JP2000269328A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JP2000269328A
JP2000269328A JP11069910A JP6991099A JP2000269328A JP 2000269328 A JP2000269328 A JP 2000269328A JP 11069910 A JP11069910 A JP 11069910A JP 6991099 A JP6991099 A JP 6991099A JP 2000269328 A JP2000269328 A JP 2000269328A
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JP
Japan
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insulating film
conductor
silicon
wiring groove
etching
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JP11069910A
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Kazuhiko Nakamura
一彦 中村
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、シリコン窒化膜等のエッチングスト
ッパーを使用することなく配線溝の深さを精度良く制御
でき、埋め込み配線の高品質化を図る。 【解決手段】導電体11上に最表面がシリコンリッチな
層20である第1の層間絶縁膜12が堆積され、この第
1の層間絶縁膜12上に第2の層間絶縁膜13が堆積さ
れる。その後、第1、第2の層間絶縁膜12、13がエ
ッチングされ、スルーホール15が形成される。次に、
エッチング中のプラズマインピーダンスをモニタしてシ
リコンリッチ層20を検出することによりエッチングを
停止させ、第2の層間絶縁膜13に配線溝17を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の多層
配線を形成する方法の1つである埋め込み配線技術に係
わり、特に埋め込み配線溝を層間絶縁膜に形成する半導
体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化・高密度化
に伴い多層配線が使用されている。
【0003】図12乃至図17に、従来の埋め込み配線
の製造方法を示す。
【0004】図12に示すように、まず、例えばアルミ
ニウム配線等の導電体11上に層間絶縁膜12が堆積さ
れる。この層間絶縁膜12は、基板上の拡散層またはポ
リシリコン上に堆積されてもよい。次に、層間絶縁膜1
2上に第1のレジスト層14が塗布される。その後、露
光、現像によってレジスト層14が後述するスルーホー
ルに対応してパターニングされる。
【0005】次に、このパターニングされたレジスト層
14をマスクとして層間絶縁膜12がエッチングされ、
図13に示すように、下地の導電体11を露出するスル
ーホール15が形成される。その後、レジスト層14が
除去される。
【0006】次に、層間絶縁膜12上に第2のレジスト
層16が塗布される。その後、図14に示すように、露
光、現像によってレジスト層16が後述する配線溝に対
応してパターニングされる。
【0007】次に、このパターニングされたレジスト層
16をマスクとして層間絶縁膜12が一定の深さまでエ
ッチングされ、図15に示すように、埋め込み配線溝1
7が形成される。その後、レジスト層16が除去され
る。
【0008】次に、図16に示すように、スルーホール
15、配線溝17、層間絶縁膜12上にアルミニウム、
または銅等の配線材料18が堆積される。この配線材料
18は堆積後、熱処理等でリフローさせることによりス
ルーホール15及び配線溝17内に埋め込んでもよい。
【0009】その後、配線材料18がスルーホール15
及び配線溝17内にのみ残存するように、層間絶縁膜1
2上の配線材料18がエッチング、あるいはポリッシン
グされ除去され、図17に示すように、デュアルダマシ
ン構造の埋め込み配線18aが形成される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の埋め込み配
線の製造方法において、配線溝17の形成は、エッチン
グ時間を制御することにより、所望の深さまで層間絶縁
膜12をエッチングしていた。このため、層間絶縁膜1
2の膜質の変動、あるいはエッチングレートの変動等に
より配線溝17の深さにばらつきが生じる。その結果、
配線抵抗、あるいは層間容量等の電気特性が変動し、デ
バイス特性が劣化するという問題があった。
【0011】そこで、上記の問題を回避するために、層
間絶縁膜にシリコン窒化膜を挿入し、このシリコン窒化
膜を配線溝形成のエッチング時のストッパーとして使用
する方法がある。
【0012】しかし、この場合は、比誘電率の高いシリ
コン窒化膜の存在により下層配線との層間容量が増大
し、デバイスの動作速度が遅くなる等、デバイス特性が
劣化するという問題がある。
【0013】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的とするところは、シリコン窒化
膜等のエッチングストッパーを使用することなく配線溝
の深さを精度良く制御でき、埋め込み配線の高品質化を
図ることができる半導体装置及びその製造方法を提供す
ることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために以下に示す手段を用いている。
【0015】本発明の半導体装置は、導電体と、前記導
電体上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜内に形成さ
れ、前記導電体を露出させる接続孔と、前記絶縁膜内に
形成され、前記接続孔と連通する配線溝と、前記配線溝
の底部周囲の前記絶縁膜内に設けられたシリコンリッチ
層とを有する。
【0016】本発明の半導体装置は、導電体と、前記導
電体上に設けられた第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜
内に形成され、前記導電体を露出させる接続孔と、前記
第1の絶縁膜上に設けられた第2の絶縁膜と、前記第2
の絶縁膜内に形成され、前記接続孔と連通する配線溝
と、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜との界面に設
けられたシリコンリッチ層とを有する。
【0017】本発明の半導体装置の製造方法は、導体上
に膜表面の組成がその下層よりもシリコンを多く含有す
るシリコンリッチ層となる第1の絶縁膜を堆積する工程
と、前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を堆積する工程
と、前記第1、第2の絶縁膜内に前記導電体を露出させ
る接続孔を形成する工程と、前記第2の絶縁膜をエッチ
ングし、このエッチング中にプラズマインピーダンスを
モニタすることで前記第1の絶縁膜の前記シリコンリッ
チ層を検出してエッチングを停止することにより、前記
接続孔と連通する配線溝を形成する。
【0018】また、前記第1の絶縁膜を前記接続孔の深
さ以上の膜厚に堆積し、前記第2の絶縁膜を前記配線溝
の深さ以下の膜厚に堆積し、前記配線溝の形成工程にお
いて、前記第1の絶縁膜の前記シリコンリッチ層を検出
するまでジャストエッチングし、更に前記シリコンリッ
チ層の下層までオーバーエッチングすることで前記配線
溝を形成してもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。
【0020】図1は本発明の埋め込み配線の導体のみを
示す平面図である。図1に示すように、導電体11上に
図示せぬ層間絶縁膜を介して配線18aが形成される。
また、この配線18aは層間絶縁膜内に形成されたスル
ーホール15に埋め込まれた配線材料により導電体11
に接続されている。
【0021】以下、図1の10−10線に沿った断面を
用いて本発明の半導体装置の製造方法について説明す
る。
【0022】まず、図2に示すように、多層配線におけ
る各配線層等の導電体11上に第1の層間絶縁膜12が
後述するスルーホールの深さを考慮した膜厚分だけ堆積
される。この第1の層間絶縁膜12は例えばプラズマC
VD(Chemical Vapor Deposition)により堆積される
シリコン酸化膜であり、プラズマ放電の停止時に第1の
層間絶縁膜12の最表面が下層部よりもシリコンを多く
含有するシリコンリッチ層20になるようにCVD装置
が制御される。
【0023】その後、図3に示すように、第1の層間絶
縁膜12上に第2の層間絶縁膜13が後述する埋め込み
配線溝の深さ分だけ堆積される。
【0024】次に、第2の層間絶縁膜13上に第1のレ
ジスト層14が塗布され、図4に示すように、露光、現
像によって第1のレジスト層14が後述するスルーホー
ルに対応してパターニングされる。
【0025】次に、このパターニングされた第1のレジ
スト層14をマスクとして第1、第2の層間絶縁膜1
2、13がエッチングされ、図5に示すように、下地の
導電体11を露出するスルーホール15が形成される。
その後、第1のレジスト層14が除去される。
【0026】次に、第2の層間絶縁膜13上に第2のレ
ジスト層16が塗布される。その後、図6に示すよう
に、露光、現像によってレジスト層16が後述する配線
溝に対応してパターニングされる。
【0027】このパターニングされたレジスト層16を
マスクとして第2の層間絶縁膜13がプラズマエッチン
グされる。この際、例えばプラズマエッチング装置の高
周波電源から出力される電流または電圧をモニタし、エ
ッチング中のプラズマインピーダンスを測定すると、図
11に示すように、第1の層間絶縁膜12と第2の層間
絶縁膜13との界面のシリコンリッチ層20ではプラズ
マインピーダンスが低下する。従ってこのプラズマイン
ピーダンスをモニタすることにより、シリコンリッチ層
20を検出し、エッチングを停止させる。その後、レジ
スト層16が除去され、図7に示すように、埋め込み配
線溝17が形成される。
【0028】図8は、図7に示すシリコンリッチ層20
周辺の拡大図を示している。図8に示すように、配線溝
17のエッチングはシリコンリッチ層20を検出するま
でジャストエッチングされ、更にシリコンリッチ層20
の下層までオーバーエッチングされる。配線溝17の形
成後、シリコンリッチ層20は、例えば配線溝17底部
の周囲の第1の層間絶縁膜12内に残存されている。
【0029】その後、図9に示すように、スルーホール
15、配線溝17、第2の層間絶縁膜13上に、アルミ
ニウム、または銅等の配線材料18が堆積される。この
配線材料18は堆積後、熱処理等でリフローさせること
によりスルーホール15及び配線溝17内に埋め込んで
もよい。
【0030】その後、配線材料18がスルーホール15
及び配線溝17内にのみ残存するように第2の層間絶縁
膜13上の配線材料18がエッチング、あるいはポリッ
シングされ除去される。これより、図10に示すよう
に、デュアルダマシン構造の埋め込み配線18aが形成
される。
【0031】上記実施形態によれば、配線溝17の形成
において、プラズマインピーダンスの急激な変化を検出
することにより、第1の層間絶縁膜12と第2の層間絶
縁膜13との界面のシリコンリッチ層20を検出するこ
とができる。従って、所望の深さでエッチングを停止さ
せることができるため、配線溝17の深さを精度良く制
御することが可能となる。
【0032】尚、本発明は、上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、導電体11としてはアルミニウ
ム配線だけでなく、基板上の拡散層またはポリシリコン
等でもよい。
【0033】その他、本発明は、その要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リコン窒化膜等のエッチングストッパーを使用すること
なく、配線溝の深さを精度良く制御できるため、埋め込
み配線の高品質化を図ることができる半導体装置及びそ
の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる半導体装置の平面図。
【図2】本発明に係わる半導体装置の製造工程の断面
図。
【図3】本発明に係わる半導体装置の製造工程の断面
図。
【図4】本発明に係わる半導体装置の製造工程の断面
図。
【図5】本発明に係わる半導体装置の製造工程の断面
図。
【図6】本発明に係わる半導体装置の製造工程の断面
図。
【図7】本発明に係わる半導体装置の製造工程の断面
図。
【図8】図7に示すシリコンリッチ層の拡大図。
【図9】本発明に係わる半導体装置の製造工程の断面
図。
【図10】本発明に係わる半導体装置の製造工程の断面
図。
【図11】配線溝のエッチング時のプラズマインピーダ
ンス変動を示す図。
【図12】従来技術による半導体装置の製造工程の断面
図。
【図13】従来技術による半導体装置の製造工程の断面
図。
【図14】従来技術による半導体装置の製造工程の断面
図。
【図15】従来技術による半導体装置の製造工程の断面
図。
【図16】従来技術による半導体装置の製造工程の断面
図。
【図17】従来技術による半導体装置の製造工程の断面
図。
【符号の説明】
11…導電体、 12…第1の層間絶縁膜、 13…第2の層間絶縁膜、 14…第1のレジスト層、 15…スルーホール、 16…第2のレジスト層、 17…配線溝、 18…配線材料、 18a…配線、 20…シリコンリッチ層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電体と、 前記導電体上に設けられた絶縁膜と、 前記絶縁膜内に形成され、前記導電体を露出させる接続
    孔と、 前記絶縁膜内に形成され、前記接続孔と連通する配線溝
    と、 前記配線溝の底部周囲の前記絶縁膜内に設けられたシリ
    コンリッチ層とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 導電体と、 前記導電体上に設けられた第1の絶縁膜と、 前記第1の絶縁膜内に形成され、前記導電体を露出させ
    る接続孔と、 前記第1の絶縁膜上に設けられた第2の絶縁膜と、 前記第2の絶縁膜内に形成され、前記接続孔と連通する
    配線溝と、 前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜との界面に設けら
    れたシリコンリッチ層とを有することを特徴とする半導
    体装置。
  3. 【請求項3】 導体上に膜表面の組成がその下層よりも
    シリコンを多く含有するシリコンリッチ層となる第1の
    絶縁膜を堆積する工程と、 前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を堆積する工程と、 前記第1、第2の絶縁膜内に前記導電体を露出させる接
    続孔を形成する工程と、 前記第2の絶縁膜をエッチングし、このエッチング中に
    プラズマインピーダンスをモニタすることで前記第1の
    絶縁膜の前記シリコンリッチ層を検出してエッチングを
    停止することにより、前記接続孔と連通する配線溝を形
    成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第1の絶縁膜を前記接続孔の深さ以
    上の膜厚に堆積し、 前記第2の絶縁膜を前記配線溝の深さ以下の膜厚に堆積
    し、 前記配線溝の形成工程において、前記第1の絶縁膜の前
    記シリコンリッチ層を検出するまでジャストエッチング
    し、更に前記シリコンリッチ層の下層までオーバーエッ
    チングすることで前記配線溝を形成することを特徴とす
    る請求項3記載の半導体装置の製造方法。
JP11069910A 1999-03-16 1999-03-16 半導体装置及びその製造方法 Pending JP2000269328A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073674A1 (fr) * 2001-03-08 2002-09-19 Tokyo Electron Limited Procede permettant de graver un film isolant organique et procede double damascene
JP2003045851A (ja) * 2001-07-27 2003-02-14 Hitachi Ltd デュアルダマシン用のエッチング処理方法
JP2007088018A (ja) * 2005-09-20 2007-04-05 Renesas Technology Corp 半導体装置およびその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002073674A1 (fr) * 2001-03-08 2002-09-19 Tokyo Electron Limited Procede permettant de graver un film isolant organique et procede double damascene
JP2003045851A (ja) * 2001-07-27 2003-02-14 Hitachi Ltd デュアルダマシン用のエッチング処理方法
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