JP4338748B2 - 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、特にコンタクトホール内を埋め込む導電性プラグを有する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 having a conductive plug filling a contact hole.
従来の導電性プラグの形成は、通常、下記の方法で行われていた。 Conventional conductive plugs are usually formed by the following method.
まず、層間絶縁膜上に、開口を有するレジスト膜を形成する。このレジスト膜をマスクとして層間絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成する。その後、レジスト膜を除去する。レジスト膜の除去は、酸素プラズマ中でアッシングすることにより行う。 First, a resist film having an opening is formed on the interlayer insulating film. Using this resist film as a mask, the interlayer insulating film is etched to form contact holes. Thereafter, the resist film is removed. The resist film is removed by ashing in oxygen plasma.
コンタクトホールの内面及びレジスト膜の表面上に、TiN等からなる接着層を形成する。接着層の表面上にタングステン膜を堆積するとともに、コンタクトホール内をタングステンで埋め込む。タングステン膜と接着層とを化学機械研磨(CMP)により除去し、コンタクトホール内にのみ接着層とタングステン膜を残す。このようにして、接着層とタングステン部分からなる導電性プラグが形成される。 An adhesive layer made of TiN or the like is formed on the inner surface of the contact hole and the surface of the resist film. A tungsten film is deposited on the surface of the adhesive layer and the contact hole is filled with tungsten. The tungsten film and the adhesive layer are removed by chemical mechanical polishing (CMP), leaving the adhesive layer and the tungsten film only in the contact holes. In this way, a conductive plug composed of the adhesive layer and the tungsten portion is formed.
近年、半導体集積回路装置の高速化を図るために、層間絶縁膜の材料として誘電率の小さな絶縁材料が注目されている。例えば、フッ素ドープの酸化シリコン(SiOF)、水素シルセスキオキサン(HSQ)等が注目されている。本願発明者は、このような低誘電率の絶縁材料を用い、従来の方法により導電性プラグを形成すると、再現性良くコンタクトホール内を埋め込むことが困難であることを見出した。 In recent years, in order to increase the speed of semiconductor integrated circuit devices, an insulating material having a low dielectric constant has attracted attention as a material for an interlayer insulating film. For example, fluorine-doped silicon oxide (SiOF), hydrogen silsesquioxane (HSQ), and the like are attracting attention. The inventor of the present application has found that it is difficult to fill the contact hole with good reproducibility when using such an insulating material having a low dielectric constant and forming a conductive plug by a conventional method.
本発明の目的は、低誘電率の絶縁材料を用いても、コンタクトホール内を再現性良く導電性プラグで埋め込むことが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which a contact hole can be filled with a conductive plug with good reproducibility even when an insulating material having a low dielectric constant is used.
本発明の一観点によると、
半導体基板の表面上に、SiOFまたは水素シルセスキオキサンを含む層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の表面上に、該層間絶縁膜とはエッチング耐性の異なる材料からなるエッチング停止層を形成する工程と、
前記エッチング停止層の表面上に、開口を有するレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をマスクとし、該レジスト膜の開口下の前記エッチング停止層をエッチングする工程と、
前記エッチング停止層のエッチング速度よりも前記レジスト膜及び前記層間絶縁膜のエッチング速度の方が速い条件で、酸素プラズマを用いない反応性イオンエッチングにより、前記レジスト膜及び該レジスト膜の前記開口下の前記層間絶縁膜をエッチングし、該層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成するとともに前記レジスト膜を除去する工程と、
前記コンタクトホール内を導電性プラグで埋め込む工程と、
前記層間絶縁膜の上に、前記導電性プラグに接続された配線を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Forming an interlayer insulating film containing SiOF or hydrogen silsesquioxane on the surface of the semiconductor substrate;
Forming an etching stop layer made of a material having a different etching resistance from the interlayer insulating film on the surface of the interlayer insulating film;
Forming a resist film having an opening on the surface of the etching stop layer;
Etching the etching stopper layer under the opening of the resist film using the resist film as a mask;
Under the condition that the etching rate of the resist film and the interlayer insulating film is faster than the etching rate of the etching stop layer, reactive ion etching without using oxygen plasma is performed under the opening of the resist film and the resist film. Etching the interlayer insulating film to form a contact hole penetrating the interlayer insulating film and removing the resist film;
Filling the contact hole with a conductive plug;
Forming a wiring connected to the conductive plug on the interlayer insulating film.
コンタクトホールの形成とレジスト膜の除去とを同時に行う。レジスト膜を酸素プラズマでアッシングしないため、コンタクトホールの内周面に露出した層間絶縁膜の変質を防止できる。このため、コンタクトホール内を導電性プラグで再現性良く埋め込むことができる。 Contact hole formation and resist film removal are performed simultaneously. Since the resist film is not ashed with oxygen plasma, the interlayer insulating film exposed on the inner peripheral surface of the contact hole can be prevented from being altered. For this reason, the contact hole can be filled with a conductive plug with good reproducibility.
以上説明したように、本発明によれば、層間絶縁膜が、レジスト膜のアッシング時の酸素プラズマに晒されない。このため、層間絶縁膜の変質を防止することができ、この層間絶縁膜に形成したコンタクトホール内を導電性プラグで再現性良く埋め込むことができる。 As described above, according to the present invention, the interlayer insulating film is not exposed to oxygen plasma during ashing of the resist film. Therefore, alteration of the interlayer insulating film can be prevented, and the contact hole formed in the interlayer insulating film can be filled with the conductive plug with good reproducibility.
本発明の実施例を説明する前に、低誘電率の絶縁材料を用いた場合に、再現性良く導電性プラグを形成することができない原因について説明する。本願発明者の行った実験によると、層間絶縁膜としてSiOFやHSQを用いると、コンタクトホール内面にTiNからなる接着層を形成する時やコンタクトホール内をタングステンで埋め込む時に、これらの膜が異常成長することがわかった。レジスト膜のアッシング時に層間絶縁膜が酸素プラズマに晒されることにより、変質しまたは吸湿し易くなっているためと考えられる。以下に説明する実施例においては、層間絶縁膜が酸素プラズマに晒されることを防止することができる。 Before describing the embodiments of the present invention, the reason why a conductive plug cannot be formed with good reproducibility when an insulating material having a low dielectric constant is used will be described. According to experiments conducted by the inventors, when SiOF or HSQ is used as an interlayer insulating film, these films grow abnormally when an adhesive layer made of TiN is formed on the inner surface of the contact hole or when the contact hole is filled with tungsten. I found out that This is presumably because the interlayer insulating film is exposed to oxygen plasma during ashing of the resist film, and is easily altered or absorbs moisture. In the embodiments described below, the interlayer insulating film can be prevented from being exposed to oxygen plasma.
図1及び図2を参照して、本発明の第1の参考例による半導体装置の製造方法について説明する。図1及び図2の各図は、コンタクトホール部分の断面図である。 A method for manufacturing a semiconductor device according to a first reference example of the present invention will be described with reference to FIGS. Each of FIGS. 1 and 2 is a cross-sectional view of a contact hole portion.
図1(A)に示すように、シリコン基板1の表面上にフィールド酸化膜2が形成され、フィールド酸化膜2によって活性領域が画定されている。この活性領域内の基板表面層に、不純物拡散領域3が形成されている。不純物拡散領域3は、例えばMISFETのソース領域またはドレイン領域である。 As shown in FIG. 1A, a field oxide film 2 is formed on the surface of a silicon substrate 1, and an active region is defined by the field oxide film 2. Impurity diffusion regions 3 are formed in the substrate surface layer in the active region. The impurity diffusion region 3 is, for example, a MISFET source region or drain region.
フィールド酸化膜2及び不純物拡散領域3の表面上に、SiO2膜4A、SiOF膜4B、及びSiO2膜4Cがこの順番に積層され、これら3層からなる層間絶縁膜4が形成されている。SiO2膜4A及び4Cは、例えば原料ガスとしてSiH4とO2を用い、プラズマ励起型化学気相成長(CVD)により形成される。SiOF膜4Bは、例えば誘導結合型プラズマCVD装置による高密度プラズマを用い、原料ガスとしてSiF4とSiH4とO2を用いて形成される。 On the surface of the field oxide film 2 and the impurity diffusion region 3, a SiO 2 film 4A, a SiOF film 4B, and a SiO 2 film 4C are laminated in this order, and an interlayer insulating film 4 composed of these three layers is formed. The SiO 2 films 4A and 4C are formed by, for example, plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD) using SiH 4 and O 2 as source gases. The SiOF film 4B is formed, for example, using high-density plasma by an inductively coupled plasma CVD apparatus and using SiF 4 , SiH 4, and O 2 as source gases.
図1(B)に示すように、層間絶縁膜4の上に、フォトレジスト膜5を形成する。レジスト膜5の、不純物拡散領域3に対応する位置に、開口6を形成する。レジスト膜5をマスクとし、層間絶縁膜4をエッチングする。層間絶縁膜4のエッチングは、例えばCHF3、CF4、Ar及びN2の混合ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)により行う。エッチング条件は、圧力500mTorr、印加RF電力800W、CHF3ガス流量13sccm、CF4ガス流量20sccm、Arガス流量426sccm、N2ガス流量10sccmである。開口6に対応する位置にコンタクトホール7が形成され、その底面に不純物拡散領域3が露出する。 As shown in FIG. 1B, a photoresist film 5 is formed on the interlayer insulating film 4. An opening 6 is formed in the resist film 5 at a position corresponding to the impurity diffusion region 3. The interlayer insulating film 4 is etched using the resist film 5 as a mask. Etching of the interlayer insulating film 4 is performed, for example, by reactive ion etching (RIE) using a mixed gas of CHF 3 , CF 4 , Ar, and N 2 . Etching conditions are a pressure of 500 mTorr, an applied RF power of 800 W, a CHF 3 gas flow rate of 13 sccm, a CF 4 gas flow rate of 20 sccm, an Ar gas flow rate of 426 sccm, and an N 2 gas flow rate of 10 sccm. A contact hole 7 is formed at a position corresponding to the opening 6 and the impurity diffusion region 3 is exposed on the bottom surface.
コンタクトホール7を形成した後、温度180〜250℃で熱処理を行うことにより、レジスト膜5を焼結する。 After the contact hole 7 is formed, the resist film 5 is sintered by performing a heat treatment at a temperature of 180 to 250 ° C.
図1(B)は、レジスト膜5を焼結した後の状態を示す。焼結されることによりレジスト膜5が変形するが、既にコンタクトホール7を形成した後であるため、コンタクトホール7の形状に影響を及ぼすことはない。 FIG. 1B shows a state after the resist film 5 is sintered. Although the resist film 5 is deformed by sintering, it does not affect the shape of the contact hole 7 because the contact hole 7 has already been formed.
図1(C)に示すように、コンタクトホール7及び開口6の内面、及びレジスト膜5の表面を覆うように、TiNからなる接着層10を形成する。接着層10の形成は、例えばTiターゲット及びArとN2との混合ガスを用いた反応性スパッタリングにより行う。接着層10の表面上に、タングステン(W)膜11を形成する。W膜11は、コンタクトホール7及び開口6内を埋め込む。W膜11の形成は、WF6を用い、基板温度400〜460℃の条件で、CVDにより行う。接着層10は、W膜11の剥離を防止する。 As shown in FIG. 1C, an adhesive layer 10 made of TiN is formed so as to cover the inner surfaces of the contact hole 7 and the opening 6 and the surface of the resist film 5. The adhesive layer 10 is formed by reactive sputtering using, for example, a Ti target and a mixed gas of Ar and N 2 . A tungsten (W) film 11 is formed on the surface of the adhesive layer 10. The W film 11 is embedded in the contact hole 7 and the opening 6. The formation of the W film 11 is performed by CVD using WF 6 at a substrate temperature of 400 to 460 ° C. The adhesive layer 10 prevents the W film 11 from peeling off.
図2(A)までの工程について説明する。コンタクトホール7内にのみ接着層10とW膜11が残るように、層間絶縁膜4の上のW膜11、接着層10、及びレジスト膜5をCMPにより除去する。レジスト膜5が焼結されて固くなっているため、研磨布の目詰まりを起こすことなく研磨を行うことができる。コンタクトホール7の内部に、接着層10とW膜11からなる導電性プラグ15が残る。 The steps up to FIG. 2A will be described. The W film 11, the adhesive layer 10, and the resist film 5 on the interlayer insulating film 4 are removed by CMP so that the adhesive layer 10 and the W film 11 remain only in the contact hole 7. Since the resist film 5 is sintered and hardened, polishing can be performed without causing clogging of the polishing cloth. Inside the contact hole 7, the conductive plug 15 composed of the adhesive layer 10 and the W film 11 remains.
層間絶縁膜4の上に、導電性プラグ15に接続された配線16を形成する。配線16は、下層から順番にTiN層、Cu含有Al層、Ti層、及びTiN層を積層した後、この積層構造をパターニングすることにより形成される。最も下のTiN層はバリアメタル層であり、最も上のTiN層は反射防止膜である。Ti層は、Cu含有Al層とTiN層との接触抵抗を低減する。 A wiring 16 connected to the conductive plug 15 is formed on the interlayer insulating film 4. The wiring 16 is formed by laminating a TiN layer, a Cu-containing Al layer, a Ti layer, and a TiN layer in order from the lower layer, and then patterning the laminated structure. The lowermost TiN layer is a barrier metal layer, and the uppermost TiN layer is an antireflection film. The Ti layer reduces the contact resistance between the Cu-containing Al layer and the TiN layer.
図2(B)に示すように、層間絶縁膜4の上に、配線16と同時に他の配線17を形成する。配線16及び17を覆うように、層間絶縁膜4の上に層間絶縁膜20を形成する。層間絶縁膜20は、層間絶縁膜4と同様に、SiO2膜20A、SiOF膜20B、及びSiO2膜20Cの3層構造を有する。 As shown in FIG. 2B, another wiring 17 is formed on the interlayer insulating film 4 simultaneously with the wiring 16. An interlayer insulating film 20 is formed on the interlayer insulating film 4 so as to cover the wirings 16 and 17. Similar to the interlayer insulating film 4, the interlayer insulating film 20 has a three-layer structure of a SiO 2 film 20A, a SiOF film 20B, and a SiO 2 film 20C.
層間絶縁膜20に、配線17の上面の一部を露出させるコンタクトホール21を形成する。コンタクトホール21内を導電性プラグ22で埋め込む。層間絶縁膜20の上に、導電性プラグ22に接続された配線23を形成する。コンタクトホール21、導電性プラグ22、及び配線23の形成は、それぞれコンタクトホール7、導電性プラグ15、及び配線16の形成と同様の方法で行われる。 A contact hole 21 exposing a part of the upper surface of the wiring 17 is formed in the interlayer insulating film 20. The contact hole 21 is filled with a conductive plug 22. A wiring 23 connected to the conductive plug 22 is formed on the interlayer insulating film 20. The contact hole 21, the conductive plug 22, and the wiring 23 are formed in the same manner as the contact hole 7, the conductive plug 15, and the wiring 16, respectively.
上記第1の参考例では、図1(B)においてコンタクトホール7が形成された後、レジスト膜5をアッシング除去することなく、接着層10を形成する。このため、コンタクトホール7の内面が、レジスト膜のアッシング雰囲気に晒されない。これにより、コンタクトホール7の内面を画定するSiOF膜4Bの変質を防止することができる。SiOF膜4Bの変質防止により、接着層10及びW膜11の異常成長を防止することができ、再現性良くコンタクトホール7内を導電性プラグ15で埋め込むことができる。同様に、コンタクトホール21内を、再現性良く導電性プラグ22で埋め込むことができる。 In the first reference example, after the contact hole 7 is formed in FIG. 1B, the adhesive layer 10 is formed without removing the resist film 5 by ashing. For this reason, the inner surface of the contact hole 7 is not exposed to the ashing atmosphere of the resist film. Thereby, alteration of the SiOF film 4B that defines the inner surface of the contact hole 7 can be prevented. By preventing alteration of the SiOF film 4B, abnormal growth of the adhesive layer 10 and the W film 11 can be prevented, and the contact hole 7 can be filled with the conductive plug 15 with good reproducibility. Similarly, the inside of the contact hole 21 can be filled with the conductive plug 22 with good reproducibility.
上記第1の参考例では、図1(B)の工程においてコンタクトホール7を形成した後、レジスト膜5を焼結させたが、焼結の代わりに、紫外線照射によるキュアまたは真空中でのキュア等を行ってもよい。紫外線キュアまたは真空キュアによっても、レジスト膜5を固くすることができ、CMP時の研磨布の目詰まりを防止することができる。なお、接着層10及びW膜11の成長温度が、レジスト膜5を焼結させるのに十分高い温度である場合には、接着層10の成膜前にレジスト膜5の焼結を行わなくてもよい。また、CMP時の研磨布及びスラリ−等を適切に選択すれば、レジスト膜5の焼結を行わない場合であっても、研磨布の目詰まりを生じさせることなくCMPを行うことができる。 In the first reference example, after forming the contact hole 7 in the step of FIG. 1B, the resist film 5 is sintered. Instead of sintering, curing by ultraviolet irradiation or curing in vacuum is performed. Etc. may be performed. The resist film 5 can also be hardened by ultraviolet curing or vacuum curing, and clogging of the polishing cloth during CMP can be prevented. If the growth temperature of the adhesive layer 10 and the W film 11 is high enough to sinter the resist film 5, the resist film 5 must not be sintered before the adhesive layer 10 is formed. Also good. Further, if the polishing cloth and slurry at the time of CMP are appropriately selected, CMP can be performed without causing clogging of the polishing cloth even when the resist film 5 is not sintered.
上記第1の参考例では、層間絶縁膜4の中層をSiOF膜4Bで形成する場合を説明した。SiOF膜4Bの代わりに、他の低誘電率材料、例えばHSQを使用する場合にも、第1の参考例の場合と同様の効果が得られるであろう。 In the first reference example, the case where the middle layer of the interlayer insulating film 4 is formed of the SiOF film 4B has been described. Even when another low dielectric constant material, such as HSQ, is used instead of the SiOF film 4B, the same effect as in the first reference example will be obtained.
また、上記第1の参考例では、層間絶縁膜4を、SiO2膜4A、SiOF膜4B及びSiO2膜4Cの3層構造とした場合について説明したが、層間絶縁膜4をSiOF膜のみで構成してもよい。この場合、レジスト膜を除去した後の図2(A)に示す状態のとき、SiOF膜の上面が露出する。しかし、既にコンタクトホール7内が導電性プラグ15で埋め込まれているため、SiOF膜の露出は、コンタクトホール7内の埋め込みの再現性低下の要因にはならない。 In the first reference example, the case where the interlayer insulating film 4 has a three-layer structure of the SiO 2 film 4A, the SiOF film 4B, and the SiO 2 film 4C has been described. However, the interlayer insulating film 4 is composed of only the SiOF film. It may be configured. In this case, the upper surface of the SiOF film is exposed in the state shown in FIG. 2A after the resist film is removed. However, since the contact hole 7 is already filled with the conductive plug 15, the exposure of the SiOF film does not cause a decrease in reproducibility of the filling in the contact hole 7.
次に、図3を参照して、第2の参考例による半導体装置の製造方法について説明する。 Next, with reference to FIG. 3, a method for manufacturing a semiconductor device according to a second reference example will be described.
図3(A)の状態までの工程について説明する。第1の参考例の図1(B)に示す状態までと同様の工程を経て、コンタクトホール7を形成する。開口6とコンタクトホール7の内面、及びレジスト膜5の表面を覆うように、SiO2からなる被覆膜25を形成する。被覆膜25の形成は、例えば、SiH4とO2を用いたプラズマ励起型CVDにより、基板温度が室温から400℃の範囲となる条件で行う。 Processes up to the state shown in FIG. The contact hole 7 is formed through the same process as that up to the state shown in FIG. 1B of the first reference example. A coating film 25 made of SiO 2 is formed so as to cover the opening 6, the inner surface of the contact hole 7, and the surface of the resist film 5. The coating film 25 is formed under the condition that the substrate temperature is in the range of room temperature to 400 ° C., for example, by plasma enhanced CVD using SiH 4 and O 2 .
図3(B)に示すように、被覆膜25を異方性エッチングし、コンタクトホール7及び開口6の内周面上にのみ被覆膜25を残す。Arイオンを用いたミリングにより、コンタクトホール7の底面に露出している不純物拡散領域3の表面を薄く削る。その後、第1の参考例の図1(C)から図2(B)までの工程と同様の工程を経て、導電性プラグ15及び配線16を形成する。 As shown in FIG. 3B, the coating film 25 is anisotropically etched to leave the coating film 25 only on the inner peripheral surfaces of the contact hole 7 and the opening 6. The surface of the impurity diffusion region 3 exposed on the bottom surface of the contact hole 7 is thinned by milling using Ar ions. Thereafter, the conductive plug 15 and the wiring 16 are formed through the same steps as the steps from FIG. 1C to FIG. 2B of the first reference example.
図3(C)は、配線16を形成した後の状態を示す。コンタクトホール7の内周面と導電性プラグ15との間に、被覆膜25の一部が残っている。その他の構成は、図2(A)に示す第1の参考例の場合と同様である。 FIG. 3C shows a state after the wiring 16 is formed. A part of the coating film 25 remains between the inner peripheral surface of the contact hole 7 and the conductive plug 15. Other configurations are similar to those of the first reference example shown in FIG.
第2の参考例では、図3(B)に示す工程で、開口6の内周面を被覆膜25で覆い、レジスト膜5からの脱ガスを抑制しつつ不純物拡散領域3の表面を削っている。これにより、導電性プラグ15と不純物拡散領域3との接触抵抗を低減することができる。 In the second reference example, in the step shown in FIG. 3B, the inner peripheral surface of the opening 6 is covered with a coating film 25 and the surface of the impurity diffusion region 3 is shaved while suppressing degassing from the resist film 5. ing. Thereby, the contact resistance between the conductive plug 15 and the impurity diffusion region 3 can be reduced.
次に、図4を参照して、本願の実施例について説明する。実施例では、下層配線と上層配線との接続を行う導電性プラグの形成を例にとって説明するが、図2(B)に示す導電性プラグ15と同様に、シリコン基板表面の不純物拡散領域とその上の配線とを接続する導電性プラグの形成にも適用可能である。 Next, an embodiment of the present application will be described with reference to FIG. In the embodiment, description will be given by taking as an example the formation of a conductive plug for connecting the lower layer wiring and the upper layer wiring. However, similar to the conductive plug 15 shown in FIG. The present invention can also be applied to the formation of a conductive plug that connects the upper wiring.
図4(A)に示すように、層間絶縁膜30の上に下層配線31が形成されている。下層配線31は、TiN膜、Cu含有Al膜、Ti膜、及びTiN膜からなる4層構造を有する。下層配線31を覆うように、層間絶縁膜30の上に層間絶縁膜32を形成する。層間絶縁膜32は、例えばSiOF、HSQ等の低誘電率絶縁材料により形成される。 As shown in FIG. 4A, a lower layer wiring 31 is formed on the interlayer insulating film 30. The lower layer wiring 31 has a four-layer structure including a TiN film, a Cu-containing Al film, a Ti film, and a TiN film. An interlayer insulating film 32 is formed on the interlayer insulating film 30 so as to cover the lower layer wiring 31. The interlayer insulating film 32 is formed of a low dielectric constant insulating material such as SiOF or HSQ.
層間絶縁膜32の上に、SiNからなるエッチング停止層33を形成する。エッチング停止層33は、例えばプラズマ励起型CVDにより形成される。エッチング停止層33の上に、フォトレジスト膜34を形成する。レジスト膜34に、開口35を形成する。開口35は、下層は緯線31の上方に位置する。 An etching stop layer 33 made of SiN is formed on the interlayer insulating film 32. The etching stop layer 33 is formed by, for example, plasma enhanced CVD. A photoresist film 34 is formed on the etching stop layer 33. An opening 35 is formed in the resist film 34. The lower layer of the opening 35 is located above the latitude line 31.
レジスト膜34をマスクとしてエッチング停止層33をエッチングし、開口36を形成する。 Using the resist film 34 as a mask, the etching stop layer 33 is etched to form an opening 36.
図4(B)に示すように、レジスト膜34及び層間絶縁膜32を、CHF3、CF4、Ar、及びN2を用いたRIEによりエッチングする。エッチング条件は、例えば圧力1000mTorr、印加RF電力900W、CHF3ガス流量13sccm、CF4ガス流量20sccm、Arガス流量426sccm、及びN2ガス流量10sccmである。この条件では、レジスト膜に対するSiOF膜のエッチング速度の比が約2〜3である。 As shown in FIG. 4B, the resist film 34 and the interlayer insulating film 32 are etched by RIE using CHF 3 , CF 4 , Ar, and N 2 . Etching conditions are, for example, pressure 1000 mTorr, applied RF power 900 W, CHF 3 gas flow rate 13 sccm, CF 4 gas flow rate 20 sccm, Ar gas flow rate 426 sccm, and N 2 gas flow rate 10 sccm. Under this condition, the ratio of the etching rate of the SiOF film to the resist film is about 2-3.
このようにエッチング選択比が小さいため、レジスト膜34と層間絶縁膜32とを、同時にエッチングすることができる。なお、このエッチング条件では、SiN膜はほとんどエッチングされないため、エッチング停止層33が層間絶縁膜32のエッチングマスクとして働く。従って、開口36に対応してコンタクトホール37が形成される。 Thus, since the etching selectivity is small, the resist film 34 and the interlayer insulating film 32 can be etched simultaneously. Under this etching condition, since the SiN film is hardly etched, the etching stop layer 33 serves as an etching mask for the interlayer insulating film 32. Accordingly, a contact hole 37 is formed corresponding to the opening 36.
図4(C)に示すように、コンタクトホール37内に導電性プラグ38を埋め込む。導電性プラグ38の形成は、第1の参考例の図1(C)及び図2(A)の工程で行った導電性プラグ15の形成と同様の方法で行う。 As shown in FIG. 4C, a conductive plug 38 is embedded in the contact hole 37. The conductive plug 38 is formed by the same method as the conductive plug 15 formed in the steps of FIGS. 1C and 2A of the first reference example.
エッチング停止層33の上に、導電性プラグ38に接続された上層配線39を形成する。上層配線39の形成は、第1の参考例の図2(A)に示す配線16の形成と同様の方法で行う。 An upper layer wiring 39 connected to the conductive plug 38 is formed on the etching stop layer 33. The upper layer wiring 39 is formed by the same method as the formation of the wiring 16 shown in FIG. 2A of the first reference example.
実施例では、図4(A)の状態の後、レジスト膜34をアッシングにより除去するのではなく、層間絶縁膜32のエッチングと同時に除去している。このため、層間絶縁膜32が、アッシング時の酸素プラズマに晒されることがない。コンタクトホール37の内周面に露出した層間絶縁膜32の変質が防止され、コンタクトホール37内を再現性良く導電性プラグ38で埋め込むことができる。また、コンタクトホール37の形成とレジスト膜34の除去を同時に行うため、工程数を削減することができ、生産コストの低減を図ることが可能になる。 In the embodiment, after the state of FIG. 4A, the resist film 34 is not removed by ashing, but is removed simultaneously with the etching of the interlayer insulating film 32. For this reason, the interlayer insulating film 32 is not exposed to oxygen plasma during ashing. Alteration of the interlayer insulating film 32 exposed on the inner peripheral surface of the contact hole 37 is prevented, and the contact hole 37 can be filled with the conductive plug 38 with good reproducibility. Further, since the formation of the contact hole 37 and the removal of the resist film 34 are performed at the same time, the number of processes can be reduced and the production cost can be reduced.
上記実施例では、エッチング停止層33をSiNで形成した場合を説明したが、層間絶縁膜32とエッチング耐性の異なる他の材料で形成してもよい。例えばSiON等で形成してもよい。図4(B)に示すコンタクトホール37を形成した後、導電性プラグ38の形成前に、Arイオンを用いたミリングを行ってもよい。このミリングにより、コンタクトホール37の底面に露出した下層配線31の表面が薄く削られ、下層配線31と導電性プラグ38との接触抵抗を低減することができる。さらに、このミリングによりエッチング停止層33を除去してもよい。エッチング停止層33を除去することにより、配線間の寄生容量を低減することができる。 In the above embodiment, the case where the etching stopper layer 33 is formed of SiN has been described. However, the etching stopper layer 33 may be formed of another material having a different etching resistance from the interlayer insulating film 32. For example, it may be formed of SiON or the like. After the contact hole 37 shown in FIG. 4B is formed, milling using Ar ions may be performed before the conductive plug 38 is formed. By this milling, the surface of the lower layer wiring 31 exposed on the bottom surface of the contact hole 37 is thinned, and the contact resistance between the lower layer wiring 31 and the conductive plug 38 can be reduced. Further, the etching stop layer 33 may be removed by this milling. By removing the etching stop layer 33, the parasitic capacitance between the wirings can be reduced.
上記参考例及び実施例では、層間絶縁膜としてSiOF、またはHSQを用いた場合を説明したが、その他の有機系、無機系のスピンオングラス(SOG)材料を用いる場合にも、同様の効果が期待できる。また、フルオロカーボン、フッ素アモルファスカーボン、フッ素樹脂を用いる場合にも効果が期待できる。 In the above reference examples and examples, the case where SiOF or HSQ is used as the interlayer insulating film has been described. However, the same effect can be expected when other organic and inorganic spin-on-glass (SOG) materials are used. it can. The effect can also be expected when fluorocarbon, fluorine amorphous carbon, or fluororesin is used.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1 シリコン基板
2 フィールド酸化膜
3 不純物拡散領域
4、20、30、32 層間絶縁膜
5、34 レジスト膜
6、35、36 開口
7、21、37 コンタクトホール
10 接着層
11 W膜
15、22、38 導電性プラグ
16、23 配線
25 被覆膜
31 下層配線
33 エッチング停止層
39 上層配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Field oxide film 3 Impurity diffusion region 4, 20, 30, 32 Interlayer insulation film 5, 34 Resist film 6, 35, 36 Opening 7, 21, 37 Contact hole 10 Adhesion layer 11 W film 15, 22, 38 Conductive plugs 16 and 23 Wiring 25 Covering film 31 Lower layer wiring 33 Etching stop layer 39 Upper layer wiring
Claims (2)
前記層間絶縁膜の表面上に、該層間絶縁膜とはエッチング耐性の異なる材料からなるエッチング停止層を形成する工程と、
前記エッチング停止層の表面上に、開口を有するレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をマスクとし、該レジスト膜の開口下の前記エッチング停止層をエッチングする工程と、
前記エッチング停止層のエッチング速度よりも前記レジスト膜及び前記層間絶縁膜のエッチング速度の方が速い条件で、酸素プラズマを用いない反応性イオンエッチングにより、前記レジスト膜及び該レジスト膜の前記開口下の前記層間絶縁膜をエッチングし、該層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成するとともに前記レジスト膜を除去する工程と、
前記コンタクトホール内を導電性プラグで埋め込む工程と、
前記層間絶縁膜の上に、前記導電性プラグに接続された配線を形成する工程とを有する半導体装置の製造方法。 Forming an interlayer insulating film containing SiOF or hydrogen silsesquioxane on the surface of the semiconductor substrate;
Forming an etching stop layer made of a material having a different etching resistance from the interlayer insulating film on the surface of the interlayer insulating film;
Forming a resist film having an opening on the surface of the etching stop layer;
Etching the etching stopper layer under the opening of the resist film using the resist film as a mask;
Under the condition that the etching rate of the resist film and the interlayer insulating film is faster than the etching rate of the etching stop layer, reactive ion etching without using oxygen plasma is performed under the opening of the resist film and the resist film. Etching the interlayer insulating film to form a contact hole penetrating the interlayer insulating film and removing the resist film;
Filling the contact hole with a conductive plug;
Forming a wiring connected to the conductive plug on the interlayer insulating film.
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