半導体製造方法
【課題】半導体装置の層間膜容量、配線間容量の低減及び微細化を図るとともに、半導体製造工数の低減が可能な半導体製造方法を提供する。
【解決手段】第1のレジストによりヴィアパターン7を形成する工程と、少なくとも前記ヴィアパターン7の一部の周囲を充填するように、第1の層間膜6aを形成する工程と、前記ヴィアパターン7及び前記第1の層間膜6a上に、第2のレジストにより配線パターン8を形成する工程と、少なくとも前記配線パターン8の一部の周囲を充填するように、第2の層間膜6bを形成する工程と、前記配線パターン及び前記ヴィアパターンを選択的に除去して、デュアルダマシン配線溝を形成する工程と、前記デュアルダマシン配線溝を金属層により充填する工程を備える。
【解決手段】第1のレジストによりヴィアパターン7を形成する工程と、少なくとも前記ヴィアパターン7の一部の周囲を充填するように、第1の層間膜6aを形成する工程と、前記ヴィアパターン7及び前記第1の層間膜6a上に、第2のレジストにより配線パターン8を形成する工程と、少なくとも前記配線パターン8の一部の周囲を充填するように、第2の層間膜6bを形成する工程と、前記配線パターン及び前記ヴィアパターンを選択的に除去して、デュアルダマシン配線溝を形成する工程と、前記デュアルダマシン配線溝を金属層により充填する工程を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば低誘電率層間膜を用いた多層配線を備える半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の微細化、高速化に伴い、多層配線の層間絶縁膜として低誘電率層間膜が導入されている(例えば特許文献1参照)。
【0003】
一般に、このような半導体装置は、例えば以下のように形成される。先ず、半導体基板上に形成された下層配線上に、キャップ層/ストッパ層を形成し、その上に低誘電率層間膜、レジスト膜を順次形成する。そして、レジストをパターニングし、これをマスクとして、ドライエッチングによりヴィアホールを形成した後、低抵抗金属で埋め込み、ヴィアを形成する。そして、ヴィアの形成された低誘電率層間膜上に、キャップ層/ストッパ層を形成し、その上に低誘電率層間膜、レジスト膜を形成する。そして、レジストをパターニングし、これをマスクとして、ドライエッチングにより低誘電率層間膜にヴィアに到達する配線溝を形成した後、低抵抗金属で埋め込み、配線層を形成する。
【0004】
近年、このような半導体装置において、さらなる層間膜容量、配線間容量の低減及び微細化の要求がある。また、ディフェクト低減の観点からも、製造工数低減の要求がある。
【特許文献1】特開2004−221498号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、多層配線を備えた半導体装置の層間膜容量、配線間容量の低減及び微細化を図るとともに、その製造工数の低減が可能な半導体製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様によれば、第1のレジストによりヴィアパターンを形成する工程と、少なくとも前記ヴィアパターンの一部の周囲を充填するように、第1の層間膜を形成する工程と、前記ヴィアパターン及び前記第1の層間膜上に、第2のレジストにより配線パターンを形成する工程と、少なくとも前記配線パターンの一部の周囲を充填するように、第2の層間膜を形成する工程と、前記配線パターン及び前記ヴィアパターンを選択的に除去して、デュアルダマシン配線溝を形成する工程と、前記デュアルダマシン配線溝を金属層により充填する工程を備えることを特徴とする半導体製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本発明の一実施態様によれば、多層配線を備えた半導体装置の層間膜容量、配線間容量の低減及び微細化を図るとともに、その製造工数の低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【0009】
(実施形態1)
図1に本実施形態の半導体製造方法により形成される半導体装置の多層配線構造を示す。図に示すように、半導体基板(図示せず)上に形成された層間膜1、下層配線層2上に、キャップ層/ストッパ層3が形成されており、これを貫通して下層配線層2と接続するように、ヴィア4が形成されている。ヴィア4上には、これと接続するように配線層5が形成され、各ヴィア4、配線層5間は、2層の低誘電率膜からなる層間膜6a、6bにより分離されている。
【0010】
このような半導体装置は、以下のように形成される。先ず、図2に示すように、半導体基板(図示せず)上に形成された層間膜1及び下層配線層2上に、例えばSiN膜などからなるキャップ層/ストッパ層3を形成する。そして、キャップ層/ストッパ層3上にネガ型レジストを塗布し、通常の露光・現像技術により、ネガ型レジストからなるヴィアパターン(ダミーパターン)7を形成する。このとき、大きめのマスクパターンを形成し、等方エッチングによる現像処理を行なうことにより、パターンを微細化することが可能である。
【0011】
次いで、図3に示すように、ヴィアパターン7を被覆するように、全面に、例えばメチル基含有酸化ケイ素膜(MSQ:MethylSilsesQuioxane膜)などの低誘電率膜材料を、塗布法(SOD:Spin On Dielectrics法)を用いて成膜し、ベーク又はEB(Electron Beam)でキュアを行うことにより膜質を変化させ、ヴィアパターン7の間を充填、被覆する層間膜6aを形成する。
【0012】
そして、図4に示すように、層間膜6a上に、ネガ型レジストを塗布し、通常の露光・現像技術により、レジストからなる配線パターン(ダミーパターン)8を形成する。
【0013】
次いで、図5に示すように、配線パターン8を被覆するように、全面に塗布型低誘電率膜を塗布し、ベーク又はEBでキュアを行うことにより膜質を変化させ、配線パターン9の間を充填、被覆する層間膜6bを形成する。
【0014】
そして、図6に示すように、全面をO2RIE(Reactive Ion Etching)によりエッチバックすることにより、Siを含む層間膜6b表面のみをSiO2としてレジスト(配線パターン8)に対する高選択比を得ることができることから、レジスト(配線パターン8)を選択的に除去して、配線溝9を形成する。
【0015】
続いて、図7に示すように、同様に全面をO2RIEによりエッチバックすることにより、Siを含む層間膜6a表面もSiO2としてレジスト(ヴィアパターン7)との高選択比を得ることができることから、レジスト(ヴィアパターン7)を選択的に除去して、キャップ層/ストッパ層3に到達するヴィアホール10を形成する。
【0016】
そして、図6に示すように、全面をUV照射と同時にN2/H2アッシャーにより エッチバックすることにより、Siを含む層間膜6b表面のみに高選択膜を形成することができることから、レジスト(配線パターン8)を選択的に除去して、配線溝9を形成する。
【0017】
続いて、図7に示すように、同様に全面をUV照射と同時にN2/H2アッシャーによりエッチバックすることにより、Siを含む層間膜6a表面もSiO2としてレジスト(ヴィアパタン7)との高選択比を得ることができることから、レジスト(ヴィアパターン7)を選択的に除去して、キャップ層/ストッパ層3に到達するヴィアホール10を形成する。
【0018】
そして、図8に示すように、例えばCF4、CHF3などのガス種を含むRIEにより、選択的にヴィアホール10底部のキャップ層/ストッパ層3を除去し、ヴィアホール底部を下層配線2に到達させる。
【0019】
さらに、図9に示すように、全面にバリアメタル/Cu層(図示せず)を夫々スパッタ法により形成した後、メッキ法によりヴィアホール10、配線溝9内を含む全面にCu膜11を形成する。そして、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により、表面のCu膜を除去することにより、図1に示すようなデュアルダマシン配線を備える多層配線構造が形成される。
【0020】
本実施形態においては、ヴィアパターン、配線パターンを残しパターン(ダミーパターン)とすることにより、ドライエッチング工程を用いることなくヴィアパターン、配線パターンを形成することができ、ヴィアと配線層の界面位置にキャップ層/ストッパ層を形成することなく、低誘電率の層間膜中にデュアルダマシン配線を形成することができる。
【0021】
従って、工程数の低減により、低コスト化やディフェクトの低減を図ることが可能となる。また、低誘電率層間膜中にキャップ層/ストッパ層を介さないため、層間膜容量、配線間容量の低減を図ることが可能となる。また、レジスト自身がアライメントの対象物となるため、アライメント精度を向上させ、微細加工精度を向上させることが可能となる。
【0022】
さらに、本実施形態においては、層間膜6a、6bとして、塗布法により成膜する塗布型の低誘電率膜を用いているが、塗布型の低誘電率膜を用いることにより、表面張力により層間膜の高平坦化を図ることが可能となり、上層に形成される配線パターン形成時などのアライメント精度を向上させることが可能となる。
【0023】
尚、本実施形態においては、ダミーパターン(ヴィアパターン7、配線層パターン8)を被覆するように層間膜6a、6bを形成しているが、必ずしもダミーパターンを層間膜で被覆する必要はなく、図10に示すように、ヴィアパターン7’の一部(上端部)が層間膜6a’から露出していても、図11に示すように、配線パターン8’を上層に形成して、同様にデュアルダマシン配線を形成することができる。
【0024】
また、本実施形態において、ダミーパターン形成時にネガ型レジストを用いているが、ポジ型レジストによりパターンを形成することも可能である。しかしながら、ポジ型レジストを用いた露光技術において、穴解像限界による微細化の限界があり、一方、ネガ型レジストを用いることにより、ダミーパターンを等方エッチングによる現像処理により微細化することができるため、ネガ型レジストを用いることが好ましい。
【0025】
また、本実施形態において、配線溝、ヴィアホールを形成する際、O2RIEによりエッチバックを行っているが、N2/H2アッシャーにより、低誘電率の層間膜を保護しながらアッシングを行っても良い。
【0026】
また、本実施形態において、配線溝、ヴィアホールを形成する際、N2/H2アッシャーによりエッチバックを行なっているが、O2 RIEにより、低誘電率の層間膜を保護しながらエッチングを行なっても良い。
【0027】
ダミーパターン、層間膜の膜厚を、RIEにおけるレジストと層間膜のエッチング選択比により適宜最適化することにより、所望のデュアルダマシン配線形状を形成することができる。
【0028】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の一態様における半導体製造方法により形成される半導体装置の多層配線構造を示す図。
【図2】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図3】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図4】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図5】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図6】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図7】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図8】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図9】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図10】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図11】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【符号の説明】
【0030】
1、6a、6a’、6b 層間膜
2 下層配線層
3 キャップ層/ストッパ層
4 ヴィア
5 配線層
7、7’ ヴィアパターン
8、8’ 配線パターン
9 配線溝
10 ヴィアホール
11 Cu膜
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば低誘電率層間膜を用いた多層配線を備える半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の微細化、高速化に伴い、多層配線の層間絶縁膜として低誘電率層間膜が導入されている(例えば特許文献1参照)。
【0003】
一般に、このような半導体装置は、例えば以下のように形成される。先ず、半導体基板上に形成された下層配線上に、キャップ層/ストッパ層を形成し、その上に低誘電率層間膜、レジスト膜を順次形成する。そして、レジストをパターニングし、これをマスクとして、ドライエッチングによりヴィアホールを形成した後、低抵抗金属で埋め込み、ヴィアを形成する。そして、ヴィアの形成された低誘電率層間膜上に、キャップ層/ストッパ層を形成し、その上に低誘電率層間膜、レジスト膜を形成する。そして、レジストをパターニングし、これをマスクとして、ドライエッチングにより低誘電率層間膜にヴィアに到達する配線溝を形成した後、低抵抗金属で埋め込み、配線層を形成する。
【0004】
近年、このような半導体装置において、さらなる層間膜容量、配線間容量の低減及び微細化の要求がある。また、ディフェクト低減の観点からも、製造工数低減の要求がある。
【特許文献1】特開2004−221498号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、多層配線を備えた半導体装置の層間膜容量、配線間容量の低減及び微細化を図るとともに、その製造工数の低減が可能な半導体製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様によれば、第1のレジストによりヴィアパターンを形成する工程と、少なくとも前記ヴィアパターンの一部の周囲を充填するように、第1の層間膜を形成する工程と、前記ヴィアパターン及び前記第1の層間膜上に、第2のレジストにより配線パターンを形成する工程と、少なくとも前記配線パターンの一部の周囲を充填するように、第2の層間膜を形成する工程と、前記配線パターン及び前記ヴィアパターンを選択的に除去して、デュアルダマシン配線溝を形成する工程と、前記デュアルダマシン配線溝を金属層により充填する工程を備えることを特徴とする半導体製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0007】
本発明の一実施態様によれば、多層配線を備えた半導体装置の層間膜容量、配線間容量の低減及び微細化を図るとともに、その製造工数の低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【0009】
(実施形態1)
図1に本実施形態の半導体製造方法により形成される半導体装置の多層配線構造を示す。図に示すように、半導体基板(図示せず)上に形成された層間膜1、下層配線層2上に、キャップ層/ストッパ層3が形成されており、これを貫通して下層配線層2と接続するように、ヴィア4が形成されている。ヴィア4上には、これと接続するように配線層5が形成され、各ヴィア4、配線層5間は、2層の低誘電率膜からなる層間膜6a、6bにより分離されている。
【0010】
このような半導体装置は、以下のように形成される。先ず、図2に示すように、半導体基板(図示せず)上に形成された層間膜1及び下層配線層2上に、例えばSiN膜などからなるキャップ層/ストッパ層3を形成する。そして、キャップ層/ストッパ層3上にネガ型レジストを塗布し、通常の露光・現像技術により、ネガ型レジストからなるヴィアパターン(ダミーパターン)7を形成する。このとき、大きめのマスクパターンを形成し、等方エッチングによる現像処理を行なうことにより、パターンを微細化することが可能である。
【0011】
次いで、図3に示すように、ヴィアパターン7を被覆するように、全面に、例えばメチル基含有酸化ケイ素膜(MSQ:MethylSilsesQuioxane膜)などの低誘電率膜材料を、塗布法(SOD:Spin On Dielectrics法)を用いて成膜し、ベーク又はEB(Electron Beam)でキュアを行うことにより膜質を変化させ、ヴィアパターン7の間を充填、被覆する層間膜6aを形成する。
【0012】
そして、図4に示すように、層間膜6a上に、ネガ型レジストを塗布し、通常の露光・現像技術により、レジストからなる配線パターン(ダミーパターン)8を形成する。
【0013】
次いで、図5に示すように、配線パターン8を被覆するように、全面に塗布型低誘電率膜を塗布し、ベーク又はEBでキュアを行うことにより膜質を変化させ、配線パターン9の間を充填、被覆する層間膜6bを形成する。
【0014】
そして、図6に示すように、全面をO2RIE(Reactive Ion Etching)によりエッチバックすることにより、Siを含む層間膜6b表面のみをSiO2としてレジスト(配線パターン8)に対する高選択比を得ることができることから、レジスト(配線パターン8)を選択的に除去して、配線溝9を形成する。
【0015】
続いて、図7に示すように、同様に全面をO2RIEによりエッチバックすることにより、Siを含む層間膜6a表面もSiO2としてレジスト(ヴィアパターン7)との高選択比を得ることができることから、レジスト(ヴィアパターン7)を選択的に除去して、キャップ層/ストッパ層3に到達するヴィアホール10を形成する。
【0016】
そして、図6に示すように、全面をUV照射と同時にN2/H2アッシャーにより エッチバックすることにより、Siを含む層間膜6b表面のみに高選択膜を形成することができることから、レジスト(配線パターン8)を選択的に除去して、配線溝9を形成する。
【0017】
続いて、図7に示すように、同様に全面をUV照射と同時にN2/H2アッシャーによりエッチバックすることにより、Siを含む層間膜6a表面もSiO2としてレジスト(ヴィアパタン7)との高選択比を得ることができることから、レジスト(ヴィアパターン7)を選択的に除去して、キャップ層/ストッパ層3に到達するヴィアホール10を形成する。
【0018】
そして、図8に示すように、例えばCF4、CHF3などのガス種を含むRIEにより、選択的にヴィアホール10底部のキャップ層/ストッパ層3を除去し、ヴィアホール底部を下層配線2に到達させる。
【0019】
さらに、図9に示すように、全面にバリアメタル/Cu層(図示せず)を夫々スパッタ法により形成した後、メッキ法によりヴィアホール10、配線溝9内を含む全面にCu膜11を形成する。そして、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により、表面のCu膜を除去することにより、図1に示すようなデュアルダマシン配線を備える多層配線構造が形成される。
【0020】
本実施形態においては、ヴィアパターン、配線パターンを残しパターン(ダミーパターン)とすることにより、ドライエッチング工程を用いることなくヴィアパターン、配線パターンを形成することができ、ヴィアと配線層の界面位置にキャップ層/ストッパ層を形成することなく、低誘電率の層間膜中にデュアルダマシン配線を形成することができる。
【0021】
従って、工程数の低減により、低コスト化やディフェクトの低減を図ることが可能となる。また、低誘電率層間膜中にキャップ層/ストッパ層を介さないため、層間膜容量、配線間容量の低減を図ることが可能となる。また、レジスト自身がアライメントの対象物となるため、アライメント精度を向上させ、微細加工精度を向上させることが可能となる。
【0022】
さらに、本実施形態においては、層間膜6a、6bとして、塗布法により成膜する塗布型の低誘電率膜を用いているが、塗布型の低誘電率膜を用いることにより、表面張力により層間膜の高平坦化を図ることが可能となり、上層に形成される配線パターン形成時などのアライメント精度を向上させることが可能となる。
【0023】
尚、本実施形態においては、ダミーパターン(ヴィアパターン7、配線層パターン8)を被覆するように層間膜6a、6bを形成しているが、必ずしもダミーパターンを層間膜で被覆する必要はなく、図10に示すように、ヴィアパターン7’の一部(上端部)が層間膜6a’から露出していても、図11に示すように、配線パターン8’を上層に形成して、同様にデュアルダマシン配線を形成することができる。
【0024】
また、本実施形態において、ダミーパターン形成時にネガ型レジストを用いているが、ポジ型レジストによりパターンを形成することも可能である。しかしながら、ポジ型レジストを用いた露光技術において、穴解像限界による微細化の限界があり、一方、ネガ型レジストを用いることにより、ダミーパターンを等方エッチングによる現像処理により微細化することができるため、ネガ型レジストを用いることが好ましい。
【0025】
また、本実施形態において、配線溝、ヴィアホールを形成する際、O2RIEによりエッチバックを行っているが、N2/H2アッシャーにより、低誘電率の層間膜を保護しながらアッシングを行っても良い。
【0026】
また、本実施形態において、配線溝、ヴィアホールを形成する際、N2/H2アッシャーによりエッチバックを行なっているが、O2 RIEにより、低誘電率の層間膜を保護しながらエッチングを行なっても良い。
【0027】
ダミーパターン、層間膜の膜厚を、RIEにおけるレジストと層間膜のエッチング選択比により適宜最適化することにより、所望のデュアルダマシン配線形状を形成することができる。
【0028】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の一態様における半導体製造方法により形成される半導体装置の多層配線構造を示す図。
【図2】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図3】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図4】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図5】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図6】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図7】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図8】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図9】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図10】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【図11】本発明の一態様における半導体製造工程を示す図。
【符号の説明】
【0030】
1、6a、6a’、6b 層間膜
2 下層配線層
3 キャップ層/ストッパ層
4 ヴィア
5 配線層
7、7’ ヴィアパターン
8、8’ 配線パターン
9 配線溝
10 ヴィアホール
11 Cu膜
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1のレジストによりヴィアパターンを形成する工程と、
少なくとも前記ヴィアパターンの一部の周囲を充填するように、第1の層間膜を形成する工程と、
前記ヴィアパターン及び前記第1の層間膜上に、第2のレジストにより配線パターンを形成する工程と、
少なくとも前記配線パターンの一部の周囲を充填するように、第2の層間膜を形成する工程と、
前記配線パターン及び前記ヴィアパターンを選択的に除去して、デュアルダマシン配線溝を形成する工程と、
前記デュアルダマシン配線溝を、金属層により充填する工程を備えることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項2】
前記第1のレジストは、ネガ型レジストであることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造方法。
【請求項3】
前記第1の層間膜及び第2の層間膜は、低誘電率膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体製造方法。
【請求項4】
前記第1の層間膜を形成する工程において、前記ヴィアパターンを前記第1の層間膜により被覆することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の半導体製造方法。
【請求項5】
前記第1の層間膜を形成する工程において、前記ヴィアパターンの少なくとも一部は、前記第1の層間膜から露出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の半導体製造方法。
【請求項1】
第1のレジストによりヴィアパターンを形成する工程と、
少なくとも前記ヴィアパターンの一部の周囲を充填するように、第1の層間膜を形成する工程と、
前記ヴィアパターン及び前記第1の層間膜上に、第2のレジストにより配線パターンを形成する工程と、
少なくとも前記配線パターンの一部の周囲を充填するように、第2の層間膜を形成する工程と、
前記配線パターン及び前記ヴィアパターンを選択的に除去して、デュアルダマシン配線溝を形成する工程と、
前記デュアルダマシン配線溝を、金属層により充填する工程を備えることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項2】
前記第1のレジストは、ネガ型レジストであることを特徴とする請求項1に記載の半導体製造方法。
【請求項3】
前記第1の層間膜及び第2の層間膜は、低誘電率膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体製造方法。
【請求項4】
前記第1の層間膜を形成する工程において、前記ヴィアパターンを前記第1の層間膜により被覆することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の半導体製造方法。
【請求項5】
前記第1の層間膜を形成する工程において、前記ヴィアパターンの少なくとも一部は、前記第1の層間膜から露出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の半導体製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2007−149953(P2007−149953A)
【公開日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−342153(P2005−342153)
【出願日】平成17年11月28日(2005.11.28)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年6月14日(2007.6.14)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年11月28日(2005.11.28)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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