JP2006294942A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】 ビアプラグやコンタクトプラグの径が微細になっても、ホールパターンを高密度で形成することのできる半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 絶縁膜上に所定間隔に形成された少なくとも1つの配線に垂直方向から連通するビアホールを備えた半導体装置において、一端が配線11に重なるように第1回リソグラフィ位置13Aで楕円形の第1のホールパターンを露光し、一端が第1のホールパターンの前記一端に重なるように楕円形の第2のホールパターンを第2回リソグラフィ位置13Bにおいて露光したリソグラフィ技術により、2つのホールパターンの重なり部分にビアホール12を形成する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of forming a hole pattern at a high density even when the diameter of a via plug or a contact plug is reduced, and a method for manufacturing the same.
In a semiconductor device provided with a via hole that communicates in a vertical direction with at least one wiring formed at a predetermined interval on an insulating film, an elliptical shape is formed at a first lithography position 13A so that one end overlaps the wiring 11. By exposing the first hole pattern and exposing an elliptical second hole pattern at the second lithography position 13B so that one end overlaps the one end of the first hole pattern, the two hole patterns are formed. A via hole 12 is formed in the overlapping portion.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ウェハ上の配線に垂直方向から連通するビアホールを有する半導体装置およびその製造方法に関し、特に、ビアプラグやコンタクトプラグの径が微細になっても、ホールパターンを高密度で形成することが可能な半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a via hole communicating with a wiring on a wafer from a vertical direction, and a method for manufacturing the same, and in particular, a hole pattern can be formed at a high density even when the diameter of a via plug or a contact plug is reduced. The present invention relates to a possible semiconductor device and a manufacturing method thereof.
近年、半導体装置においては、素子の微細化に伴い、多層配線間を電気的に接続するビア(via)プラグや、配線とSi基板上に形成されたトランジスタの電極とを接続するコンタクトプラグについては100nm以下の超微細径で形成することが要求されている。 In recent years, in semiconductor devices, with miniaturization of elements, via plugs that electrically connect multilayer wirings and contact plugs that connect wirings and transistor electrodes formed on a Si substrate It is required to form with an ultrafine diameter of 100 nm or less.
従来、ビアプラグやコンタクトプラグは、リソグラフィ技術を用いて超微細径のホールパターンをフォトレジストで形成するが、100nm以下のホール径を有する微細ホールパターンにおいてはリソグラフィの光学的限界により、ホールパターンを高密度で配置することが困難になってきている。 Conventionally, for via plugs and contact plugs, a hole pattern with an ultrafine diameter is formed with a photoresist using a lithography technique. However, in a fine hole pattern with a hole diameter of 100 nm or less, the hole pattern is increased due to the optical limit of lithography. It has become difficult to arrange with density.
すなわち、所望のホール径をリソグラフィによって形成する場合、ホール間の最小ピッチpは、一般にp>1(1より十分に大)となってしまう。この問題を解決するものとして、ホールパターンを楕円形で形成することにより、リソグラフィ時の露光マージンを確保することが考えられる。ホールパターンを楕円形にすると、ホールパターンの短軸方向のピッチを縮小することができるので、ビアプラグやコンタクトプラグを最小ピッチで配置することが可能になる。 That is, when a desired hole diameter is formed by lithography, the minimum pitch p between holes is generally p> 1 (much larger than 1). As a solution to this problem, it is conceivable to secure an exposure margin during lithography by forming the hole pattern in an elliptical shape. If the hole pattern is elliptical, the pitch in the minor axis direction of the hole pattern can be reduced, so that via plugs and contact plugs can be arranged at the minimum pitch.
なお、楕円形のホールパターンを形成するものとして、短軸が照射光の波長以下である楕円形状を有したマスクを使用し、このマスクと基板上のレジストを長軸方向に相対移動することにより2つの楕円形状の光学像の一部を重ね合わせたレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 In order to form an elliptical hole pattern, a mask having an elliptical shape whose short axis is equal to or less than the wavelength of the irradiation light is used, and the mask and the resist on the substrate are moved relative to each other in the long axis direction. A resist pattern forming method is known in which a resist pattern is formed by superimposing a part of two elliptical optical images (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1のレジストパターン形成方法によると、楕円形状のマスクを介して基板上のレジスト表面に光を照射することにより第1の光学像を形成し、その後基板とマスクとを楕円形状の長軸方向に相対移動させて第1の光学像と一部が重なるようにマスクを配置して光を照射することにより第2の楕円形状の光学像を形成する。これにより、一部が重なった第1の光学像と第2の光学像との組み合わせによって露光に用いる光の波長よりも十分に大なるサイズを長軸方向に有した細長いレジストパターンが形成される。 According to the resist pattern forming method of Patent Document 1, a first optical image is formed by irradiating light onto a resist surface on a substrate through an elliptical mask, and then the substrate and the mask are formed into an elliptical long axis. A second elliptical optical image is formed by irradiating light with a mask arranged so that the first optical image partially overlaps with relative movement in the direction. Thereby, an elongated resist pattern having a size sufficiently larger than the wavelength of light used for exposure in the major axis direction is formed by a combination of the first optical image and the second optical image that are partially overlapped. .
しかし、特許文献1によると、レジストパターンの長軸方向についてはサイズが大になるため、上層配線と下層配線とが交差して配置される基板においては、レジストパターンの長軸サイズが配線ピッチより大になってホールパターンの高密度形成が困難になり、配線のレイアウトに制約が生じて半導体装置の微細化に見合った集積度の向上を図れないという問題がある。
本発明の目的は、ビアプラグやコンタクトプラグの径が微細になっても、ホールパターンを高密度で形成することのできる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming a hole pattern at a high density even when the diameter of a via plug or a contact plug is reduced, and a method for manufacturing the same.
本発明の一様態は、導電層と、一部が重なるようにずらして配置された2つの長軸と短軸を有するパターンの重なり部分の領域によって規定される横断面形状を有した接続部材を有する半導体装置を提供する。 According to one embodiment of the present invention, there is provided a connection member having a cross-sectional shape defined by a conductive layer and a region of an overlapping portion of a pattern having two major axes and a minor axis arranged so as to partially overlap each other. A semiconductor device is provided.
また、本発明の他の様態は、導電層上に形成された絶縁膜に、前記導電層に達しない所定の深さを有した長軸と短軸を有するパターンの第1接続用ホールを形成する第1の工程と、前記第1の接続用ホールに一部が重なり、前記導電層に達する深さを有した長軸と短軸を有するパターンの第2の接続用ホールを、前記絶縁膜に形成する第2の工程と、前記第1および第2の接続用ホールに導電材料を充填して前記導電層に接続された接続部材を形成する第3の工程を有する半導体装置の製造方法を提供する。 According to another aspect of the present invention, a first connection hole having a major axis and a minor axis having a predetermined depth that does not reach the conductive layer is formed in an insulating film formed on the conductive layer. And a second connecting hole having a pattern of a major axis and a minor axis that partially overlaps the first connecting hole and has a depth reaching the conductive layer. And a third step of forming a connection member connected to the conductive layer by filling the first and second connection holes with a conductive material. provide.
本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、ビアプラグやコンタクトプラグの径が微細になっても、ホールパターンを高密度で形成することができる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, the hole pattern can be formed at a high density even if the diameter of the via plug or the contact plug is reduced.
本発明は、導電層とその上の配線とを接続する接続部材とその製造方法に関するものである。ここで、以下に述べる実施の形態では、導電層は配線や半導体基板上の不純物領域、接続部材は、ビアプラグやコンタクトプラグを表しているが、実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形が可能である。 The present invention relates to a connection member for connecting a conductive layer and wiring thereon and a method for manufacturing the connection member. Here, in the embodiment described below, the conductive layer represents a wiring or an impurity region on the semiconductor substrate, and the connection member represents a via plug or a contact plug. However, the present invention is not limited to the embodiment and the gist thereof is not changed. Various modifications are possible within the range.
[第1の実施の形態]
(半導体装置の構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置を示す平面図である。この半導体装置1は、半導体基板上に所定の厚みを有して設けられる絶縁層に所定の間隔で形成されたCuによる配線11と、配線11上に形成された絶縁層を開口して形成されたビアホール12とを備える。なお、同図においては3つのビアホール12を図示しているが、ビアホール12の個数については図示する以外の個数であっても良い。
[First embodiment]
(Configuration of semiconductor device)
FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. This semiconductor device 1 is formed by opening a
配線11は、下層の絶縁膜にダマシン法を用いて形成され、バリアメタルとCuから構成される。バリアメタルは、Cuの底面および側面を覆うように設けられ、その材料には、Ta、Tiなどの高融点金属もしくはそれらの窒化物、あるいはそれらの窒珪化物を用いることができる。
The
ビアホール12は、2回のリソグラフィによって形成されている。すなわち、一点鎖線で示す楕円形の第1のホールパターンを第1回リソグラフィ位置13Aに露光し、次に、第1回リソグラフィと同一のサイズおよび形状の一点鎖線で示す楕円形の第2のホールパターンを第2回リソグラフィ位置13Bに露光することにより、第1および第2のホールパターンが重なった部分に第1および第2のホールパターンより小なるサイズを有して形成されている。すなわち、第1回リソグラフィではビアホールが配線11まで達することはなく、第2回リソグラフィによって第1リソグラフィ位置13Aと第2リソグラフィ位置13Bが重なった領域が配線11へ達してビアホール12となる。このビアホール12にはコンタクトプラグまたはビアプラグが埋め込まれる。
The
なお、コンタクトプラグまたはビアプラグには、W,Al,Cu,Ti,TiN,Ta,TaNのいずれかを主材料とする金属プラグを用いることができる。 As the contact plug or via plug, a metal plug whose main material is any one of W, Al, Cu, Ti, TiN, Ta, and TaN can be used.
(半導体装置の製造方法)
次に、第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図2〜図4の工程図を参照して以下に説明する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment will be described below with reference to the process diagrams of FIGS.
図2(a)は、配線形成工程を示す平面図であり、(b)は(a)のA−A部における断面図である。この配線形成工程では、まず、第1の層間絶縁膜20にダマシン法に基づいてバリアメタル21とCu22とからなる配線11を形成し、配線11および第1の層間絶縁膜20上に、Cuの拡散防止能力を有するバリア絶縁膜23と、第2の層間絶縁膜24と、ハードマスク25とを順次形成する。なお、バリア絶縁膜23の代わりにCu22上にTiN等からなるトップバリアメタルによってCuの拡散を抑制することができる。
FIG. 2A is a plan view showing a wiring formation process, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In this wiring formation step, first, the
バリア絶縁膜23は、SiN、SiCN、SiC膜のいずれか、もしくは、これら絶縁膜の積層膜を用いることができる。
As the
第1の層間絶縁膜20及び第2の層間絶縁膜24はそれぞれ、SiO2、F添加SiO2、SiOCや有機物からなるlow−k膜や、low−k膜に空孔を導入したポーラスlow−k膜、及びこれらを複数組合せた積層膜を用いることができる。ここで、low−k膜は低誘電率を意味する。
The first
ハードマスク25は、第2の層間絶縁膜24をエッチング加工する際にエッチングマスクとなる材料、すなわち、第2の層間絶縁膜24との間で高いエッチング選択比を有する材料から選択することができる。例えば、第2の層間絶縁膜24がSiO2やフッ素添加SiO2、あるいはSiOCである場合には、ハードマスク25としてSiN、SiCN、又はSiCを用いることができ、第2の層間絶縁膜24が有機物の場合には、上記したハードマスク材料に加えてSiO2等を用いることができる。
The
図2(c)は、第1のホールパターン工程を示す平面図であり、(d)は(c)のB−B部における断面図である。この第1のホールパターン工程では、図2(b)に図示するハードマスク25上に第1のフォトレジスト膜26を塗布し、図2(c)に図示するように、リソグラフィ技術により第1のホールパターンとして長軸と短軸を有する楕円形の第1の開口部27を形成する。なお、第1のフォトレジスト膜26は、ここでは単層にしているが、多層であっても良い。例えば、第1のフォトレジスト膜26の直下や直上、もしくは両方に反射防止膜があっても良く、また、多層フォトレジスト構造であっても良い。
FIG. 2C is a plan view showing the first hole pattern process, and FIG. 2D is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. In this first hole patterning process, a first
図2(e)は、ハードマスク除去工程を示す平面図であり、(f)は(e)のC−C部における断面図である。このハードマスク除去工程では、第1のフォトレジスト膜26をエッチングマスクとして、ハードマスク25をRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)法により除去する。
FIG. 2E is a plan view showing the hard mask removing process, and FIG. 2F is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. In this hard mask removing step, the
図3(a)は、第1のフォトレジスト膜除去工程を示す平面図であり、(b)は(a)のD−D部における断面図である。この第1のフォトレジスト膜除去工程では、第1のフォトレジスト膜26をアッシング、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれかの方法で除去することにより、ハードマスク25に第1のホールパターンを転写する。
FIG. 3A is a plan view showing the first photoresist film removing step, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. In the first photoresist film removing step, the first hole pattern is transferred to the
図3(c)は、第2のホールパターン工程を示す平面図であり、(d)は(c)のE−E部における断面図である。この第2のホールパターン工程では、図3(b)に図示する第2の層間絶縁膜24の一部が露出したハードマスク25上に第2のフォトレジスト膜28を塗布し、図3(d)に図示するようにリソグラフィ技術により第2のホールパターンとして長軸と短軸を有する楕円形の第2の開口部29を形成する。
FIG. 3C is a plan view showing a second hole pattern process, and FIG. 3D is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. In this second hole pattern process, a
開口部29は、第1の開口部27に対して長軸方向にずらした位置に形成され、かつ第1の開口部27と第2の開口部29の間には、第1の開口部27と第2の開口部29が重なった重なり領域30が形成される。なお、第2のフォトレジスト膜28についても、第1のフォトレジスト膜26と同様に反射防止膜との積層構造であっても、多層フォトレジスト構造であっても良い。
The
図3(e)は、ビアホール形成工程を示す平面図であり、(f)は(e)のF−F部における断面図である。このビアホール形成工程では、第2のフォトレジスト膜28と図3(d)に図示する第2の層間絶縁膜24の一部が露出したハードマスク25をエッチングマスクとして、RIE法を用いてビアホール12を開口する。このようにして開口されるコンタクトホール12の平面方向の断面形状は、図3(c)に示した重なり領域30と同じものになる。
FIG. 3E is a plan view showing the via hole forming step, and FIG. 3F is a cross-sectional view taken along the line F-F in FIG. In this via hole forming step, the
図4(a)は、第2のフォトレジスト膜除去工程を示す平面図であり、(b)は(a)のG−G部における断面図である。この第2のフォトレジスト膜除去工程では、図3(f)に図示する第2のフォトレジスト膜28をアッシング、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれかの方法で除去し、バリア絶縁膜23をRIE法によりエッチング除去するとともに、ハードマスク25の露出面も除去し、図4(b)に図示するように、ビアホール12を配線11に至るまで開口する。このようにして開口されたビアホール12にはビアプラグを埋め込むことができる。
FIG. 4A is a plan view showing a second photoresist film removing step, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line GG in FIG. In this second photoresist film removing step, the
(第1の実施の形態の効果)
上記した第1の実施の形態によると、長軸と短軸を有する楕円形をなすホールパターンである第1の開口部27と第2の開口部29とが重なるようにビアホール12を形成したので、露光における光学的限界を回避してホールパターンよりも長軸および短軸の小なるサイズのビアホール12を形成でき、微細ホールのリソグラフィマージンを確保しつつ、かつ長軸方向のデザイン制約を緩和することができる。これにより、微細なビアプラグの形成が可能になり、半導体装置の高集積化が可能になる。
(Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment described above, the via
[第2の実施の形態]
(半導体装置の構成)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る配線とビアプラグのみを表した半導体装置を示し、(a)は半導体装置の平面図、(b)は(a)のH−H線の断面図、(c)は(a)のI−I線の断面図である。図5(a)から(c)においては、層間絶縁膜の図示を省略している。以下の説明において、第1の実施の形態と同様の構成および機能を有する部分については共通の引用数字を付している。
[Second Embodiment]
(Configuration of semiconductor device)
5A and 5B show a semiconductor device showing only wiring and via plugs according to the second embodiment of the present invention, where FIG. 5A is a plan view of the semiconductor device, and FIG. 5B is an HH line of FIG. Sectional drawing, (c) is a sectional view taken along line II in (a). In FIGS. 5A to 5C, illustration of the interlayer insulating film is omitted. In the following description, common reference numerals are given to portions having the same configuration and function as those of the first embodiment.
この半導体装置1は、半導体基板上にSiNにより形成される図示しない層間絶縁膜に所定の間隔で形成されたCuによる下層配線14と、この下層配線14上にSiNにより形成された図示しない層間絶縁膜を介して下層配線14に交差するように設けられたCuによる上層配線15と、上層配線15の1つと直下の下層配線14とを連通するように設けられるCuからなるビアプラグ16とを有する。
The semiconductor device 1 includes a
ビアプラグ16は、図5(b)および(c)に示すように、一例として、長軸方向が下層配線14の幅より大で、短軸方向は、上層配線15の幅にほぼ等しくなるように構成されている。
As shown in FIGS. 5B and 5C, the via
(半導体装置の製造方法)
次に、第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図6〜図9の工程図を参照して以下に説明する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described below with reference to the process diagrams of FIGS.
図6(a)は、下層配線形成工程を示す平面図であり、(b)は(a)のJ−J部における断面図である。この下層配線形成工程では、まず、図6(b)に示すように、第1の層間絶縁膜20にダマシン法を用いてバリアメタル21とCu22からなる下層配線14を形成する。この下層配線14および第1の層間絶縁膜20の表面に、Cuの拡散防止能力を有するバリア絶縁膜23を形成する。
FIG. 6A is a plan view showing a lower layer wiring forming step, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line JJ in FIG. In this lower layer wiring formation step, first, as shown in FIG. 6B, a
バリアメタル21は、Ta、Tiなどの高融点金属、もしくはそれらの窒化物、あるいはそれらの窒珪化物を用いることができる。 The barrier metal 21 may be made of a high melting point metal such as Ta or Ti, or a nitride thereof or a nitrided nitride thereof.
バリア絶縁膜23は、SiN、SiCN、SiC膜のいずれか、もしくはこれら絶縁膜の積層膜を用いることができる。
As the
さらに、図6の(b)に示すように、バリア絶縁膜23上に、第2の層間絶縁膜24および第1のハードマスク25を順次形成する。
Further, as shown in FIG. 6B, a second
第1の層間絶縁膜20及び第2の層間絶縁膜24はそれぞれ、SiO2膜、F添加SiO2膜、SiOC膜や有機膜などの所謂low−k膜やこれらlow−k膜に空孔を導入したポーラスlow−k膜あるいはこれらの膜の積層膜を用いることができる。
The first
第1のハードマスク25は、第2の層間絶縁膜24をエッチング加工する際にエッチングマスクとなる材料、すなわち第2の層間絶縁膜24との間で高いエッチング選択比を有する材料から選択できる。例えば、第2の層間絶縁膜24がSiO2、F添加SiO2あるいはSiOCである場合、第1のハードマスク25としてSiN、SiCN、またはSiCを用いることができる。また、第2の層間絶縁膜24が有機膜の場合には、上記ハードマスク材料に加えてSiO2膜などを材料に用いることができる。
The first
図6(c)は、第1のホールパターン工程を示す平面図であり、(d)は(c)のK−K部における断面図である。この第1のホールパターン工程では、図6(b)に図示する第1のハードマスク25上に第1のフォトレジスト膜26を塗布し、図6(c)に図示するようにリソグラフィ技術により第1のホールパターンとして長軸と短軸を有する楕円形の第1の開口部27を形成する。なお、第1のフォトレジスト膜26は、ここでは単層にしているが、多層であっても良い。例えば、第1のフォトレジスト膜26の直下や直上、もしくは両方に反射防止膜があっても良く、また、多層レジスト構造であっても良い。
FIG. 6C is a plan view showing the first hole pattern process, and FIG. 6D is a cross-sectional view taken along the line KK in FIG. In the first hole pattern process, a
図6(e)は、第1のハードマスク除去工程を示す平面図であり、(f)は(e)のL−L部における断面図である。この第1のハードマスク除去工程では、第1のフォトレジスト膜26をエッチングマスクとして、第1のハードマスク25をRIE法により除去する。
FIG. 6E is a plan view showing the first hard mask removing step, and FIG. 6F is a cross-sectional view taken along line LL in FIG. In the first hard mask removing step, the first
第1のハードマスク25の除去後、第1のフォトレジスト膜26をアッシング、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれかの方法で除去することにより、第1のハードマスク25に第1のホールパターンを転写する。
After the first
(第3の層間絶縁膜および第2のハードマスクの形成工程)
図7(a)は、第3の層間絶縁膜および第2のハードマスクの形成工程を示す平面図であり、(b)は(a)のM−M部における断面図である。この第3の層間絶縁膜及び第2のハードマスクの形成工程では、図7(b)に示すように、第3の層間絶縁膜32と第2のハードマスク33を順次形成する。
(Process for forming third interlayer insulating film and second hard mask)
FIG. 7A is a plan view showing a step of forming a third interlayer insulating film and a second hard mask, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line MM in FIG. In the step of forming the third interlayer insulating film and the second hard mask, as shown in FIG. 7B, the third
第3の層間絶縁膜32は、SiO2、F添加SiO2、SiOCや有機物からなるlow−k膜やこれらlow−k膜に空孔を導入したポーラスlow−k膜あるいはこれらの膜の積層膜を用いることができる。
The third
第2のハードマスク33は、第3の層間絶縁膜32をエッチング加工する際にエッチングマスクとなる材料、すなわち、第3の層間絶縁膜32との間で高いエッチング選択比を有する材料から選択できる。例えば、第3の層間絶縁膜32がSiO2、F添加SiO2、あるいはSiOCである場合には、第2のハードマスク33としてSiNやSiCNやSiCを用いることができ、第3の層間絶縁膜32が有機膜の場合には、上記したハードマスク材料に加えてSiO2等をハードマスク材料として用いることができる。
The second
図7(c)は、第2のホールパターン工程を示す平面図であり、(d)は(c)のN−N部における断面図である。この第2のホールパターン工程では、図7(d)に示すように、第2のハードマスク33上に第2のフォトレジスト膜34を塗布し、図7(c)に図示するように、リソグラフィ技術により第2のホールパターンとして長軸と短軸を有する楕円形の第2の開口部35を形成する。第2の開口部35は、第1の開口部27に対して、例えば、少なくとも楕円の短軸の長さだけ長軸方向にずらした位置に形成され、かつ、第1の開口部27と第2の開口部35は、第1の開口部27と第2の開口部35が重なった重なり領域36が形成される。フォトレジスト膜34はフォトレジスト膜26と同様に反射防止膜との積層構造であっても、多層レジスト構造であっても良い。
FIG. 7C is a plan view showing the second hole pattern process, and FIG. 7D is a cross-sectional view taken along line NN in FIG. In the second hole pattern process, as shown in FIG. 7D, a
図7(e)は、第3のホールパターン工程を示す平面図であり、(f)は(e)のO−O部における断面図である。この第3のホールパターン工程では、第2のフォトレジスト膜34および第2のハードマスク33をエッチングマスクとして、図7(e)に図示するように、RIE法を用いて第3の層間絶縁膜32に第3のホールパターンとして楕円形の第3の開口部37を形成する。
FIG. 7E is a plan view showing a third hole pattern process, and FIG. 7F is a cross-sectional view taken along the line OO in FIG. In this third hole pattern process, as shown in FIG. 7E, the third interlayer insulating film is used by using the
図8(a)は、ビアホール形成工程を示す平面図であり、(b)は(a)のP−P部における断面図である。このビアホール形成工程では、図8(b)に図示するように、第1のハードマスク25および第2のハードマスク33をエッチングマスクとして、ビアホール38をバリア絶縁膜23の直上までRIE法により形成する。この結果、図8(a)に図示するように、ビアホール38の平面方向の断面形状は、図7(c)に図示した第1の開口部27と第2の開口部35が重なった重なり領域36と同じものになる。
FIG. 8A is a plan view showing a via hole forming step, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line P-P in FIG. In this via hole forming step, as shown in FIG. 8B, the via
図8(c)は、パターニング工程を示す平面図であり、(d)は(c)のQ−Q部における断面図である。このパターニング工程では、上層配線15用の溝を形成するためのパターニングを行う。このとき、図8(d)に図示するように、開口部37およびビアホール38が反射防止機能を有する埋め込み材料39で埋められ、この埋め込み材料39の周囲、すなわち、上層配線15が形成されるべき領域に、リソグラフィ技術により第3のフォトレジスト膜40に第4の開口部47を形成。
FIG. 8C is a plan view showing the patterning process, and FIG. 8D is a cross-sectional view taken along the line Q-Q in FIG. In this patterning step, patterning for forming a groove for the
図8(e)は、埋め込み材料39の除去工程を示す平面図であり、(f)は(e)のR−R部における断面図である。このエッチング工程では、図8(f)に図示するように、第3のフォトレジスト膜40をエッチングマスクにして、埋め込み材料39をエッチングする。
FIG. 8E is a plan view showing the removal process of the embedding
図9(a)は、配線用溝の形成工程を示す平面図であり、(b)は(a)のS−S部における断面図である。この配線用溝の形成工程では、図9(a),(b)に図示するように、第3のフォトレジスト膜40をエッチングマスクにして、RIE法により第2のハードマスク33及び第2の層間絶縁膜32中に上層配線用溝41を形成する。
FIG. 9A is a plan view showing a wiring groove forming step, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line SS of FIG. 9A. In the wiring groove forming step, as shown in FIGS. 9A and 9B, the second
図9(c)は、バリア絶縁膜のエッチング工程を示す平面図であり、(d)は(c)のT−T部における断面図である。このバリア絶縁膜23のエッチング工程では、図9(c),(d)に図示するように、ビアホール底面のバリア絶縁膜23をRIE法によりエッチング除去する。このことにより、第2の層間絶縁膜24中のビアホール38と、第3の層間絶縁膜32中に上層配線15用の配線用溝41からなるデュアルダマシン構造を形成することができる。
FIG. 9C is a plan view illustrating the etching process of the barrier insulating film, and FIG. 9D is a cross-sectional view taken along the line TT in FIG. In the etching process of the
図9(e)は、ビアプラグ及び配線形成工程を示す平面図であり、(f)は(e)のU−U部における断面図である。このビアプラグ及び配線形成工程では、バリアメタル42およびCu43を埋め込み、さらにCMP法により平坦化を行う。これにより、図9(e),(f)に図示するように、Cuビアプラグ44と上層配線15が同時に形成される。
FIG. 9E is a plan view showing a via plug and wiring formation process, and FIG. 9F is a cross-sectional view taken along the line U-U in FIG. In this via plug and wiring formation process, the
第2の実施の形態によると、第1の実施の形態の効果に加えて、下層配線14と上層配線15の2層からなる半導体装置1においても、微細ホールのリソグラフィマージンを確保しつつ、かつ長軸方向のデザイン制約を緩和することができるので、半導体装置の高集積化が可能になる。
According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, in the semiconductor device 1 composed of two layers of the
(第3の実施の形態)
図10は、本発明の第3の実施の形態の半導体装置を示す。ここで、第2の実施の形態における半導体装置と同一の部分は同一の引用数字で示したので、重複する説明は省略するが、第1の層間絶縁膜20に形成されたP型あるいはN型の不純物領域100は、その上に位置する配線(図示せず)と溝41に充填されたコンタクトプラグ(図示せず)によって接続されている。この溝41は、ハードマスク25の開口部とフォトレジスト膜32の開口部が重なった重なり領域に形成される。
(Third embodiment)
FIG. 10 shows a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Here, since the same parts as those of the semiconductor device in the second embodiment are indicated by the same reference numerals, overlapping description is omitted, but the P-type or N-type formed in the first
(その他の実施の形態)
図11は、ホールパターンの他の形状を示す平面図であり、(a)は長方形状のホールパターンによるもの、(b)は菱形状のホールパターンによるものである、第1および第2の実施の形態で説明した楕円形状のホールパターンに代えて、長方形状や菱形状のマスクを介して基板上のレジスト表面に光を照射することにより長方形状や菱形状のホールパターンを形成するようにしても同様の効果が得られる。
(Other embodiments)
FIG. 11 is a plan view showing another shape of the hole pattern, in which (a) is based on a rectangular hole pattern, and (b) is based on a rhombus-shaped hole pattern. Instead of the elliptical hole pattern described in the above embodiment, a rectangular or rhomboid hole pattern is formed by irradiating the resist surface on the substrate with light through a rectangular or rhombus mask. The same effect can be obtained.
以上説明した第1より第3の実施の形態は単なる一例を示したに過ぎず、各実施の形態において種々の変形が可能であり、また、各実施の形態はそのまま、あるいは変形したうえで相互に組み合わせることが可能である。 The first to third embodiments described above are merely examples, and various modifications can be made in each embodiment, and the embodiments can be used as they are or after being modified. Can be combined.
以上の実施の形態では、第1および第2のホールパターンとして、同一の形状を有した楕円形、長方形、および菱形を示した。しかし、それらに限定されることはなく、第1のホールパターンと第2のホールパターンの形状を変えても良い。例えば、楕円率の異なる楕円形の組み合わせ、楕円形と円形との組み合わせ、楕円形と長方形の組み合わせ等であっても良い。 In the above embodiment, the ellipse, the rectangle, and the rhombus having the same shape are shown as the first and second hole patterns. However, the present invention is not limited to these, and the shapes of the first hole pattern and the second hole pattern may be changed. For example, a combination of ovals with different ellipticities, a combination of ovals and circles, a combination of ovals and rectangles, and the like may be used.
本発明の特徴を整理すると、以下の通りである。 The characteristics of the present invention are summarized as follows.
(1)絶縁膜上に形成された少なくとも1つの配線に垂直方向から連通するビアホールを備えた半導体装置において、
前記ビアホールは、2つの長軸と短軸を有する楕円形の端部が重なった形状に形成されている半導体装置。
(1) In a semiconductor device including a via hole communicating with at least one wiring formed on an insulating film from a vertical direction,
The via hole is a semiconductor device in which an elliptical end portion having two major axes and a minor axis is overlapped.
(2)前記配線は、第2の絶縁膜を介して交差するように配設された下層配線と上層配線からなり、前記下層配線と前記上層配線が前記ビアホールに埋め込まれた金属プラグで接続されている上記(1)の半導体装置。 (2) The wiring is composed of a lower layer wiring and an upper layer wiring arranged so as to intersect with each other via a second insulating film, and the lower layer wiring and the upper layer wiring are connected by a metal plug embedded in the via hole. The semiconductor device of (1) above.
(3)前記金属プラグは、Cu、Ti、TiN、W、Ta、TaN、Alのいずれかを主材料とする上記(2)の半導体装置。 (3) The semiconductor device according to (2), wherein the metal plug is made mainly of any one of Cu, Ti, TiN, W, Ta, TaN, and Al.
(4)絶縁膜上に配線を形成し、前記絶縁膜および前記導体配線の表面にバリア絶縁膜を形成する第1の工程と、
前記バリア絶縁膜上にフォトリソグラフィのための加工を施した後、長軸と短軸を有する楕円形の第1のホールパターンを前記配線に転写し、次に長軸と短軸を有する楕円形の第2のホールパターンを前記第1のホールパターンに一部が重なるようにして前記配線上に転写し、前記第1および第2のホールパターンが重なる領域にリソグラフィにより前記配線の表面に達するビアホールを形成する第2の工程を有する半導体装置の製造方法。
(4) a first step of forming a wiring on the insulating film and forming a barrier insulating film on the surfaces of the insulating film and the conductor wiring;
After performing processing for photolithography on the barrier insulating film, an elliptical first hole pattern having a major axis and a minor axis is transferred to the wiring, and then an ellipse having a major axis and a minor axis The second hole pattern is transferred onto the wiring so as to partially overlap the first hole pattern, and a via hole reaching the surface of the wiring by lithography in a region where the first and second hole patterns overlap A method for manufacturing a semiconductor device, which includes a second step of forming a semiconductor device.
(5)前記第2の工程は、前記第1および第2のホールパターンの短径を同一にし、前記重なる領域の長軸方向の長さを前記短軸と略同じ長さにする上記(4)の半導体装置の製造方法。 (5) In the second step, the minor diameters of the first and second hole patterns are made the same, and the length of the overlapping region in the major axis direction is made substantially the same as the minor axis (4) ) Semiconductor device manufacturing method.
(6)前記第1および第2のホールパターンは、それぞれの長軸が、前記配線の幅方向に向けて略同一線上にある上記(5)の半導体装置の製造方法。 (6) The method for manufacturing a semiconductor device according to (5), wherein the first and second hole patterns have respective major axes substantially on the same line in the width direction of the wiring.
(7)前記第2の工程は、前記バリア絶縁膜上に第1のフォトレジスト膜およびマスクを形成した後に前記第1のホールパターンを転写し、次に、第2のフォトレジスト膜を前記バリア絶縁膜上に形成した後に前記第2のホールパターンを転写する工程を含む上記(4)の半導体装置の製造方法。 (7) In the second step, after the first photoresist film and the mask are formed on the barrier insulating film, the first hole pattern is transferred, and then the second photoresist film is transferred to the barrier. (4) The method for manufacturing a semiconductor device according to (4), further including a step of transferring the second hole pattern after being formed on the insulating film.
(8)前記第2の工程は、前記バリア絶縁膜上に第1のフォトレジスト膜およびマスクを形成した後に前記第1のホールパターンを転写し、次に、第2のフォトレジスト膜を前記バリア絶縁膜上に形成した後に前記第2のホールパターンを転写する転写工程と、
前記第2のホールパターンを形成した後、前記配線に絶縁させて前記配線の上方に上層配線を形成すると同時に、前記上層配線と前記配線とを接続するビアプラグを同時に形成する配線形成工程を含む上記(4)の半導体装置の製造方法。
(8) In the second step, after the first photoresist film and the mask are formed on the barrier insulating film, the first hole pattern is transferred, and then the second photoresist film is transferred to the barrier. A transfer step of transferring the second hole pattern after being formed on the insulating film;
A wiring forming step of forming a via plug that connects the upper layer wiring and the wiring at the same time after forming the second hole pattern and simultaneously forming an upper wiring above the wiring by insulating the wiring from the wiring; (4) A method of manufacturing a semiconductor device.
(9)前記転写工程は、前記第1のホールパターンを前記バリア絶縁膜上に形成したマスクに転写する工程を含み、
前記配線形成工程は、前記上層配線を前記マスク上に形成する工程を含む上記(8)の半導体装置の製造方法。
(9) The transfer step includes a step of transferring the first hole pattern to a mask formed on the barrier insulating film,
The method of manufacturing a semiconductor device according to (8), wherein the wiring forming step includes a step of forming the upper layer wiring on the mask.
1…半導体装置、11…配線、12,38…ビアホール、14…下層配線、15…上層配線、16…ビアプラグホール、20…第1の層間絶縁膜、24…第2の層間絶縁膜、27,29,35,37…開口部、30,36…重なり領域、38…ビアホール、39…埋め込み材料、44…ビアプラグ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 11 ... Wiring, 12, 38 ... Via hole, 14 ... Lower layer wiring, 15 ... Upper layer wiring, 16 ... Via plug hole, 20 ... 1st interlayer insulation film, 24 ... 2nd interlayer insulation film, 27 , 29, 35, 37 ... opening, 30, 36 ... overlap region, 38 ... via hole, 39 ... filling material, 44 ... via plug
Claims (5)
前記導電層上に形成され、一部が重なるようにずらして配置された2つの長軸と短軸を有するパターンの重なり部分の領域によって規定される横断面形状を有した接続部材を有することを特徴とする半導体装置。 A conductive layer;
A connecting member having a cross-sectional shape defined by a region of an overlapping portion of a pattern having two major axes and a minor axis, which are formed on the conductive layer and arranged so as to partially overlap each other; A featured semiconductor device.
前記第1の接続用ホールに一部が重なり、前記導電層に達する深さを有した長軸と短軸を有するパターンの第2の接続用ホールを、前記絶縁膜に形成する第2の工程と、
前記第1および第2の接続用ホールに導電材料を充填して前記導電層に接続された接続部材を形成する第3の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first step of forming, in an insulating film formed on the conductive layer, a first connection hole having a pattern having a major axis and a minor axis having a predetermined depth that does not reach the conductive layer;
A second step of forming, in the insulating film, a second connection hole having a pattern having a major axis and a minor axis that partially overlaps the first connection hole and has a depth reaching the conductive layer. When,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a third step of filling the first and second connection holes with a conductive material to form a connection member connected to the conductive layer.
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