`
`出願 (1) ( 11-075519)(11.03.19) 記号 (2926400241) 出願種別(01 )新法
`公開 (2000-003913)(12.01.07) 公開基準日 (10.03.26) 国内優先 (1)
`公告 ( )(12.07.10) 優先 ( ) 他 国
`審判 ( )( )( ) 担当 (4L00-8122)( 齋藤 恭一 )
`登録 ( 3062491) (12.04.28) 異議 ( 0) 請求項数 ( 10) 出願料金( 21,000)
`公決 (起 )(担 ) 文献 (1) 新規性 (0) 菌寄託 (0) 公害 ( )
`査定 (1) (起12.03.28)(担8122) 前置 ( ) 解除 ( )公序・要約(0)
` (発12.04.11)(官 ) 審査・評価請求( 1- ) 未請求(0) 自動起案( )
`最終 (A01)(12.04.28) 公開準備 (1) 早期審査 ( )
`変更先 ( )( )( ) 審決 ( )( )
` 原出願( )( )( )種別( )
` 期間延長 ( ) 最新起案日 (12.03.28)
`公表 ( ) ( ) 翻訳提出 ( )国際出願( )
`再公表 ( ) 国際公開 ( )
`公開IPC4 H01L 21/88 KFIC 指定分類IPC H01L 21/
`公告IPC4 H01L 21/88 KFIC
`名称 配線構造体の形成方法
`出願人 代表( ) 種(2)コ-ド(000005821) 国(27) パナソニック株式会社 *
` 大阪府門真市大字門真1006番地
`代理人 種(1)コ-ド(100077931) 前田 弘
` 種(1)コ-ド( ) 小山 廣毅
`中間 (A63 )特許願 11.03.19( 21,000)完 (A62-1 )審査請求11.04.05(124,800)完
`記録 (A13-1 )拒絶理由12.01.11(8122-22) (A971-001)面接記録12.02.29( )
` (A53 )意見書 12.03.10( )完 (A52-3 )補正書 12.03.10( )完
` (A01 )特許査定12.04.11(8122- ) (A61 )登録納付12.04.20( )
` (A86-1 )閲覧請求15.09.22( ) (A86-1 )閲覧請求20.08.04( )
` (A86-1 )閲覧請求26.09.08( )
`新出願 1 2000-066163 04 1 2000-066179 04
`国内優先(先) 1 10-079371(10.03.26)
`国内優先(後)
`
`TSMC Exhibit 1015
`
`Page 1 of 134
`
`
`
`[書類名]特許願 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 1/ 2
`
`【書類名】 特許願
`
`【整理番号】 2926400241
`
`【提出日】 平成11年 3月19日
`
`【あて先】 特許庁長官 殿
`
`【国際特許分類】 H01L 21/3205
`
`【発明者】
`
` 【住所又は居所】 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器産業株
`
` 式会社内
`
` 【氏名】 青井 信雄
`
`【特許出願人】
`
` 【識別番号】 000005821
`
` 【氏名又は名称】 松下電器産業株式会社
`
`【代理人】
`
` 【識別番号】 100077931
`
` 【弁理士】
`
` 【氏名又は名称】 前田 弘
`
`【選任した代理人】
`
` 【識別番号】 100094134
`
` 【弁理士】
`
` 【氏名又は名称】 小山 廣毅
`
`【先の出願に基づく優先権主張】
`
` 【出願番号】 平成10年特許願第 79371号
`
` 【出願日】 平成10年 3月26日
`
`【手数料の表示】
`
` 【予納台帳番号】 014409
`
` 【納付金額】 21,000円
`
`【提出物件の目録】
`
` 【物件名】 明細書 1
`
` 【物件名】 図面 1
`
`Page 2 of 134
`
`
`
`[書類名]特許願 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 2/ 2
`
` 【物件名】 要約書 1
`
` 【包括委任状番号】 9601026
`
`【プルーフの要否】 要
`
`Page 3 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 1/ 69
`
`【書類名】 明細書
`
`【発明の名称】 配線構造体の形成方法
`
`【特許請求の範囲】
`
` 【請求項1】 下層の金属配線の上に第1の絶縁膜を形成する第1の工程と、
`
` 前記第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜と組成が異なる第2の絶縁膜を形成す
`
`る第2の工程と、
`
` 前記第2の絶縁膜の上に該第2の絶縁膜と組成が異なる第3の絶縁膜を形成す
`
`る第3の工程と、
`
` 前記第3の絶縁膜の上に薄膜を形成する第4の工程と、
`
` 前記薄膜の上に、配線形成用開口部を有する第1のレジストパターンを形成す
`
`る第5の工程と、
`
` 前記薄膜に対して前記第1のレジストパターンをマスクとしてエッチングを行
`
`なって、前記薄膜からなり配線形成用開口部を有するマスクパターンを形成する
`
`第6の工程と、
`
` 前記第3の絶縁膜の上に、コンタクトホール形成用開口部を有する第2のレジ
`
`ストパターンを形成する第7の工程と、
`
` 前記第3の絶縁膜、第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンに対
`
`するエッチングレートが高い一方、前記第2の絶縁膜に対するエッチングレート
`
`が低いエッチング条件で、前記第3の絶縁膜に対してドライエッチングを行なう
`
`ことにより、前記第3の絶縁膜を該第3の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口
`
`部が形成されるようにパターン化すると共に、前記第1のレジストパターン及び
`
`第2のレジストパターンを全面的に又は下部を残して除去する第8の工程と、
`
` 前記第2の絶縁膜に対するエッチングレートが高い一方、前記第1の絶縁膜及
`
`び第3の絶縁膜に対するエッチングレートが低いエッチング条件で、前記第2の
`
`絶縁膜に対してパターン化された前記第3の絶縁膜をマスクとしてドライエッチ
`
`ングを行なうことにより、前記第2の絶縁膜を該第2の絶縁膜にコンタクトホー
`
`ル形成用開口部が形成されるようにパターン化する第9の工程と、
`
` 前記第1の絶縁膜及び第3の絶縁膜に対するエッチングレートが高い一方、前
`
`記マスクパターン及び第2の絶縁膜に対するエッチングレートが低いエッチング
`
`Page 4 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 2/ 69
`
`条件で、前記第3の絶縁膜に対して前記マスクパターンをマスクとしてドライエ
`
`ッチングを行なうと共に前記第1の絶縁膜に対してパターン化された前記第2の
`
`絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、前記第3の絶縁膜
`
`に配線溝を形成すると共に前記第1の絶縁膜にコンタクトホールを形成する第1
`
`0の工程と、
`
` 前記配線溝及びコンタクトホールに金属膜を充填することにより、上層の金属
`
`配線及び前記下層の金属配線と前記上層の金属配線とを接続するコンタクトを形
`
`成する第11の工程とを備えていることを特徴とする配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項2】 前記第10の工程と前記第11の工程との間に、前記第3の絶
`
`縁膜における前記配線溝に露出している部分及び前記第1の絶縁膜における前記
`
`コンタクトホールに露出している部分に金属膜からなる密着層を形成する工程を
`
`さらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項3】 前記第3の絶縁膜は有機成分を主成分とすることを特徴とする
`
`請求項1に記載の配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項4】 前記第3の工程は、パーフルオロデカリンを含む反応性ガスを
`
`用いるCVD法により前記第3の絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする
`
`請求項3に記載の配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項5】 前記第1の絶縁膜は有機成分を主成分とすることを特徴とする
`
`請求項3に記載の配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項6】 前記第10の工程と前記第11の工程との間に、前記第3の絶
`
`縁膜における前記配線溝に露出している部分及び前記第1の絶縁膜における前記
`
`コンタクトホールに露出している部分に、窒素を含有する反応性ガスを用いるプ
`
`ラズマ処理によって密着層を形成する工程をさらに備えていることを特徴とする
`
`請求項5に記載の配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項7】 前記第1の工程は、パーフルオロデカリンを含む反応性ガスを
`
`用いるCVD法により前記第1の絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする
`
`請求項3に記載の配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項8】 下層の金属配線の上に第1の絶縁膜を形成する第1の工程と、
`
` 前記第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜と組成が異なる第2の絶縁膜を形成す
`
`Page 5 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 3/ 69
`
`る第2の工程と、
`
` 前記第2の絶縁膜の上に該第2の絶縁膜と組成が異なる第3の絶縁膜を形成す
`
`る第3の工程と、
`
` 前記第3の絶縁膜の上に薄膜を形成する第4の工程と、
`
` 前記薄膜の上に、配線形成用開口部を有する第1のレジストパターンを形成す
`
`る第5の工程と、
`
` 前記薄膜に対して前記第1のレジストパターンをマスクとしてエッチングを行
`
`なって、前記薄膜からなり配線形成用開口部を有するマスクパターンを形成する
`
`第6の工程と、
`
` 前記第3の絶縁膜の上に、コンタクトホール形成用開口部を有する第2のレジ
`
`ストパターンを形成する第7の工程と、
`
` 前記第3の絶縁膜に対するエッチングレートが高い一方、前記第2の絶縁膜、
`
`第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンに対するエッチングレート
`
`が低いエッチング条件で、前記第3の絶縁膜に対して前記第1のレジストパター
`
`ン及び第2のレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行なうことに
`
`より、前記第3の絶縁膜を該第3の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形
`
`成されるようにパターン化する第8の工程と、
`
` 前記第2の絶縁膜に対するエッチングレートが高い一方、前記第1の絶縁膜、
`
`第3の絶縁膜、第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンに対するエ
`
`ッチングレートが低いエッチング条件で、前記第2の絶縁膜に対して前記第1の
`
`レジストパターン及び第2のレジストパターンをマスクとしてドライエッチング
`
`を行なうことにより、前記第2の絶縁膜を該第2の絶縁膜にコンタクトホール形
`
`成用開口部が形成されるようにパターン化する第9の工程と、
`
` 前記第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンを除去する第10の
`
`工程と、
`
` 前記第1の絶縁膜及び第3の絶縁膜に対するエッチングレートが高い一方、前
`
`記マスクパターン及び第2の絶縁膜に対するエッチングレートが低いエッチング
`
`条件で、前記第3の絶縁膜に対して前記マスクパターンをマスクとしてドライエ
`
`ッチングを行なうと共に前記第1の絶縁膜に対してパターン化された前記第2の
`
`Page 6 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 4/ 69
`
`絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、前記第3の絶縁膜
`
`に配線溝を形成すると共に前記第1の絶縁膜にコンタクトホールを形成する第1
`
`1の工程と、
`
` 前記配線溝及びコンタクトホールに金属膜を充填することにより、上層の金属
`
`配線及び前記下層の金属配線と前記上層の金属配線とを接続するコンタクトを形
`
`成する第12の工程とを備えていることを特徴とする配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項9】 前記第3の絶縁膜は、シロキサン骨格を有する低誘電率SOG
`
`膜であることを特徴とする請求項8に記載の配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項10】 下層の金属配線の上に第1の絶縁膜を形成する第1の工程と
`
`前記第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜と組成が異なる第2の絶縁膜を形成す
`
`、
`
`る第2の工程と、
`
` 前記第2の絶縁膜の上に該第2の絶縁膜と組成が異なる第3の絶縁膜を形成す
`
`る第3の工程と、
`
` 前記第3の絶縁膜の上に該第3の絶縁膜と組成が異なる第4の絶縁膜を形成す
`
`る第4の工程と、
`
` 前記第4の絶縁膜の上に薄膜を形成する第5の工程と、
`
` 前記薄膜の上に、配線形成用開口部を有する第1のレジストパターンを形成す
`
`る第6の工程と、
`
` 前記薄膜に対して前記第1のレジストパターンをマスクとしてエッチングを行
`
`なって、前記薄膜からなり配線形成用開口部を有するマスクパターンを形成する
`
`第7の工程と、
`
` 前記第1のレジストパターンを除去した後、前記第4の絶縁膜及びマスクパタ
`
`ーンの上に、コンタクトホール形成用開口部を有する第2のレジストパターンを
`
`形成する第8の工程と、
`
` 前記第4の絶縁膜に対して前記第2のレジストパターン及びマスクパターンを
`
`マスクとしてドライエッチングを行なうことにより、前記第4の絶縁膜を該第4
`
`の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形成されるようにパターン化する第
`
`9の工程と、
`
`Page 7 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 5/ 69
`
` 前記第3の絶縁膜に対してパターン化された前記第4の絶縁膜をマスクとして
`
`ドライエッチングを行なうことにより、前記第3の絶縁膜を該第3の絶縁膜にコ
`
`ンタクトホール形成用開口部が形成されるようにパターン化する第10の工程と
`
`パターン化された前記第4の絶縁膜に対して前記マスクパターンをマスクとし
`
`、
`
`てドライエッチングを行なうと共に、前記第2の絶縁膜に対してパターン化され
`
`た前記第3の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、パタ
`
`ーン化された前記第4の絶縁膜に配線溝を形成すると共に、前記第2の絶縁膜を
`
`該第2の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形成されるようにパターン化
`
`する第11の工程と、
`
` パターン化された前記第3の絶縁膜に対して前記マスクパターンをマスクとし
`
`てドライエッチングを行なうと共に、前記第1の絶縁膜に対してパターン化され
`
`た前記第2の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、パタ
`
`ーン化された前記第3の絶縁膜に配線溝を形成すると共に、前記第1の絶縁膜に
`
`コンタクトホールを形成する第12の工程と、
`
` 前記配線溝及びコンタクトホールに金属膜を充填することにより、上層の金属
`
`配線及び前記下層の金属配線と前記上層の金属配線とを接続するコンタクトを形
`
`成する第13の工程とを備えていることを特徴とする配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項11】 前記第1の絶縁膜及び第3の絶縁膜のうちの少なくとも1つ
`
`は、有機成分を主成分とすることを特徴とする請求項10に記載の配線構造体の
`
`形成方法。
`
` 【請求項12】 前記第2のレジストパターンのコンタクトホール形成用開口
`
`部の寸法は、コンタクトホールの設計開口寸法に対して、前記上層の金属配線が
`
`延びる方向に対して垂直な方向に拡大されていることを特徴とする請求項10に
`
`記載の配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項13】 下層の金属配線の上に第1の絶縁膜を形成する第1の工程と
`
`前記第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜と組成が異なる第2の絶縁膜を形成す
`
`、
`
`る第2の工程と、
`
`Page 8 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 6/ 69
`
` 前記第2の絶縁膜の上に該第2の絶縁膜と組成が異なる第3の絶縁膜を形成す
`
`る第3の工程と、
`
` 前記第3の絶縁膜の上に薄膜を形成する第4の工程と、
`
` 前記薄膜の上に、配線形成用開口部を有する第1のレジストパターンを形成す
`
`る第5の工程と、
`
` 前記薄膜に対して前記第1のレジストパターンをマスクとしてエッチングを行
`
`なって、前記薄膜からなり配線形成用開口部を有するマスクパターンを形成する
`
`第6の工程と、
`
` 前記第1のレジストパターンを除去した後、前記第3の絶縁膜及びマスクパタ
`
`ーンの上に、コンタクトホール形成用開口部を有する第2のレジストパターンを
`
`形成する第7の工程と、
`
` 前記第3の絶縁膜に対して前記第2のレジストパターン及びマスクパターンを
`
`マスクとしてドライエッチングを行なうことにより、前記第3の絶縁膜を該第3
`
`の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形成されるようにパターン化する第
`
`8の工程と、
`
` 前記第2の絶縁膜に対してパターン化された前記第3の絶縁膜をマスクとして
`
`ドライエッチングを行なうことにより、前記第2の絶縁膜を該第2の絶縁膜にコ
`
`ンタクトホール形成用開口部が形成されるようにパターン化する第9の工程と、
`
` パターン化された前記第3の絶縁膜に対して前記マスクパターンをマスクとし
`
`てドライエッチングを行なうと共に、前記第1の絶縁膜に対してパターン化され
`
`た前記第2の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、パタ
`
`ーン化された前記第3の絶縁膜に配線溝を形成すると共に、前記第1の絶縁膜に
`
`コンタクトホールを形成する第10の工程と、
`
` 前記配線溝及びコンタクトホールに金属膜を充填することにより、上層の金属
`
`配線及び前記下層の金属配線と前記上層の金属配線とを接続するコンタクトを形
`
`成する第11の工程とを備えていることを特徴とする配線構造体の形成方法。
`
` 【請求項14】 前記第1の絶縁膜及び第3の絶縁膜のうちの少なくとも1つ
`
`は、有機成分を主成分とすることを特徴とする請求項13に記載の配線構造体の
`
`形成方法。
`
`Page 9 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 7/ 69
`
` 【請求項15】 前記第2のレジストパターンのコンタクトホール形成用開口
`
`部の寸法は、コンタクトホールの設計開口寸法に対して、前記上層の金属配線が
`
`延びる方向に対して垂直な方向に拡大されていることを特徴とする請求項13に
`
`記載の配線構造体の形成方法。
`
`【発明の詳細な説明】
`
` 【0001】
`
` 【発明の属する技術分野】
`
` 本発明は半導体集積回路装置における配線構造体の形成方法に関する。
`
` 【0002】
`
` 【従来の技術】
`
` 半導体集積回路の高集積化の進展に伴い、金属配線同士の間の寄生容量である
`
`配線間容量の増加に起因する配線遅延時間の増大が半導体集積回路の高性能化の
`
`妨げとなっている。配線遅延時間は金属配線の抵抗と配線間容量との積に比例す
`
`るいわゆるRC遅延と言われるものである。
`
` 【0003】
`
` 従って、配線遅延時間を低減するためには、金属配線の抵抗を小さくするか又
`
`は配線間容量を小さくすることが必要である。
`
` 【0004】
`
` そこで、配線抵抗を小さくために、配線材料としてアルミ系合金に代えて銅を
`
`用いる半導体集積回路装置がIBM社やモトローラ社から報告されている。銅材
`
`料はアルミ系合金材料の3分の2程度の比抵抗を有しているため、配線材料とし
`
`て銅材料を用いると、アルミ系合金材料を用いる場合に比べて、単純に計算する
`
`と配線遅延時間が3分の2に減少するので、1.5倍の高速化を実現することが
`
`できる。
`
` 【0005】
`
` しかしながら、半導体集積回路の高集積化がさらに進展すると、銅からなる金
`
`属配線を用いる場合でも、配線遅延時間の増大によって、高速化が限界に達する
`
`と懸念されている。また、配線材料としての銅は、金又は銀についで比抵抗が小
`
`さいので、銅からなる金属配線に代えて金又は銀からなる金属配線を用いても、
`
`Page 10 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 8/ 69
`
`配線抵抗の低減は かなものである。
`
` 【0006】
`
` このため、半導体集積回路の高集積化のためには、配線抵抗の低減と共に配線
`
`間容量の低減が重要になっており、配線間容量の低減のためには、層間絶縁膜の
`
`比誘電率を小さくすることが必要である。従来、層間絶縁膜としては、シリコン
`
`酸化膜が用いられているが、シリコン酸化膜の比誘電率は4~4.5程度であっ
`
`て、より高集積化された半導体集積回路における層間絶縁膜には採用し難いとい
`
`う問題がある。
`
` 【0007】
`
` そこで、比誘電率がシリコン酸化膜よりも小さい層間絶縁膜として、フッ素添
`
`加シリコン酸化膜、低誘電率SOG膜及び有機高分子膜が提案されている。
`
` 【0008】
`
` 【発明が解決しようとする課題】
`
` ところで、フッ素添加シリコン酸化膜の比誘電率は3.3~3.7であって、
`
`従来のシリコン酸化膜に比べて2割程度小さいが、フッ素添加シリコン酸化膜は
`
`、吸湿性が高いので大気中の水分を吸収しやすい。このため、フッ素添加シリコ
`
`ン酸化膜が水分を吸収して、比誘電率の高いSiOHが膜中に取り込まれるので
`
`、フッ素添加シリコン酸化膜の比誘電率が増加したり、熱処理工程においてSi
`
`OHが反応してH2 Oガスを放出したりするという問題、及びフッ素添加シリコ
`
`ン酸化膜中に遊離しているフッ素が熱処理工程において表面に偏析し、偏析した
`
`フッ素が密着層としてのTiN膜のTi等と反応して剥がれやすいTiF膜を形
`
`成するという問題等があり、フッ素添加シリコン酸化膜は実用上の課題が多い。
`
` 【0009】
`
` 低誘電率SOG膜としては、HSQ(Hydrogen silsesquioxane:Si原子と
`
`、O原子と、O原子の数の3分の2の数のH原子とからなる構造体)膜が検討さ
`
`れているが、HSQ膜は、従来のシリコン酸化膜に比べて、水分放出量が多いの
`
`で加工性が悪いという問題がある。HSQ膜は加工性が悪いためHSQ膜に埋め
`
`込み配線を形成することは困難であるから、HSQ膜に金属配線を形成する場合
`
`には金属膜がパターン化されてなる金属配線を用いる必要がある。
`
`Page 11 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 9/ 69
`
` 【0010】
`
` また、HSQ膜は金属配線との密着性が低いので、金属配線との密着性を確保
`
`するために金属配線との間に密着層としてのCVD酸化膜を形成する必要がある
`
`。ところが、金属配線の上にCVD酸化膜を形成すると、金属配線間に比誘電率
`
`の大きいCVD酸化膜が存在するため、実質的な配線間容量はHSQ膜とCVD
`
`酸化膜とから構成される直列容量になるので、HSQ膜を単体で用いた場合に比
`
`べて配線間容量が大きくなってしまうという問題がある。
`
` 【0011】
`
` 有機高分子膜は、低誘電率SOG膜と同様、金属配線との密着性が低いので、
`
`金属配線との間に密着層としてのCVD酸化膜を形成する必要がある。
`
` 【0012】
`
` また、有機高分子膜に対するエッチングレートが酸素プラズマによりレジスト
`
`パターンをアッシングする際のアッシングレートとほぼ等しいため、レジストパ
`
`ターンをアッシングにより除去する際に有機高分子膜がダメージを受けるので、
`
`通常のレジストプロセスが使えないという問題がある。そこで、有機高分子膜の
`
`上にCVD酸化膜を形成した後、該CVD酸化膜の上にレジスト膜を形成し、C
`
`VD酸化膜をエッチングストッパー(保護膜)としてレジスト膜をエッチング加
`
`工する方法が提案されている。
`
` 【0013】
`
` ところが、有機高分子膜の上にCVD酸化膜を形成する際、有機高分子膜の表
`
`面が酸素を含む反応性ガスに曝されるため、有機高分子膜が酸素と反応して有機
`
`高分子膜中にカルボニル基やケトン基等の極性基が導入されるので、有機高分子
`
`膜の比誘電率が増加してしまうという問題がある。
`
` 【0014】
`
` また、有機高分子膜に銅の埋め込み配線を形成する場合、有機高分子膜は金属
`
`配線との密着性が低いため、有機高分子膜に形成された配線用凹部の周面に例え
`
`ばTiN等からなる密着層を形成する必要があるが、TiN膜は抵抗が高いため
`
`金属配線の有効断面積が減少してしまうので、銅からなる金属配線を用いて低抵
`
`抗化を図ったメリットが損なわれてしまうという問題がある。
`
`Page 12 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 10/ 69
`
` 【0015】
`
` 前記に鑑み、本発明は、通常のレジストプロセスを採用して、比誘電率が低い
`
`層間絶縁膜を形成できるようにすることを目的とする。
`
` 【0016】
`
` 【課題を解決するための手段】
`
` 本発明に係る第1の配線構造体の形成方法は、下層の金属配線の上に第1の絶
`
`縁膜を形成する第1の工程と、第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜と組成が異な
`
`る第2の絶縁膜を形成する第2の工程と、第2の絶縁膜の上に該第2の絶縁膜と
`
`組成が異なる第3の絶縁膜を形成する第3の工程と、第3の絶縁膜の上に薄膜を
`
`形成する第4の工程と、薄膜の上に、配線形成用開口部を有する第1のレジスト
`
`パターンを形成する第5の工程と、薄膜に対して第1のレジストパターンをマス
`
`クとしてエッチングを行なって、薄膜からなり配線形成用開口部を有するマスク
`
`パターンを形成する第6の工程と、第3の絶縁膜の上に、コンタクトホール形成
`
`用開口部を有する第2のレジストパターンを形成する第7の工程と、第3の絶縁
`
`膜、第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンに対するエッチングレ
`
`ートが高い一方、第2の絶縁膜に対するエッチングレートが低いエッチング条件
`
`で、第3の絶縁膜に対してドライエッチングを行なうことにより、第3の絶縁膜
`
`を該第3の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形成されるようにパターン
`
`化すると共に、第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンを全面的に
`
`又は下部を残して除去する第8の工程と、第2の絶縁膜に対するエッチングレー
`
`トが高い一方、第1の絶縁膜及び第3の絶縁膜に対するエッチングレートが低い
`
`エッチング条件で、第2の絶縁膜に対してパターン化された第3の絶縁膜をマス
`
`クとしてドライエッチングを行なうことにより、第2の絶縁膜を該第2の絶縁膜
`
`にコンタクトホール形成用開口部が形成されるようにパターン化する第9の工程
`
`と、第1の絶縁膜及び第3の絶縁膜に対するエッチングレートが高い一方、マス
`
`クパターン及び第2の絶縁膜に対するエッチングレートが低いエッチング条件で
`
`、第3の絶縁膜に対してマスクパターンをマスクとしてドライエッチングを行な
`
`うと共に第1の絶縁膜に対してパターン化された第2の絶縁膜をマスクとしてド
`
`ライエッチングを行なうことにより、第3の絶縁膜に配線溝を形成すると共に第
`
`Page 13 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 11/ 69
`
`1の絶縁膜にコンタクトホールを形成する第10の工程と、配線溝及びコンタク
`
`トホールに金属膜を充填することにより、上層の金属配線及び下層の金属配線と
`
`上層の金属配線とを接続するコンタクトを形成する第11の工程とを備えている
`
` 【0017】
`
`。
`
` 第1の配線構造体の形成方法によると、第8の工程において、第3の絶縁膜、
`
`第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンに対するエッチングレート
`
`が高い一方、第2の絶縁膜に対するエッチングレートが低いエッチング条件で、
`
`第3の絶縁膜に対してドライエッチングを行なって、第3の絶縁膜をパターン化
`
`すると共に、第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンを除去するた
`
`め、第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンを酸素プラズマを用い
`
`るアッシングにより除去する工程が不要になる。
`
` 【0018】
`
` また、第2の絶縁膜の組成と第3の絶縁膜の組成とが異なるため、第10の工
`
`程において、第3の絶縁膜に対してマスクパターンをマスクとしてドライエッチ
`
`ングを行なって配線溝を形成する際に、第2の絶縁膜をエッチングストッパーと
`
`して用いることができる。
`
` 【0019】
`
` 第1の配線構造体の形成方法は、第10の工程と第11の工程との間に、第3
`
`の絶縁膜における配線溝に露出している部分及び第1の絶縁膜におけるコンタク
`
`トホールに露出している部分に金属膜からなる密着層を形成する工程をさらに備
`
`えていることが好ましい。
`
` 【0020】
`
` 第1の配線構造体の形成方法において、第3の絶縁膜は有機成分を主成分とす
`
`ることが好ましい。
`
` 【0021】
`
` この場合、第3の工程は、パーフルオロデカリンを含む反応性ガスを用いるC
`
`VD法により第3の絶縁膜を形成する工程を含むことが好ましい。
`
` 【0022】
`
`Page 14 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 12/ 69
`
` また、この場合、第1の絶縁膜も有機成分を主成分とすることが好ましい。
`
` 【0023】
`
` 第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜が有機成分を主成分とする場合には、第10の
`
`工程と第11の工程との間に、第3の絶縁膜における配線溝に露出している部分
`
`及び第1の絶縁膜におけるコンタクトホールに露出している部分に、窒素を含有
`
`する反応性ガスを用いるプラズマ処理によって密着層を形成する工程をさらに備
`
`えていることが好ましい。
`
` 【0024】
`
` 第1の絶縁膜が有機成分を主成分とする場合には、第1の工程は、パーフルオ
`
`ロデカリンを含む反応性ガスを用いるCVD法により第1の絶縁膜を形成する工
`
`程を含むことが好ましい。
`
` 【0025】
`
` 本発明に係る第2の配線構造体の形成方法は、下層の金属配線の上に第1の絶
`
`縁膜を形成する第1の工程と、第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜と組成が異な
`
`る第2の絶縁膜を形成する第2の工程と、第2の絶縁膜の上に該第2の絶縁膜と
`
`組成が異なる第3の絶縁膜を形成する第3の工程と、第3の絶縁膜の上に薄膜を
`
`形成する第4の工程と、薄膜の上に、配線形成用開口部を有する第1のレジスト
`
`パターンを形成する第5の工程と、薄膜に対して第1のレジストパターンをマス
`
`クとしてエッチングを行なって、薄膜からなり配線形成用開口部を有するマスク
`
`パターンを形成する第6の工程と、第3の絶縁膜の上に、コンタクトホール形成
`
`用開口部を有する第2のレジストパターンを形成する第7の工程と、第3の絶縁
`
`膜に対するエッチングレートが高い一方、第2の絶縁膜、第1のレジストパター
`
`ン及び第2のレジストパターンに対するエッチングレートが低いエッチング条件
`
`で、第3の絶縁膜に対して第1のレジストパターン及び第2のレジストパターン
`
`をマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、第3の絶縁膜を該第3の
`
`絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形成されるようにパターン化する第8
`
`の工程と、第2の絶縁膜に対するエッチングレートが高い一方、第1の絶縁膜、
`
`第3の絶縁膜、第1のレジストパターン及び第2のレジストパターンに対するエ
`
`ッチングレートが低いエッチング条件で、第2の絶縁膜に対して第1のレジスト
`
`Page 15 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 13/ 69
`
`パターン及び第2のレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行なう
`
`ことにより、第2の絶縁膜を該第2の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が
`
`形成されるようにパターン化する第9の工程と、第1のレジストパターン及び第
`
`2のレジストパターンを除去する第10の工程と、第1の絶縁膜及び第3の絶縁
`
`膜に対するエッチングレートが高い一方、マスクパターン及び第2の絶縁膜に対
`
`するエッチングレートが低いエッチング条件で、第3の絶縁膜に対してマスクパ
`
`ターンをマスクとしてドライエッチングを行なうと共に第1の絶縁膜に対してパ
`
`ターン化された第2の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なうことによ
`
`り、第3の絶縁膜に配線溝を形成すると共に第1の絶縁膜にコンタクトホールを
`
`形成する第11の工程と、配線溝及びコンタクトホールに金属膜を充填すること
`
`により、上層の金属配線及び下層の金属配線と上層の金属配線とを接続するコン
`
`タクトを形成する第12の工程とを備えている。
`
` 【0026】
`
` 第2の配線構造体の形成方法によると、第10の工程において、第1のレジス
`
`トパターン及び第2のレジストパターンを除去する際に、第1の絶縁膜及び第3
`
`の絶縁膜における第2の絶縁膜のコンタクトホール形成用開口部に露出している
`
`部分にダメージ層が形成されても、第11の工程において、第1の絶縁膜及び第
`
`3の絶縁膜に対するエッチングレートが高い一方、マスクパターン及び第2の絶
`
`縁膜に対するエッチングレートが低いエッチング条件で、第3の絶縁膜に対して
`
`マスクパターンをマスクとしてドライエッチングを行なうと共に第1の絶縁膜に
`
`対してパターン化された第2の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なっ
`
`て、第3の絶縁膜に配線溝を形成すると共に第1の絶縁膜にコンタクトホールを
`
`形成するため、第1の絶縁膜及び第3の絶縁膜に形成されているダメージ層は確
`
`実に除去される。
`
` 【0027】
`
` 第2の配線構造体の形成方法において、第3の絶縁膜は、シロキサン骨格を有
`
`する低誘電率SOG膜であることが好ましい。
`
` 【0028】
`
` 本発明に係る第3の配線構造体の形成方法は、下層の金属配線の上に第1の絶
`
`Page 16 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 14/ 69
`
`縁膜を形成する第1の工程と、第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜と組成が異な
`
`る第2の絶縁膜を形成する第2の工程と、第2の絶縁膜の上に該第2の絶縁膜と
`
`組成が異なる第3の絶縁膜を形成する第3の工程と、第3の絶縁膜の上に該第3
`
`の絶縁膜と組成が異なる第4の絶縁膜を形成する第4の工程と、第4の絶縁膜の
`
`上に薄膜を形成する第5の工程と、薄膜の上に、配線形成用開口部を有する第1
`
`のレジストパターンを形成する第6の工程と、薄膜に対して第1のレジストパタ
`
`ーンをマスクとしてエッチングを行なって、薄膜からなり配線形成用開口部を有
`
`するマスクパターンを形成する第7の工程と、第1のレジストパターンを除去し
`
`た後、第4の絶縁膜及びマスクパターンの上に、コンタクトホール形成用開口部
`
`を有する第2のレジストパターンを形成する第8の工程と、第4の絶縁膜に対し
`
`て第2のレジストパターン及びマスクパターンをマスクとしてドライエッチング
`
`を行なうことにより、第4の絶縁膜を該第4の絶縁膜にコンタクトホール形成用
`
`開口部が形成されるようにパターン化する第9の工程と、第3の絶縁膜に対して
`
`パターン化された第4の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なうことに
`
`より、第3の絶縁膜を該第3の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形成さ
`
`れるようにパターン化する第10の工程と、パターン化された第4の絶縁膜に対
`
`してマスクパターンをマスクとしてドライエッチングを行なうと共に、第2の絶
`
`縁膜に対してパターン化された第3の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを
`
`行なうことにより、パターン化された第4の絶縁膜に配線溝を形成すると共に、
`
`第2の絶縁膜を該第2の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形成されるよ
`
`うにパターン化する第11の工程と、パターン化された第3の絶縁膜に対してマ
`
`スクパターンをマスクとしてドライエッチングを行なうと共に、第1の絶縁膜に
`
`対してパターン化された第2の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なう
`
`ことにより、パターン化された第3の絶縁膜に配線溝を形成すると共に、第1の
`
`絶縁膜にコンタクトホールを形成する第12の工程と、配線溝及びコンタクトホ
`
`ールに金属膜を充填することにより、上層の金属配線及び下層の金属配線と上層
`
`の金属配線とを接続するコンタクトを形成する第13の工程とを備えている。
`
` 【0029】
`
` 第3の配線構造体の形成方法によると、第8の工程において、第1のレジスト
`
`Page 17 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 15/ 69
`
`パターンを除去する際には、第3の絶縁膜の上には第4の絶縁膜が存在している
`
`ため、第1のレジストパターンを酸素プラズマにより除去しても、第3の絶縁膜
`
`がダメージを受けることがない。また、第10の工程において、第3の絶縁膜に
`
`対してドライエッチングを行なう際には、第1の絶縁膜の上には第2の絶縁膜が
`
`存在しているため、第1の絶縁膜がダメージを受けることがない。
`
` 【0030】
`
` 第3の配線構造体の形成方法において、第1の絶縁膜及び第3の絶縁膜のうち
`
`の少なくとも1つは、有機成分を主成分とすることが好ましい。
`
` 【0031】
`
` 第3の配線構造体の形成方法において、第2のレジストパターンのコンタクト
`
`ホール形成用開口部の寸法は、コンタクトホールの設計開口寸法に対して、上層
`
`の金属配線が延びる方向に対して垂直な方向に拡大されていることが好ましい。
`
` 【0032】
`
` 本発明に係る第4の配線構造体の形成方法は、下層の金属配線の上に第1の絶
`
`縁膜を形成する第1の工程と、第1の絶縁膜の上に該第1の絶縁膜と組成が異な
`
`る第2の絶縁膜を形成する第2の工程と、第2の絶縁膜の上に該第2の絶縁膜と
`
`組成が異なる第3の絶縁膜を形成する第3の工程と、第3の絶縁膜の上に薄膜を
`
`形成する第4の工程と、薄膜の上に、配線形成用開口部を有する第1のレジスト
`
`パターンを形成する第5の工程と、薄膜に対して第1のレジストパターンをマス
`
`クとしてエッチングを行なって、薄膜からなり配線形成用開口部を有するマスク
`
`パターンを形成する第6の工程と、第1のレジストパターンを除去した後、第3
`
`の絶縁膜及びマスクパターンの上に、コンタクトホール形成用開口部を有する第
`
`2のレジストパターンを形成する第7の工程と、第3の絶縁膜に対して第2のレ
`
`ジストパターン及びマスクパターンをマスクとしてドライエッチングを行なうこ
`
`とにより、第3の絶縁膜を該第3の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形
`
`成されるようにパターン化する第8の工程と、第2の絶縁膜に対してパターン化
`
`された第3の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、第2
`
`の絶縁膜を該第2の絶縁膜にコンタクトホール形成用開口部が形成されるように
`
`パターン化する第9の工程と、パターン化された第3の絶縁膜に対してマスクパ
`
`Page 18 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 16/ 69
`
`ターンをマスクとしてドライエッチングを行なうと共に、第1の絶縁膜に対して
`
`パターン化された第2の絶縁膜をマスクとしてドライエッチングを行なうことに
`
`より、パターン化された第3の絶縁膜に配線溝を形成すると共に、第1の絶縁膜
`
`にコンタクトホールを形成する第10の工程と、配線溝及びコンタクトホールに
`
`金属膜を充填することにより、上層の金属配線及び下層の金属配線と上層の金属
`
`配線とを接続するコンタクトを形成する第11の工程とを備えている。
`
` 【0033】
`
` 第4の配線構造体の形成方法によると、第8の工程において、第3の絶縁膜に
`
`対してドライエッチングを行なう際には、第1の絶縁膜の上には第2の絶縁膜が
`
`存在しているため、第1の絶縁膜がダメージを受けることがない。
`
` 【0034】
`
` 第4の配線構造体の形成方法において、第1の絶縁膜及び第3の絶縁膜のうち
`
`の少なくとも1つは、有機成分を主成分とすることが好ましい。
`
` 【0035】
`
` 第4の配線構造体の形成方法において、第2のレジストパターンのコンタクト
`
`ホール形成用開口部の寸法は、コンタクトホールの設計開口寸法に対して、上層
`
`の金属配線が延びる方向に対して垂直な方向に拡大されていることが好ましい。
`
` 【0036】
`
` 【発明の実施の形態】
`
` 以下、本発明の各実施形態について説明するが、各実施形態においては、有機
`
`膜とは、有機成分のみからなる膜及び有機成分を主成分とする膜の両方を含む概
`
`念とする。また、各実施形態においては、有機成分を主成分とする膜を有機成分
`
`のみからなる膜に変更してもよいし、有機成分のみからなる膜を有機成分を主成
`
`分とする膜に変更してもよい。
`
`(第1の実施形態)
`
` 以下、本発明の第1の実施形態に係る配線構造体の形成方法について、図1(
`
`a)~(c)、図2(a)~(c)及び図3(a)~(c)を参照しながら説明
`
`する。
`
` 【0037】
`
`Page 19 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 17/ 69
`
` まず、図1(a)に示すように、半導体基板100上に形成された第1の金属
`
`配線101の上に、後に行なわれるエッチング工程において第1の金属配線10
`
`1を保護する例えば50nmの膜厚を有するシリコン窒化膜102を形成した後
`
`、該シリコン窒化膜102の上に、例えば1μmの膜厚を有すると共に有機成分
`
`を主成分とする第1の有機膜103(第1の絶縁膜)を堆積する。次に、第1の
`
`有機膜103の上に、例えば50nmの膜厚を有すると共にシリコン酸化物中に
`
`有機成分を含有する有機含有シリコン酸化膜104(第2の絶縁膜)を堆積した
`
`後、該有機含有シリコン酸化膜104の上に、例えば400nmの膜厚を有する
`
`と共に有機成分を主成分とする第2の有機膜105(第3の絶縁膜)を堆積し、
`
`その後、該第2の有機膜105の上に例えば50nmの膜厚を有する窒化チタン
`
`膜106を堆積する。
`
` 【0038】
`
` 第1及び第2の有機膜103、105の堆積方法については、特に限定されな
`
`いが、例えばパーフルオロデカリンを主原料とする反応性ガスを用いるプラズマ
`
`CVD法が挙げられる。また、第1及び第2の有機膜103、105としては、
`
`プラズマCVD法、塗布法又は熱CVD法により形成された、炭化水素膜又はフ
`
`ッ素を含有する炭化水素膜を用いることができる。
`
` 【0039】
`
` また、第1の有機膜103の堆積方法としては、例えばパーフルオロデカリン
`
`と、ヘキサメチルジシロキサン、アリルアルコキシシラン又はアルキルアルコキ
`
`シシラン等の有機シランとを主原料とする反応性ガスを用いるプラズマCVD法
`
`でもよい。このようにすると、有機無機ハイブリッド膜が得られる。
`
` 【0040】
`
` また、有機含有シリコン酸化膜104の堆積方法については、特に限定されな
`
`いが、例えばフェニルトリメトキシランを主原料とする反応性ガスを用いるCV
`
`D法が挙げられる。このようにすると、シリコン酸化物中にシリコン原子と結合
`
`したフェニル基が取り込まれた構造を有する有機含有シリコン酸化膜104が得
`
`られる。
`
` 【0041】
`
`Page 20 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 18/ 69
`
` 尚、窒化チタン膜106に代えて、第1及び第2の有機膜103、105並び
`
`に有機含有シリコン酸化膜104に対して高いエッチング選択性を有する、つま
`
`りエッチング速度が十分に遅い薄膜、例えばシリコン窒化膜を用いることができ
`
`る。
`
` 【0042】
`
` 次に、図1(b)に示すように、窒化チタン膜106の上に、リソグラフィ工
`
`程により配線溝形成用開口部を有する第1のレジストパターン107を形成した
`
`後、該第1のレジストパターン107をマスクとして窒化チタン膜106に対し
`
`てドライエッチングを行なって、図1(c)に示すように、窒化チタン膜106
`
`からなるマスクパターン108を形成する。
`
` 【0043】
`
` 次に、第1のレジストパターン107を除去することなく、第2の有機膜10
`
`5の上に、リソグラフィ工程によりコンタクトホール形成用開口部を有する第2
`
`のレジストパターン109を形成した後、第2の有機膜105に対してドライエ
`
`ッチングを行なって、図2(a)に示すように、コンタクトホール形成用開口部
`
`を有するパターン化された第2の有機膜105Aを形成する。この場合、第2の
`
`有機膜105と、第1のレジストパターン107及び第2のレジストパターン1
`
`09とは共に有機成分を主成分としているため、第2の有機膜105に対するエ
`
`ッチングレートと、第1及び第2のレジストパターン107、109に対するエ
`
`ッチングレートとはほぼ等しいので、第2の有機膜105に対するドライエッチ
`
`ング工程により、第1のレジストパターン107及び第2のレジストパターン1
`
`09は除去される。
`
` 【0044】
`
` 尚、第2の有機膜105に対するドライエッチング工程において、第2のレジ
`
`ストパターン109が残存しても差し支えない。その理由は、残存する第2のレ
`
`ジストパターン109は、後に行なわれるパターン化された第2の有機膜105
`
`Aに配線溝111を形成する工程(図2(c)を参照)において除去されるから
`
`である。
`
` 【0045】
`
`Page 21 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 19/ 69
`
` 次に、パターン化された第2の有機膜105Aをマスクとして有機含有シリコ
`
`ン酸化膜104に対してドライエッチングを行なって、図2(b)に示すように
`
`、コンタクトホール形成用開口部を有するパターン化された有機含有シリコン酸
`
`化膜104Aを形成する。このドライエッチング工程は、有機含有シリコン酸化
`
`膜104に対するエッチングレートがパターン化された第2の有機膜105Aに
`
`対するエッチングレートよりも大きくなるようなエッチング条件を選択すること
`
`により、パターン化された第2の有機膜105Aがエッチングされる事態を防止
`
`する。
`
` 【0046】
`
` 次に、マスクパターン108をマスクとしてパターン化された第2の有機膜1
`
`05Aに対し、またパターン化された有機含有シリコン酸化膜104Aをマスク
`
`として第1の有機膜103に対してそれぞれドライエッチングを行なって、図2
`
`(c)に示すように、パターン化された第2の有機膜105Aに配線溝111を
`
`形成すると共に、コンタクトホール110を有するパターン化された第1の有機
`
`膜103Aを形成する。
`
` 【0047】
`
` 次に、パターン化された有機含有シリコン酸化膜104Aをマスクとしてシリ
`
`コン窒化膜102に対してドライエッチングを行なって、図3(a)に示すよう
`
`に、パターン化されたシリコン窒化膜102Aを形成すると共に、第1の金属配
`
`線101をコンタクトホール110に露出させる。
`
` 【0048】
`
` 次に、図3(b)に示すように、コンタクトホール110及び配線溝111の
`
`壁面に例えば50nmの膜厚を有する窒化チタンからなる密着層112を堆積し
`
`た後、コンタクトホール110及び配線溝111が埋まるように全面に亘って金
`
`属膜113を堆積する。金属膜113の組成は特に限定されず、銅、アルミニウ
`
`ム、金、銀、ニッケル、コバルト、タングステン又はこれらの合金等を用いるこ
`
`とができると共に、金属膜113の堆積方法も特に限定されず、メッキ法、CV
`
`D法又はスパッタ法等を用いることができる。
`
` 【0049】
`
`Page 22 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 20/ 69
`
` 次に、図3(c)に示すように、パターン化された第2の有機膜105Aの上
`
`に堆積されている、密着層112、金属膜113及びマスクパターン108を例
`
`えばCMP法により除去して、金属膜113からなる第2の金属配線114、及
`
`び第1の金属配線101と第2の金属配線114とを接続する金属膜113から
`
`なるコンタクト115を形成する。
`
` 【0050】
`
` 尚、第2の金属配線114の上に、前述した工程と同様の工程を行なうことに
`
`より、多層配線構造を形成することができる。
`
` 【0051】
`
` 第1の実施形態によると、有機含有シリコン酸化膜104は、フェニルトリメ
`
`トキシシランを主原料とする反応性ガスを用いるCVD法により形成された膜で
`
`あるため、シリコン酸化物中にシリコン原子と結合したフェニル基(有機基)が
`
`取り込まれた構造を有している。従って、従来のCVD酸化膜と同程度に良好な
`
`加工性及びHSQ膜と同程度に低い比誘電率を有していると共に、有機膜、酸化
`
`膜及び金属膜に対する高い密着性を有している。
`
` 【0052】
`
` また、窒化チタン膜106からなるマスクパターン108を形成した後、第1
`
`のレジストパターン107を除去することなく第2のレジストパターン109を
`
`形成すると共に、第2の有機膜105に対するドライエッチング工程により、第
`
`1のレジストパターン107及び第2のレジストパターン109を除去するため
`
`、第1のレジストパターン107及び第2のレジストパターン109を酸素プラ
`
`ズマを用いるアッシングにより除去する工程が不要になるので、レジストパター
`
`ンをアッシングにより除去する際に第2の有機膜105がダメージを受ける事態
`
`を回避することができる。従って、層間絶縁膜として比誘電率が低い第2の有機
`
`膜105を用いるにも拘わらず、通常のレジストプロセスを採用することが可能
`
`になる。
`
` 【0053】
`
` また、マスクパターン108をマスクとしパターン化された有機含有シリコン
`
`酸化膜104Aをエッチングストッパーとして、パターン化された第2の有機膜
`
`Page 23 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 21/ 69
`
`105Aに対してドライエッチングを行なって配線溝111を形成するため、配
`
`線溝111の深さは第2の有機膜105の膜厚と一致するので、配線溝111の
`
`深さを自己整合的に規定することができる。
`
` 【0054】
`
` 以下、第2のレジストパターン109が第1のレジストパターン107に対し
`
`て位置ずれを起こした場合の問題点及びその場合の解決策について説明する。
`
` 【0055】
`
` まず、第2のレジストパターン109が位置ずれを起こした場合の問題点につ
`
`いて、図4(a)~(c)、図5(a)~(c)及び図6(a)~(c)を参照
`
`しながら説明する。
`
` 【0056】
`
` 第1の実施形態と同様、図4(a)に示すように、半導体基板100上に形成
`
`された第1の金属配線101の上に例えば50nmの膜厚を有するシリコン窒化
`
`膜102を形成した後、該シリコン窒化膜102の上に、例えば1μmの膜厚を
`
`有すると共に有機成分を主成分とする第1の有機膜103を堆積する。
`
` 【0057】
`
` 次に、第1の有機膜103の上に、例えば50nmの膜厚を有すると共にシリ
`
`コン酸化物中に有機成分を含有する有機含有シリコン酸化膜104を堆積した後
`
`、該有機含有シリコン酸化膜104の上に、例えば400nmの膜厚を有すると
`
`共に有機成分を主成分とする第2の有機膜105を堆積し、その後、第2の有機
`
`膜105の上に例えば50nmの膜厚を有する窒化チタン膜106を堆積する。
`
` 【0058】
`
` 次に、図4(b)に示すように、窒化チタン膜106の上に、配線溝形成用開
`
`口部を有する第1のレジストパターン107を形成した後、該第1のレジストパ
`
`ターン107をマスクとして窒化チタン膜106に対してドライエッチングを行
`
`なって、図4(c)に示すように、窒化チタン膜106からなるマスクパターン
`
`108を形成する。
`
` 【0059】
`
` 次に、図5(a)に示すように、第1のレジストパターン107を除去するこ
`
`Page 24 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 22/ 69
`
`となく、第2の有機膜105の上に、コンタクトホール形成用開口部を有する第
`
`2のレジストパターン109を形成する。この場合、図5(a)と図1(c)と
`
`の対比から分かるように、第2のレジストパターン109は第1のレジストパタ
`
`ーン107に対して位置ずれを起こしている。
`
` 【0060】
`
` 次に、第2の有機膜105に対してドライエッチングを行なって、図5(b)
`
`に示すように、コンタクトホール形成用開口部を有するパターン化された第2の
`
`有機膜105Aを形成する。第1の実施形態と同様、第2の有機膜105と、第
`
`1のレジストパターン107及び第2のレジストパターン109とは共に有機成
`
`分を主成分としているため、第2の有機膜105に対するドライエッチング工程
`
`により、第1のレジストパターン107及び第2のレジストパターン109は除
`
`去される。この場合、第2のレジストパターン109が第1のレジストパターン
`
`107に対して位置ずれを起こしているため、第2の有機膜105Aに形成され
`
`るコンタクトホール形成用開口部の径は小さい。
`
` 【0061】
`
` 次に、パターン化された第2の有機膜105Aをマスクとして有機含有シリコ
`
`ン酸化膜104に対してドライエッチングを行なって、図5(c)に示すように
`
`、コンタクトホール形成用開口部を有するパターン化された有機含有シリコン酸
`
`化膜104Aを形成する。
`
` 【0062】
`
` 次に、マスクパターン108をマスクとしてパターン化された第2の有機膜1
`
`05Aに対し、またパターン化された有機含有シリコン酸化膜104Aをマスク
`
`として第1有機膜103に対してそれぞれドライエッチングを行なって、図6(
`
`a)に示すように、パターン化された第2の有機膜105Aに配線溝111を形
`
`成すると共に、コンタクトホール110を有するパターン化された第1の有機膜
`
`103Aを形成する。その後、パターン化された有機含有シリコン酸化膜104
`
`Aをマスクとしてシリコン窒化膜102に対してドライエッチングを行なって、
`
`図6(b)に示すように、パターン化されたシリコン窒化膜102Aを形成する
`
`と共に、第1の金属配線101をコンタクトホール110に露出させる。
`
`Page 25 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 23/ 69
`
` 【0063】
`
` 次に、コンタクトホール110及び配線溝111の壁面に例えば50nmの膜
`
`厚を有する窒化チタン層からなる密着層112を堆積した後、全面に亘って金属
`
`膜を堆積し、その後、パターン化された第2の有機膜105Aの上に堆積されて
`
`いる、密着層112、金属膜及びマスクパターン108を例えばCMP法により
`
`除去する。このようにすると、図6(c)に示すように、金属膜からなる第2の
`
`金属配線114は形成されるが、コンタクトホール110の径が小さいため該コ
`
`ンタクトホール110には金属膜が完全には充填されないので、第1の金属配線
`
`101と第2の金属配線112とは接続されず、不良が発生する。
`
` 【0064】
`
` 以下、第2のレジストパターン109が位置ずれを起こした場合の解決策につ
`
`いて、図7(a)~(c)及び図8(a)~(c)を参照しながら説明する。
`
` 【0065】
`
` まず、図4(a)~(c)及び図5(a)に基づいて説明した前述の工程と同
`
`様の工程によって、コンタクトホール形成用開口部を有する第2のレジストパタ
`
`ーン109を形成するが、この場合にも、第2のレジストパターン109は第1
`
`のレジストパターン107に対して位置ずれを起こしている(図5(a)を参照
`
`)。
`
` 【0066】
`
` そこで、図7(a)に示すように、第2のレジストパターン109をマスクと
`
`して第1のレジストパターン107及びマスクパターン108に対してドライエ
`
`ッチングを行なって、第1のレジストパターン107における第2のレジストパ
`
`ターン109と重なっていない領域を除去すると共に、マスクパターン108の
`
`開口部を配線溝形成用開口部及びコンタクトホール形成用開口部を含む大きさに
`
`拡大する。これによって、第2のレジストパターン109のコンタクトホール形
`
`成用開口部は、第1のレジストパターン107及びマスクパターン108に転写
`
`される。
`
` 【0067】
`
` 次に、第2の有機膜105に対してドライエッチングを行なって、図7(b)
`
`Page 26 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 24/ 69
`
`に示すように、コンタクトホール形成用開口部を有するパターン化された第2の
`
`有機膜105Aを形成する。この場合にも、第2の有機膜105と、第1のレジ
`
`ストパターン107及び第2のレジストパターン109とは共に有機成分を主成
`
`分としているため、第2の有機膜105に対するドライエッチング工程により、
`
`第1のレジストパターン107及び第2のレジストパターン109は除去される
`
` 【0068】
`
`。
`
` 次に、パターン化された有機膜105Aをマスクとして有機含有シリコン酸化
`
`膜104に対してドライエッチングを行なって、図7(c)に示すように、コン
`
`タクトホール形成用開口部を有するパターン化された有機含有シリコン酸化膜1
`
`04Aを形成する。
`
` 【0069】
`
` 前述のように、第2のレジストパターン109が第1のレジストパターン10
`
`7に対して位置ずれを起こしているが、第2のレジストパターン109のコンタ
`
`クトホール形成用開口部を第1のレジストパターン107及びマスクパターン1
`
`08に転写しているので、パターン化された第2の有機膜105A及びパターン
`
`化された有機含有シリコン酸化膜104Aに形成されるコンタクトホール形成用
`
`開口部の径は所定の大きさを有している。
`
` 【0070】
`
` 次に、マスクパターン108及びパターン化された有機含有シリコン酸化膜1
`
`04Aをマスクとしてパターン化された第2の有機膜105A及び第1の有機膜
`
`103に対してドライエッチングを行なって、図8(a)に示すように、パター
`
`ン化された第2の有機膜105Aに配線溝111を形成すると共に、コンタクト
`
`ホール110を有するパターン化された第1の有機膜103Aを形成する。その
`
`後、パターン化された有機含有シリコン酸化膜104Aをマスクとしてシリコン
`
`窒化膜102に対してドライエッチングを行なって、図8(b)に示すように、
`
`パターン化されたシリコン窒化膜102Aを形成すると共に、第1の金属配線1
`
`01をコンタクトホール110に露出させる。
`
` 【0071】
`
`Page 27 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 25/ 69
`
` 次に、コンタクトホール110及び配線溝111の壁面に例えば50nmの膜
`
`厚を有する窒化チタン層からなる密着層112を堆積した後、全面に亘って金属
`
`膜を堆積し、その後、パターン化された第2の有機膜105Aの上に堆積されて
`
`いる、密着層112、金属膜及びマスクパターン108を例えばCMP法により
`
`除去する。このようにすると、図8(c)に示すように、窒化チタン膜112及
`
`び金属膜からなる、第2の金属配線114及びコンタクト115が形成される。
`
`(第2の実施形態)
`
` 以下、本発明の第2の実施形態に係る配線構造体の形成方法について、図9(
`
`a)~(c)、図10(a)~(c)及び図11(a)~(c)を参照しながら
`
`説明する。
`
` 【0072】
`
` まず、図9(a)に示すように、半導体基板200上に形成された第1の金属
`
`配線201の上に例えば50nmの膜厚を有するシリコン窒化膜202を形成し
`
`た後、該シリコン窒化膜202の上に、例えば1μmの膜厚を有すると共に有機
`
`成分を主成分とする第1の有機膜203(第1の絶縁膜)を堆積する。次に、第
`
`1の有機膜203の上に、例えば50nmの膜厚を有すると共にシリコン酸化物
`
`中に有機成分を含有する有機含有シリコン酸化膜204(第2の絶縁膜)を堆積
`
`した後、該有機含有シリコン酸化膜204の上に、例えば400nmの膜厚を有
`
`すると共に有機成分を主成分とする第2の有機膜205(第3の絶縁膜)を堆積
`
`し、その後、該第2の有機膜の上に例えば50nmの膜厚を有する窒化チタン膜
`
`206を堆積する。
`
` 【0073】
`
` 第1及び第2の有機膜203、205の堆積方法については、特に限定されな
`
`いが、例えばパーフルオロデカリンを主原料とする反応性ガスを用いるプラズマ
`
`CVD法が挙げられる。また、第1及び第2の有機膜203、205としては、
`
`プラズマCVD法、塗布法又は熱CVD法により形成された、炭化水素膜又はフ
`
`ッ素を含有する炭化水素膜を用いることができる。
`
` 【0074】
`
` また、有機含有シリコン酸化膜204の堆積方法については、特に限定されな
`
`Page 28 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 26/ 69
`
`いが、例えばフェニルトリメトキシランを主原料とする反応性ガスを用いるCV
`
`D法が挙げられる。
`
` 【0075】
`
` 尚、窒化チタン膜206に代えて、第1及び第2の有機膜203、205並び
`
`に有機含有シリコン酸化膜204に対して高いエッチング選択性を有する、つま
`
`りエッチング速度が十分に遅い薄膜、例えばシリコン窒化膜を用いることができ
`
`る。
`
` 【0076】
`
` 次に、図9(b)に示すように、窒化チタン膜206の上に、リソグラフィ工
`
`程により配線溝形成用開口部を有する第1のレジストパターン207を形成した
`
`後、該第1のレジストパターン207をマスクとして窒化チタン膜206に対し
`
`てドライエッチングを行なって、図9(c)に示すように、窒化チタン膜206
`
`からなるマスクパターン208を形成する。
`
` 【0077】
`
` 次に、第1のレジストパターン207を除去することなく、第2の有機膜20
`
`5の上に、リソグラフィ工程によりコンタクトホール形成用開口部を有する第2
`
`のレジストパターン209を形成した後、第2の有機膜205に対してドライエ
`
`ッチングを行なって、図10(a)に示すように、コンタクトホール形成用開口
`
`部を有するパターン化された第2の有機膜205Aを形成する。この場合、第2
`
`の有機膜205と、第1のレジストパターン207及び第2のレジストパターン
`
`209とは共に有機成分を主成分としているため、第2の有機膜205に対する
`
`エッチングレートと、第1及び第2のレジストパターン207、209に対する
`
`エッチングレートとはほぼ等しいので、第2の有機膜205に対するドライエッ
`
`チング工程により、第1のレジストパターン207及び第2のレジストパターン
`
`209は除去される。
`
` 【0078】
`
` 尚、第2のレジストパターン209が第1のレジストパターン207に対して
`
`位置ずれしている恐れがある場合には、第1の実施形態において説明したように
`
`、第2のレジストパターン209をマスクとして第1のレジストパターン207
`
`Page 29 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 27/ 69
`
`及びマスクパターン208に対してドライエッチングを行なって、第1のレジス
`
`トパターン207における第2のレジストパターン209と重なっていない領域
`
`を除去すると共に、マスクパターン208の開口部を配線溝形成用開口部及びコ
`
`ンタクトホール形成用開口部を含む大きさに拡大する。
`
` 【0079】
`
` 次に、パターン化された第2の有機膜205Aをマスクとして有機含有シリコ
`
`ン酸化膜204に対してドライエッチングを行なって、図10(b)に示すよう
`
`に、コンタクトホール形成用開口部を有するパターン化された有機含有シリコン
`
`酸化膜204Aを形成する。その後、マスクパターン208をマスクとしてパタ
`
`ーン化された第2の有機膜205Aに対し、またパターン化された有機含有シリ
`
`コン酸化膜204Aをマスクとして第1の有機膜203に対してそれぞれドライ
`
`エッチングを行なって、図10(c)に示すように、パターン化された第2の有
`
`機膜205Aに配線溝211を形成すると共に、コンタクトホール210を有す
`
`るパターン化された第1の有機膜203Aを形成する。
`
` 【0080】
`
` 次に、パターン化された有機含有シリコン酸化膜204Aをマスクとしてシリ
`
`コン窒化膜202に対してドライエッチングを行なって、図11(a)に示すよ
`
`うに、パターン化されたシリコン窒化膜202Aを形成すると共に、第1の金属
`
`配線201をコンタクトホール210に露出させる。
`
` 【0081】
`
` 次に、パターン化された第1の有機膜203A及びパターン化された第2の有
`
`機膜205Aに対してアンモニアガスを用いるプラズマ処理を行なう。このよう
`
`にすると、図11(b)に示すように、パターン化された第1の有機膜203A
`
`におけるコンタクトホール210に露出する壁部及びパターン化された第2の有
`
`機膜205Aにおける配線溝211に露出する壁部に、アミノ基及びアミド基を
`
`有する密着層212がそれぞれ形成される。その後、コンタクトホール210及
`
`び配線溝211が埋まるように全面に亘って金属膜213を堆積する。金属膜2
`
`13の組成は特に限定されず、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、コバルト
`
`、タングステン又はこれらの合金等を用いることができると共に、金属膜213
`
`Page 30 of 134
`
`
`
`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 28/ 69
`
`の堆積方法も特に限定されず、メッキ法、CVD法又はスパッタ法等を用いるこ
`
`とができる。
`
` 【0082】
`
` 次に、図11(c)に示すように、パターン化された第2の有機膜205Aの
`
`上に堆積されている、金属膜213及びマスクパターン208を例えばCMP法
`
`により除去して、金属膜213からなる、第2の金属配線214及びコンタクト
`
`215を形成する。
`
` 【0083】
`
` 尚、第2の金属配線214の上に、前述した工程と同様の工程を行なうことに
`
`より、多層配線構造を形成することができる。
`
`(第3の実施形態)
`
` 以下、本発明の第3の実施形態に係る配線構造体の形成方法について、図12
`
`(a)~(c)、図13(a)~(c)及び図14(a)~(c)を参照しなが
`
`ら説明する。
`
` 【0084】
`
` まず、図12(a)に示すように、半導体基板300上に形成された第1の金
`
`属配線301の上に、後に行なわれるエッチング工程において第1の金属配線3
`
`01を保護する例えば50nmの膜厚を有するシリコン窒化膜302を形成した
`
`後、該シリコン窒化膜302の上に、例えば1μmの膜厚を有すると共にシリコ
`
`ン酸化物中に有機成分を含有する第1の有機含有シリコン酸化膜303(第1の
`
`絶縁膜)を堆積する。次に、第1の有機含有シリコン酸化膜303の上に、例え
`
`ば400nmの膜厚を有すると共にシロキサン骨格を有する低誘電率SOG膜3
`
`04(第2の絶縁膜)を堆積した後、該低誘電率SOG膜304の上に、例えば
`
`50nmの膜厚を有すると共にシリコン酸化物中に有機成分を含有する第2の有
`
`機含有シリコン酸化膜305(第3の絶縁膜)を堆積し、その後、第2の有機含
`
`有シリコン酸化膜305の上に例えば50nmの膜厚を有する窒化チタン膜30
`
`6を形成する。
`
` 【0085】
`
` 第1の有機含有シリコン酸化膜303及び第2の有機含有シリコン酸化膜30
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`Page 31 of 134
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`[書類名]明細書 [受付日]平11. 3.19
`[特許]平11-075519(11. 3.19) 頁: 29/ 69
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`5の堆積方法については、特に限定されないが、例えばフェニルトリメトキシラ
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`ンを主原料とする反応性ガスを用いるCVD法が挙げられる。また、シロキサン
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`骨格を有する低誘電率SOG膜304としてはHSQ膜を用いることができる。
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` 【0086】
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` 尚、窒化チタン膜306に代えて、第1及び第2の有機含有シリコン酸化膜3
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`03、305並びに低誘電率SOG膜304に対して高いエッチング選択性を有
`
`する、つまりエッチング速度が十分に遅い薄膜、例えばシリコン窒化膜を用いる
`
`ことができる。
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` 【0087】
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` 次に、図12(b)に示すように、窒化チタン膜306の上に、リソグラフィ
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`工程により配線溝形成用開口部を有する第1のレジストパターン307を形成し
`
`た後、該第1のレジストパターン307をマスクとして窒化チタン膜306に対
`
`してドライエッチングを行なって、図12(c)に示すように、窒化チタ