 6 gas. The weak oxidizing oxidizing agent, other CO, CO x based gas such CO 2 or N 2 and mixed gas of O 2, is illustrated.
【0018】また、この無機系絶縁膜のパターニング
は、フッ素系ガスを含むエッチングガスによるドライエ
ッチングによることが望ましい。Preferably, the inorganic insulating film is patterned by dry etching using an etching gas containing a fluorine-based gas.
【0019】つぎに本発明で用いられる有機系絶縁膜
は、先に示した無機系絶縁膜より低誘電率のものであれ
ば特に限定はない。有機SOG(比誘電率3〜3.
5)、ポリイミド(比誘電率3〜3.5)、ポリパラキ
シリレン、ベンゾシクロブテン(比誘電率約2.6)、
ポリナフタレン等の炭化水素系樹脂、あるいはパーフル
オロ基を導入したポリイミド(比誘電率約2.7)、フ
ッ素添加ポリパラキシリレン(比誘電率約2.4)、フ
ッ化ポリアリールエーテル(比誘電率2.6)、テフロ
ン(商標名、比誘電率1.9〜2.1)、サイトップ
(商品名、比誘電率2.1)およびサイトップに有機S
OGがランダム共重合したもの、あるいはフレア(商標
名)等はいずれも採用できる。またこれらの絶縁膜を単
層で用いても複層で用いてもよい。またその製造方法も
CVD、PVDあるいは塗布形成法等の別を問わない。Next, the organic insulating film used in the present invention is not particularly limited as long as it has a lower dielectric constant than the above-mentioned inorganic insulating film. Organic SOG (relative permittivity 3 to 3.
5), polyimide (dielectric constant 3 to 3.5), polyparaxylylene, benzocyclobutene (dielectric constant about 2.6),
Hydrocarbon resins such as polynaphthalene, or polyimides having a perfluoro group introduced (relative permittivity of about 2.7), fluorinated polyparaxylylene (relative permittivity of about 2.4), and fluorinated polyarylether (relative permittivity of about 2.4) Permittivity 2.6), Teflon (trade name, relative permittivity 1.9 to 2.1), Cytop (trade name, relative permittivity 2.1), and organic S
Any of OG randomly copolymerized or Flare (trade name) can be used. Further, these insulating films may be used in a single layer or a multilayer. Also, the manufacturing method is not limited to CVD, PVD, a coating method, or the like.
【0020】本発明における金属配線は、銅系金属配線
等の易酸化性金属配線に対し、好ましく適用することが
できる。銅系金属配線としては、純銅、およびこの合
金、ならびにこれらの材料と他の配線材料との積層配線
を含む。The metal wiring of the present invention can be preferably applied to easily oxidizable metal wiring such as copper-based metal wiring. The copper-based metal wiring includes pure copper, its alloy, and a stacked wiring of these materials and other wiring materials.
【0021】つぎに作用の説明に移る。易酸化性のCu
系金属配線等の上に接して有機系絶縁膜を形成し、この
金属配線に臨む接続孔を開口する場合には、ドライエッ
チングの最終段階で、接続孔底部に露出した金属配線表
面は酸素活性種に曝され、酸化される。オーバーエッチ
ング時間が長くなれば、それだけ金属配線の酸化は進行
する。したがって、本発明においては、接続孔開口のド
ライエッチングの最終工程においては、酸素活性種を排
除した。このためには、酸素活性種を用いないドライエ
ッチングが可能な、酸化シリコンをはじめとする無機系
絶縁膜を金属配線に接して形成した。無機系絶縁膜の厚
さを有機系絶縁膜より薄く形成すれば、積層された層間
絶縁膜全体としての比誘電率の上昇は回避される。Next, the operation will be described. Easily oxidizable Cu
In the case where an organic insulating film is formed in contact with a metal wiring or the like and a connection hole facing the metal wiring is opened, the surface of the metal wiring exposed at the bottom of the connection hole in the final stage of dry etching is oxygen-activated. Exposure to seeds and oxidation. The longer the over-etching time, the more oxidation of the metal wiring proceeds. Therefore, in the present invention, in the final step of the dry etching of the connection hole opening, oxygen active species were excluded. For this purpose, an inorganic insulating film such as silicon oxide, which can be dry-etched without using oxygen active species, is formed in contact with the metal wiring. If the thickness of the inorganic insulating film is smaller than that of the organic insulating film, an increase in the relative dielectric constant of the laminated interlayer insulating film as a whole can be avoided.
【0022】Cu系金属配線等の上に接して無機系絶縁
膜を形成する工程で、金属配線を酸化させない配慮が必
要である。例えば低温成膜が可能なプラズマCVDにお
いても、過剰な酸素ラジカルの発生は避けなければなら
ない。したがって、本発明においては、無機系絶縁膜を
形成する際の酸化剤ガスとして弱酸化性の亜酸化窒素等
を採用し、また還元性の強いシランガスを用いたプラズ
マCVD法を採用することにより、プラズマCVDにお
ける雰囲気を弱還元性に維持して金属配線の酸化を防止
する。また、スピンコートをはじめとする塗布形成法
も、室温程度の低温成膜が可能であり、金属配線の酸化
を防止することができる。In the step of forming an inorganic insulating film in contact with a Cu-based metal wiring or the like, care must be taken not to oxidize the metal wiring. For example, even in plasma CVD capable of forming a film at a low temperature, generation of excessive oxygen radicals must be avoided. Therefore, in the present invention, a weakly oxidizing nitrous oxide or the like is used as an oxidizing gas when the inorganic insulating film is formed, and a plasma CVD method using a highly reducing silane gas is used. The atmosphere in plasma CVD is maintained at a weak reducing property to prevent oxidation of metal wiring. Also, a coating method such as spin coating can form a film at a low temperature of about room temperature and can prevent oxidation of the metal wiring.
【0023】このように、易酸化性の金属配線の酸化を
極力排除することにより、低抵抗のコンタクトプラグ、
ないしはデュアルダマシンプロセスによる上層配線との
接続構造を形成しうる半導体装置の製造方法、およびこ
れを用いた高動作速度、低消費電力の高集積度半導体装
置を提供することができる。As described above, by minimizing the oxidation of the easily oxidizable metal wiring, a low-resistance contact plug,
In addition, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a connection structure with an upper layer wiring by a dual damascene process, and a high-integration semiconductor device with high operation speed and low power consumption using the same.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置の製造
方法の実施の形態例につき、図面を参照しながら説明す
る。まず本発明の半導体装置の製造方法を含んで製造さ
れた半導体装置を、図1に示す要部概略断面図を参照し
て説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a semiconductor device manufactured by including the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to a schematic cross-sectional view of a main part shown in FIG.
【0025】不図示のMOSトランジスタやBipol
arトランジスタ等が作りこまれたSi等の半導体基板
1上に、下層層間絶縁膜2および下層コンタクトプラグ
3が形成されている。さらにこれらの表面上に第1層層
間絶縁膜4および第1層金属配線5が形成されている。
この第1層金属配線5は、易酸化性のCu系金属により
構成されている。A MOS transistor (not shown) or Bipol
A lower interlayer insulating film 2 and a lower contact plug 3 are formed on a semiconductor substrate 1 of Si or the like in which an ar transistor or the like is formed. Further, a first-layer interlayer insulating film 4 and a first-layer metal wiring 5 are formed on these surfaces.
The first layer metal wiring 5 is made of an easily oxidizable Cu-based metal.
【0026】この第1層金属配線5および第1層層間絶
縁膜4上に、低誘電率の有機系絶縁膜が形成されている
が、図示の例では、下層有機系絶縁膜7および上層有機
系絶縁膜8の2層から構成されている。さらに、第1層
金属配線5および第1層層間絶縁膜4上に接して、無機
系絶縁膜6が形成されている。An organic insulating film having a low dielectric constant is formed on the first-layer metal wiring 5 and the first-layer interlayer insulating film 4, but in the illustrated example, the lower organic insulating film 7 and the upper organic insulating film 7 are formed. It is composed of two layers of the system insulating film 8. Further, an inorganic insulating film 6 is formed in contact with the first-layer metal wiring 5 and the first-layer interlayer insulating film 4.
【0027】さて、この無機系絶縁膜6、下層有機系絶
縁膜7および上層有機系絶縁膜8には、デュアルダマシ
ンプロセスが適用され、接続孔9が開口されているとと
もに、配線溝10も形成されている。またこれら接続孔
9および配線溝10内には、第2層金属配線11が埋め
込まれ、これら上層有機系絶縁膜8および第2層金属配
線11の表面は平坦化されている。A dual damascene process is applied to the inorganic insulating film 6, the lower organic insulating film 7, and the upper organic insulating film 8 so that the connection hole 9 is opened and the wiring groove 10 is formed. Have been. In the connection holes 9 and the wiring grooves 10, a second-layer metal wiring 11 is buried, and the surfaces of the upper organic insulating film 8 and the second-layer metal wiring 11 are flattened.
【0028】[0028]
【実施例】以下、図1に例示された本発明の半導体装置
の製造方法につき、図2〜図6を参照して詳細な説明を
加える。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention illustrated in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIGS.
【0029】〔実施例1〕まず、図2(a)に示すよう
に、MOSトランジスタ等の素子が作りこまれたシリコ
ン等の半導体基板1上に、下層層間絶縁膜2を形成し、
この下層層間絶縁膜2に接続孔を開口して下層コンタク
トプラグ3を埋め込む。つぎに下層層間絶縁膜2および
下層コンタクトプラグ3上に第1層層間絶縁膜4および
第1層金属配線5を形成する。第1層金属配線5はCu
系金属、例えば純Cuからなり、スパッタリング法、C
VD法あるいは電解めっき法等により形成する。第1層
層間絶縁膜4および第1層金属配線5の表面は平坦化さ
れている。ここまでの工程は常法により形成することが
できる。Embodiment 1 First, as shown in FIG. 2A, a lower interlayer insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 made of silicon or the like on which elements such as MOS transistors are formed.
A connection hole is opened in the lower interlayer insulating film 2 and a lower contact plug 3 is buried. Next, a first-layer interlayer insulating film 4 and a first-layer metal wiring 5 are formed on the lower-layer interlayer insulating film 2 and the lower-layer contact plug 3. The first layer metal wiring 5 is made of Cu
System metal, for example, pure Cu, sputtering method, C
It is formed by a VD method or an electrolytic plating method. The surfaces of the first-layer interlayer insulating film 4 and the first-layer metal wiring 5 are flattened. The steps so far can be formed by a conventional method.
【0030】つぎに、第1層層間絶縁膜4および第1層
金属配線5上に無機系絶縁膜6を形成する。無機系絶縁
膜6厚さは、後工程における酸素活性種、すなわち酸素
ラジカルや酸素イオンの照射から第1層金属配線5を保
護する機能を果たせばよいので、例えば50nmでよ
い。Next, an inorganic insulating film 6 is formed on the first-layer interlayer insulating film 4 and the first-layer metal wiring 5. The thickness of the inorganic insulating film 6 may be, for example, 50 nm because the inorganic insulating film 6 may have a function of protecting the first-layer metal wiring 5 from being irradiated with oxygen active species, that is, oxygen radicals or oxygen ions in a later step.
【0031】無機系絶縁膜6として、酸化シリコンを用
いる場合には、シラノールあるいはシラノールを含むポ
リマを主成分とする市販の無機SOGをスピンコート
し、150〜200℃で1分程度ベーキングした後、さ
らに350〜400℃で30〜60分のキュアリングを
施して形成する。酸化シリコンは、還元性雰囲気を採用
したプラズマCVD法で形成してもよい。この場合に
は、酸化剤としてN2 Oを用い、シリコンソースとして
モノシラン、ジシランあるいはトリシランを採用する。
プラズマCVD条件は、平行平板型プラズマCVD装置
を用いる場合には基板温度300〜400℃、プラズマ
パワー350W、圧力1kPa程度の条件でよい。この
場合も、無機系絶縁膜6として50nm程度形成する。When silicon oxide is used as the inorganic insulating film 6, a commercially available inorganic SOG containing silanol or a polymer containing silanol as a main component is spin-coated and baked at 150 to 200 ° C. for about 1 minute. Further, curing is performed at 350 to 400 ° C. for 30 to 60 minutes. Silicon oxide may be formed by a plasma CVD method using a reducing atmosphere. In this case, N 2 O is used as an oxidizing agent, and monosilane, disilane or trisilane is used as a silicon source.
When a parallel plate type plasma CVD apparatus is used, the plasma CVD conditions may be a substrate temperature of 300 to 400 ° C., a plasma power of 350 W, and a pressure of about 1 kPa. Also in this case, the inorganic insulating film 6 is formed to have a thickness of about 50 nm.
【0032】また無機系絶縁膜6として酸化窒化シリコ
ンを用いる場合には、アミノ基を有する市販の無機SO
Gをスピンコートし、やはり150〜200℃で1分程
度ベーキングした後、さらに350〜400℃で30〜
60分のキュアリングを施して形成する。酸化窒化シリ
コンは、モノシラン、ジシランあるいはトリシラン等の
シリコンソースガスと、窒化剤ガスとしてアンモニアあ
るいはヒドラジンと、さらに酸化剤ガスとしてN2 Oを
用い、さらにキャリアガスとしてAr、HeあるいはN
2を用いたプラズマCVD法によって形成してもよい。
この場合も基板温度300〜400℃、プラズマパワー
350W、圧力1kPa程度のプラズマCVD条件を用
いる。When silicon oxynitride is used as the inorganic insulating film 6, a commercially available inorganic SO having an amino group is used.
G is spin-coated, baked again at 150-200 ° C. for about 1 minute, and then at 350-400 ° C. for 30-
It is formed by performing curing for 60 minutes. Silicon oxynitride is obtained by using a silicon source gas such as monosilane, disilane or trisilane, ammonia or hydrazine as a nitriding gas, N 2 O as an oxidizing gas, and Ar, He or N 2 as a carrier gas.
2 may be formed by a plasma CVD method.
Also in this case, plasma CVD conditions of a substrate temperature of 300 to 400 ° C., a plasma power of 350 W, and a pressure of about 1 kPa are used.
【0033】窒化シリコンを無機系絶縁膜6として用い
る場合にも、同様にアミノ基を有する市販の無機SOG
をスピンコートして形成される。プラズマCVD法を採
用する場合には、モノシラン、ジシランあるいはトリシ
ラン等のシリコンソースガスと、窒化剤ガスとしてアン
モニアあるいはヒドラジンを用いる。キャリアガスとし
てはAr、HeあるいはN2 を用い、この場合も基板温
度300〜400℃、プラズマパワー350W、圧力1
kPa程度のプラズマCVD条件を用いる。無機系絶縁
膜6の厚さは、いずれも10〜100nm程度の範囲で
よい。10nm未満では耐酸化性が充分でなく、100
nmを超えると層間絶縁膜全体としての低誘電率化が図
れない。Similarly, when silicon nitride is used as the inorganic insulating film 6, a commercially available inorganic SOG having an amino group is used.
Is formed by spin coating. When the plasma CVD method is adopted, a silicon source gas such as monosilane, disilane or trisilane and ammonia or hydrazine are used as a nitriding gas. As a carrier gas, Ar, He or N 2 is used. In this case, the substrate temperature is 300 to 400 ° C., the plasma power is 350 W, the pressure is 1
A plasma CVD condition of about kPa is used. The thickness of each of the inorganic insulating films 6 may be in the range of about 10 to 100 nm. If it is less than 10 nm, the oxidation resistance is not sufficient, and
If it exceeds nm, the dielectric constant of the entire interlayer insulating film cannot be reduced.
【0034】つぎに下層有機系絶縁膜7を、一例として
800nmの厚さに形成する。下層有機系絶縁膜7の材
料として、〔化1〕に示されるフッ素樹脂(商品名:ア
モルファステフロン:テフロンAF)を採用し、これを
スピンコーティング法で成膜した。なおフッ素樹脂とし
ては〔化1〕に示される以外の構造式のものを用いても
よい。Next, a lower organic insulating film 7 is formed to a thickness of 800 nm as an example. As a material for the lower organic insulating film 7, a fluororesin (trade name: amorphous Teflon: Teflon AF) shown in Chemical Formula 1 was adopted and formed by spin coating. As the fluororesin, those having a structural formula other than that shown in Chemical Formula 1 may be used.
【0035】[0035]
【化1】 Embedded image
【0036】下層有機系絶縁膜7の形成には、まず無機
系絶縁膜1表面にプラズマを照射してその表面エネルギ
を高める。プラズマ処理装置は、通常の平行平板型プラ
ズマ処理装置を用いた。 プラズマ処理条件 N2 O 50 sccm 圧力 10 Pa RFパワー 300 W 時間 2 分In forming the lower organic insulating film 7, first, the surface energy of the inorganic insulating film 1 is increased by irradiating the surface of the inorganic insulating film 1 with plasma. As the plasma processing apparatus, an ordinary parallel plate type plasma processing apparatus was used. Plasma processing conditions N 2 O 50 sccm pressure 10 Pa RF power 300 W time 2 minutes
【0037】続けて、カプリング剤としてCF3 (CF
2 )n CH2 SiCl3 、あるいはCF3 (CF2 )n
CH2 Si(OCH3 )3 、もしくはCF3 (CF2 )
n CH2 Si(OH)3 等を溶剤に希釈した溶液をスピ
ンコートした(ただしnは2以上の自然数)。塗布厚は
単分子層に相当する膜厚程度でよい。これらプラズマ処
理およびカプリング剤処理は、下層有機系絶縁膜7の密
着性の問題がなければ省略してもよい。Subsequently, CF 3 (CF 3 ) was used as a coupling agent.
2 ) n CH 2 SiCl 3 or CF 3 (CF 2 ) n
CH 2 Si (OCH 3 ) 3 or CF 3 (CF 2 )
A solution obtained by diluting n CH 2 Si (OH) 3 or the like in a solvent was spin-coated (where n is a natural number of 2 or more). The coating thickness may be about the thickness of a monomolecular layer. These plasma treatment and coupling agent treatment may be omitted if there is no problem in the adhesion of the lower organic insulating film 7.
【0038】つぎに〔化1〕で示されるフッ素樹脂をフ
ロロカーボン系の溶媒に溶解し、カプリング剤処理した
無機系絶縁膜6上にスピンコーティング法により塗布
し、乾燥、キュアリングの工程を経て下層有機系絶縁膜
7を800nmの厚さに成膜した。 スピンコーティング条件 粘度 30 cp 回転数 3000 rpm 乾燥条件 温度 100 ℃ 雰囲気 窒素 圧力 大気圧 時間 2 分 キュアリング条件 温度 250 ℃ 雰囲気 窒素 圧力 大気圧 時間 5 分 乾燥およびキュアリングの雰囲気はAr等の不活性ガス
を用いてもよい。Next, the fluororesin represented by the formula (1) is dissolved in a fluorocarbon-based solvent, applied to the inorganic insulating film 6 treated with a coupling agent by a spin coating method, dried, and cured to form a lower layer. The organic insulating film 7 was formed to a thickness of 800 nm. Spin coating condition Viscosity 30 cp Rotation speed 3000 rpm Drying condition Temperature 100 ° C. Atmosphere Nitrogen pressure Atmospheric pressure Time 2 minutes Curing condition Temperature 250 ° C. Atmosphere Nitrogen pressure Atmospheric pressure Time 5 minutes Atmosphere for drying and curing is an inert gas such as Ar. May be used.
【0039】続けて、上層有機系絶縁膜8を500nm
の厚さに形成する。上層有機系絶縁膜8の材料として
は、先に形成した下層有機系絶縁膜7とは異なる構造式
を持つ材料がこのましい。これは、後工程で配線溝をパ
ターニングする際に、上層有機系絶縁膜8の材料と下層
有機系絶縁膜7材料とが異なっていれば、エッチングス
トッパとしての機能を下層有機系絶縁膜7に期待できる
からである。本実施例では、〔化2〕に示されるフッ化
ポリアリールエーテル(商品名:Flare)を用いた。フレ
アの成膜方法もテフロンAFと同様でよい。ただし〔化
2〕と同じあるいは類似した構造を有する有機系絶縁膜
材料であれば、フレア以外の樹脂を採用してよい。無機
系絶縁膜6、下層有機系絶縁膜7および上層有機系絶縁
膜8を形成した試料の状態を図2(b)に示す。Subsequently, the upper organic insulating film 8 is formed to a thickness of 500 nm.
Formed to a thickness of As the material of the upper organic insulating film 8, a material having a structural formula different from that of the lower organic insulating film 7 formed earlier is preferable. This is because if the material of the upper organic insulating film 8 is different from the material of the lower organic insulating film 7 when the wiring groove is patterned in a later step, the function as an etching stopper is provided to the lower organic insulating film 7. Because it can be expected. In this example, a fluorinated polyaryl ether (trade name: Flare) shown in Chemical Formula 2 was used. The method of forming the flare may be the same as that of Teflon AF. However, a resin other than the flare may be used as long as the material is an organic insulating film material having the same or similar structure as in Chemical Formula 2. FIG. 2B shows a state of the sample on which the inorganic insulating film 6, the lower organic insulating film 7, and the upper organic insulating film 8 are formed.
【0040】[0040]
【化2】 Embedded image
【0041】この後、図3(c)に示すように、接続孔
の開口パターンを有する酸化シリコン等の無機マスク1
2を形成する。無機マスク材料としては、無機SOGあ
るいはプラズマCVDによる酸化シリコン等を用い、そ
の厚さは50nm程度でよい。無機マスク12のパター
ニングは、フォトレジストマスクをエッチングマスクと
して、例えばマグネトロンRIE方式のプラズマエッチ
ングを用いることができる。Thereafter, as shown in FIG. 3C, an inorganic mask 1 made of silicon oxide or the like having an opening pattern of a connection hole is formed.
Form 2 As the inorganic mask material, inorganic SOG, silicon oxide by plasma CVD, or the like is used, and its thickness may be about 50 nm. The inorganic mask 12 can be patterned using, for example, a magnetron RIE type plasma etching using a photoresist mask as an etching mask.
【0042】つぎに無機マスク12をエッチングマスク
として、上層有機系絶縁膜8および下層有機系絶縁膜7
をエッチングし、接続孔の深さ方向の一部9aを開口す
る。この開口工程では、図3(d)に示すように下層有
機系絶縁膜7を完全にエッチオフする前で停止すること
が望ましい。 有機系絶縁膜のエッチング条件 O2 50 sccm He 200 sccm 圧力 1 Pa RFパワー 500 W 被エッチング基板温度 −10 ℃Next, using the inorganic mask 12 as an etching mask, the upper organic insulating film 8 and the lower organic insulating film 7 are used.
Is etched to open a portion 9a in the depth direction of the connection hole. In this opening step, as shown in FIG. 3D, it is desirable to stop before the lower organic insulating film 7 is completely etched off. Organic insulating film etching conditions O 2 50 sccm He 200 sccm pressure 1 Pa RF power 500 W substrate temperature -10 ° C.
【0043】この後、図4(e)に示すように、後工程
で形成する配線溝に相当する部分の無機マスク12をさ
らにパターニングする。この工程は、接続孔の開口パタ
ーンを有する無機マスク12を一旦剥離して、新たに無
機マスク層を形成し、ここに配線溝および接続孔の開口
パターンをエッチングしてもよい。Thereafter, as shown in FIG. 4E, the portion of the inorganic mask 12 corresponding to the wiring groove formed in a later step is further patterned. In this step, the inorganic mask 12 having the opening pattern of the connection hole may be once peeled off, a new inorganic mask layer may be formed, and the opening pattern of the wiring groove and the connection hole may be etched.
【0044】新たにパターニングした無機マスク12を
エッチングマスクとして、図4(f)に示すように上層
有機系絶縁膜8をエッチングして配線溝10を形成す
る。エッチング条件は、先に示した有機系絶縁膜のエッ
チング条件に準じてよい。このエッチング工程により、
接続孔の深さ方向の一部9a底部に残存している薄い下
層有機系絶縁膜7もエッチング除去され、接続孔の深さ
方向の一部9a底部に無機系絶縁膜6の表面が露出す
る。Using the newly patterned inorganic mask 12 as an etching mask, the upper organic insulating film 8 is etched to form the wiring groove 10 as shown in FIG. The etching conditions may be in accordance with the above-described etching conditions for the organic insulating film. By this etching process,
The thin lower organic insulating film 7 remaining at the bottom of the portion 9a in the depth direction of the connection hole is also etched away, and the surface of the inorganic insulating film 6 is exposed at the bottom of the portion 9a of the connection hole in the depth direction. .
【0045】続けてエッチング条件を切り換え、接続孔
の深さ方向の一部9a底部に露出する無機系絶縁膜6を
エッチングする。無機系絶縁膜6が酸化シリコンの場合
には、平行平板型プラズマエッチング装置により、下記
エッチング条件を採用することができる。 無機系絶縁膜のエッチング条件 C2 F6 14 sccm CO 180 sccm Ar 240 sccm 圧力 1 Pa RFパワー 1500 W このエッチング工程により、図5(g)に示すように接
続孔の深さ方向の残部が開口されて接続孔9が完成する
とともに、無機マスク12も除去される。Subsequently, the etching conditions are switched, and the inorganic insulating film 6 exposed at the bottom of the portion 9a in the depth direction of the connection hole is etched. When the inorganic insulating film 6 is made of silicon oxide, the following etching conditions can be adopted by a parallel plate type plasma etching apparatus. Etching conditions for inorganic insulating film C 2 F 6 14 sccm CO 180 sccm Ar 240 sccm Pressure 1 Pa RF power 1500 W By this etching process, the remaining portion in the depth direction of the connection hole is opened as shown in FIG. Thus, the connection holes 9 are completed, and the inorganic mask 12 is also removed.
【0046】この後、図5(h)に示すように第2層金
属配線層11aを形成し、接続孔9および配線溝10内
を埋め込む。第2層金属配線層11aの材料はCu系金
属、本実施例では純Cuを採用し、ステップカバレッジ
に優れる遠距離スパッタリング法により1500nmの
厚さに形成した。第2層金属配線層11aは、CVD法
や電解めっき法等により形成することもできる。電解め
っき法を採用する際には、予めCu等の通電膜を薄く形
成しておき、これを電極として電解めっきする。またC
VD法による際には、原料ガスとして例えば銅の有機金
属化合物、一例としてCu(hfac)(tmvs)を用いたプラズ
マCVD法が好適である。Cu(hfac)(tmvs)は、〔化
3〕に示すようにCu原子にhfac(Hexafluoroacetylace
tonate) とtmvs(Trimetylvinylsilane) が結合した化合
物である。Thereafter, as shown in FIG. 5H, a second metal wiring layer 11a is formed, and the connection holes 9 and the wiring grooves 10 are buried. The material of the second metal wiring layer 11a was a Cu-based metal, pure Cu in this embodiment, and was formed to a thickness of 1500 nm by a long-distance sputtering method having excellent step coverage. The second metal wiring layer 11a can also be formed by a CVD method, an electrolytic plating method, or the like. When employing the electrolytic plating method, a thin conductive film of Cu or the like is formed in advance, and this is used as an electrode for electrolytic plating. Also C
When the VD method is used, a plasma CVD method using, for example, an organometallic compound of copper, for example, Cu (hfac) (tmvs) as a source gas is preferable. Cu (hfac) (tmvs) has hfac (Hexafluoroacetylacetate)
tonate) and tmvs (Trimetylvinylsilane).
【0047】[0047]
【化3】 Embedded image
【0048】つづけて、上層有機系絶縁膜8上に形成さ
れた不要の第2層金属配線層11aを周知のCMP法に
より除去して、接続孔9および配線溝10内に第2層金
属配線11を平坦に埋め込む。上層有機系絶縁膜8上の
不要の第2層金属配線層11aは、周知のエッチバック
法等により除去してもよい。CMP完了後の状態が、先
に説明した図1に示す概略断面図に示される。Subsequently, the unnecessary second metal wiring layer 11a formed on the upper organic insulating film 8 is removed by a known CMP method, and the second metal wiring layer 11a is formed in the connection hole 9 and the wiring groove 10. 11 is buried flat. The unnecessary second metal wiring layer 11a on the upper organic insulating film 8 may be removed by a known etch-back method or the like. The state after the completion of the CMP is shown in the schematic sectional view shown in FIG. 1 described above.
【0049】本実施例では、Cu金属等酸化されやすい
金属配線上に接して無機系絶縁膜を形成し、この後有機
系絶縁膜としてフッ素を含む有機系絶縁膜、一例として
アモルファステフロンおよびフッ化ポリアリールエーテ
ルを積層して形成した。これにより、金属配線に臨む接
続孔を開口する際の金属配線の酸化を防止することがで
きるとともに、配線溝をパターニングする際のエッチン
グストッパ効果が期待できる。したがって、低誘電率化
の効果が非常に高く、また低抵抗のコンタクトプラグを
有するデュアルダマシンプロセスを実現することができ
る。In this embodiment, an inorganic insulating film is formed in contact with a metal wiring such as Cu metal which is easily oxidized, and then an organic insulating film containing fluorine as an organic insulating film, for example, amorphous Teflon and fluoride It was formed by laminating polyaryl ethers. This can prevent oxidation of the metal wiring when opening the connection hole facing the metal wiring, and can expect an etching stopper effect at the time of patterning the wiring groove. Therefore, a dual damascene process having a very low dielectric constant effect and having a low-resistance contact plug can be realized.
【0050】〔実施例2〕本実施例は、図1に示される
下層有機系絶縁膜7および上層有機系絶縁膜8の材料と
して、いずれも〔化4〕に示される、環状フッ素樹脂の
サイトップ(商品名)を採用した以外は、先の実施例1
に準拠するものである。サイトップの成膜方法もスピン
コーティング法により、一例として1.3μmの厚さに
1回で形成した。[Embodiment 2] In this embodiment, the material of the lower organic insulating film 7 and the upper organic insulating film 8 shown in FIG. Example 1 above except that the top (product name) was adopted
It is based on. The CYTOP film was formed by a spin coating method, for example, once at a thickness of 1.3 μm.
【0051】[0051]
【化4】 Embedded image
【0052】環状フッ素樹脂としては、〔化4〕に構造
式を示すもの以外にも、類似の繰り返し構造を有する含
フッ素樹脂を採用してもよい。また、〔化5〕に示され
る環状フッ素樹脂とシロキサン樹脂の共重合樹脂を用い
てもよい。As the cyclic fluororesin, a fluorine-containing resin having a similar repeating structure may be employed in addition to the structural formula shown in [Formula 4]. Further, a copolymer resin of a cyclic fluororesin and a siloxane resin represented by Chemical Formula 5 may be used.
【0053】[0053]
【化5】 Embedded image
【0054】環状フッ素樹脂による有機系絶縁膜への接
続孔9開口および配線溝10形成のエッチング条件も前
実施例1に準じてよい。ただし配線溝のパターニング時
には、エッチングストッパ効果は期待できないので、有
機系絶縁膜のエッチングレートに基づくエッチング時間
制御によって、配線溝のエッチング終点を決定する。The etching conditions for forming the connection holes 9 and the wiring grooves 10 in the organic insulating film with the cyclic fluororesin may be the same as in the first embodiment. However, since the etching stopper effect cannot be expected when patterning the wiring groove, the etching end point of the wiring groove is determined by controlling the etching time based on the etching rate of the organic insulating film.
【0055】本実施例によれば、Cu金属等酸化されや
すい金属配線上に接して薄く無機系絶縁膜を形成し、こ
の後有機系絶縁膜としてフッ素を含む有機系絶縁膜の一
例として環状フッ素樹脂を厚く形成した。これにより、
金属配線に臨む接続孔を開口する際の金属配線の酸化を
防止することができる。したがって、低誘電率化の効果
が非常に高く、また低抵抗のコンタクトプラグを有する
デュアルダマシンプロセスを実現することができる。According to the present embodiment, a thin inorganic insulating film is formed in contact with a metal wiring which is easily oxidized such as Cu metal, and then, as an example of an organic insulating film containing fluorine, an organic insulating film containing fluorine is used as an organic insulating film. The resin was formed thick. This allows
Oxidation of the metal wiring when opening the connection hole facing the metal wiring can be prevented. Therefore, a dual damascene process having a very low dielectric constant effect and having a low-resistance contact plug can be realized.
【0056】〔実施例3〕本実施例は、図1に示される
下層有機系絶縁膜7の材料として〔化6〕に示されるポ
リアリールエーテルを800nmの厚さに形成し、上層
有機系絶縁膜8としては先に〔化2〕で示したフッ化ポ
リアリールエーテルを500nmの厚さに形成した他
は、先の実施例1に準拠するものである。ポリアリール
エーテルおよびフッ化ポリアリールエーテルの成膜方法
もスピンコーティング法によった。[Embodiment 3] In this embodiment, a polyaryl ether represented by Chemical Formula 6 is formed to a thickness of 800 nm as a material of the lower organic insulating film 7 shown in FIG. The film 8 is the same as that of the first embodiment except that the fluorinated polyaryl ether shown in [Formula 2] is formed to a thickness of 500 nm. The film formation method of polyarylether and fluorinated polyarylether was also based on spin coating.
【0057】[0057]
【化6】 Embedded image
【0058】下層有機系絶縁膜7および上層有機系絶縁
膜8への接続孔9開口および配線溝10形成のエッチン
グ条件も前実施例1に準じてよい。ただし配線溝のパタ
ーニング時には、同系統の基本骨格を持ちながら、フッ
素原子を有する有機系絶縁膜と、フッ素原子を有さない
有機系絶縁膜との間のエッチングレートの差を利用する
ことにより、より確実なエッチングストッパ効果を得る
ことができる。The etching conditions for opening the connection holes 9 and forming the wiring grooves 10 in the lower organic insulating film 7 and the upper organic insulating film 8 may be the same as in the first embodiment. However, at the time of patterning of the wiring groove, by using the difference in the etching rate between the organic insulating film having fluorine atoms and the organic insulating film having no fluorine atoms, while having the same basic skeleton, A more reliable etching stopper effect can be obtained.
【0059】本実施例では、Cu金属等酸化されやすい
金属配線上に接して薄く無機系絶縁膜を形成し、この後
有機系絶縁膜としてフッ素を含まない有機系絶縁膜とフ
ッ素を含む有機系絶縁膜を積層して形成した。これによ
り、金属配線に臨む接続孔を開口する際の金属配線の酸
化を防止することができるとともに、配線溝の形成工程
においては、より確実なエッチングストッパ効果が得ら
れる。したがって、低誘電率化の効果が高く、また低抵
抗のコンタクトプラグを有するデュアルダマシンプロセ
スを信頼性高く実現することができる。In this embodiment, a thin inorganic insulating film is formed in contact with a metal wiring that is easily oxidized such as Cu metal, and then an organic insulating film containing no fluorine and an organic insulating film containing fluorine are formed as the organic insulating film. It was formed by stacking insulating films. This can prevent the metal wiring from being oxidized when the connection hole facing the metal wiring is opened, and can provide a more reliable etching stopper effect in the wiring groove forming step. Accordingly, a dual damascene process having a high effect of lowering the dielectric constant and having a low-resistance contact plug can be realized with high reliability.
【0060】以上、本発明を3例の実施例により詳細に
説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるも
のではない。Although the present invention has been described in detail with reference to three examples, the present invention is not limited to these examples.
【0061】例えば、無機系絶縁膜材料として酸化シリ
コンを例示したが、不純物を含む酸化シリコン、フッ素
を含む酸化シリコン、化学等量以外の酸化シリコン、酸
化窒化シリコン、窒化シリコン、あるいはダイアモンド
ライクカーボン等を用いることができる。For example, silicon oxide is exemplified as the material of the inorganic insulating film, but silicon oxide containing impurities, silicon oxide containing fluorine, silicon oxide other than chemical equivalents, silicon oxynitride, silicon nitride, diamond-like carbon, etc. Can be used.
【0062】また有機系絶縁膜として実施例に挙げたア
モルファステフロン、フッ化ポリパラキシリレン、サイ
トップの他に、〔化7〕で示されるフッ化ポリイミド
や、各種フッ素含有樹脂、あるいはフッ素を含まない樹
脂を用いることができる。Further, in addition to the amorphous Teflon, polyparaxylylene fluoride and Cytop described in the examples as the organic insulating film, fluorinated polyimide represented by Chemical Formula 7, various fluorine-containing resins, or fluorine may be used. Resins that do not contain can be used.
【0063】[0063]
【化7】 Embedded image
【0064】また金属配線材料として、純銅の他に銅系
合金や銀等、易酸化性の金属やその積層材料の他に、A
l系金属や高融点金属シリサイド等、従来用いられてい
る配線材料は、いずれも使用することができる。As metal wiring materials, in addition to pure copper, copper-based alloys, silver, and other easily oxidizable metals and their laminated materials, A
Conventionally used wiring materials such as l-based metal and refractory metal silicide can be used.
【0065】またデュアルダマシンプロセスへの適用以
外に、金属配線に臨む接続孔のみの開口工程に用いても
よいことは言うまでもない。In addition to the application to the dual damascene process, it goes without saying that the present invention may be used in the step of opening only the connection hole facing the metal wiring.
【0066】[0066]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の半導体装置の製造方法およびこれを用いた半導体装置
によれば、易酸化性の金属配線に臨む接続孔の開口工程
を、この金属配線を酸化させることなく達成することが
できる。したがって、本発明の半導体装置の製造方法の
採用により、低抵抗の金属配線と、低誘電率の層間絶縁
膜を併せもつ高集積度の半導体装置を信頼性高く製造す
ることが可能となる。As is apparent from the above description, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention and the semiconductor device using the same, the step of opening the connection hole facing the easily oxidizable metal wiring is performed by this metal. This can be achieved without oxidizing the wiring. Therefore, by employing the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a highly integrated semiconductor device having both a low-resistance metal wiring and a low-dielectric-constant interlayer insulating film can be manufactured with high reliability.
【図1】本発明の半導体装置の要部を示す概略断面図で
ある。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a main part of a semiconductor device of the present invention.
【図2】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図である。FIG. 2 is a schematic sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
【図3】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図であり、図2に続く工程を示す。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, showing a step following FIG. 2;
【図4】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図であり、図3に続く工程を示す。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention, and shows a step following FIG. 3;
【図5】本発明の半導体装置の製造方法を示す概略断面
図であり、図4に続く工程を示す。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention, and shows a step following FIG. 4;
【図6】デュアルダマシンプロセスの概要を示す概略断
面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing an outline of a dual damascene process.
1…半導体基板、2…下層層間絶縁膜、3…下層コンタ
クトプラグ、4…第1層層間絶縁膜、5…第1層金属配
線、6…無機系絶縁膜、7…下層有機系絶縁膜、8…上
層有機系絶縁膜、9…接続孔、9a…接続孔の深さ方向
の一部、10…配線溝、11…第2層金属配線、11a
…第2層金属配線層、12…無機マスク、13…層間絶
縁膜REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 2 lower interlayer insulating film 3 lower contact plug 4 first interlayer insulating film 5 first metal wiring 6 inorganic insulating film 7 lower organic insulating film 8 upper organic insulating film, 9 connection hole, 9a part of the connection hole in the depth direction, 10 wiring groove, 11 second metal wiring, 11a
... second metal wiring layer, 12 ... inorganic mask, 13 ... interlayer insulating film
Claims (8)
に、前記金属配線に臨む接続孔を開口する工程を有する
半導体装置の製造方法であって、 前記金属配線上に接して無機系絶縁膜を形成する工程、 前記無機系絶縁膜上に前記有機系絶縁膜を形成する工
程、 前記有機系絶縁膜をパターニングして、前記接続孔の深
さ方向の一部を開口する工程、 前記無機系絶縁膜をパターニングして、前記接続孔の深
さ方向の残部を開口する工程、 以上の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造
方法。1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of opening a connection hole facing a metal wiring in an organic insulating film formed on a metal wiring, wherein the inorganic insulating film is in contact with the metal wiring. Forming a film, forming the organic insulating film on the inorganic insulating film, patterning the organic insulating film, and opening a part of the connection hole in a depth direction, A method of patterning a system insulating film to open a remaining portion of the connection hole in a depth direction, a method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
絶縁膜の厚さより小さいことを特徴とする請求項1記載
の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the inorganic insulating film is smaller than the thickness of the organic insulating film.
機系絶縁膜の比誘電率より小さいことを特徴とする請求
項1記載の半導体装置の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein a relative dielectric constant of the organic insulating film is smaller than a relative dielectric constant of the inorganic insulating film.
ピンコート法によることを特徴とする請求項1記載の半
導体装置の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the step of forming the inorganic insulating film is performed by a spin coating method.
元性雰囲気下でのプラズマCVD法によることを特徴と
する請求項1記載の半導体装置の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the step of forming the inorganic insulating film is performed by a plasma CVD method in a reducing atmosphere.
ッ素系ガスを含むエッチングガスによるドライエッチン
グによることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
製造方法。6. The method according to claim 1, wherein the patterning of the inorganic insulating film is performed by dry etching using an etching gas containing a fluorine-based gas.
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。7. The method according to claim 1, wherein the metal wiring is a copper-based metal wiring.
より製造されたことを特徴とする半導体装置。8. A semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3622098A JPH11233630A (en) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | Semiconductor device and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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JPH11233630A true JPH11233630A (en) | 1999-08-27 |
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Country Status (1)
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JP (1) | JPH11233630A (en) |
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-
1998
- 1998-02-18 JP JP3622098A patent/JPH11233630A/en active Pending
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