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JP4797821B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP4797821B2 JP2006165517A JP2006165517A JP4797821B2 JP 4797821 B2 JP4797821 B2 JP 4797821B2 JP 2006165517 A JP2006165517 A JP 2006165517A JP 2006165517 A JP2006165517 A JP 2006165517A JP 4797821 B2 JP4797821 B2 JP 4797821B2
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特には埋め込み配線の形成工程を備えた半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming a buried wiring.

半導体装置における素子構造の微細化および高速化にともない、配線抵抗の低下や層間絶縁膜の低誘電率化が望まれている。これに応え、最先端デバイスにおいては、従来のアルミニウム(Al)合金の配線に代えて、より低抵抗の銅(Cu)配線を使用することが一般的となってきた。Cu配線の形成においては、ドライエッチングによるCu膜のパターニングが困難であることから、Cu配線を埋め込み配線として形成することが一般的である。   With miniaturization and speeding up of element structures in semiconductor devices, it is desired to lower wiring resistance and lower dielectric constant of interlayer insulating films. In response to this, it has become common for state-of-the-art devices to use lower resistance copper (Cu) wiring instead of conventional aluminum (Al) alloy wiring. In the formation of Cu wiring, since it is difficult to pattern the Cu film by dry etching, it is common to form the Cu wiring as a buried wiring.

埋め込み配線を形成する場合には、配線溝とその底部から接続孔を掘下げたデュアルダマシン構造を層間絶縁膜に形成し、この内部を導電性材料(Cu等)で同時に埋め込んだ後、層間絶縁膜上に残る導電性材料をCMP(Chemical Mechanical Polishing)で研磨除去する方法が行われている。   In the case of forming a buried wiring, a dual damascene structure in which a wiring groove and a connection hole are dug from the bottom is formed in an interlayer insulating film, and the inside is simultaneously filled with a conductive material (Cu or the like), and then the interlayer insulating film A method of polishing and removing the conductive material remaining thereon by CMP (Chemical Mechanical Polishing) has been performed.

また、上記デュアルダマシン構造の形成には、様々な手法が提案されているが、先に接続孔(ヴィア)パターンをリソグラフィーによって形成し、これをマスクとして層間絶縁膜の全部あるいは一部をエッチングして接続孔を形成した後、配線溝パターンをリソグラフィーによって形成し、これをマスクとして層間絶縁膜の上部をエッチングして配線溝をエッチングする、いわゆる先ヴィア法が一般的に用いられている。   Various methods for forming the dual damascene structure have been proposed. First, a connection hole (via) pattern is formed by lithography, and using this as a mask, all or part of the interlayer insulating film is etched. A so-called first via method is generally used in which after forming the connection hole, a wiring groove pattern is formed by lithography, and the upper part of the interlayer insulating film is etched using this as a mask to etch the wiring groove.

この場合、先ず、図11(1)に示すように、埋め込み形状の下層配線1aが形成された基板1上に、SiC(N,H)からなる拡散防止膜3、SiCOHの多孔質膜からなる層間絶縁膜5、SiNからなるハードマスク層7を順次成膜し、この上部に接続孔パターンを備えたレジストパターン9をリソグラフィーによって形成する。次に、図11(2)に示すように、レジストパターン9をマスクにしたエッチングにより、ハードマスク層7および層間絶縁膜5に接続孔5aをパターン形成する。その後、レジストパターン9を除去する。次いで、図11(3)に示すように、ハードマスク層7上に、配線溝パターン9を備えたレジストパターン11をリソグラフィーによって新たに形成し、これをマスクにしたエッチングによりハードマスク層7に配線溝パターン7-1を開口する。その後、レジストパターン9を除去する。   In this case, first, as shown in FIG. 11 (1), the diffusion prevention film 3 made of SiC (N, H) and the porous film made of SiCOH are formed on the substrate 1 on which the buried lower layer wiring 1a is formed. An interlayer insulating film 5 and a hard mask layer 7 made of SiN are sequentially formed, and a resist pattern 9 having a connection hole pattern formed thereon is formed by lithography. Next, as shown in FIG. 11 (2), connection holes 5 a are formed in the hard mask layer 7 and the interlayer insulating film 5 by etching using the resist pattern 9 as a mask. Thereafter, the resist pattern 9 is removed. Next, as shown in FIG. 11 (3), a resist pattern 11 having a wiring groove pattern 9 is newly formed on the hard mask layer 7 by lithography, and wiring is performed on the hard mask layer 7 by etching using the resist pattern 11 as a mask. The groove pattern 7-1 is opened. Thereafter, the resist pattern 9 is removed.

次に、図11(4)に示すように、ハードマスク層7上からのエッチングにより、層間絶縁膜5に配線溝5bを形成する。次に、図12(1)に示すように、ハードマスク層7および拡散防止膜3をエッチング除去し、接続孔5aの底部に下層配線1aを露出させる。これにより、接続孔(ヴィア)パターンを先に形成する、いわゆる先ヴィア法によるデュアルダマシン構造が形成される。   Next, as shown in FIG. 11 (4), a wiring groove 5 b is formed in the interlayer insulating film 5 by etching from above the hard mask layer 7. Next, as shown in FIG. 12A, the hard mask layer 7 and the diffusion prevention film 3 are removed by etching to expose the lower layer wiring 1a at the bottom of the connection hole 5a. Thus, a dual damascene structure is formed by the so-called first via method, in which the connection hole (via) pattern is formed first.

またその後は、図12(2)に示すように、配線溝5bとこの底部に設けられた接続孔5aの内壁を覆う状態で、バリアメタル層13を成膜し、さらにCuシード層を形成し、配線溝5bおよび接続孔5aの内部を埋め込む状態でCu膜15をメッキ成膜する。その後、CMPによって、層間絶縁膜5上のCu膜15およびバリアメタル層13を除去し、配線溝5bおよび接続孔5a内のみにバリアメタル層13を介してCu膜15を埋め込んでなる埋め込み配線15aを形成する(以上、下記特許文献1参照)。   After that, as shown in FIG. 12 (2), the barrier metal layer 13 is formed in a state of covering the wiring groove 5b and the inner wall of the connection hole 5a provided at the bottom, and further a Cu seed layer is formed. Then, the Cu film 15 is plated in a state in which the inside of the wiring groove 5b and the connection hole 5a is embedded. Thereafter, the Cu film 15 and the barrier metal layer 13 on the interlayer insulating film 5 are removed by CMP, and the embedded wiring 15a in which the Cu film 15 is embedded via the barrier metal layer 13 only in the wiring groove 5b and the connection hole 5a. (See Patent Document 1 below).

特開2006−41519号公報参照See JP-A-2006-41519

しかしながら、上述した先ヴィア法によるデュアルダマシン構造の形成においては、図12(1)に示したように、拡散防止膜3を除去して下層配線1aを露出させる際に、配線溝5bの底部が長時間のプラズマに晒され、接続孔5aの上部が肩落ちしてテーパ形状になり易い。   However, in the formation of the dual damascene structure by the above-described via method, as shown in FIG. 12A, when the diffusion barrier film 3 is removed and the lower layer wiring 1a is exposed, the bottom of the wiring trench 5b is formed. When exposed to plasma for a long time, the upper part of the connection hole 5a is likely to fall down and become tapered.

このため、次の図12(2)で示した工程で、配線溝5aおよび接続孔5b内を埋め込む際のバリアメタル層13およびCuシード層の成膜においてスパッタ成膜を行った場合には、テーパ形状となった接続孔5bの上部Aにスパッタ材料が再付着してオーバーハング形状となる(文献;A. Kajita et al., 「Highly Reliable Cu/Low-k Dual-Damascene Interconnect Technology with Hybrid (PAE/SiOC) Dielectrics for 65nm-Node High Performance eDRAM」Proceedings of the IEEE 2003 International Interconnect Technology Conference, p.9.参照)。これにより、接続孔5bの内部にボイドBが発生し、接続孔5bを介しての上層埋め込み配線15aと下層配線1aとの接続抵抗を著しく上昇させ、半導体装置の信頼性を劣化させる要因となる。   Therefore, in the next step shown in FIG. 12 (2), when the sputter film formation is performed in the formation of the barrier metal layer 13 and the Cu seed layer when the wiring groove 5a and the connection hole 5b are embedded, Sputtering material is reattached to the upper part A of the tapered connection hole 5b to form an overhang (reference: A. Kajita et al., “Highly Reliable Cu / Low-k Dual-Damascene Interconnect Technology with Hybrid ( PAE / SiOC) Dielectrics for 65nm-Node High Performance eDRAM ”Proceedings of the IEEE 2003 International Interconnect Technology Conference, p.9). As a result, a void B is generated inside the connection hole 5b, and the connection resistance between the upper-layer buried wiring 15a and the lower-layer wiring 1a via the connection hole 5b is remarkably increased, which causes the reliability of the semiconductor device to deteriorate. .

また、このような接続孔5bの上部Aにおける肩落ちは、層間絶縁膜5として低誘電膜(比誘電率k<3.2)を用いた場合に発生し易くなり、多孔質材料を用いた低誘電膜では特に顕著に発生する。   Further, such a shoulder drop at the upper portion A of the connection hole 5b is likely to occur when a low dielectric film (relative dielectric constant k <3.2) is used as the interlayer insulating film 5, and a porous material is used. This is particularly noticeable in low dielectric films.

そこで本発明は、接続孔の上部の肩落ちが防止された形状精度の良好なデュアルダマシン構造を形成することが可能であり、ボイドの発生が防止された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能な製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can form a dual damascene structure with good shape accuracy in which the upper shoulder of the connection hole is prevented and can provide a highly reliable semiconductor device in which generation of voids is prevented. The object is to provide a possible manufacturing method.

このような目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、以下の工程を行うことを特徴としている。即ち、基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、当該層間絶縁膜上に接続孔パターンを有する第1マスクを形成する工程と、第1マスク上からのエッチングにより前記層間絶縁膜に接続孔を形成する工程と、をこの順に行う半導体装置の製造方法であって、さらに、この工程を行った後に、接続孔が形成された前記層間絶縁膜上に配線溝パターンを備えた第2マスクを形成する工程と、接続孔の内壁を覆う状態で保護膜を成膜する工程と、第2マスク上からのエッチングにより前記保護膜および前記層間絶縁膜の上層をエッチングして前記保護膜によって内壁が保護された接続孔の上部に配線溝を形成する工程と、保護膜上からのエッチングにより前記接続孔の底部に前記基板を露出させる工程と、配線溝および接続孔内を埋め込む状態で導電性材料膜を成膜する工程と、配線溝および接続孔内のみに残るように前記導電性材料膜を研磨除去することにより埋め込み配線を形成する工程と、をこの順に行う。 The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving such an object is characterized by performing the following steps. That is, a step of forming an interlayer insulating film on the substrate, a step of forming a first mask having a connection hole pattern on the interlayer insulating film, and a connection hole in the interlayer insulating film by etching from the first mask. forming, a method for manufacturing a semiconductor device which performs in this order, further, after this step, the second mask having a wiring groove pattern in connection holes formed the interlayer insulating film Forming a protective film in a state of covering the inner wall of the connection hole, etching the upper layer of the protective film and the interlayer insulating film by etching from above the second mask , and forming the inner wall by the protective film A step of forming a wiring groove above the protected connection hole, a step of exposing the substrate to the bottom of the connection hole by etching from above the protective film, and a state in which the wiring groove and the connection hole are embedded. A step of forming a material film, performing a step of forming a buried wiring by the conductive material film to remain only in the wiring groove and the connection hole is polished away, in this order.

以上説明した製造方法では、配線溝のパターン形成の前に接続孔のパターン形成を行う先ヴィア方法のデュアルダマシンプロセスにおいて、配線溝のパターン形成のための層間絶縁膜のエッチングが、接続孔の内壁を保護膜で覆った状態で行われる。これにより、配線溝形成のためのエッチングが接続孔の開口形状に影響を及ぼすことが防止され、第1マスク上からのエッチングによって形成された接続孔の開口形状が維持され、接続孔の開口上部の肩落ちが防止される。したがって、第6工程において埋め込み配線を形成する際には、配線溝および接続孔内を埋め込む状態で成膜される導電性材料膜が接続孔の開口上部でオーバーハング状態になることが防止され、ボイドの発生のない埋め込み配線が形成される。   In the manufacturing method described above, in the dual damascene process of the first via method in which the connection hole pattern is formed before the wiring groove pattern is formed, the etching of the interlayer insulating film for the wiring groove pattern formation is performed on the inner wall of the connection hole. Is carried out in a state of being covered with a protective film. This prevents the etching for forming the wiring trench from affecting the opening shape of the connection hole, maintains the opening shape of the connection hole formed by etching from above the first mask, and maintains the upper portion of the opening of the connection hole. The fall of the shoulder is prevented. Therefore, when forming the embedded wiring in the sixth step, it is possible to prevent the conductive material film formed in a state of filling the wiring groove and the connection hole from being overhanging at the upper part of the opening of the connection hole, A buried wiring free from voids is formed.

以上説明したように本発明によれば、接続孔の上部の肩落ちが防止された形状精度の良好なデュアルダマシン構造を形成することが可能であり、ボイドの発生が防止された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。   As described above, according to the present invention, it is possible to form a dual damascene structure with good shape accuracy in which shoulder drop at the upper portion of the connection hole is prevented, and high reliability in which generation of voids is prevented. A semiconductor device can be obtained.

以下、本発明をCuの埋め込み配線の形成に適用した各実施形態を詳細に説明する。   Embodiments in which the present invention is applied to the formation of Cu embedded wiring will be described in detail below.

<第1実施形態>
図1〜図3の断面工程図に沿って第1実施形態の製造方法を説明する。尚、図11,12を用いて説明した従来の製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を行うこととする。
<First Embodiment>
The manufacturing method of 1st Embodiment is demonstrated along the cross-sectional process drawing of FIGS. 1-3. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected and demonstrated to the component same as the conventional manufacturing method demonstrated using FIG.

先ず図1(1)に示すように、表面側にCu埋め込み配線からなる下層配線1aが形成された基板1を用意する。そして、この基板1上に、炭化シリコン(SiC)からなるCuの拡散防止膜3を成膜する。この炭化シリコン(SiC)からなるCuの拡散防止膜3は、成膜工程において用いるガスにより窒素(N)または水素(H)を含有したSiC(N,H)として構成されても良い。次に、多孔質のSiCOHからなる層間絶縁膜5を成膜し、この上部に酸化シリコン(SiO2)からなるハードマスク層7を成膜する。 First, as shown in FIG. 1A, a substrate 1 having a lower layer wiring 1a made of Cu-embedded wiring formed on the front surface side is prepared. Then, a Cu diffusion prevention film 3 made of silicon carbide (SiC) is formed on the substrate 1. The Cu diffusion preventing film 3 made of silicon carbide (SiC) may be configured as SiC (N, H) containing nitrogen (N) or hydrogen (H) by a gas used in the film forming process. Next, an interlayer insulating film 5 made of porous SiCOH is formed, and a hard mask layer 7 made of silicon oxide (SiO 2 ) is formed thereon.

その後、リソグラフィー処理により、ハードマスク層7上に、接続孔パターン9aを備えたレジストパターン9を第1マスクとして形成する。   Thereafter, a resist pattern 9 having a connection hole pattern 9a is formed as a first mask on the hard mask layer 7 by lithography.

次に、図1(2)に示すように、レジストパターン9上からのエッチングにより、ハードマスク層(SiO2)7、および層間絶縁膜(多孔質SiCOH)5に、接続孔5aを形成する。しかる後、アッシング処理により、レジストパターン9を除去する。 Next, as shown in FIG. 1B, connection holes 5 a are formed in the hard mask layer (SiO 2 ) 7 and the interlayer insulating film (porous SiCOH) 5 by etching from above the resist pattern 9. Thereafter, the resist pattern 9 is removed by an ashing process.

次に、図1(3)に示すように、接続孔5aの内壁を覆う状態で薄膜状の保護膜21を成膜する。この工程が、本第1実施形態に特徴的な工程となる。この保護膜21は、層間絶縁膜5のエッチングに対してエッチング耐性を有する材料を用いて構成され、例えばSiCOH薄膜、SiO2薄膜、SiN薄膜、SiON薄膜、SiC薄膜、さらにはCHO,CH,CF,CN等の炭素(C)を含む材料薄膜が用いられる。ここでは、一例としてSiOCH薄膜からなる保護膜21を形成することとする。 Next, as shown in FIG. 1 (3), a thin-film protective film 21 is formed so as to cover the inner wall of the connection hole 5a. This process is a characteristic process of the first embodiment. The protective film 21 is made of a material having etching resistance against the etching of the interlayer insulating film 5, and is, for example, a SiCOH thin film, a SiO 2 thin film, a SiN thin film, a SiON thin film, a SiC thin film, or even CHO, CH, CF. , CN and other material thin films containing carbon (C) are used. Here, as an example, the protective film 21 made of a SiOCH thin film is formed.

次いで、図2(1)に示すように、接続孔5a内を埋め込む状態で、有機系埋め込み材料膜23を埋め込み成膜する。次に、この有機埋め込み材料膜23上に、酸化シリコン(SiO2)膜25を成膜する。その後、リソグラフィー処理により、この酸化シリコン膜25上に、配線溝パターン11aを備えたレジストパターン11を第2マスクとして形成する。 Next, as shown in FIG. 2A, an organic embedding material film 23 is embedded and formed in a state of embedding the connection hole 5a. Next, a silicon oxide (SiO 2 ) film 25 is formed on the organic embedding material film 23. Thereafter, a resist pattern 11 having a wiring groove pattern 11a is formed as a second mask on the silicon oxide film 25 by lithography.

その後、図2(2)に示すように、レジストパターン(第2マスク)11上からのエッチングにより、酸化シリコン膜25、有機埋め込み材料膜23をエッチングし、さらに保護膜21、ハードマスク層7、および層間絶縁膜5の上層をエッチングする。これにより、保護層21によって内壁が保護された接続孔5aの上部に配線溝5bを形成する。またこのエッチングにおいては、層間絶縁膜5の表面層に配線溝5bが形成されるまでの間に、レジストパターン11および酸化シリコン膜25がエッチング除去される。   After that, as shown in FIG. 2B, the silicon oxide film 25 and the organic embedding material film 23 are etched by etching from above the resist pattern (second mask) 11, and further, the protective film 21, the hard mask layer 7, Then, the upper layer of the interlayer insulating film 5 is etched. Thereby, the wiring groove 5b is formed in the upper part of the connection hole 5a whose inner wall is protected by the protective layer 21. In this etching, the resist pattern 11 and the silicon oxide film 25 are removed by etching until the wiring groove 5 b is formed in the surface layer of the interlayer insulating film 5.

次に、図3(1)に示すように、アッシング処理によって有機埋め込み材料膜23を除去する。このアッシング処理においては、少なくとも酸素(O2)を含むガス、窒素および水素(N2/H2)を含むガス、またはアンモニア(NH3)を含むガスを用いて行うこととする。 Next, as shown in FIG. 3A, the organic embedding material film 23 is removed by an ashing process. This ashing treatment is performed using a gas containing at least oxygen (O 2 ), a gas containing nitrogen and hydrogen (N 2 / H 2 ), or a gas containing ammonia (NH 3 ).

その後、図3(2)に示すように、保護膜21上からのエッチングにより、接続孔5aの底部に基板1の下層配線1aを露出させる。この際、SiCOHからなる保護膜21と、SiC(N,H)からなる拡散防止膜3のエッチングを行う。エッチング条件の一例は次のようである。
装置 :平行平板型エッチング装置
ソースパワー :1000W
RFバイアスパワー:300W
ガスおよび流量 :CH22/Ar/O2=60/600/60sccm
圧力 :50mTorr
基板温度 :20℃
Gap間隔 :40mm
Thereafter, as shown in FIG. 3B, the lower layer wiring 1a of the substrate 1 is exposed at the bottom of the connection hole 5a by etching from above the protective film 21. At this time, the protective film 21 made of SiCOH and the diffusion prevention film 3 made of SiC (N, H) are etched. An example of the etching conditions is as follows.
Equipment: Parallel plate etching equipment Source power: 1000W
RF bias power: 300W
Gas and flow rate: CH 2 F 2 / Ar / O 2 = 60/600/60 sccm
Pressure: 50 mTorr
Substrate temperature: 20 ° C
Gap interval: 40mm

以上の後、図3(3)に示すように、接続孔5a内および配線溝5b内に、バリアメタル層13を介して埋め込み配線15aを形成する。ここでは、配線溝5bとこの底部に設けられた接続孔5aの内壁を覆う状態でバリアメタル層13を成膜し、さらにCuシード層を形成し、配線溝5bおよび接続孔5aの内部を埋め込む状態でCu膜15をメッキ成膜する。その後、CMPによって、層間絶縁膜5上のCu膜およびバリアメタル層13をCMPによって研磨除去し、配線溝5bおよび接続孔5a内のみにバリアメタル層13を介してCu膜を埋め込んでなる埋め込み配線15aを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 3 (3), the embedded wiring 15 a is formed in the connection hole 5 a and the wiring groove 5 b through the barrier metal layer 13. Here, the barrier metal layer 13 is formed in a state of covering the wiring groove 5b and the inner wall of the connection hole 5a provided at the bottom, and further a Cu seed layer is formed to embed the inside of the wiring groove 5b and the connection hole 5a. In this state, the Cu film 15 is plated. Thereafter, the Cu film and the barrier metal layer 13 on the interlayer insulating film 5 are polished and removed by CMP, and the embedded wiring is formed by embedding the Cu film only in the wiring trench 5b and the connection hole 5a via the barrier metal layer 13. 15a is formed.

以上説明した第1実施形態によれば、図2(2)〜図3(2)を用いて説明したように、配線溝のパターン形成のためのハードマスク層7、層間絶縁膜5、および拡散防止層3のエッチングが、接続孔5aの内壁を保護膜21で覆った状態で行われる。これにより、配線溝5b形成のためのエッチングが接続孔5aの開口形状に影響を及ぼすことが防止され、接続孔5aの開口上部の肩落ちが防止される。   According to the first embodiment described above, as described with reference to FIGS. 2 (2) to 3 (2), the hard mask layer 7, the interlayer insulating film 5 and the diffusion for forming the pattern of the wiring trench Etching of the prevention layer 3 is performed in a state where the inner wall of the connection hole 5 a is covered with the protective film 21. As a result, the etching for forming the wiring groove 5b is prevented from affecting the opening shape of the connection hole 5a, and a shoulder drop at the upper part of the connection hole 5a is prevented.

このため、図3(3)を用いて説明した埋め込み配線15aの形成において、接続孔5aの開口上部でバリアメタル層13やCuシード層がオーバーハング状態で成膜されることが防止される。したがって、接続孔5aの内部にボイドの発生なくCu膜を成膜して埋め込み配線15aを形成することが可能になる。この結果、下層配線1aと埋め込み配線15aとが確実に接続された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。   For this reason, in the formation of the embedded wiring 15a described with reference to FIG. 3 (3), the barrier metal layer 13 and the Cu seed layer are prevented from being formed in an overhang state above the opening of the connection hole 5a. Therefore, it becomes possible to form the embedded wiring 15a by forming a Cu film inside the connection hole 5a without generating a void. As a result, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device in which the lower layer wiring 1a and the embedded wiring 15a are reliably connected.

尚、上述下第1実施形態において保護膜21として、SiCOH薄膜、SiO2薄膜、SiN薄膜、さらにはCHO,CH,CF,CN等の炭素(C)を含む材料薄膜のような絶縁性材料膜を用いた構成を説明した。しかしながら、この保護膜21は、図3(2)を用いて説明した接続孔5aの底部に下層配線1aを露出させる工程において、ハードマスク層7上の保護膜21も完全に除去されるか、または次の図3(3)を用いて説明したCMP工程で除去できるのであれば、絶縁性材料膜からなるものに限定されることはない。この場合であっても、保護膜21は、層間絶縁膜5のエッチングに対してエッチング耐性を有する材料を用いて構成されることは同様であり、例えばタンタル(Ta)またはチタン(Ti)を含む金属材料膜が適用される。このような導電性材料膜を保護膜21として用いた場合、接続孔5aの内壁に残った保護膜21が、配線間の誘電率を上昇させることはない。 In the first embodiment below, the protective film 21 is an insulating material film such as a SiCOH thin film, a SiO 2 thin film, a SiN thin film, or a material thin film containing carbon (C) such as CHO, CH, CF, CN, etc. The configuration using the above has been described. However, in the step of exposing the lower layer wiring 1a to the bottom of the connection hole 5a described with reference to FIG. 3B, the protective film 21 is also completely removed from the hard mask layer 7. Alternatively, the material is not limited to the insulating material film as long as it can be removed by the CMP process described with reference to FIG. Even in this case, the protective film 21 is similarly configured using a material having etching resistance to the etching of the interlayer insulating film 5, and includes, for example, tantalum (Ta) or titanium (Ti). A metal material film is applied. When such a conductive material film is used as the protective film 21, the protective film 21 remaining on the inner wall of the connection hole 5a does not increase the dielectric constant between the wirings.

<第2実施形態>
次に、図4〜図6の断面工程図に沿って第2実施形態の製造方法を説明する。尚、第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を行うこととする。
Second Embodiment
Next, the manufacturing method of 2nd Embodiment is demonstrated along the cross-sectional process drawing of FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the component similar to 1st Embodiment.

先ず図4(1)に示すように、表面側にCu埋め込み配線からなる下層配線1aが形成された基板1を用意し、SiC(N,H)からなるCuの拡散防止膜3、多孔質のSiCOHからなる層間絶縁膜5、さらに窒化シリコン(SiN)からなる第1ハードマスク層7-1、および酸化シリコン(SiO2)からなる第2ハードマスク層7-2を成膜する。 First, as shown in FIG. 4 (1), a substrate 1 having a lower layer wiring 1a made of Cu embedded wiring formed on the surface side is prepared, a Cu diffusion prevention film 3 made of SiC (N, H), An interlayer insulating film 5 made of SiCOH, a first hard mask layer 7-1 made of silicon nitride (SiN), and a second hard mask layer 7-2 made of silicon oxide (SiO 2 ) are formed.

その後、リソグラフィー処理により、第2ハードマスク層7-2上に、接続孔パターン9aを備えたレジストパターン9を第1マスクとして形成する。   Thereafter, a resist pattern 9 having a connection hole pattern 9a is formed as a first mask on the second hard mask layer 7-2 by lithography.

次に、図4(2)に示すように、レジストパターン9上からのエッチングにより、第2ハードマスク層(SiO2)7-2、第1ハードマスク層(SiN)7-1をエッチングし、さらに層間絶縁膜(多孔質SiCOH)5を途中までエッチングして接続孔5aを形成する。しかる後、アッシング処理により、レジストパターン9を除去する。 Next, as shown in FIG. 4B, the second hard mask layer (SiO 2 ) 7-2 and the first hard mask layer (SiN) 7-1 are etched by etching from above the resist pattern 9. Further, the interlayer insulating film (porous SiCOH) 5 is etched halfway to form connection holes 5a. Thereafter, the resist pattern 9 is removed by an ashing process.

その後、図5(1)に示すように、接続孔5a内を埋め込む状態で、有機系埋め込み材料膜23を埋め込み成膜し、さらに酸化シリコン(SiO2)膜25を成膜する。その後、リソグラフィー処理により、この酸化シリコン膜25上に、配線溝パターン11aを備えたレジストパターン11を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 5A, an organic embedding material film 23 is embedded and a silicon oxide (SiO 2 ) film 25 is further formed in a state of embedding the connection hole 5a. Thereafter, a resist pattern 11 having a wiring groove pattern 11a is formed on the silicon oxide film 25 by lithography.

次に、図5(2)に示すように、レジストパターン(第2マスク)11上からのエッチングにより、酸化シリコン膜25、有機埋め込み材料膜23をエッチングし、さらに第2ハードマスク層7-2をエッチングする。これにより、第2ハードマスク7-2に配線溝パターン11aを形成し、これが第2マスクとなる。またこのエッチングにおいては、レジストパターン11および酸化シリコン膜25がエッチング除去される。   Next, as shown in FIG. 5B, the silicon oxide film 25 and the organic embedding material film 23 are etched by etching from above the resist pattern (second mask) 11, and then the second hard mask layer 7-2. Etch. Thereby, the wiring groove pattern 11a is formed in the second hard mask 7-2, and this becomes the second mask. In this etching, the resist pattern 11 and the silicon oxide film 25 are removed by etching.

次に、図5(3)に示すように、アッシング処理によって有機埋め込み材料膜23を除去する。このアッシング処理においては、少なくとも酸素(O2)を含むガス、窒素および水素(N2/H2)を含むガス、またはアンモニア(NH3)を含むガスを用いて行うこととする。 Next, as shown in FIG. 5C, the organic embedding material film 23 is removed by an ashing process. This ashing treatment is performed using a gas containing at least oxygen (O 2 ), a gas containing nitrogen and hydrogen (N 2 / H 2 ), or a gas containing ammonia (NH 3 ).

次に、図6(1)に示すように、接続孔5aの内壁を覆う状態で薄膜状の保護膜21を成膜する。この工程が、本第2実施形態に特徴的な工程となる。この保護膜21は、第1実施形態と同様の材料膜が用いられ、例えばSiCOH薄膜からなることとする。   Next, as shown in FIG. 6A, a thin protective film 21 is formed so as to cover the inner wall of the connection hole 5a. This process is a characteristic process of the second embodiment. The protective film 21 is made of the same material film as in the first embodiment, and is made of, for example, a SiCOH thin film.

次に、図6(2)に示すように、保護膜21上からのエッチングにより、保護膜21および層間絶縁膜5の上層をエッチングして層間絶縁膜5の表面層に接続孔5aの開口縁部を保護膜21で覆った配線溝5bを形成すると共に、接続孔5aを掘下げて基板1の下層配線1aを露出させる。この際、SiCOHからなる保護膜21、SiNからなる第1ハードマスク層7−1、多孔質SiCOHからなる層間絶縁膜5、およびSiC(N,H)からなる拡散防止膜3のエッチングを行う。エッチング条件の一例は次のようである。
装置 :平行平板型エッチング装置
ソースパワー :1000W
RFバイアスパワー:300W
ガスおよび流量 :CH2F2/Ar/O2=60/600/60sccm
圧力 :50mTorr
基板温度 :20℃
Gap間隔 :40mm
Next, as shown in FIG. 6 (2), the upper layer of the protective film 21 and the interlayer insulating film 5 is etched by etching from above the protective film 21, and the opening edge of the connection hole 5 a is formed on the surface layer of the interlayer insulating film 5. A wiring groove 5 b whose portion is covered with a protective film 21 is formed, and the connection hole 5 a is dug down to expose the lower layer wiring 1 a of the substrate 1. At this time, the protective film 21 made of SiCOH, the first hard mask layer 7-1 made of SiN, the interlayer insulating film 5 made of porous SiCOH, and the diffusion prevention film 3 made of SiC (N, H) are etched. An example of the etching conditions is as follows.
Equipment: Parallel plate etching equipment Source power: 1000W
RF bias power: 300W
Gas and flow rate: CH2F2 / Ar / O2 = 60/600 / 60sccm
Pressure: 50 mTorr
Substrate temperature: 20 ° C
Gap interval: 40 mm

以上の後、図6(3)に示すように、接続孔5a内および配線溝5b内に、バリアメタル層13を介して埋め込み配線15aを形成する。この埋め込み配線15aの形成は、第1実施形態において図3(3)を用いて説明したと同様に行う。すなわち、バリアメタル層13およびCuシード層を形成し、配線溝5bおよび接続孔5aの内部を埋め込む状態でCu膜をメッキ成膜した後、CMPによって、層間絶縁膜5上のCu膜およびバリアメタル層13をCMPによって研磨除去し、配線溝5bおよび接続孔5a内のみにバリアメタル層13を介してCu膜を埋め込むことによって行う。   Thereafter, as shown in FIG. 6 (3), the embedded wiring 15 a is formed in the connection hole 5 a and the wiring groove 5 b through the barrier metal layer 13. The formation of the embedded wiring 15a is performed in the same manner as described in the first embodiment with reference to FIG. That is, after the barrier metal layer 13 and the Cu seed layer are formed, and the Cu film is plated in a state of filling the wiring grooves 5b and the connection holes 5a, the Cu film and the barrier metal on the interlayer insulating film 5 are formed by CMP. The layer 13 is polished and removed by CMP, and a Cu film is embedded through the barrier metal layer 13 only in the wiring groove 5b and the connection hole 5a.

以上説明した第2実施形態によれば、図6(1)および図6(2)を用いて説明したように、配線溝5bのパターン形成のための、第1ハードマスク層7-1、層間絶縁膜5、および拡散防止層3のエッチングが、接続孔5aの内壁を保護膜21で覆った状態で行われる。これにより、第1実施形態と同様に、配線溝5b形成のためのエッチングが接続孔5aの開口形状に影響を及ぼすことによる接続孔5aの開口上部の肩落ちがなく、接続孔5aの内部におけるボイドの発生を抑えた成膜によって埋め込み配線15aを形成することが可能になる。この結果、下層配線1aと埋め込み配線15aとが確実に接続された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。   According to the second embodiment described above, as described with reference to FIGS. 6A and 6B, the first hard mask layer 7-1 and the interlayer for pattern formation of the wiring groove 5b are provided. Etching of the insulating film 5 and the diffusion preventing layer 3 is performed in a state where the inner wall of the connection hole 5 a is covered with the protective film 21. Thus, as in the first embodiment, the etching for forming the wiring groove 5b affects the opening shape of the connection hole 5a, so that there is no shoulder drop at the top of the connection hole 5a. The embedded wiring 15a can be formed by film formation in which generation of voids is suppressed. As a result, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device in which the lower layer wiring 1a and the embedded wiring 15a are reliably connected.

<第3実施形態>
次に、図7の断面工程図に沿って第3実施形態の製造方法を説明する。
<Third Embodiment>
Next, the manufacturing method of 3rd Embodiment is demonstrated along the cross-sectional process drawing of FIG.

先ず、第2実施形態において図4(1)〜図5(3)を用いて説明したと同様の手順を行うことにより、拡散防止膜3上の層間絶縁膜5を途中までエッチングして接続孔5aを形成する。また、層間絶縁膜5上に第1ハードマスク層7-1を介して形成された第2ハードマスク層7-2に、配線溝パターン11aを転写して第2マスクとする。   First, by performing the same procedure as described with reference to FIGS. 4A to 4C in the second embodiment, the interlayer insulating film 5 on the diffusion prevention film 3 is etched halfway to form connection holes. 5a is formed. Further, the wiring groove pattern 11a is transferred to the second hard mask layer 7-2 formed on the interlayer insulating film 5 via the first hard mask layer 7-1 to form a second mask.

以上の後、図7(1)に示すように、プラズマ処理によって、接続孔5aの内壁表面層を硬質化させた層を保護膜31として形成する。このプラズマ処理においては、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、キセノン(Xe)などの不活性ガスを用いることが好ましく、これにより多孔質ではないSiCOHのような硬質化させた保護膜31を形成することができる。   After the above, as shown in FIG. 7A, a layer obtained by hardening the inner wall surface layer of the connection hole 5a is formed as the protective film 31 by plasma treatment. In this plasma treatment, it is preferable to use an inert gas such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), xenon (Xe), etc., and thus hardened like non-porous SiCOH. The protective film 31 can be formed.

例えば、Heプラズマを用いたプラズマ処理条件の一例は次のようである。
装置 :平行平板型エッチング装置
ソースパワー :2200W
RFバイアスパワー:400W
ガスおよび流量 :He=600sccm
圧力 :50mTorr
基板温度 :20℃
Gap間隔 :40mm
For example, an example of plasma processing conditions using He plasma is as follows.
Equipment: Parallel plate etching equipment Source power: 2200W
RF bias power: 400W
Gas and flow rate: He = 600 sccm
Pressure: 50 mTorr
Substrate temperature: 20 ° C
Gap interval: 40 mm

次に、図7(2)に示すように、第2ハードマスク層(第2マスク)7-2上からのエッチングにより、保護膜31によって内壁が保護された接続孔5aの上部に配線溝5bを形成すると共に、接続孔5bの底部に基板1の下層配線1aを露出させる。この際、硬質化された保護膜31、SiNからなる第1ハードマスク層7-1、多孔質SiCOHからなる層間絶縁膜5、およびSiC(N,H)からなる拡散防止膜3のエッチングを行う。このエッチングは、第2実施形態において図6(2)を用いて説明した配線溝形成のためのエッチングと同様に行われる。   Next, as shown in FIG. 7B, the wiring groove 5b is formed above the connection hole 5a whose inner wall is protected by the protective film 31 by etching from above the second hard mask layer (second mask) 7-2. And the lower layer wiring 1a of the substrate 1 is exposed at the bottom of the connection hole 5b. At this time, the hardened protective film 31, the first hard mask layer 7-1 made of SiN, the interlayer insulating film 5 made of porous SiCOH, and the diffusion prevention film 3 made of SiC (N, H) are etched. . This etching is performed in the same manner as the etching for forming the wiring trench described with reference to FIG. 6B in the second embodiment.

次に、図7(3)に示すように、接続孔5a内および配線溝5b内に、バリアメタル層13を介して埋め込み配線15aを形成する。この埋め込み配線15aの形成は、第1実施形態において図3(3)を用いて説明したと同様に行われる。すなわち、バリアメタル層13およびCuシード層を形成し、配線溝5bおよび接続孔5aの内部を埋め込む状態でCu膜をメッキ成膜した後、CMPによって、層間絶縁膜5上のCu膜およびバリアメタル層13をCMPによって研磨除去し、配線溝5bおよび接続孔5a内のみにバリアメタル層13を介してCu膜を埋め込むことによって形成される。   Next, as shown in FIG. 7 (3), a buried wiring 15 a is formed in the connection hole 5 a and the wiring groove 5 b through the barrier metal layer 13. The formation of the embedded wiring 15a is performed in the same manner as described in the first embodiment with reference to FIG. That is, after the barrier metal layer 13 and the Cu seed layer are formed, and the Cu film is plated in a state of filling the wiring grooves 5b and the connection holes 5a, the Cu film and the barrier metal on the interlayer insulating film 5 are formed by CMP. The layer 13 is polished and removed by CMP, and a Cu film is embedded through the barrier metal layer 13 only in the wiring groove 5b and the connection hole 5a.

以上説明した第3実施形態によれば、図7(1)および図7(2)を用いて説明したように、配線溝5bのパターン形成のための、第1ハードマスク層7-1、層間絶縁膜5、および拡散防止層3のエッチングが、接続孔5aの内壁を保護膜31で覆った状態で行われる。これにより、第1実施形態と同様に、配線溝5b形成のためのエッチングが接続孔5aの開口形状に影響を及ぼすことによる接続孔5aの開口上部の肩落ちがなく、接続孔5aの内部にボイドの発生を抑えた成膜によって埋め込み配線15aを形成することが可能になる。この結果、下層配線1aと埋め込み配線15aとが確実に接続された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。   According to the third embodiment described above, as described with reference to FIGS. 7A and 7B, the first hard mask layer 7-1 and the interlayer for pattern formation of the wiring groove 5b are provided. Etching of the insulating film 5 and the diffusion preventing layer 3 is performed in a state where the inner wall of the connection hole 5 a is covered with the protective film 31. Thus, as in the first embodiment, the etching for forming the wiring groove 5b affects the opening shape of the connection hole 5a, and there is no shoulder drop at the upper part of the connection hole 5a. The embedded wiring 15a can be formed by film formation in which generation of voids is suppressed. As a result, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device in which the lower layer wiring 1a and the embedded wiring 15a are reliably connected.

尚、上述下第3実施形態においては、接続孔5aの内壁に硬質化させた層が形成されれば良く、プラズマ処理に換えて電子線照射処理または紫外線照射処理を行っても良い。   In the third embodiment described above, a hardened layer may be formed on the inner wall of the connection hole 5a, and an electron beam irradiation process or an ultraviolet irradiation process may be performed instead of the plasma process.

また、本第3実施形態においては、拡散防止膜3に達する接続孔5aを形成した状態で、接続孔5aの内壁表面層を硬質化させた保護膜31を形成し、その後、配線溝5bを形成するエッチングを行う手順であっても良く、保護膜31を設けた状態で配線溝5bを形成する効果を同様に得ることができる。   In the third embodiment, the protective film 31 in which the inner wall surface layer of the connection hole 5a is hardened is formed in a state where the connection hole 5a reaching the diffusion prevention film 3 is formed, and then the wiring groove 5b is formed. The procedure of performing the etching to form may be sufficient and the effect which forms the wiring groove | channel 5b in the state which provided the protective film 31 can be acquired similarly.

<第4実施形態>
次に、図8〜図10の断面工程図に沿って第4実施形態の製造方法を説明する。本第4実施形態においては、層間絶縁膜として有機絶縁膜と無機絶縁膜とを積層したハイブリッド構造の層間絶縁膜に対して先ヴィア法によってデュアルダマシン構造を形成する場合に本発明を適用した実施形態を説明する。
<Fourth embodiment>
Next, the manufacturing method of 4th Embodiment is demonstrated along the cross-sectional process drawing of FIGS. In the fourth embodiment, the present invention is applied to a case where a dual damascene structure is formed by a first via method on an interlayer insulating film having a hybrid structure in which an organic insulating film and an inorganic insulating film are stacked as an interlayer insulating film. A form is demonstrated.

先ず図8(1)に示すように、表面側にCu埋め込み配線からなる下層配線1aが形成された基板1を用意する。そして、この基板1上に、SiC(N,H)からなるCuの拡散防止膜3を成膜する。次いで、多孔質のSiCOHからなる無機層間絶縁膜5-1を成膜する。次に、この上部に、有機低誘電材料からなる有機層間絶縁膜5-2を成膜する。   First, as shown in FIG. 8A, a substrate 1 having a lower layer wiring 1a made of a Cu-embedded wiring on the surface side is prepared. Then, a Cu diffusion prevention film 3 made of SiC (N, H) is formed on the substrate 1. Next, an inorganic interlayer insulating film 5-1 made of porous SiCOH is formed. Next, an organic interlayer insulating film 5-2 made of an organic low dielectric material is formed on the upper portion.

次いで、有機層間絶縁膜5-2上に、窒化シリコン(SiO2)からなる第1ハードマスク層7-1、および酸化シリコン(SiN)からなる第2ハードマスク層7-2、さらには窒化シリコン(SiO2)からなる第3ハードマスク層7-3を成膜する。 Next, on the organic interlayer insulating film 5-2, the first hard mask layer 7-1 made of silicon nitride (SiO 2 ), the second hard mask layer 7-2 made of silicon oxide (SiN), and further silicon nitride. A third hard mask layer 7-3 made of (SiO 2 ) is formed.

その後、図8(2)に示すように、リソグラフィー処理により、第3ハードマスク層7-3上に、配線溝パターン41aを備えたレジストパターン41を形成する。そして、このレジストパターン41をマスクにして第3ハードマスク層7-3をエッチングすることにより、第3ハードマスク層7-3に配線溝パターンを転写する。エッチング終了後には、レジストパターン41を除去する。   Thereafter, as shown in FIG. 8B, a resist pattern 41 having a wiring groove pattern 41a is formed on the third hard mask layer 7-3 by lithography. Then, by etching the third hard mask layer 7-3 using the resist pattern 41 as a mask, the wiring groove pattern is transferred to the third hard mask layer 7-3. After the etching is completed, the resist pattern 41 is removed.

次に、図8(3)に示すように、リソグラフィー処理により、第2ハードマスク層7-2上に、接続孔パターン43aを備えたレジストパターン43を第1マスクとして形成する。ここで接続孔パターン43aは、第3ハードマスク層7-3の開口(配線溝パターン)内に形成されることとする。   Next, as shown in FIG. 8C, a resist pattern 43 including a connection hole pattern 43a is formed as a first mask on the second hard mask layer 7-2 by lithography. Here, the connection hole pattern 43a is formed in the opening (wiring groove pattern) of the third hard mask layer 7-3.

そして、このレジストパターン(第1マスク)43上から、て第2ハードマスク層7-2および第1ハードマスク層7-1をエッチングすることにより、第2ハードマスク層7-2および第1ハードマスク層7-1に接続孔パターンを転写する。エッチング終了後には、レジストパターン43を除去する。   Then, the second hard mask layer 7-2 and the first hard mask layer 7-1 are etched from above the resist pattern (first mask) 43 so that the second hard mask layer 7-2 and the first hard mask layer 7-1 are etched. The connection hole pattern is transferred to the mask layer 7-1. After the etching is completed, the resist pattern 43 is removed.

次いで、図9(1)に示すように、第3ハードマスク層7-3および第2ハードマスク層7-2をマスクにして有機層間絶縁膜5-2をエッチングし、接続孔5aを形成する。   Next, as shown in FIG. 9A, the organic interlayer insulating film 5-2 is etched using the third hard mask layer 7-3 and the second hard mask layer 7-2 as a mask to form a connection hole 5a. .

引き続き、図9(2)に示すように、第3ハードマスク層7-3上からのエッチングにより、第2ハードマスク層7-2に配線溝パターンを転写すると共に、無機層間絶縁膜5-1に接続孔5aを掘り進める。   Subsequently, as shown in FIG. 9B, the wiring groove pattern is transferred to the second hard mask layer 7-2 by etching from the third hard mask layer 7-3, and the inorganic interlayer insulating film 5-1 is also transferred. The connection hole 5a is dug.

さらに、図9(3)に示すように、第3ハードマスク層7-3上からのエッチングを進め、第1ハードマスク層7-1に配線溝パターンを転写する。これにより、第1ハードマスク層7-2および第1ハードマスク層7-1との2層構造の第2マスクを形成する。またこれと共に、無機層間絶縁膜5-1のエッチングを進めて接続孔5aの底部に拡散防止膜3を露出させる。尚、このエッチングにより、第3ハードマスク層7-3がエッチング除去されて第2ハードマスク層7-2が露出する。   Further, as shown in FIG. 9 (3), etching from above the third hard mask layer 7-3 is advanced to transfer the wiring groove pattern to the first hard mask layer 7-1. Thereby, a second mask having a two-layer structure of the first hard mask layer 7-2 and the first hard mask layer 7-1 is formed. At the same time, the etching of the inorganic interlayer insulating film 5-1 is advanced to expose the diffusion prevention film 3 at the bottom of the connection hole 5a. By this etching, the third hard mask layer 7-3 is removed by etching, and the second hard mask layer 7-2 is exposed.

その後、図10(1)に示すように、、接続孔5aの内壁を覆う状態で薄膜状の保護膜45を成膜する。この工程が、本第4実施形態に特徴的な工程となる。この保護膜45は、第1実施形態と同様の材料膜が用いられ、例えばSiCOH薄膜からなることとする。   Thereafter, as shown in FIG. 10A, a thin protective film 45 is formed so as to cover the inner wall of the connection hole 5a. This process is a characteristic process of the fourth embodiment. The protective film 45 is made of the same material film as that of the first embodiment, and is made of, for example, a SiCOH thin film.

次に、図10(2)に示すように、保護膜45上から、第1ハードマスク層7-2および第1ハードマスク層7-1を第2マスクとしたエッチングを行い、有機層間絶縁膜5-2に配線溝5bを形成すると共に、接続孔5a底部を覆う保護膜45および拡散防止層3を除去して基板1の下層配線1aを露出させる。   Next, as shown in FIG. 10B, etching is performed from above the protective film 45 using the first hard mask layer 7-2 and the first hard mask layer 7-1 as a second mask to form an organic interlayer insulating film. The wiring groove 5b is formed in 5-2, and the protective film 45 and the diffusion prevention layer 3 covering the bottom of the connection hole 5a are removed to expose the lower layer wiring 1a of the substrate 1.

以上の後、図10(3)に示すように、接続孔5a内および配線溝5b内に、バリアメタル層13を介して埋め込み配線15aを形成する。この埋め込み配線15aの形成は、第1実施形態において図3(3)を用いて説明したと同様に行われる。すなわち、バリアメタル層13およびCuシード層を形成し、配線溝5bおよび接続孔5aの内部を埋め込む状態でCu膜をメッキ成膜した後、CMPによって、層間絶縁膜5上のCu膜およびバリアメタル層13をCMPによって研磨除去し、配線溝5bおよび接続孔5a内のみにバリアメタル層13を介してCu膜を埋め込むことによって形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 10 (3), the embedded wiring 15 a is formed in the connection hole 5 a and the wiring groove 5 b through the barrier metal layer 13. The formation of the embedded wiring 15a is performed in the same manner as described in the first embodiment with reference to FIG. That is, after the barrier metal layer 13 and the Cu seed layer are formed, and the Cu film is plated in a state of filling the wiring grooves 5b and the connection holes 5a, the Cu film and the barrier metal on the interlayer insulating film 5 are formed by CMP. The layer 13 is polished and removed by CMP, and a Cu film is embedded through the barrier metal layer 13 only in the wiring groove 5b and the connection hole 5a.

以上説明した第4実施形態によれば、図10(1)および図10(2)を用いて説明したように、配線溝5bのパターン形成のための、有機層間絶縁膜5-2のエッチングが、接続孔5aの内壁を保護膜21で覆った状態で行われる。これにより、第1実施形態と同様に、配線溝5b形成のためのエッチングが接続孔5aの開口形状に影響を及ぼすことによる接続孔5aの開口上部の肩落ちがなく、接続孔5aの内部におけるボイドの発生を抑えた成膜によって埋め込み配線15aを形成することが可能になる。この結果、下層配線1aと埋め込み配線15aとが確実に接続された信頼性の高い半導体装置を得ることが可能になる。   According to the fourth embodiment described above, as described with reference to FIGS. 10A and 10B, the etching of the organic interlayer insulating film 5-2 for forming the pattern of the wiring trench 5b is performed. This is performed with the inner wall of the connection hole 5 a covered with the protective film 21. Thus, as in the first embodiment, the etching for forming the wiring groove 5b affects the opening shape of the connection hole 5a, so that there is no shoulder drop at the top of the connection hole 5a. The embedded wiring 15a can be formed by film formation in which generation of voids is suppressed. As a result, it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device in which the lower layer wiring 1a and the embedded wiring 15a are reliably connected.

尚、本第4実施形態においては、図10(1)を用いて説明した工程において、SiOCH薄膜からなる保護膜45の形成に換えて、接続孔5aの内壁表面層を硬質化させた保護膜を形成しても良く、同様の効果を得ることができる。   In the fourth embodiment, in the process described with reference to FIG. 10A, instead of forming the protective film 45 made of the SiOCH thin film, the protective film in which the inner wall surface layer of the connection hole 5a is hardened. The same effect can be obtained.

また、上述した第1実施形態〜第4実施形態で用いた層間絶縁膜の材料およびハードマスク層の材料、さらにはハードマスク層の層数は、一例に過ぎず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、適宜変更できる。さらに、各実施形態で一例を挙げたエッチング条件(エッチング装置)はあくまでも一例に過ぎず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、適宜変更できる。   Further, the material of the interlayer insulating film and the material of the hard mask layer, and the number of hard mask layers used in the first to fourth embodiments described above are merely examples, and do not depart from the gist of the present invention. In the range, it can change suitably. Furthermore, the etching conditions (etching apparatus) given as an example in each embodiment are merely examples, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.

第1実施形態の製造方法を示す断面工程図(その1)である。FIG. 3 is a sectional process diagram (part 1) illustrating the manufacturing method according to the first embodiment. 第1実施形態の製造方法を示す断面工程図(その2)である。FIG. 6 is a sectional process diagram (part 2) illustrating the manufacturing method according to the first embodiment. 第1実施形態の製造方法を示す断面工程図(その3)である。FIG. 6 is a sectional process diagram (part 3) illustrating the manufacturing method according to the first embodiment; 第2実施形態の製造方法を示す断面工程図(その1)である。It is sectional process drawing (the 1) which shows the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第2実施形態の製造方法を示す断面工程図(その2)である。It is sectional process drawing (the 2) which shows the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第2実施形態の製造方法を示す断面工程図(その3)である。It is sectional process drawing (the 3) which shows the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第3実施形態の製造方法を示す断面工程図である。It is sectional process drawing which shows the manufacturing method of 3rd Embodiment. 第4実施形態の製造方法を示す断面工程図(その1)である。It is sectional process drawing (the 1) which shows the manufacturing method of 4th Embodiment. 第4実施形態の製造方法を示す断面工程図(その2)である。It is sectional process drawing (the 2) which shows the manufacturing method of 4th Embodiment. 第4実施形態の製造方法を示す断面工程図(その3)である。It is sectional process drawing (the 3) which shows the manufacturing method of 4th Embodiment. 従来の製造方法の一例を示す断面工程図(その1)である。It is sectional process drawing (the 1) which shows an example of the conventional manufacturing method. 従来の製造方法の一例を示す断面工程図(その2)である。It is sectional process drawing (2) which shows an example of the conventional manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、5…層間絶縁膜、5-1…無機層間絶縁膜、5-2…有機層間絶縁膜、5a…接続孔、5b…配線溝、7-1…第1ハードマスク層(第2マスク)、7-2…第2ハードマスク層(第2マスク)、9,42…レジストパターン(第1マスク)、11…レジストパターン(第2マスク)、21,31,45…保護膜、15a…埋め込み配線   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 5 ... Interlayer insulation film, 5-1 ... Inorganic interlayer insulation film, 5-2 ... Organic interlayer insulation film, 5a ... Connection hole, 5b ... Wiring groove, 7-1 ... 1st hard mask layer (2nd Mask), 7-2 ... second hard mask layer (second mask), 9, 42 ... resist pattern (first mask), 11 ... resist pattern (second mask), 21, 31, 45 ... protective film, 15a ... Embedded wiring

Claims (1)

基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
当該層間絶縁膜上に接続孔パターンを有する第1マスクを形成する工程と、
前記第1マスク上からのエッチングにより前記層間絶縁膜に接続孔を形成する工程と、
をこの順に行う半導体装置の製造方法であって、
さらに、この工程を行った後に、
前記接続孔が形成された前記層間絶縁膜上に配線溝パターンを備えた第2マスクを形成する工程と、
前記接続孔の内壁を覆う状態で保護膜を成膜する工程と、
前記第2マスク上からのエッチングにより前記保護膜および前記層間絶縁膜の上層をエッチングして前記保護膜によって内壁が保護された前記接続孔の上部に配線溝を形成する工程と、
前記保護膜上からのエッチングにより前記接続孔の底部に前記基板を露出させる工程と、
前記配線溝および前記接続孔内を埋め込む状態で導電性材料膜を成膜する工程と、
前記配線溝および接続孔内のみに残るように前記導電性材料膜を研磨除去することにより埋め込み配線を形成する工程と、
をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on the substrate;
Forming a first mask having a connection hole pattern on the interlayer insulating film;
Forming a connection hole in the interlayer insulating film by etching from above the first mask;
A method for manufacturing a semiconductor device that performs the steps in this order,
Furthermore, after performing this process,
Forming a second mask having a wiring groove pattern on the interlayer insulating film in which the connection hole is formed;
Forming a protective film in a state of covering the inner wall of the connection hole;
Etching the upper layer of the protective film and the interlayer insulating film by etching from above the second mask to form a wiring groove above the connection hole whose inner wall is protected by the protective film;
Exposing the substrate to the bottom of the connection hole by etching from above the protective film;
Forming a conductive material film in a state of filling the wiring groove and the connection hole;
Forming a buried wiring by polishing and removing the conductive material film so as to remain only in the wiring groove and the connection hole;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the steps are performed in this order.
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