JP2737715B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミ等の配線を
備える半導体装置及びその製造方法に関し、特に配線上
の反射防止膜の構造及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having wiring such as aluminum and a method of manufacturing the same, and more particularly to a structure of an antireflection film on a wiring and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高密度化に伴
い、アルミ合金等の金属膜よりなる電極配線幅も益々微
細化されている。このため、フォトリソグラフィ工程に
おいては紫外線による露光が多く用いられている。この
時、反射率が極端に大きい金属膜表面をそのまま用いる
と、この金属膜表面での反射により、フォトレジストの
パターン形状異常の発生することが問題となっている。
このような反射を防止するために金属膜表面に種々の反
射防止膜を被着する方法が試みられている。2. Description of the Related Art In recent years, as the density of semiconductor integrated circuits has increased, the width of electrode wiring made of a metal film such as an aluminum alloy has been increasingly reduced. For this reason, in the photolithography process, exposure with ultraviolet light is often used. At this time, if the surface of the metal film having an extremely high reflectance is used as it is, there is a problem that the pattern on the photoresist may be abnormal due to the reflection on the surface of the metal film.
In order to prevent such reflection, various methods of applying an antireflection film on the surface of the metal film have been attempted.
【０００３】最近では、特公平６−５２７０２号公報で
提案されているように、アルミ金属薄膜上の反射防止膜
として窒化チタン膜が使われている。その主な理由は、
ちょうど露光に使用する水銀灯から発するｇ線（波長４
３６ｎｍ）あるいはｉ線（波長３６５ｎｍ）の波長の光
に対して吸収率が高く、その膜厚が１００ｎｍ程度の厚
さで十分に反射防止機能を有することが挙げられる。[0003] Recently, as proposed in Japanese Patent Publication No. 6-52702, a titanium nitride film is used as an antireflection film on an aluminum metal thin film. The main reason is that
The g-ray (wavelength 4) emitted from the mercury lamp used for exposure
It has a high absorptance to light having a wavelength of 36 nm) or i-line (wavelength 365 nm), and has a thickness of about 100 nm and has a sufficient antireflection function.
【０００４】以下、このような従来の技術について図５
に基づいて説明する。図５はこの従来の技術を説明する
ための製造工程順の断面図である。[0004] Such a conventional technique will be described below with reference to FIG.
It will be described based on. FIG. 5 is a sectional view in the order of manufacturing steps for explaining this conventional technique.
【０００５】シリコン基板２１の表面には、通常、ＭＯ
Ｓトランジスタ等の半導体素子が形成される（図示され
ず）。そして、図５（ａ）に示すように、このシリコン
基板２１上に化学気相成長（ＣＶＤ）法で堆積されるシ
リコン酸化膜で、膜厚が５００ｎｍ程度の層間絶縁膜２
２が形成される。そして、膜厚１μｍのアルミ銅合金膜
２３がこの層間絶縁膜２２上にスパッタ法で形成され
る。[0005] The surface of the silicon substrate 21 is usually
A semiconductor element such as an S transistor is formed (not shown). Then, as shown in FIG. 5A, an interlayer insulating film 2 having a thickness of about 500 nm is a silicon oxide film deposited on the silicon substrate 21 by a chemical vapor deposition (CVD) method.
2 are formed. Then, an aluminum copper alloy film 23 having a thickness of 1 μm is formed on the interlayer insulating film 22 by a sputtering method.
【０００６】次に、図５（ｂ）に示すように、約１００
ｎｍの窒化チタン膜２４がスパッタ法でアルミ銅合金膜
２３上に被着される。そして、図５（ｃ）に示すよう
に、配線パターンを有するレジストマスク２５が、前述
のｉ線を用いた縮小投影露光装置（ステッパ）によるフ
ォトリソグラフィ技術で形成される。この場合には、窒
化チタン膜２４のｉ線吸収率は高く反射率は２０％程度
になり、０．５μｍ線幅の配線パターンが形成される。Next, as shown in FIG.
A titanium nitride film 24 of nm is deposited on the aluminum copper alloy film 23 by a sputtering method. Then, as shown in FIG. 5C, a resist mask 25 having a wiring pattern is formed by photolithography using a reduced projection exposure apparatus (stepper) using the aforementioned i-line. In this case, the i-line absorptance of the titanium nitride film 24 is high, the reflectivity is about 20%, and a wiring pattern having a line width of 0.5 μm is formed.
【０００７】しかしながら、近年の更なる微細化に伴
い、ｉ線では解像できない様になりつつある。今後の微
細化には、感光性レジスト膜の露光に使用する感光用照
射光の波長を短くすることが必須になる。そこで、波長
２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光あるいは波長１９
３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光用いるステッパなどが
次世代ステッパとして開発されている。このように感光
用照射光源が日進月歩に変わる昨今では、従来用いられ
てきた反射防止膜も吸収波長領域、反射率の点で十分な
ものとは言えなくなってきている。また、感光用照射光
源の変更に伴いフォトレジストも従来のものとは原料が
異なってきている。[0007] However, with further miniaturization in recent years, it is becoming impossible to resolve with i-line. For further miniaturization in the future, it is essential to shorten the wavelength of the irradiation light for exposure used for exposing the photosensitive resist film. Therefore, a KrF excimer laser beam having a wavelength of 248 nm or a wavelength of 19 nm is used.
A stepper using an ArF excimer laser beam of 3 nm has been developed as a next-generation stepper. As described above, in recent years when the irradiation light source for photosensitivity changes rapidly, antireflection films conventionally used are no longer sufficient in terms of absorption wavelength region and reflectance. Further, with the change of the irradiation light source for the photosensitive, the photoresist is also made of a different material from the conventional one.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】半導体素子の微細化お
よび高密度化は現在精力的に進められており、多層配線
に用いられる金属の配線幅は、０．３５μｍ〜０．２μ
ｍと更に微細になってきている。The miniaturization and densification of semiconductor devices are currently being energetically advanced, and the width of metal used for multilayer wiring is 0.35 μm to 0.2 μm.
m.
【０００９】このように配線幅が狭まると、先述したよ
うにステッパの感光用照射光は短波長化しエキシマレー
ザ光が用いられる。しかし、感光用照射光の波長が３０
０ｎｍ以下になると、従来の反射防止膜として用いられ
ている窒化チタン膜の反射率が上昇するため反射防止膜
としての機能が大幅に低下するようになる。そして、こ
のようなエキシマレーザ光ではその位相が揃うため、そ
の反射率はさらに上昇するようになる。As described above, when the wiring width is narrowed, the irradiation light for exposure of the stepper is shortened in wavelength as described above, and excimer laser light is used. However, when the wavelength of the irradiation light for photosensitive is 30
When the thickness is 0 nm or less, the reflectance of the titanium nitride film used as the conventional antireflection film increases, so that the function as the antireflection film is greatly reduced. And since such excimer laser light has the same phase, its reflectivity further increases.
【００１０】また、このような短波長の領域で窒化チタ
ン膜厚を反射防止膜として用いようとする場合にはその
膜厚を厚くしなければならなくなる。そして、微細配線
の低抵抗化が困難にする。なぜなら、窒化チタン膜の電
気抵抗はアルミ銅合金の１０倍程度になるからである。In the case where a titanium nitride film is to be used as an antireflection film in such a short wavelength region, the film thickness must be increased. Then, it is difficult to reduce the resistance of the fine wiring. This is because the electrical resistance of the titanium nitride film is about 10 times that of the aluminum copper alloy.
【００１１】また、この窒化チタン膜は前述のエキシマ
レーザ光用の感光性レジスト膜との密着性に問題があ
り、微細なパターン形成が難しくなっている。Further, this titanium nitride film has a problem in adhesion to the above-mentioned photosensitive resist film for excimer laser light, and it is difficult to form a fine pattern.
【００１２】本発明の目的は、上述のような問題を解決
すると共に、ステッパの照射光源の波長に応じ、同一材
料で反射防止膜の反射率を制御できる方法を提供するこ
とにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a method capable of controlling the reflectance of an antireflection film using the same material according to the wavelength of an irradiation light source of a stepper.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】このために本発明の半導
体装置では、半導体基板上の層間絶縁膜の表面に形成さ
れる配線において、遷移金属を含有する酸化アルミニウ
ム層あるいは金属の窒化物を含有する酸化アルミニウム
層が前記配線の表面に形成される。For this purpose, in the semiconductor device of the present invention, the wiring formed on the surface of the interlayer insulating film on the semiconductor substrate contains an aluminum oxide layer containing a transition metal or a metal nitride. An aluminum oxide layer is formed on the surface of the wiring.
【００１４】ここで、前記遷移金属として、クロムが使
用される。また、前記金属の窒化物として、窒化アルミ
ニムが使用される。Here, chromium is used as the transition metal. Aluminum nitride is used as the metal nitride.
【００１５】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上の層間絶縁膜の表面にアルミ金属の配線を
形成する工程において、前記層間絶縁膜上にアルミ金属
薄膜を堆積させる工程と、前記アルミ金属薄膜の表面を
酸化し酸化アルミニウム層を形成する工程と、前記酸化
アルミニウム層を形成した後前記酸化アルミニウム層に
遷移金属をイオン注入する工程と、前記遷移金属のイオ
ン注入された酸化アルミニウム層の表面に前記配線用の
レジストパターンを形成する工程とを含む。Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention
A step of forming an aluminum metal wiring on the surface of the interlayer insulating film on the semiconductor substrate; a step of depositing an aluminum metal thin film on the interlayer insulating film; and forming an aluminum oxide layer by oxidizing the surface of the aluminum metal thin film. A step of ion-implanting a transition metal into the aluminum oxide layer after forming the aluminum oxide layer, and a step of forming a resist pattern for the wiring on a surface of the aluminum oxide layer into which the transition metal is ion-implanted. including.
【００１６】あるいは、本発明の半導体装置の製造方法
は、前述したアルミ金属の配線を形成する工程におい
て、前記層間絶縁膜上にアルミ金属薄膜を堆積させる工
程と、前記アルミ金属薄膜の表面に窒素イオンをイオン
注入する工程と、前記窒素イオンの注入されたアルミ金
属薄膜の表面を化学薬液中での陽極酸化で酸化アルミニ
ウム層に変換する工程と、前記酸化アルミニウム層の表
面に前記配線用のレジストパターンを形成する工程とを
含む。Alternatively, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the aluminum metal wiring, a step of depositing an aluminum metal thin film on the interlayer insulating film; A step of ion-implanting ions, a step of converting the surface of the aluminum metal thin film into which the nitrogen ions have been implanted into an aluminum oxide layer by anodic oxidation in a chemical solution, and a step of forming a resist for the wiring on the surface of the aluminum oxide layer. Forming a pattern.
【００１７】本発明においては、配線として用いられて
いる金属膜表面を酸化し、得られた酸化アルミニウム膜
（アルミナ膜）に遷移金属元素をイオン注入したものを
反射防止膜として用いるというものであり、この方法に
よれば、酸化アルミニウム膜の膜厚及び注入元素の種
類、注入量、注入エネルギーといったパラメータを変化
させることにより、ステッパに用いられている照射光源
の波長に最適な吸収波長領域及び反射率を得ることが可
能である。これは注入した遷移金属元素が色中心あるい
は金属間化合物としての析出層を形成し、そこで光の吸
収、散乱が生じることによる。In the present invention, the surface of a metal film used as a wiring is oxidized, and an aluminum oxide film (alumina film) obtained by ion implantation of a transition metal element is used as an antireflection film. According to this method, by changing parameters such as the thickness of the aluminum oxide film and the type of the implantation element, the implantation amount, and the implantation energy, the absorption wavelength region and the reflection wavelength optimum for the wavelength of the irradiation light source used in the stepper are changed. It is possible to get a rate. This is because the injected transition metal element forms a deposited layer as a color center or an intermetallic compound, where light absorption and scattering occur.
【００１８】また、配線として用いられている金属膜表
層に窒素、炭素といったアルミニウムと化合物を形成す
る元素をイオン注入し、その後金属膜表面を酸化しても
同様の効果を持つ反射防止膜が得られる。これは注入し
た元素がアルミニウムとの金属間化合物あるいは島状の
化合物を形成し、これらの化合物により光の吸収、散乱
が生じることによる。Further, an element which forms a compound with aluminum, such as nitrogen or carbon, is ion-implanted into the surface layer of the metal film used as the wiring, and then the surface of the metal film is oxidized to obtain an antireflection film having the same effect. Can be This is because the implanted element forms an intermetallic compound with aluminum or an island compound, and these compounds cause absorption and scattering of light.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明のアルミ金属を含ん
で構成される配線を有する半導体装置の断面図である。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device having a wiring including aluminum metal according to the present invention.
【００２０】シリコン基板１の表面には、ＭＯＳトラン
ジスタ等の半導体素子が形成される（図示されず）。そ
して、図１に示すように、このシリコン基板１上に層間
絶縁膜２が形成される。ここで、この層間絶縁膜２は膜
厚５００ｎｍ程度のシリコン酸化膜である。この層間絶
縁膜２は、初め、ＣＶＤ法で膜厚１０００ｎｍ程度のシ
リコ酸化膜が堆積され、この堆積されたシリコン酸化膜
を化学的機械研磨（ＣＭＰ）法で平坦化することで形成
される。On the surface of the silicon substrate 1, semiconductor elements such as MOS transistors are formed (not shown). Then, as shown in FIG. 1, an interlayer insulating film 2 is formed on the silicon substrate 1. Here, the interlayer insulating film 2 is a silicon oxide film having a thickness of about 500 nm. The interlayer insulating film 2 is formed by depositing a silicon oxide film having a thickness of about 1000 nm by a CVD method and flattening the deposited silicon oxide film by a chemical mechanical polishing (CMP) method.
【００２１】そして、この層間絶縁膜２上にアルミ銅合
金によるアルミ合金配線３が形成される。ここで、この
アルミ合金配線３の線幅は０．３５μｍ以下であり、そ
の高さは０．５μｍ以上に設定される。さらに、このア
ルミ合金配線３上にアルミナ反射防止膜４が形成され
る。ここで、このアルミナ反射防止膜４の膜厚は５０ｎ
ｍ程度以下に設定されている。また、このアルミナ反射
防止膜４には反射率を効果的に低減させる遷移金属ある
いは窒化アルミニウム等の析出物が含有されている。以
上のようにして、本発明の半導体装置が形成されるよう
になる。Then, an aluminum alloy wiring 3 of an aluminum copper alloy is formed on the interlayer insulating film 2. Here, the line width of the aluminum alloy wiring 3 is 0.35 μm or less, and the height thereof is set to 0.5 μm or more. Further, an alumina antireflection film 4 is formed on the aluminum alloy wiring 3. Here, the thickness of the alumina antireflection film 4 is 50 n.
m or less. Further, the alumina antireflection film 4 contains a precipitate such as a transition metal or aluminum nitride which effectively reduces the reflectance. As described above, the semiconductor device of the present invention is formed.
【００２２】次に、本発明の製造方法について図２およ
び図３にもとづいて説明する。図２は本発明の第１の実
施形態を説明するための製造工程順の断面図である。そ
して、図３は本発明の第２の実施形態を説明するための
その製造工程順の断面図である。Next, the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps. FIG. 3 is a cross-sectional view in the order of the manufacturing process for explaining the second embodiment of the present invention.
【００２３】図２（ａ）に示すように、シリコン基板１
上にＭＯＳトランジスタ等の半導体素子が形成される
（図示されず）。次に、膜厚が５００ｎｍ程度の層間絶
縁膜２がシリコン酸化膜で形成される。ここで、この層
間絶縁膜２の形成方法は図１で説明したのと同様であ
る。As shown in FIG. 2A, the silicon substrate 1
A semiconductor element such as a MOS transistor is formed thereon (not shown). Next, an interlayer insulating film 2 having a thickness of about 500 nm is formed of a silicon oxide film. Here, the method of forming the interlayer insulating film 2 is the same as that described with reference to FIG.
【００２４】次に、この層間絶縁膜２上にアルミ合金薄
膜５がスパッタ法で堆積される。ここで、このアルミ合
金薄膜５はアルミニウムに０．５原子％の銅が含まれた
金属薄膜であり、その膜厚は１μｍ程度に設定される。
また、このアルミ合金薄膜５は図示されていないが、層
間絶縁膜２の所定の領域に設けられたコンタクト孔を通
して、シリコン基板１の表面に形成された拡散層に電気
接続されているものとする。Next, an aluminum alloy thin film 5 is deposited on the interlayer insulating film 2 by a sputtering method. Here, the aluminum alloy thin film 5 is a metal thin film containing 0.5 atomic% of copper in aluminum, and its thickness is set to about 1 μm.
Although not shown, the aluminum alloy thin film 5 is assumed to be electrically connected to a diffusion layer formed on the surface of the silicon substrate 1 through a contact hole provided in a predetermined region of the interlayer insulating film 2. .
【００２５】次に、図２（ｂ）に示すようにアルミナ薄
膜６がアルミ合金薄膜５上に形成される。ここで、この
アルミナ薄膜６の膜厚は５０ｎｍ程度に設定される。こ
のアルミナ薄膜６の形成方法は、アルミ合金薄膜５の表
面の陽極酸化である。すなわち、電解液として５０グラ
ム／リットルのアンモニアほう酸塩と３０グラム／リッ
トルのクエン酸アンモニウムの混合薬液が用いられ、こ
の電解液の中での電気化学反応でシリコン基板１に１０
０Ｖ程度の正電圧が印加される。このようにして、膜厚
５０ｎｍ程度の緻密なアルミナ膜が形成されるようにな
る。Next, an alumina thin film 6 is formed on the aluminum alloy thin film 5 as shown in FIG. Here, the thickness of the alumina thin film 6 is set to about 50 nm. The method for forming the alumina thin film 6 is anodic oxidation of the surface of the aluminum alloy thin film 5. That is, a mixed chemical solution of 50 g / l of ammonium borate and 30 g / l of ammonium citrate is used as an electrolytic solution, and the electrochemical reaction in the electrolytic solution causes the silicon substrate 1 to have a concentration of 10 g / l.
A positive voltage of about 0 V is applied. Thus, a dense alumina film having a thickness of about 50 nm is formed.
【００２６】なお、アルミナ薄膜６の形成方法として
は、これ以外に、酸素プラズマ中酸化温度４００℃程度
でのアルミ合金薄膜５の表面酸化でも可能である。As a method of forming the alumina thin film 6, besides the above, the surface oxidation of the aluminum alloy thin film 5 in an oxygen plasma at an oxidation temperature of about 400 ° C. is also possible.
【００２７】次に、図２（ｃ）に示すように、アルミナ
薄膜６にクロムイオン７がイオン注入されクロム含有ア
ルミナ薄膜８が形成される。ここで、クロムイオンの注
入エネルギーは８０ｋｅＶであり、そのドーズ量は１×
１０16イオン／ｃｍ2 に設定される。Next, as shown in FIG. 2C, chromium ions 7 are ion-implanted into the alumina thin film 6 to form a chromium-containing alumina thin film 8. Here, the implantation energy of chromium ions is 80 keV, and the dose amount is 1 ×
It is set to 10 16 ions / cm 2 .
【００２８】次に、図２（ｄ）に示すように、配線パタ
ーンを有するレジストマスク８が、ＫｒＦエキシマレー
ザ光線を感光用照射光として用いるステッパによるフォ
トリソグラフィ技術で形成される。この場合には、この
クロム含有アルミナ薄膜８の照射光吸収率は高くその反
射率は１０％程度になる。そして、０．２５μｍ線幅の
配線パターンが容易に形成される。Next, as shown in FIG. 2D, a resist mask 8 having a wiring pattern is formed by a photolithography technique using a stepper using a KrF excimer laser beam as irradiation light for exposure. In this case, the chromium-containing alumina thin film 8 has a high irradiation light absorptance and a reflectance of about 10%. Then, a wiring pattern having a line width of 0.25 μm is easily formed.
【００２９】以後の工程では、レジストマスク９をエッ
チングマスクにして、クロム含有アルミナ薄膜８および
アルミ合金薄膜５が順次にドライエッチングされ、図１
で説明したようなアルミ合金配線３とアルミナ反射防止
膜４とが形成される。In the subsequent steps, the chromium-containing alumina thin film 8 and the aluminum alloy thin film 5 are successively dry-etched using the resist mask 9 as an etching mask.
The aluminum alloy wiring 3 and the alumina anti-reflection film 4 described above are formed.
【００３０】次に、第２の実施形態を図３に基づいて説
明する。図３（ａ）に示すように、第１の実施形態と同
様にシリコン基板１上にＭＯＳトランジスタ等の半導体
素子が形成される（図示されず）。次に、膜厚が５００
ｎｍ程度の層間絶縁膜２がシリコン酸化膜で形成され
る。そして、この層間絶縁膜２上にアルミ合金薄膜５が
スパッタ法で堆積される。ここで、このアルミ合金薄膜
５の膜厚は１μｍ程度である。また、このアルミ合金薄
膜５は第１の実施形態と同様に、層間絶縁膜２の所定の
領域に設けられたコンタクト孔を通して、シリコン基板
１の表面に形成された拡散層に電気接続されているもの
とする。Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, a semiconductor element such as a MOS transistor is formed on the silicon substrate 1 (not shown) as in the first embodiment. Next, when the film thickness is 500
An interlayer insulating film 2 of about nm is formed of a silicon oxide film. Then, an aluminum alloy thin film 5 is deposited on the interlayer insulating film 2 by a sputtering method. Here, the thickness of the aluminum alloy thin film 5 is about 1 μm. The aluminum alloy thin film 5 is electrically connected to a diffusion layer formed on the surface of the silicon substrate 1 through a contact hole provided in a predetermined region of the interlayer insulating film 2 as in the first embodiment. Shall be.
【００３１】次に、図３（ｂ）に示すように、窒素イオ
ン１０がアルミ合金薄膜５の表面にイオン注入される。
ここで、イオン注入エネルギーは１００ｋｅＶ程度に設
定され、そのドーズ量は５×１０17イオン／ｃｍ2 程度
になるように調整される。Next, as shown in FIG. 3B, nitrogen ions 10 are implanted into the surface of the aluminum alloy thin film 5.
Here, the ion implantation energy is set to about 100 keV, and the dose is adjusted so as to be about 5 × 10 17 ions / cm 2 .
【００３２】次に、窒素イオン注入されたアルミ合金薄
膜５の表面が陽極酸化される。この陽極酸化の条件は第
１の実施形態の場合と同様になされる。すなわち、電解
液として５０グラム／リットルのアンモニアほう酸塩と
３０グラム／リットルのクエン酸アンモニウムの混合薬
液が用いられ、この電解液の中での電気化学反応でシリ
コン基板１に１５０Ｖ程度の正電圧が印加される。この
ようにして、膜厚５０ｎｍ程度の緻密なアルミナ膜が形
成される。Next, the surface of the aluminum alloy thin film 5 into which nitrogen ions have been implanted is anodized. The conditions for this anodic oxidation are the same as those in the first embodiment. That is, a mixed chemical solution of 50 g / l of ammonium borate and 30 g / l of ammonium citrate is used as an electrolytic solution, and a positive voltage of about 150 V is applied to the silicon substrate 1 by an electrochemical reaction in the electrolytic solution. Applied. Thus, a dense alumina film having a thickness of about 50 nm is formed.
【００３３】なお、このように形成されるアルミナ薄膜
には、前述の窒素イオン注入で形成される窒化アルミニ
ウムが含まれる。そして、図３（ｃ）に示すような窒化
アルミニウム含有アルミナ薄膜１１が形成される。ここ
で、アルミナ薄膜中の窒化アルミニウムの構造は互いに
孤立した島状の形状になっている。The alumina thin film thus formed contains aluminum nitride formed by the above-described nitrogen ion implantation. Then, an aluminum nitride-containing alumina thin film 11 as shown in FIG. 3C is formed. Here, the structure of aluminum nitride in the alumina thin film is in an island shape isolated from each other.
【００３４】次に、図３（ｄ）に示すように、配線パタ
ーンを有するレジストマスク９が、ｉ線を感光用照射光
として用いるステッパによるフォトリソグラフィ技術で
形成される。この場合には、この窒化アルミニウム含有
アルミナ薄膜１１の照射光吸収率は高くその反射率は１
０％程度になり、０．３５μｍ線幅の配線パターンが容
易に形成される。Next, as shown in FIG. 3D, a resist mask 9 having a wiring pattern is formed by a photolithography technique using a stepper using i-line as irradiation light for exposure. In this case, the aluminum nitride-containing alumina thin film 11 has a high absorptivity of irradiation light and a reflectance of 1
This is about 0%, and a wiring pattern having a line width of 0.35 μm is easily formed.
【００３５】以降、第１の実施形態で説明したのと同様
に、レジストマスク９をエッチングマスクにして、窒化
アルミニウム含有アルミナ薄膜１１およびアルミ合金薄
膜５が順次にドライエッチングされ、図１で説明したよ
うなアルミ合金配線３とアルミナ反射防止膜４とが形成
されるようになる。Thereafter, in the same manner as described in the first embodiment, the aluminum thin film 11 containing aluminum nitride and the aluminum alloy thin film 5 are sequentially dry-etched using the resist mask 9 as an etching mask, as described in FIG. Thus, the aluminum alloy wiring 3 and the alumina antireflection film 4 are formed.
【００３６】以上の実施の形態では、配線がアルミ合金
薄膜で形成される場合について説明した。ここで、アル
ミ合金薄膜の代りにアルミ金属薄膜で形成される場合で
も全く同様になることに言及しておく。また、この配線
がアルミ系以外の金属、例えば銅、タングステン等の高
融点金属でも可能であることに触れておく。但し、この
場合には、アルミナ薄膜はＣＶＤ法等でこれらの金属膜
上に堆積しなければならなくなる。In the above embodiment, the case where the wiring is formed of an aluminum alloy thin film has been described. Here, it should be noted that the same applies to the case where an aluminum metal thin film is used instead of an aluminum alloy thin film. It should be noted that this wiring can be made of a metal other than aluminum, for example, a high melting point metal such as copper or tungsten. However, in this case, the alumina thin film must be deposited on these metal films by a CVD method or the like.
【００３７】次に、本発明の実施の形態の効果について
図４に基づいて説明する。図４は、本発明に用いる種々
のアルミナ薄膜の反射率と照射光波長との関係を示して
いる。ここで、アルミナ薄膜は、その膜厚が５０ｎｍで
あり、アルミ銅合金薄膜上に形成される。Next, effects of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the relationship between the reflectance of various types of alumina thin films used in the present invention and the wavelength of irradiation light. Here, the alumina thin film has a thickness of 50 nm and is formed on the aluminum copper alloy thin film.
【００３８】図４に示すように、何も含有しないアルミ
ナ薄膜に対しクロム含有アルミナ薄膜および窒化アルミ
ニウム含有アルミナ薄膜では、その反射率は全般に低減
するようになる。そして、クロム含有アルミナ薄膜の場
合には、照射光の波長が短くなるとその反射率は単調に
減少する。例えば、照射光がＫｒＦエキシマレーザある
いはＡｒＦエキシマレーザになると、その反射率は１０
％程度に低減する。これに対し、従来を技術である窒化
チタン薄膜の場合には、ＫｒＦあるいはＡｒＦエキシマ
レーサ光の領域で、その反射率は２０〜４０％である。
但し、窒化チタン薄膜の膜厚が５０ｎｍの場合である。As shown in FIG. 4, the reflectance of the chromium-containing alumina thin film and the aluminum nitride-containing alumina thin film is generally reduced with respect to the alumina thin film containing nothing. In the case of a chromium-containing alumina thin film, the reflectance monotonously decreases as the wavelength of the irradiation light decreases. For example, when the irradiation light is a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, the reflectance becomes 10%.
%. On the other hand, in the case of a conventional titanium nitride thin film, the reflectance is 20 to 40% in the region of KrF or ArF excimer laser light.
However, this is a case where the thickness of the titanium nitride thin film is 50 nm.
【００３９】窒化アルミニウム含有アルミナ薄膜の場合
には、照射光の波長が３００〜４００ｎｍの領域で、そ
の反射率が最小になる。例えば、照射光がｉ線の場合に
は、その反射率は１０％程度である。ここで、クロム含
有アルミナ薄膜ではその反射率は１５〜２０％であり、
窒化チタン薄膜ではその反射率は３０％程度になるた
め、この照射光波長領域では窒化アルミニウム含有アル
ミナ薄膜が最適になることが判る。In the case of the alumina thin film containing aluminum nitride, the reflectance is minimized in the region where the wavelength of the irradiation light is 300 to 400 nm. For example, when the irradiation light is i-line, the reflectance is about 10%. Here, the reflectance of the chromium-containing alumina thin film is 15 to 20%,
Since the reflectance of the titanium nitride thin film is about 30%, it is understood that the aluminum nitride-containing alumina thin film is optimal in this irradiation light wavelength region.
【００４０】このように、本発明の反射防止に用いるア
ルミナ薄膜の反射率は、膜厚が同一の場合に、窒化チタ
ン薄膜の場合の１／２〜１／４と大幅に低減するため、
微細配線用のレジストマスクが容易に形成される。As described above, the reflectance of the alumina thin film used for antireflection of the present invention is greatly reduced to 1/2 to 1/4 of that of the titanium nitride thin film when the film thickness is the same.
A resist mask for fine wiring is easily formed.
【００４１】本発明では、アルミナ薄膜に含有させるも
のとしてクロム以外の遷移金属あるいは炭素でも同様の
効果が生じる。なお、このように母体材料であるアルミ
ナ薄膜は固定され、含有させる元素を変えることで吸収
波長領域及び反射率を大きく変えることができ、しかも
含有させるイオン注入エネルギー、ドーズ量及びアルミ
ナ薄膜の膜厚を変化させることで微妙にその反射率を変
化させることも可能となる。そして、このような処理を
行ったアルミナ薄膜の表面は、ステッパ光源に最適にな
るように簡単に調整されるので、図２（ｄ）及び図３
（ｄ）に示すように、フォトレジストを塗布した後、高
精度な露光・現像を行うことが可能となり、レジストマ
スクの寸法制御が容易になる。In the present invention, a similar effect is produced even when a transition metal other than chromium or carbon is contained in the alumina thin film. In this manner, the alumina thin film as a base material is fixed, and the absorption wavelength region and the reflectance can be largely changed by changing the contained elements, and furthermore, the ion implantation energy, the dose amount, and the thickness of the alumina thin film to be contained are changed. It is also possible to delicately change the reflectance by changing. Since the surface of the alumina thin film subjected to such a treatment is easily adjusted so as to be optimal for the stepper light source, FIGS.
As shown in (d), after applying the photoresist, it is possible to perform high-precision exposure and development, and it becomes easy to control the size of the resist mask.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明による反
射防止膜には遷移金属あるいは窒化アルミニウムの含有
されるアルミナ薄膜が用いられる。そして、これらの元
素を含有させるためのイオン注入での注入エネルギー、
ドーズ量あるいはアルミナ薄膜の膜厚は簡単に調整され
る。As described above, an alumina thin film containing a transition metal or aluminum nitride is used for the antireflection film according to the present invention. And implantation energy in ion implantation for containing these elements,
The dose or the thickness of the alumina thin film can be easily adjusted.
【００４３】この本発明によれば、フォトリソグラフィ
工程での照射光が短波長化しても反射防止膜の反射率は
小さくなるように簡単に調整できるため、微細な配線パ
ターンの形成が容易になる。さらに、反射防止膜の膜厚
が薄くなるように設定できるために、微細な配線の低抵
抗化が容易になる。According to the present invention, the reflectance of the antireflection film can be easily adjusted so as to be small even if the irradiation light in the photolithography process is shortened, so that a fine wiring pattern can be easily formed. . Further, since the thickness of the antireflection film can be set to be small, it is easy to reduce the resistance of fine wiring.
【００４４】また、反射防止膜の材料母体はアルミナ薄
膜であるため、フォトリソグラフィ工程でのステッパの
照射光波長が変る場合でもその製造方法は一定に統一で
きるようになり、配線の製造工程が簡単になる。Further, since the base material of the anti-reflection film is an alumina thin film, even if the wavelength of the irradiation light of the stepper in the photolithography process changes, the manufacturing method can be unified uniformly, and the wiring manufacturing process can be simplified. become.
【００４５】また、反射防止膜の母体材料であるアルミ
ナ薄膜は、アルミ合金薄膜のドライエッチングでのエッ
チングマスクとして使用できる。このために、レジスト
マスク膜厚の膜厚を薄くなるように形成し、このアルミ
ナ薄膜と薄いレジストマスクとをエッチングマスクにし
たアルミ合金薄膜のドライエッチングが可能になる。こ
のようにすれば、更なる微細なアルミ合金の配線形成が
可能になる。The alumina thin film, which is a base material of the antireflection film, can be used as an etching mask in dry etching of an aluminum alloy thin film. For this reason, it is possible to dry-etch the aluminum alloy thin film using the alumina thin film and the thin resist mask as an etching mask by forming the resist mask so as to have a small thickness. This makes it possible to form a finer aluminum alloy wiring.
【図１】本発明を説明するための半導体装置の断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device for describing the present invention.
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する製造工程順
の断面図である。FIG. 2 is a sectional view illustrating a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する製造工程順
の断面図である。FIG. 3 is a sectional view illustrating a second embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.
【図４】本発明の効果を説明するための照射光の反射率
を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the reflectance of irradiation light for explaining the effect of the present invention.
【図５】従来の技術を説明するための工程順の断面図で
ある。FIG. 5 is a sectional view in the order of steps for explaining a conventional technique.
１，２１ シリコン基板 ２，２２ 層間絶縁膜 ３ アルミ合金配線 ４ アルミナ反射防止膜 ５ アルミ合金薄膜 ６ アルミナ薄膜 ７ クロムイオン ８ クロム含有アルミナ薄膜 ９，２５ レジストマスク １０ 窒素イオン １１ 窒化アルミニウム含有アルミナ薄膜 ２３ アルミ銅合金膜 ２４ 窒化チタン膜 Reference Signs List 1, 21 silicon substrate 2, 22 interlayer insulating film 3 aluminum alloy wiring 4 alumina antireflection film 5 aluminum alloy thin film 6 alumina thin film 7 chromium ion 8 chromium-containing alumina thin film 9, 25 resist mask 10 nitrogen ion 11 aluminum nitride-containing alumina thin film 23 Aluminum copper alloy film 24 Titanium nitride film
Claims (5)
される配線において、遷移金属を含有する酸化アルミニ
ウム層あるいは金属の窒化物を含有する酸化アルミニウ
ム層が前記配線の表面部分に形成されていることを特徴
とする半導体装置。In a wiring formed on a surface of an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, an aluminum oxide layer containing a transition metal or an aluminum oxide layer containing a metal nitride is formed on a surface portion of the wiring. A semiconductor device.
とする請求項１記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said transition metal is chromium.
ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said metal nitride is aluminum nitride.
ミ金属の配線を形成する工程において、前記層間絶縁膜
上にアルミ金属薄膜を堆積させる工程と、前記アルミ金
属薄膜の表面を酸化し酸化アルミニウム層を形成する工
程と、前記酸化アルミニウム層を形成した後前記酸化ア
ルミニウム層に遷移金属をイオン注入する工程と、前記
遷移金属のイオン注入された酸化アルミニウム層の表面
に前記配線用のレジストパターンを形成する工程と、を
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。4. A step of forming an aluminum metal wiring on the surface of an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, the step of depositing an aluminum metal thin film on the interlayer insulating film, and oxidizing and oxidizing the surface of the aluminum metal thin film. A step of forming an aluminum layer, a step of ion-implanting a transition metal into the aluminum oxide layer after forming the aluminum oxide layer, and a step of forming a resist pattern for the wiring on a surface of the aluminum oxide layer into which the transition metal is ion-implanted. Forming a semiconductor device.
ミ金属の配線を形成する工程において、前記層間絶縁膜
上にアルミ金属薄膜を堆積させる工程と、前記アルミ金
属薄膜の表面に窒素イオンをイオン注入する工程と、前
記窒素イオンの注入されたアルミ金属薄膜の表面を化学
薬液中での陽極酸化で酸化アルミニウム層に変換する工
程と、前記酸化アルミニウム層の表面に前記配線用のレ
ジストパターンを形成する工程と、を含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法。5. A step of forming an aluminum metal wiring on a surface of an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, the step of depositing an aluminum metal thin film on the interlayer insulating film; Ion-implanting, converting the surface of the nitrogen-implanted aluminum metal thin film into an aluminum oxide layer by anodic oxidation in a chemical solution, and applying the wiring resist pattern on the surface of the aluminum oxide layer. Forming a semiconductor device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22229395A JP2737715B2 (en) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH0969519A JPH0969519A (en) | 1997-03-11 |
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