JP4627335B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にアルミニウムを含む金属配線の形成方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a metal wiring containing aluminum.
半導体装置の金属配線として、AlCu膜、AlSi膜、AlSiCu膜などのアルミニウムを含む金属配線が広く用いられている。また配線の信頼性を高めるため、これらの金属配線の上層および下層にTi膜やTiN膜を積層した構造も多く採用されている。 As a metal wiring of a semiconductor device, a metal wiring containing aluminum such as an AlCu film, an AlSi film, and an AlSiCu film is widely used. In order to increase the reliability of the wiring, a structure in which a Ti film or a TiN film is laminated on the upper layer and the lower layer of these metal wirings is often employed.
これらの金属配線を形成する場合、アルミニウムを含む金属膜の上にレジストパターンを形成して、これをマスクとして塩素、炭素、不活性ガス、窒素のいずれか又は全てを含むガスを用いてエッチングしていた。 When these metal wirings are formed, a resist pattern is formed on a metal film containing aluminum, and etching is performed using a gas containing any or all of chlorine, carbon, inert gas, nitrogen using this as a mask. It was.
しかし、近年のデザインルールの縮小化に伴いレジストパターンの膜厚を薄膜化せざるを得ないため、耐エッチング性は低くなる。このため、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の無機絶縁膜をハードマスクとしてエッチングするハードマスクプロセスが用いられるようになってきた(例えば、特許文献1、2参照)。 However, since the resist pattern has to be reduced in thickness with the recent reduction in design rules, the etching resistance is lowered. For this reason, a hard mask process for etching using an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film as a hard mask has been used (for example, see Patent Documents 1 and 2).
ハードマスクプロセスにおいては、サイドエッチ量を低減するための側壁保護効果を得るため、N2、CHF3などの添加ガスを用いていた。しかし、これらの添加ガスを用いると歩留まり低下の原因となるAlNXやAlFXなどが反応副生成物として発生する。これを避けるため、添加ガスとしてC2H4を用いるようにしていた(例えば、特許文献3参照)。 In the hard mask process, an additive gas such as N 2 or CHF 3 has been used in order to obtain a side wall protection effect for reducing the amount of side etching. However, when these additive gases are used, AlN X , AlF X, and the like that cause a reduction in yield are generated as reaction byproducts. In order to avoid this, C 2 H 4 was used as the additive gas (see, for example, Patent Document 3).
上記従来の半導体装置の製造方法において、アルミニウムを含む金属膜の上にハードマスクとなる無機絶縁膜を形成し、その上に直接レジストパターンを形成する方法では、配線ピッチが小さくなるとレジストパターンの寸法精度を満たすことが困難になるという問題があった。 In the above conventional semiconductor device manufacturing method, in the method of forming an inorganic insulating film serving as a hard mask on a metal film containing aluminum and directly forming a resist pattern thereon, the dimensions of the resist pattern are reduced when the wiring pitch is reduced. There was a problem that it was difficult to satisfy the accuracy.
また、シリコン窒化膜のみをハードマスクとして形成して上記金属膜をエッチングする方法では、シリコン窒化膜が塩素ガスによりエッチングされやすい膜であるため、ハードマスクに適さないという問題があった。 Further, the method of etching the metal film by forming only the silicon nitride film as a hard mask has a problem that the silicon nitride film is a film that is easily etched by chlorine gas, and thus is not suitable for a hard mask.
一方、シリコン酸化膜のみをハードマスクとして形成して上記金属膜をエッチングする方法では、後に金属配線上にビアホールを形成する工程において、ハードマスクがエッチングストッパー膜とならないため、ビアホールが金属膜を突き抜けてしまい、配線の歩留まりを低下させるという問題があった。 On the other hand, in the method of etching the metal film by forming only the silicon oxide film as a hard mask, the via hole penetrates the metal film because the hard mask does not become the etching stopper film in the process of forming the via hole on the metal wiring later. As a result, there is a problem that the yield of wiring is lowered.
また、配線ピッチが小さくなると、上記従来の技術ではサイドエッチ量を十分に低減できないという問題があった。 Further, when the wiring pitch is reduced, there is a problem that the side etch amount cannot be sufficiently reduced by the conventional technique.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、アルミニウムを含む金属配線の形成において、サイドエッチ量を低減した微細な金属配線を形成でき、この金属配線の上に形成するビアホールが金属膜を突き抜けるのを抑制することができ、優れた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in forming a metal wiring containing aluminum, a fine metal wiring with a reduced amount of side etching can be formed, and a via hole formed on the metal wiring has a metal film. An object of the present invention is to provide an excellent method for manufacturing a semiconductor device.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に下層から第一TiN膜、アルミニウムを含む金属膜、第二TiN膜を順次積層した金属配線層を形成する工程と、前記金属配線層の上に下層からストッパー膜、シリコン酸化膜を順次積層したハードマスク層を形成する工程と、前記ハードマスク層を選択的にエッチングして前記金属配線層の上にハードマスクを形成する工程と、前記ハードマスクをマスクとして前記金属配線層をエッチングして金属配線を形成する工程と、前記ハードマスクおよび前記金属配線の上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記ストッパー膜をエッチングストッパとして前記層間絶縁膜にビアホールを形成する工程とを含むことを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a metal wiring layer in which a first TiN film, a metal film containing aluminum, and a second TiN film are sequentially stacked on a substrate from the lower layer; Forming a hard mask layer in which a stopper film and a silicon oxide film are sequentially laminated from the lower layer, a step of selectively etching the hard mask layer to form a hard mask on the metal wiring layer, and the hard Etching the metal wiring layer using the mask as a mask to form metal wiring, forming an interlayer insulating film on the hard mask and the metal wiring, and using the stopper film as an etching stopper, the interlayer insulating film And a step of forming a via hole.
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。 Other features of the present invention are described in detail below.
本発明によれば、アルミニウムを含む金属膜の上に形成するハードマスクの積層構造を最適化することにより、サイドエッチ量を低減した微細な金属配線を形成でき、この金属配線の上に形成するビアホールが金属膜を突き抜けるのを抑制することができ、優れた半導体装置の製造方法を得ることができる。 According to the present invention, by optimizing the laminated structure of the hard mask formed on the metal film containing aluminum, it is possible to form a fine metal wiring with a reduced side etch amount, and to form on this metal wiring. A via hole can be prevented from penetrating the metal film, and an excellent method for manufacturing a semiconductor device can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same number is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
実施の形態1.
図1(a)〜(f)は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
Embodiment 1 FIG.
1A to 1F are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment.
まず、図1(a)に示すように、シリコン基板1の上にトランジスタなどの素子(図示しない)を形成した後、全面に層間絶縁膜2を形成する。例えば、化学気相成長(Chemical Vapor Deposition;以下、「CVD」という)法などにより、300〜400nm程度の膜厚で形成する。
First, as shown in FIG. 1A, after an element (not shown) such as a transistor is formed on a silicon substrate 1, an interlayer
次に、層間絶縁膜2の上に、下層TiN膜3、AlCu膜4、上層TiN膜5を順次積層した金属配線層6を形成する。下層TiN膜3および上層TiN膜5は、スパッタ法などによりそれぞれ100nm程度の膜厚で形成する。AlCu膜4はアルミニウム膜に数%程度の銅を含むアルミニウム合金膜であり、スパッタ法などにより500nm程度の膜厚で形成する。
Next, a metal wiring layer 6 in which a lower
このようにして、シリコン基板1の上にアルミニウムを含む金属配線層6を形成する。 In this way, the metal wiring layer 6 containing aluminum is formed on the silicon substrate 1.
なお、上記の例では金属配線層6として下層からTiN膜3、AlCu膜4、TiN膜5を順次積層した積層膜を形成する例を示したが、これに置き換えて、下層からTi膜、TiN膜、AlCu膜、Ti膜、TiN膜を順次積層した積層膜を形成するようにしても良い。
In the above example, an example in which a laminated film in which the TiN
次に、金属配線層6の上に、ストッパー膜7およびシリコン酸化膜8を順次積層する。例えば、ストッパー膜7として、プラズマCVD法により50nm程度の膜厚でシリコン酸窒化膜(SiON膜)を形成する。そして、シリコン酸化膜8をプラズマCVD法により100〜200nm程度の膜厚で形成する。
Next, a
このとき、上記のシリコン酸窒化膜は窒素含有率を12%以上とする。また、シリコン酸窒化膜に置き換えて、プラズマCVD法により50nm程度の膜厚でシリコン窒化膜(SiN膜)を形成するようにしても良い。 At this time, the silicon oxynitride film has a nitrogen content of 12% or more. In place of the silicon oxynitride film, a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of about 50 nm may be formed by plasma CVD.
なお、シリコン酸化膜8は窒素(含有率11%以下)を含むようにしても良い。また、シリコン酸化膜8は後の工程で金属配線層6をエッチングするときのハードマスクとなるため、十分に厚い膜厚とする。
The
次に、シリコン酸化膜8の上に二層のシリコン酸窒化膜、すなわち下層シリコン酸窒化膜9および上層シリコン酸窒化膜10を連続して形成する。例えば、プラズマCVD法により、それぞれ50nm程度の膜厚で形成する(以下、この二層のシリコン酸窒化膜を全体として「反射防止膜11」という。そして、ストッパー膜7、シリコン酸化膜8、反射防止膜11を全体として「ハードマスク層12」という)。
Next, a two-layer silicon oxynitride film, that is, a lower silicon oxynitride film 9 and an upper silicon oxynitride film 10 are successively formed on the
このようにして、金属配線層6の上に、下層からストッパー膜7、シリコン酸化膜8、反射防止膜11を順次積層したハードマスク層12を形成する。
In this manner, the
前述したように、ハードマスク層12に含まれるストッパー膜7として、シリコン酸窒化膜又はシリコン窒化膜を用いるようにした。これにより、最終的に形成される金属配線の上にビアホールを形成するとき、ビアホールが金属配線を突き抜けるのを抑制することができる。
As described above, a silicon oxynitride film or a silicon nitride film is used as the
また、ハードマスク層12に含まれる反射防止膜11として、二層のシリコン酸窒化膜を用いるようにしたので、後に反射防止膜11の上にレジストパターンを形成する工程において、下地膜からの反射を抑えて、微細なレジストパターンを制御性良く形成することができる。
In addition, since the two-layer silicon oxynitride film is used as the
さらに、後の工程でハードマスクをマスクとして金属配線層6をエッチングすると、このハードマスクは上部の幅が狭くなった順テーパー形状となる。このような形状とすることにより、隣接する金属配線間に高密度プラズマCVDを用いたシリコン酸化膜を形成する場合には、埋め込み性を向上させることができる。 Furthermore, when the metal wiring layer 6 is etched using the hard mask as a mask in a later step, the hard mask becomes a forward tapered shape with a narrow upper portion. With such a shape, when a silicon oxide film using high-density plasma CVD is formed between adjacent metal wirings, embeddability can be improved.
また、ハードマスク層12に含まれる反射防止膜11として、有機膜を用いるようにしても良い。これにより、二層のシリコン酸窒化膜を用いた場合と比較して、下地膜からの反射をさらに効果的に抑制することができ、微細なレジストパターンをさらに制御性良く形成することができる。
Further, an organic film may be used as the
次に、ハードマスク層12の上に、リソグラフィによりレジストパターン13を形成する。このとき、レジストパターン13の下に反射防止膜11が形成されているので、微細なレジストパターン13を制御性良く形成することができる。
Next, a
次に、レジストパターン13をマスクとして図1(a)に示したハードマスク層12を選択的にエッチングして、図1(b)に示すように、金属配線層6の上にハードマスク12aを形成する。
Next, the
ここでは炭素および弗素を含むガス、酸素を含むガス、不活性ガスのうち少なくとも二つ以上のガスを含む混合ガス(例えば、CHF3/CF4/O2/Ar系混合ガス)を用いてエッチングを行う。 Here, etching is performed using a mixed gas (for example, CHF 3 / CF 4 / O 2 / Ar-based mixed gas) containing at least two of a gas containing carbon and fluorine, a gas containing oxygen, and an inert gas. I do.
さらに図示しないが、レジストパターン13をアッシングにより除去し、有機アミン系や有機リン酸系を中心とする剥離液によりポリマーなどのエッチング残渣を除去する。
Further, although not shown, the resist
次に、図1(b)に示したハードマスク12aをマスクとして金属配線層6をエッチングして、図1(c)に示すように、金属配線6aを形成する。
Next, the metal wiring layer 6 is etched using the
例えば、Cl2、BCl3、HCl、HIなどのハロゲン元素を含むガスに、Ar、Heなどの不活性ガス、CHF3、CH4、C2H4などのC(炭素)を含むデポジションガスを添加した混合ガスを用いてエッチングする。 For example, a deposition gas containing a halogen element such as Cl 2 , BCl 3 , HCl or HI, an inert gas such as Ar or He, or C (carbon) such as CHF 3 , CH 4 or C 2 H 4. Etching is performed using a mixed gas to which is added.
上記のデポジションガスを添加することにより、金属配線6aのサイドエッチ(配線の幅が細くなってしまうこと)量を低減することができる。
By adding the above-described deposition gas, the amount of side etching (in which the width of the wiring becomes narrow) of the
また、上記デポジションガスの代わりに、CO、CO2、シクロアルカン(シクロブタン等)、シクロアルケン(シクロペンテン等)、1,3ブタジエン、ベンゼンなどの共役二重結合を有するものを含むデポジションガスを用いても良い。これにより、サイドエッチ量をさらに効果的に低減することができる。 Further, instead of the deposition gas, a deposition gas containing one having a conjugated double bond such as CO, CO 2 , cycloalkane (cyclobutane, etc.), cycloalkene (cyclopentene, etc.), 1,3 butadiene, benzene, etc. It may be used. Thereby, the amount of side etching can be reduced more effectively.
このとき反射防止膜11a(図1(b)参照)は、金属配線層6をエッチングする際に同時にエッチングされ、ハードマスク12aは、上部の幅が狭くなった順テーパー形状となる。
At this time, the
また、ハードマスク12aはストッパー膜7aの上にシリコン酸化膜8aを積層した構造であるので、シリコン酸窒化膜(またはシリコン窒化膜)のみをハードマスクとしてエッチングした場合よりも耐エッチング性が優れ、サイドエッチ量を低減して金属配線6aを制御性良く形成することができる。
Further, since the
次に、図1(d)に示すように、金属配線6aおよびハードマスク12aの上に、全面に層間絶縁膜14を形成する。例えば、高密度プラズマCVD法により、シリコン酸化膜を1000nm程度の膜厚で形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, an
このとき、前述したようにハードマスク12aは、上部の幅が狭くなった順テーパー形状であるので、金属配線6aの配線ピッチが小さくなった場合でも、間口を大きくすることができ、隣接する金属配線6aの間を良好に埋め込むことができる。
At this time, as described above, since the
さらに、図示しないが、層間絶縁膜14の上にプラズマCVD法などによりシリコン酸化膜を300〜400nm程度の膜厚で形成する。そして、その表面を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing;以下、「CMP」という)により研磨して、平坦化する。
Further, although not shown, a silicon oxide film having a thickness of about 300 to 400 nm is formed on the
次に、平坦化されたシリコン酸化膜の上に、有機膜などからなる反射防止膜15を形成する。そして、反射防止膜15の上にリソグラフィによりレジストパターン16を形成する。
Next, an
次に、図1(d)に示したレジストパターン16をマスクとして反射防止膜15、層間絶縁膜14をエッチングして、図1(e)に示すように、金属配線6aの上にビアホール17aを形成して、ストッパー膜7aを露出させる。
Next, using the resist
例えば、反射防止膜15をエッチングした後に、炭素および弗素を含むガス、酸素を含むガス、不活性ガスのうち少なくとも二つ以上のガスを含む混合ガス(例えば、C4F8/O2/Ar系混合ガス、又はC5F8/O2/Ar系混合ガス)を用いて層間絶縁膜14を選択的にエッチングする。
For example, after the
次に、図1(e)に示したビアホール17aの底面に露出したストッパー膜7aをCHF3/O2/Ar系混合ガスを用いて選択的にエッチングして、図1(f)に示すように、ビアホール17bの底面に上層TiN膜5aを露出させる。
Next, the
このとき、前述したようにハードマスク層12(図1(a)参照)に含まれるストッパー膜7としてシリコン酸窒化膜又はシリコン窒化膜を用いるようにした。これにより、層間絶縁膜14の膜厚ばらつき、CMPによる削れ量のばらつきを吸収してビアホール17bが金属配線6aを突き抜けるのを抑制することができる。
At this time, as described above, a silicon oxynitride film or a silicon nitride film is used as the
なお、ストッパー膜7aを選択的にエッチングする前に、上記のCHF3/O2/Ar系混合ガスを用いて、Arに対するCHF3/O2の流量比を上記ストッパー膜7aのエッチング条件よりも相対的に大きくして、図1(e)に示したビアホール17aの内面に付着したデポジション膜を除去するエッチングステップを入れるようにしても良い。これにより、ビアホール17bの底面に上層TiN膜5aを良好に露出させることができる。
Before selectively etching the
この後、図示しないが、図1(f)に示したビアホール17bの内面にTi膜、TiN膜の積層膜を形成する。さらに、この積層膜により形成された溝をタングステンなどの金属膜で埋め込み、溝の外部に形成したTi膜、TiN膜、金属膜をCMPなどにより除去して、ビアホール17bに金属膜を埋め込んだビアを形成する。
Thereafter, although not shown, a laminated film of a Ti film and a TiN film is formed on the inner surface of the via
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、まず、シリコン基板1の上にアルミニウムを含む金属配線層6を形成して、その上に、下層からストッパー膜7、シリコン酸化膜8、反射防止膜11を順次積層したハードマスク層12を形成するようにした。
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, first, the metal wiring layer 6 containing aluminum is formed on the silicon substrate 1, and then the
次にハードマスク層12を選択的にエッチングして金属配線層6の上にハードマスク12aを形成するようにした。
Next, the
そして、ハードマスク12aをマスクとして金属配線層6をエッチングして金属配線6aを形成するようにした。
Then, the metal wiring layer 6 is etched using the
このように形成することにより、金属配線層6をエッチングして金属配線6aを形成するとき、シリコン酸窒化膜(またはシリコン窒化膜)のみをハードマスクとしてエッチングした場合よりも耐エッチング性が優れ、サイドエッチ量を低減して金属配線6aを制御性良く形成することができる。また、隣接する金属配線6aの間の埋め込み性を向上させ、これらの金属配線間の配線間容量や金属配線6aの上に形成するビア抵抗のばらつきを小さくすることができる。
By forming in this way, when etching the metal wiring layer 6 to form the
また、この配線の上に形成するビアホール17bが金属配線6aに突き抜けるのを抑制して、ビアホール形成の歩留まり低下を抑制することができる。
Further, it is possible to suppress the via
実施の形態2.
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態1で示したハードマスク層12(図1(a)参照)に含まれるストッパー膜7として、金属膜を用いるようにしたものである。
The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment uses a metal film as the
その他の構成については実施の形態1と同様であるので、図1(a)〜(f)を適宜参照して、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。 Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described with reference to FIGS. 1A to 1F as appropriate.
まず、シリコン基板1の上にトランジスタなどの素子(図示しない)を形成した後、全面に層間絶縁膜2を形成する工程から、アルミニウムを含む金属配線層6を形成するまでの工程(図1(a)参照)を、実施の形態1と同様にして行う。
First, after an element (not shown) such as a transistor is formed on the silicon substrate 1, the process from the formation of the
その後、金属配線層6の上にハードマスク層12を形成する。このとき、ハードマスク層12に含まれるストッパー膜7として、タングステン、タンタル、白金、銀、金、ニッケル、ルテニウム、コバルト、鉄、マンガン、イリジウム、ジルコニウム、インジウムのうち、いずれかの金属からなる金属膜を用いる。ここでは、タングステン膜を用いる。
Thereafter, a
この後、ストッパー膜7の上にシリコン酸化膜8を形成する工程(図1(a)参照)から、反射防止膜15の上にレジストパターン16を形成するまでの工程(図1(d)参照)を、実施の形態1と同様にして行う。
Thereafter, the process from the step of forming the
次に、図1(d)に示したレジストパターン16をマスクとして反射防止膜15、層間絶縁膜14をエッチングして、図1(e)に示すように、金属配線6aの上にビアホール17aを形成して、ストッパー膜7a(タングステン膜)を露出させる。
Next, using the resist
このとき、ストッパー膜7aの被エッチング速度に対する層間絶縁膜14(シリコン酸化膜)の被エッチング速度を「エッチング選択比」と定義すると、タングステン膜をストッパー膜として用いた場合のエッチング選択比は、シリコン酸窒化膜(又はシリコン窒化膜)をストッパー膜として用いた場合のエッチング選択比より大きい。
At this time, if the etching rate of the interlayer insulating film 14 (silicon oxide film) with respect to the etching rate of the
従って、金属配線6aの上にビアホール17aを形成するとき、ビアホール17aが金属配線6aに突き抜けるのを実施の形態1よりも効果的に抑制することができる。
Therefore, when the via
また、タングステン膜は金属膜であり、ビアホール17aの底面にストッパー膜7aを露出させた状態でビアホール17aの内部に金属膜を埋め込んでビアを形成しても導通性を失うことがないので、ストッパー膜7aを除去する工程を省略することができる。さらに、タングステン膜を金属配線6aの上に積層したので、金属配線6aの抵抗を低くすることができる。
The tungsten film is a metal film, and even if the via film is formed by embedding the metal film in the via
なお、前述したタングステン膜以外の金属膜をストッパー膜として用いた場合にも同様の効果を有する。 A similar effect is obtained when a metal film other than the tungsten film described above is used as the stopper film.
なお、この後、実施の形態1と同様にストッパー膜7aをエッチングにより除去する(図1(f)参照)ようにしても良い。
Thereafter, the
その他の構成については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。 Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態1で示したハードマスク層12に含まれるストッパー膜7として、タングステン、タンタル、白金、銀、金、ニッケル、ルテニウム、コバルト、鉄、マンガン、イリジウム、ジルコニウム、インジウムのうち、いずれかの金属からなる金属膜を用いるようにした。
As described above, the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment uses tungsten, tantalum, platinum, silver, gold, nickel, as the
このように形成することにより、金属配線6aの上にビアホール17aを形成するとき、金属配線6aに突き抜けるのを実施の形態1よりも効果的に抑制することができる。
By forming in this way, when the via
また、ビアホール17aの底面にストッパー膜7aを露出させた状態で、ビアホール17aの内部に金属膜を埋め込んでビアを形成しても導通性を失うことがないので、ストッパー膜7aを除去する工程を省略することができる。さらに、タングステン膜を金属配線6aに積層したことにより、金属配線6aの抵抗を低くすることができる。
In addition, even if the via film is formed by embedding the metal film in the via
実施の形態3.
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態1で示したシリコン酸化膜8を形成する工程(図1(a)参照)において、シリコンに対する酸素の組成比を特定範囲とし、形成温度を特定範囲として形成するようにしたものである。
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, in the step of forming the
また、金属配線層6をエッチングして金属配線6aを形成する工程(図1(c)参照)を、別のシリコン基板上に形成した特定の膜のうち、いずれかの膜を予めエッチングしたエッチング装置を用いて行うようにしたものである。
In addition, the step of etching the metal wiring layer 6 to form the
その他の構成については実施の形態1、2と同様であるので、図1(a)〜(f)を適宜参照して、実施の形態1、2と異なる点を中心に説明する。 Since other configurations are the same as those in the first and second embodiments, the differences from the first and second embodiments will be mainly described with reference to FIGS. 1A to 1F as appropriate.
まず、シリコン基板1の上にトランジスタなどの素子(図示しない)を形成した後、全面に層間絶縁膜2を形成する工程から、金属配線層6の上にストッパー膜7を形成するまでの工程(図1(a)参照)を、実施の形態1(又は実施の形態2)と同様にして行う。
First, after an element (not shown) such as a transistor is formed on the silicon substrate 1, the process from the step of forming the
その後、実施の形態1で示したハードマスク層12に含まれるシリコン酸化膜8を、シリコンに対する酸素の組成比が1.5〜2の範囲となるようにプラズマCVD法を用いて形成する。
After that, the
このように形成することにより、実施の形態1で示した金属配線層6をエッチングして金属配線6aを形成する工程(図1(c)参照)において、上層TiN膜5aがシリコン酸化膜8aと反応するのを抑え、ハードマスク12aと金属配線6aとの界面に発生するノッチ量を低減することができる。
By forming in this way, in the step (see FIG. 1C) of etching the metal wiring layer 6 shown in the first embodiment to form the
また、ハードマスク層12に含まれるシリコン酸化膜8を、290〜400℃の範囲の温度でプラズマCVD法を用いて形成するようにしても良い。
Alternatively, the
このように形成することにより、上記と同様に、ハードマスク12aと金属配線6aとの界面に発生するノッチ量を低減することができる。
By forming in this way, the notch amount generated at the interface between the
この後、シリコン酸化膜8の上に反射防止膜11を形成する工程と、ハードマスク層12の上にレジストパターン13を形成する工程(図1(a)参照)を、実施の形態1と同様にして行う。
Thereafter, the step of forming the
次に、金属配線層6をエッチングする工程(図1(c)参照)を、シリコン基板1とは異なる別のシリコン基板上に形成したシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又は金属配線層6(図1(b)参照)に含まれる金属膜と同一種類の金属膜のうち、いずれかの膜をエッチングしたエッチング装置を用いて行うようにする。 Next, in the step of etching the metal wiring layer 6 (see FIG. 1C), a silicon oxide film, silicon nitride film, or metal wiring layer 6 (see FIG. 1) formed on another silicon substrate different from the silicon substrate 1 is used. 1 (b)), the etching is performed using an etching apparatus that etches one of the metal films of the same type as the metal film included in 1).
例えば、金属配線層6をエッチングする前に、金属配線層6を形成したシリコン基板1とは別のシリコン基板の上に形成したシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又は金属配線層6に含まれるTiN膜、AlCu膜などの金属膜のうち、いずれかの膜をエッチングする(以下、この処理を「シーズニング処理」という)。そして、シーズニング処理をしたエッチング装置を用いて金属配線層6をエッチングする。 For example, before etching the metal wiring layer 6, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or TiN contained in the metal wiring layer 6 formed on a silicon substrate different from the silicon substrate 1 on which the metal wiring layer 6 is formed. One of the films and the metal film such as the AlCu film is etched (this process is hereinafter referred to as “seasoning process”). Then, the metal wiring layer 6 is etched using an etching apparatus that has been subjected to seasoning.
このように金属配線層6のエッチングを行うことにより、シーズニング処理においてエッチングした膜から供給される微量の酸素、窒素、金属を含有した反応生成物がエッチング装置内に残留して、金属配線層6のエッチング中に金属配線6aの側壁を保護するため、図2に示すハードマスク12aと金属配線6aの界面のノッチ量Aを低減することができる。
By etching the metal wiring layer 6 in this way, a reaction product containing a trace amount of oxygen, nitrogen, and metal supplied from the film etched in the seasoning process remains in the etching apparatus, and the metal wiring layer 6 Since the side walls of the
これにより、ハードマスク12aと金属配線6aの界面のノッチ量Aを、さらに低減することができる。
Thereby, the notch amount A at the interface between the
図3(a)は、金属配線層6をエッチングする前にシーズニング処理を行わなかった場合の、シリコン酸化膜8のシリコン(Si)に対する酸素(O)の組成比とノッチ量Aとの関係、およびシリコン酸化膜8の形成温度とノッチ量Aとの関係を示すデータである。
FIG. 3A shows the relationship between the composition ratio of oxygen (O) to silicon (Si) in the
これらのデータから、シリコン酸化膜8のシリコンに対する酸素の組成比を1.5〜2の範囲とすることにより、ノッチ量Aを低減する効果があることが分かる。また、形成温度を290〜400℃の範囲とすることにより、ノッチ量Aをさらに低減する効果があることが分かる。
From these data, it can be seen that the notch amount A can be reduced by setting the composition ratio of oxygen to silicon in the
図3(b)は、金属配線層6をエッチングする前にシーズニング処理を行った場合、シリコン酸化膜8のシリコンに対する酸素の組成比を1.7、シリコン酸化膜8の生成温度を420℃とした場合のノッチ量Aを示すデータである。図3(a)との比較から、シーズニング処理を行うことにより、ノッチ量Aを低減する効果がさらに大きくなることが分かる。
FIG. 3B shows that when a seasoning process is performed before the metal wiring layer 6 is etched, the composition ratio of oxygen to silicon in the
これらの結果から、本実施の形態の製造方法によりハードマスク12aと金属配線6aの界面のノッチ量を低減する効果があることが分かる。
From these results, it can be seen that the manufacturing method of the present embodiment has an effect of reducing the notch amount at the interface between the
これにより、隣接する金属配線6aの間の埋め込み性が向上し、これらの金属配線の配線間容量ばらつきを小さくすることができる。また、金属配線6aの上層TiN膜5aの膜減りを防ぐことができ、金属配線6aの上に形成するビアの抵抗ばらつきを小さくすることができる。
Thereby, the embedding property between the
その他の構成については、実施の形態1(又は実施の形態2)と同様であるので、説明を省略する。 Since other configurations are the same as those in the first embodiment (or the second embodiment), description thereof is omitted.
以上説明したように、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態1(又は実施の形態2)で示したハードマスク層12に含まれるシリコン酸化膜8を、シリコンに対する酸素の組成比が1.5〜2の範囲となるようにプラズマCVD法を用いて形成するようにした。
As described above, the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment allows the
また、ハードマスク層12に含まれるシリコン酸化膜8を、290〜400℃の範囲の温度でプラズマCVD法を用いて形成するようにした。
In addition, the
さらに、実施の形態1(又は実施の形態2)で示したハードマスク12aをマスクとして金属配線層6をエッチングして金属配線6aを形成する工程を、シリコン基板1とは異なる別のシリコン基板上に形成したシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又は金属配線層6に含まれる金属膜と同一種類の金属膜のうち、いずれかの膜をエッチングしたエッチング装置を用いて行うようにした。
Further, the process of forming the
このように形成することにより、実施の形態1、2の効果に加えて、ハードマスク12aと金属配線6aの界面のノッチ量を低減することができる。
By forming in this way, in addition to the effects of the first and second embodiments, the notch amount at the interface between the
これにより、隣接する金属配線6aの間の埋め込み性が向上し、これらの金属配線の配線間容量ばらつきを小さくすることができる。また、金属配線6aの上層TiN膜5aの膜減りを防ぐことができ、金属配線6aの上に形成するビアの抵抗ばらつきを小さくすることができる。
Thereby, the embedding property between the
1 シリコン基板、2 層間絶縁膜、3 下層TiN膜、4 AlCu膜、5 上層TiN膜、6 金属配線層、6a 金属配線、7a ストッパー膜、8 シリコン酸化膜、11 反射防止膜、12 ハードマスク層、12a ハードマスク、14 層間絶縁膜、17a、17b ビアホール。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate, 2 interlayer insulation film, 3 lower layer TiN film, 4 AlCu film, 5 upper layer TiN film, 6 metal wiring layer, 6a metal wiring, 7a stopper film, 8 silicon oxide film, 11 antireflection film, 12
Claims (12)
前記金属配線層の上に下層からストッパー膜、シリコン酸化膜を順次積層したハードマスク層を形成する工程と、
前記ハードマスク層を選択的にエッチングして前記金属配線層の上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクをマスクとして前記金属配線層をエッチングして金属配線を形成する工程と、
前記ハードマスクおよび前記金属配線の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ストッパー膜をエッチングストッパとして前記層間絶縁膜にビアホール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。 Forming a metal wiring layer in which a first TiN film, a metal film containing aluminum, and a second TiN film are sequentially laminated on a substrate from the lower layer;
Forming a hard mask layer in which a stopper film and a silicon oxide film are sequentially laminated on the metal wiring layer from a lower layer;
Selectively etching the hard mask layer to form a hard mask on the metal wiring layer;
Etching the metal wiring layer using the hard mask as a mask to form a metal wiring;
Forming an interlayer insulating film on the hard mask and the metal wiring;
Forming a via hole in the interlayer insulating film using the stopper film as an etching stopper.
前記ハードマスク層に含まれる前記シリコン酸化膜を、290〜400℃の範囲の温度でプラズマ化学気相成長法を用いて形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The hard mask layer further includes an antireflection layer provided on the silicon oxide film,
5. The semiconductor according to claim 1, wherein the silicon oxide film included in the hard mask layer is formed by plasma enhanced chemical vapor deposition at a temperature in the range of 290 to 400 ° C. 6. Device manufacturing method.
前記ハードマスク層に含まれる前記反射防止膜として、二層のシリコン酸窒化膜を用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The hard mask layer further includes an antireflection layer provided on the silicon oxide film,
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a two-layered silicon oxynitride film is used as the antireflection film included in the hard mask layer.
前記金属配線材料の上に下層からストッパー膜、シリコン酸化膜、反射防止膜を順次積層したハードマスク層を形成する工程と、
前記ハードマスク層を選択的にエッチングして前記金属配線材料の上にハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクをマスクとして前記金属配線材料をエッチングして金属配線を形成する工程と、
前記金属配線の側面と上面を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜のコンタクトホールを前記ストッパー膜にて止めるエッチングにて形成する工程とを含み、
前記ストッパー膜として、シリコン酸窒化膜又はシリコン窒化膜を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a metal wiring material in which a first TiN film, a metal film containing aluminum, and a second TiN film are sequentially laminated on a substrate from a lower layer;
Forming a hard mask layer in which a stopper film, a silicon oxide film, and an antireflection film are sequentially laminated from the lower layer on the metal wiring material;
Selectively etching the hard mask layer to form a hard mask on the metal wiring material;
Etching the metal wiring material using the hard mask as a mask to form a metal wiring;
Forming an interlayer insulating film covering a side surface and an upper surface of the metal wiring;
Forming a contact hole of the interlayer insulating film by etching to stop with the stopper film,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a silicon oxynitride film or a silicon nitride film is used as the stopper film .
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