專利名稱：半導體多層布線形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在半導體襯底上形成的下層布線層、和在其上面通過層間絕緣層形成的上層布線層通過上下貫通上述層間絕緣層的通路布線連接的半導體多層布線的形成方法，更詳細講，涉及采用更簡易的雙重鑲嵌工藝(dual damascene process)形成上述通路布線和上層布線層的半導體多層布線形成方法。
背景技術：
眾所周知，半導體集成電路中的基本布線結構，是在半導體襯底上直接或間接地形成的下層布線層、和在該下層布線層上通過層間絕緣層形成的上層布線層通過貫通上述層間絕緣層而形成的通路布線而連接的結構。通過將該布線結構多數(shù)化、多層化，形成半導體集成電路的多層布線結構。
過去，該布線結構通過在半導體襯底上層疊的導體層和層間絕緣層等各層的形成和通過蝕刻將它們圖形化的重復進行來實現(xiàn)。重復這樣的層疊和蝕刻形成多層布線的逐次形成方法，由于步驟多，難于降低制造成本，因此現(xiàn)在采用一般被稱為鑲嵌(damascene)法的象眼(象眼法)法。所謂該鑲嵌法，是在層間絕緣層上形成用于形成通路布線和上層布線層的通路孔和被稱為溝槽的布線溝，在該空間埋入導體材料的布線形成方法。在該鑲嵌法中，同時地形成通路布線和上層布線層的場合，特別地稱呼為雙重鑲嵌工藝。通過采用該鑲嵌法，能夠使用過去不能作為導體材料使用的銅。即，作為微細布線用的導體材料，銅與鋁比，由于電致徒動抗性(ェレクトロマィグレ一ション耐性)優(yōu)異，故是很合適的材料，但由于蝕刻難，因此在過去的多層布線逐次形成方法中不能使用?？墒?，通過使用上述的鑲嵌法，能夠使用寄予期望的銅作為導體材料。
參照圖1和圖2說明該雙重鑲嵌工藝的基本工序。
首先，如圖1A所示，在襯底1上采用CVD法、旋涂法等形成層間絕緣層2。構成該層間絕緣層2的材料使用SiO2或SOG(spin onglass)等。在該層間絕緣層2上形成抗蝕劑膜3，圖形化。將該圖形化的抗蝕劑膜3作為掩模選擇地蝕刻層間絕緣層2，接著去除抗蝕劑膜3，由此形成如圖1B所示的布線溝(溝槽)4。其次，通過在如前述那樣形成了布線溝4的層間絕緣層2的表面堆積勢壘金屬5，此在布線溝4的內(nèi)表面形成提高埋入到該布線溝4內(nèi)的銅和層間絕緣層2的粘接性，并且防止銅向?qū)娱g絕緣層2中擴散的勢壘金屬膜。其后，如圖1C所示，通過電鍍等將銅埋入到布線溝4內(nèi)，形成下層布線層6。
然后，在該時刻采用化學研磨(CMP)去除附著在層間絕緣層2的表面的銅和殘存的勢壘金屬5，將層間絕緣層2的表面平坦化后，在其上面依次層疊第1低介電層7、第1蝕刻擋膜8、第2低介電層9、以及第2蝕刻擋膜10。接著，在上述第2蝕刻擋膜10上形成具有通路孔形成用的圖形的抗蝕劑掩模11。其次，如圖1D所示，使用上述抗蝕劑掩模11進行蝕刻，貫通第2蝕刻擋膜10、第2低介電層9、第1蝕刻擋膜8、以及第1低介電層7，形成達到下層布線層6的通路孔12。接著，如圖2E所示，向上述通路孔12填充光刻膠材料等填埋材料13。蝕刻該填埋材料13，如圖2F所示，只以規(guī)定厚度殘留在通路孔12的底部，然后在上述第2蝕刻擋膜10之上形成具有溝槽形成用的圖形的抗蝕劑掩模14。使用該抗蝕劑掩模14，如圖2G所示，蝕刻第2蝕刻擋膜10和第2低介電層9形成溝槽15，同時去除殘存在通路孔12底部的填埋材料13。這之后，向上述通路孔12和溝槽15埋入銅，如圖2H所示，形成通路布線16和上層布線層17。據(jù)此，實現(xiàn)了下層布線層6和上層布線層17通過通路布線16來電連接的多層布線結構。
在上述多層布線形成方法中，使用了填埋材料，該填埋材料的作用如下。即，在形成通路孔后，采用蝕刻形成溝槽時，當在通路孔的底部露出襯底時，存在于襯底表面的下層布線層因用于形成溝槽的蝕刻氣體而損傷，引起布線不良等。于是，向通路孔填充填埋材料，保護溝槽形成工序中的下層布線層。
作為該填埋材料，過去使用光刻膠組合物，但將光刻膠組合物填充到通路孔中時，發(fā)生氣泡，有時不能充分進行填埋，因此作為新的填埋材料，提出了使用在有機溶劑中溶解了熱交聯(lián)性化合物的溶液的方案(特開2000-195955號公報)。
可是，在使用該有機膜作為填埋材料的結構中，發(fā)揮完填埋材料作用后的殘存在通路孔內(nèi)的填埋材料的去除不容易，存在需要采用氧等離子體灰化的去除處理的問題。該情況下，灰化氣體(主要是氧系氣體)有可能給予低介電層損傷，作為其損傷，可以舉出低介電層的Si-R鍵變化成Si-OH鍵、或介電常數(shù)(k)變動。
另外，作為其他填埋材料，公開了旋壓玻璃材料、或者向其添加了高吸光性染料的組合物(特開2000-195955號公報及美國專利第6329118號公報)。在該組合物中添加高吸光性染料的目的是，防止由于旋壓玻璃材料是透明的材料，因此將用于形成溝槽的抗蝕劑圖形化時的曝光光到達襯底面，其反射光向抗蝕劑入射，從而使抗蝕劑的圖形晰象性劣化。該填埋材料組合物，由于主成分旋壓玻璃材料與氫氟酸相溶性高，因此即使在通路孔中殘留填埋材料，利用含有氫氟酸的剝離液也能夠去除，有這一優(yōu)點?？墒?，其另一方面，在該填埋材料中，由于其添加成分高吸光性染料易變質(zhì)，因此填埋材料溶液的保存穩(wěn)定性低，與之相伴，埋入膜的穩(wěn)定性也易變低，有大大限制工序管理的自由度的問題。另外，配合高吸光性染料時，有可能在與上層膜的層間發(fā)生混合(intermixing)。
美國專利第6365529號公報中公開了進一步在上述填埋材料層上設置用于阻斷上述反射光的防反射膜，在該防反射膜上形成溝槽形成用的抗蝕劑層的結構。作為該防反射膜的材料，指出使用慣用的有機及無機材料。
關于防反射膜的材料，提出了幾個對向旋壓玻璃材料添加了染料的組成加以改良的材料(例如特開2001-92122號公報、美國專利第6268457號公報)。特開2001-92122號公報公開了對主成分硅烷化合物加以改良，與光刻膠比蝕刻速度快的防反射膜材料。另外，美國專利第6268457號公報公開了在烷氧基硅烷系材料中配合特定的高吸光性成分，提高光吸收性的防反射膜材料。
如上所述，采用雙重鑲嵌工藝的現(xiàn)有多層布線形成方法中，在填埋材料使用感光性樹脂和熱塑性樹脂等有機膜的場合，發(fā)揮完了填埋材料作用后的殘存在通路孔內(nèi)的填埋材料的去除不容易，需要采用氧等離子體灰化的去除處理，有工序數(shù)增加，進而制造成分的降低變得困難的問題。而且，由于氧等離子體氣體的作用，發(fā)生低介電層受到損傷的問題。
另外，為了使殘存填埋材料的去除容易，使用與作為剝離劑主成分的氫氟酸相溶性高的旋壓玻璃材料的場合，由于該材料透明，因此為了避免曝光光到達襯底面，必須添加光吸收性高的染料，由于該添加成分的高吸光性染料易變質(zhì)，因此填埋材料溶液的保存穩(wěn)定性低，與之相伴，埋入膜的穩(wěn)定性也易變低，發(fā)生大大限制工序管理的自由度的問題。另外，配合高吸光性染料時，有可能在與上層膜的層間發(fā)生混合。
本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其課題是，在使用了雙重鑲嵌工藝的半導體多層布線形成方法中，在不使構成層間絕緣層的低介電層劣化的條件下，能削減工序數(shù)，同時提高工序管理的自由度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，本發(fā)明人從采用雙重鑲嵌工藝的半導體多層布線的形成工序整體流程出發(fā)，再研討了鑲嵌法所必須的填埋材料的作用、和形成溝槽時產(chǎn)生的曝光反射光的防止措施的關系，并且反復研討適合作為填埋材料及防反射膜材料的材料，結果獲得以下發(fā)現(xiàn)。
(i)為了完全、簡易地、且不使低介電層劣化地去除殘留填埋材料，應該采用旋壓玻璃材料作為填埋材料的主成分。
(ii)在旋壓玻璃材料中為了降低其透明性添加高吸光性的染料，作為其代價，使保存穩(wěn)定性降低，與之比，如果采用使填埋材料只擔負作為填埋材料的作用，并通過設置保存穩(wěn)定性高且去除容易的防反射膜，使之起到防止曝光光從襯底反射的作用的結構，則材料的穩(wěn)定供給和工序管理變得容易，進而多層布線的形成變得容易。
(iii)通過使用以旋壓玻璃材料為主成分的填埋材料，能夠使其蝕刻速度達到與低介電層的蝕刻速度相同的程度或者更快，第2蝕刻空間的形成變得容易。
(iv)在旋壓玻璃材料的緊鄰上層設置光刻膠層的工藝中，在與抗蝕劑膜的匹配評價中，較多地發(fā)生在批次間的偏差，與之相對，通過插入防反射層，與光刻膠層的匹配變得容易。
本發(fā)明是基于以上發(fā)現(xiàn)而完成的，本發(fā)明涉及的第1半導體多層布線形成方法，是在半導體襯底上形成的下層布線層、和在其上面通過層間絕緣層形成的上層布線層利用將上述層間絕緣層上下地貫通的通路布線來連接的半導體多層布線的形成方法，其特征在于，在該形成方法中，具有下述的工序在上述下層布線層上層疊至少由低介電層構成的上述層間絕緣層的層間絕緣層形成工序；在上述層間絕緣層上形成光刻膠層，圖形曝光之后進行顯影處理，形成光刻膠圖形，以該光刻膠圖形為掩模進行蝕刻，在上述層間絕緣層上形成第1蝕刻空間的第1蝕刻空間形成工序；通過在上述層間絕緣層上涂布至少以旋壓玻璃材料為主成分的填埋材料，向上述第1蝕刻空間填埋上述填埋材料的填埋工序；在形成于上述層間絕緣層上的填埋材料層之上形成可通過干法蝕刻進行加工的防反射膜的防反射膜形成工序；在上述防反射膜上形成光刻膠層，向該光刻膠層照射圖形光，利用堿性顯影液顯影，形成光刻膠圖形的光刻膠圖形形成工序；以上述光刻膠圖形為掩模，通過干法蝕刻來加工上述防反射膜的暴露部分的防反射膜加工工序；以上述光刻膠圖形為掩模進行蝕刻，將上述第1蝕刻空間上部的上述層間絕緣層去除成為所預定的圖形，形成與上述第1蝕刻空間連通的第2蝕刻空間，同時去除上述第1蝕刻空間內(nèi)的填埋材料的第2蝕刻空間形成及填埋材料去除工序；同時地用導體材料填埋上述第1蝕刻空間和第2蝕刻空間，并同時地形成上述通路布線和上層布線層的布線一次性形成工序。
另外，本發(fā)明涉及的第2半導體多層布線形成方法，是在半導體襯底上形成的下層布線層、和在其上面通過層間絕緣層形成的上層布線層利用將上述層間絕緣層上下地貫通的通路布線來連接的半導體多層布線的形成方法，其特征在于，在該形成方法中，具有下述的工序在上述下層布線層上層疊至少由低介電層構成的上述層間絕緣層的層間絕緣層形成工序；在上述層間絕緣層上形成光刻膠層，圖形曝光之后進行顯影處理，形成光刻膠圖形，以該光刻膠圖形為掩模進行蝕刻，在上述層間絕緣層上形成第1蝕刻空間的第1蝕刻空間形成工序；通過在上述層間絕緣層上涂布至少以旋壓玻璃材料為主成分的填埋材料，向上述第1蝕刻空間埋入上述填埋材料的填埋工序；在形成于上述層間絕緣層上的填埋材料層之上形成顯影液可溶性防反射膜的防反射膜形成工序；在上述顯影液可溶性防反射膜上形成光刻膠層的光刻膠形成工序；向上述光刻膠層照射圖形光，利用堿性顯影液進行上述光刻膠層的顯影的同時，去除因顯影而殘存的未被光刻膠圖形覆蓋的上述防反射膜的暴露部分的抗蝕劑顯影及防反射膜去除工序；以上述光刻膠圖形為掩模進行蝕刻，將上述第1蝕刻空間的上部的上述層間絕緣層去除成為所預定的圖形，形成與上述第1蝕刻空間連通的第2蝕刻空間，同時去除上述第1蝕刻空間內(nèi)的填埋材料的第2蝕刻空間形成及填埋材料去除工序；同時地用導體材料填埋上述第1蝕刻空間和第2蝕刻空間，同時地形成上述通路布線和上層布線層的布線一次性形成工序。
在上述結構中，所謂第1蝕刻空間是指溝槽或通路孔，所謂第2蝕刻空間是指通路孔或溝槽。
使用附圖由以下的發(fā)明的詳細說明弄清以上敘述的內(nèi)容、本發(fā)明的其他目的、特征、優(yōu)點。


圖1A-圖1D是表示使用了雙重鑲嵌工藝的現(xiàn)有半導體多層布線形成方法的前半分工序的說明圖。
圖2E-圖2H是表示使用了雙重鑲嵌工藝的現(xiàn)有半導體多層布線形成方法的后半分工序的說明圖。
圖3A-圖3D是表示使用了雙重鑲嵌工藝的本發(fā)明涉及的第1半導體多層布線形成方法的前半分工序的說明圖。
圖4E-圖4H是表示使用了雙重鑲嵌工藝的本發(fā)明涉及的第1半導體多層布線形成方法的后半分工序的說明圖。
圖5A-圖5D是表示使用了雙重鑲嵌工藝的本發(fā)明涉及的第2半導體多層布線形成方法的前半分工序的說明圖。
圖6E-圖6H是表示使用了雙重鑲嵌工藝的本發(fā)明涉及的第2半導體多層布線形成方法的后半分工序的說明圖。
實施發(fā)明的最佳方案參照圖3和圖4更詳細地說明本發(fā)明涉及的第1半導體多層布線形成方法的一例。
首先，如圖3A所示，在襯底21上采用CVD法、旋涂法等形成低介電層(層間絕緣層)22。在該低介電層22上形成抗蝕劑膜23，并圖形化。以該圖形化了的抗蝕劑膜23為掩模選擇地蝕刻低介電層22，接著通過去除抗蝕劑層23，如圖3B所示那樣形成布線溝(溝槽)24。然后，在如上述那樣形成了布線溝24的低介電層22的表面堆積勢壘金屬25，由此在布線溝24的內(nèi)表面形成提高埋入到該布線溝24內(nèi)的銅和低介電層22的粘接性，并且防止銅向低介電層22中擴散的勢壘金屬膜。其后，如圖3C所示，通過電鍍等將銅埋入到布線溝24內(nèi)，形成下層布線層26。
其次，在該時刻采用化學研磨(CMP)去除附著在低介電層22的表面的銅和殘存的勢壘金屬25，將低介電層22的表面平坦化后，在其上面依次層疊第1低介電層27、第1蝕刻擋膜28、第2低介電層29、以及第2蝕刻擋膜30。接著，在上述第2蝕刻擋膜30上形成防反射膜31。在該防反射膜31上涂布抗蝕劑，實施用于形成通路孔的圖形化，形成抗蝕劑掩模32。其次，如圖3D所示，使用上述抗蝕劑掩模32進行蝕刻，貫通防反射膜31、第2蝕刻擋膜30、第2低介電層29、第1蝕刻擋膜28、以及第1低介電層27，形成達到下層布線層26表面的通路孔33。接著，去除上述抗蝕劑掩模32和防反射膜31后，如圖4E所示，通過在上述第2蝕刻擋膜30上均勻地涂布以旋壓玻璃材料為主成分的填埋材料，向上述通路孔33填充填埋材料。如圖4F所示，在形成于第2蝕刻擋膜30上的填埋材料層34a上層疊可通過干法蝕刻來加工的防反射膜35a，在該防反射膜35a上形成具有溝槽形成用的圖形的的抗蝕劑掩模36。其次，以該抗蝕劑掩模36為掩模，通過干法蝕刻來加工未被抗蝕劑掩模36覆蓋的防反射膜35a的暴露部分。接著，使用上述抗蝕劑掩模36，如圖4G所示那樣，蝕刻第2蝕刻擋膜30和第2低介電層29形成溝槽37，同時去除通路孔33內(nèi)的填埋材料34b。其后，去除防反射膜35a，采用含有氫氟酸的剝離液完全去除第2蝕刻擋膜30上的填埋材料層34a、和采用上述蝕刻去除時殘留的通路孔33內(nèi)的填埋材料34b。然后，向上述通路孔33和溝槽37埋入銅，如圖4H所示，同時地形成通路布線38和上層布線層39。據(jù)此，實現(xiàn)下層布線層26和上層布線層39通過通路布線38來電連接的多層布線結構。
其次，參照圖5和圖6更詳細地說明本發(fā)明涉及的第2半導體多層布線形成方法的一例。在圖5和圖6中，與上述圖3和圖4所示的構成要素相同的構成要素標注相同符號，以利于本發(fā)明的理解。
首先，如圖5A所示，在襯底21上形成低介電層(層間絕緣層)22。在該低介電層22之上形成抗蝕劑膜23，并圖形化。以該圖形化了的抗蝕劑膜23為掩模選擇地蝕刻低介電層22，接著通過去除抗蝕劑層23，如圖5B所示那樣形成布線溝(溝槽)24。然后，在如上述那樣形成了布線溝24的低介電層22的表面堆積勢壘金屬25，由此在布線溝24的內(nèi)表面形成提高埋入到該布線溝24內(nèi)的銅和低介電層22的粘接性，并且防止銅向低介電層22中擴散的勢壘金屬膜。其后，如圖5C所示，通過電鍍等將銅埋入到布線溝24內(nèi)，形成下層布線層26。
然后，在該時刻采用化學研磨(CMP)去除附著在低介電層22表面的銅和殘存的勢壘金屬25，將低介電層22的表面平坦化后，在其上面依次層疊第1低介電層27、第1蝕刻擋膜28、第2低介電層29、以及第2蝕刻擋膜30。接著，在上述第2蝕刻擋膜30上形成防反射膜31。在該防反射膜31之上涂布抗蝕劑，實施用于形成通路孔的圖形化，形成抗蝕劑掩模32。然后，如圖5D所示，使用上述抗蝕劑掩模32進行蝕刻，貫通防反射膜31、第2蝕刻擋膜30、第2低介電層29、第1蝕刻擋膜28、以及第1低介電層27，形成達到下層布線層26表面的通路孔33。接著，去除上述抗蝕劑掩模32和防反射膜31后，如圖6E所示，通過在上述第2蝕刻擋膜30上均勻地涂布以旋壓玻璃材料為主成分的填埋材料，向上述通路孔33填充填埋材料。如圖6F所示，在形成于第2蝕刻擋膜30上的填埋材料層34a上層疊顯影液可溶性防反射膜35b，在該防反射膜35b上形成具有溝槽形成用的圖形的的抗蝕劑掩模36。在將該抗蝕劑掩模36用堿性顯影液進行顯影時，同時地去除未被該抗蝕劑掩模36覆蓋的顯影液可溶性防反射膜35b的暴露部分。然后，使用上述抗蝕劑掩模36，如圖6G所示，蝕刻第2蝕刻擋膜30和第2低介電層29形成溝槽37，同時去除通路孔33內(nèi)的填埋材料34b。其后，去除防反射膜35b，采用含有氫氟酸的剝離液完全去除第2蝕刻擋膜30上的填埋材料層34a、和通過上述蝕刻去除時殘留的通路孔33內(nèi)的填埋材料34b。然后，向上述通路孔33和溝槽37埋入銅，如圖6H所示，同時地形成通路布線38和上層布線層39。據(jù)此，實現(xiàn)下層布線層26和上層布線層39通過通路布線38來電連接的多層布線結構。
上述說明是以先形成通路孔的情形為對象進行的，但也有先形成溝槽的情形，該情形也能適用本發(fā)明方法，這是清楚的。
在上述結構的本發(fā)明半導體多層布線形成方法中，優(yōu)選使用的旋壓玻璃材料，是使選自(A)Si(OR1)a(OR2)b(OR3)c(OR4)d(式中，R1、R2、R3、及R4分別獨立地為C1～4的烷基或苯基，a、b、c、及d為0≤a≤4、0≤b≤4、0≤c≤4、0≤d≤4，且滿足a+b+c+d＝4的條件的整數(shù))表示的化合物、(B)R5Si(OR6)e(OR7)f(OR8)g(式中，R5是氫原子或C1～4的烷基，R6、R7及R8分別為C1～3的烷基或苯基，e、f、及g為0≤e≤3、0≤f≤3、0≤g≤3，且滿足e+f+g＝3的條件的整數(shù))表示的化合物、以及(C)R9R10Si(OR11)h(OR12)i(式中，R9及R10是氫原子或C1～4的烷基，R11及R12分別為C1～3的烷基或苯基，h及i為0≤h≤2、0≤i≤2，且滿足h+i＝2的條件的整數(shù))表示的化合物中的至少1種化合物在水的存在下通過酸的作用水解而得到的材料。
作為上述(A)的化合物，例如舉出四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、四苯氧基硅烷、三甲氧基單乙氧基硅烷、二甲氧基二乙氧基硅烷、三乙氧基單甲氧基硅烷、三甲氧基單丙氧基硅烷、單甲氧基三丁氧基硅烷、單甲氧基三苯氧基硅烷、二甲氧基二丙氧基硅烷、三丙氧基單甲氧基硅烷、三甲氧基單丁氧基硅烷、二甲氧基二丁氧基硅烷、三乙氧基單丙氧基硅烷、二乙氧基二丙氧基硅烷、三丁氧基單丙氧基硅烷、二甲氧基單乙氧基單丁氧基硅烷、二乙氧基單甲氧基單丁氧基硅烷、二乙氧基單丙氧基單丁氧基硅烷、二丙氧基單甲氧基單乙氧基硅烷、二丙氧基單甲氧基單丁氧基硅烷、二丙氧基單乙氧基單丁氧基硅烷、二丁氧基單甲氧基單乙氧基硅烷、二丁氧基單乙氧基單丙氧基硅烷、單甲氧基單乙氧基丙氧基單丁氧基硅烷等四烷氧基硅烷或者它們的低聚物，其中，優(yōu)選四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷或它們的低聚物。
另外，作為上述(B)的化合物，例如舉出三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、三丙氧基硅烷、三苯氧基硅烷、二甲氧基單乙氧基硅烷、二乙氧基單甲氧基硅烷、二丙氧基單甲氧基硅烷、二丙氧基單乙氧基硅烷、二苯氧基單甲氧基硅烷、二苯氧基單乙氧基硅烷、二苯氧基單丙氧基硅烷、甲氧基乙氧基丙氧基硅烷、單丙氧基二甲氧基硅烷、單丙氧基二乙氧基硅烷、單丁氧基二甲氧基硅烷、二苯氧基二乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、乙基三苯氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丙基三苯氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丁基三丙氧基硅烷、丁基三苯氧基硅烷、甲基單甲氧基二乙氧基硅烷、乙基單甲氧基二乙氧基硅烷、丙基單甲氧基二乙氧基硅烷、丁基單甲氧基二乙氧基硅烷、甲基單甲氧基二丙氧基硅烷、甲基單甲氧基二苯氧基硅烷、乙基單甲氧基二丙氧基硅烷、乙基單甲氧基二苯氧基硅烷、丙基單甲氧基二丙氧基硅烷、丙基單甲氧基二苯氧基硅烷、丁基單甲氧基二丙氧基硅烷、丁基單甲氧基二苯氧基硅烷、甲基甲氧基乙氧基丙氧基硅烷、丙基甲氧基乙氧基丙氧基硅烷、丁基甲氧基乙氧基丙氧基硅烷、甲基單甲氧基單乙氧基單丁氧基硅烷、乙基單甲氧基單乙氧基單丁氧基硅烷、丙基單甲氧基單乙氧基單丁氧基硅烷、丁基單甲氧基單乙氧基單丁氧基硅烷等，其中優(yōu)選三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷。
而且，作為上述(C)的化合物，例如舉出二甲氧基硅烷、二乙氧基硅烷、二丙氧基硅烷、二苯氧基硅烷、甲氧基乙氧基硅烷、甲氧基丙氧基硅烷、甲氧基苯氧基硅烷、乙氧基丙氧基硅烷、乙氧基苯氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、甲基甲氧基乙氧基硅烷、甲基二乙氧基硅烷、甲基甲氧基丙氧基硅烷、甲基甲氧基苯氧基硅烷、乙基二丙氧基硅烷、乙基甲氧基丙氧基硅烷、乙基二苯氧基硅烷、丙基二甲氧基硅烷、丙基甲氧基乙氧基硅烷、丙基乙氧基丙氧基硅烷、丙基二乙氧基硅烷、丙基二苯氧基硅烷、丁基二甲氧基硅烷、丁基甲氧基乙氧基硅烷、丁基二乙氧基硅烷、丁基乙氧基丙氧基硅烷、丁基二丙氧基硅烷、丁基甲基苯氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基甲氧基乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二苯氧基硅烷、二甲基乙氧基丙氧基硅烷、二甲基二丙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、二乙基甲氧基丙氧基硅烷、二乙基二乙氧基丙氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷、二丙基二乙氧基硅烷、二丙基二苯氧基硅烷、二丁基二甲氧基硅烷、二丁基二乙氧基硅烷、二丁基二丙氧基硅烷、二丁基甲氧基苯氧基硅烷、甲基乙基二甲氧基硅烷、甲基乙基二乙氧基硅烷、甲基乙基二丙氧基硅烷、甲基乙基二苯氧基硅烷、甲基丙基二甲氧基硅烷、甲基丙基二乙氧基硅烷、甲基丁基二甲氧基硅烷、甲基丁基二乙氧基硅烷、甲基丁基二丙氧基硅烷、甲基乙基乙氧基丙氧基硅烷、乙基丙基二甲氧基硅烷、乙基丙基甲氧基乙氧基硅烷、二丙基二甲氧基硅烷、二丙基甲氧基乙氧基硅烷、丙基丁基二甲氧基硅烷、丙基丁基二乙氧基硅烷、二丁基甲氧基丙氧基硅烷、丁基乙氧基丙氧基硅烷等，其中優(yōu)選二甲氧基硅烷、二乙氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷。
這樣，在本發(fā)明方法中，通過使用烷氧基硅烷系的填埋材料，采用干法蝕刻(使用碳氟化合物系氣體)形成通路和溝槽時，能夠與低介電層同等或比其更快地蝕刻去除填埋材料層，可簡化工序。另外，即使是烷氧基硅烷系材料在干法蝕刻完畢后殘留在溝槽或通路內(nèi)部的場合，也能夠容易地使用含有氫氟酸的剝離液進行去除。與之相反，使用有機材料、或在烷氧基硅烷系材料中配合了有機材料的現(xiàn)有填埋材料時，殘留在通路孔內(nèi)的有機材料的去除有可能變得困難。具體講，有機系材料通過O2等離子體灰化來去除，但該去除處理有可能給予低介電層損傷。
而且，在本發(fā)明方法中，作為在低介電層中使用的材料，可舉出后述的材料，但在其中，使用至少具有甲基的Si系材料時，為了能夠與低介電層同等或比其更快地蝕刻去除填埋材料層，旋壓玻璃材料優(yōu)選用通式(B)表示的成分和用(C)表示的成分的總構成比率按重量基準計在50％或50％以上。
另外，在低介電層是羥基倍半硅氧烷(hydroxy silsequioxane)系材料的場合，由于與上述同樣的理由，優(yōu)選R5為氫原子的用通式(B)表示的成分的構成比率按重量基準計為50％或50％以上、或者形成在該成分中配合聚亞烷基二醇系的聚合物的構成。
本發(fā)明方法中，將上述(A)(B)(C)各成分溶解于有機溶劑制備填埋材料層形成用的涂布液，作為使用的有機溶劑，例如列舉出甲醇、乙醇、丙醇、丁醇之類的一元醇；乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丙三醇、三羥甲基丙烷、己三醇之類的多元醇；乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丁基醚、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單丙基醚、丙二醇單甲基醚、丙二醇單乙基醚、丙二醇單丙基醚、丙二醇單丁基醚之類的多元醇的單醚類；乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯之類的酯類；丙酮、甲乙酮、甲基異戊基酮之類的酮類；乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、乙二醇二丙基醚、乙二醇二丁基醚、丙二醇二甲基醚、丙二醇二乙基醚、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇甲基乙基醚之類的將多元醇醚進行了烷基醚化的多元醇醚等。在其中，優(yōu)選將多元醇醚進行了烷基醚化的多元醇醚類，特別優(yōu)選亞烷基二醇二烷基醚類。
上述有機溶劑可以單獨使用，也可以組合2種或2種以上使用，其用量是對硅烷化合物每合計1摩爾優(yōu)選為10-30摩爾的范圍。這樣制備的涂布液可直接使用，但為了調(diào)整涂布液中的固體成分濃度，也可以用稀釋溶劑稀釋后使用。作為上述稀釋溶劑可使用上述有機溶劑。在涂布液的制備中，當使用的醇溶劑或通過硅烷化合物的水解反應而生成的醇的量相對于涂布液總量殘余超過15重量％時，H-Si基和醇反應，易生成RO-Si基，涂布液凝膠化，保存穩(wěn)定性差，而且發(fā)生裂紋。在醇成分過剩地混入時，采用減壓蒸餾去除，但減壓蒸餾在真空度30-300mmHg、優(yōu)選50-200mmHg、溫度20-50℃下進行2-6小時即可。
在本發(fā)明中使用的旋壓玻璃材料中基本不添加高吸光性染料。這是因為，這樣的染料的添加引起混合的發(fā)生、保存穩(wěn)定性的降低，因此不優(yōu)選。
作為上述布線層用的導體材料，優(yōu)選Cu，但除Cu以外還可以使用Cu合金、Al、Al合金等。填埋布線層采用電鍍法等形成，但不特別限定。
作為可在上述低介電層中使用的材料，可列舉出摻雜碳的氧化物(SiOC)系、甲基倍半硅氧烷(MSQ)系、羥基倍半硅氧烷(HSQ)系的低介電材料。作為上述摻雜碳的氧化物系的低介電材料，具體舉出Apllied Materials公司制的ブラックダィァモンド(商品名)、NovelusSystems公司的コ-ラル(商品名)、日本ASM公司制的Aurora(商品名)等。另外，作為上述甲基倍半硅氧烷系的低介電材料，具體舉出東京應化工業(yè)株式會社制的以“OCD T-9”、“OCD T-11”、“OCL T-31”、“OCL T-37”、“OCL T-39”這些商品名銷售的材料等。而且，作為上述羥基倍半硅氧烷系的低介電材料，具體舉出東京應化工業(yè)株式會社制的以“OCD T-12”、“OCL T-32”這些商品名銷售的材料等。
在本發(fā)明方法中，低介電層可以在上述布線層上、或在布線層上形成了阻擋膜(SiN、SiC、SiCN、Ta、TaN等)的基礎上形成。低介電層的燒結溫度通常用350℃以上的硬膠木(ハ一ドベ一ク)進行。
上述光刻膠層，可采用平板印刷法使用面向汞燈的i射線、g射線、KrF受激準分子激光、ArF受激準分子激光、F2受激準分子激光、電子射線束(EBElectron Beam)慣用的光刻膠材料。
另外，在本發(fā)明的第1半導體多層布線形成方法中，作為可通過上述干法蝕刻去除的防反射膜35a，可使用可通過慣用的CF4系蝕刻氣體、N2+O2系蝕刻氣體去除的市售材料。通過該防反射膜可防止曝光光從襯底反射從而導致光刻膠圖形的形狀劣化。作為市售的防反射膜材料，列舉出東京應化工業(yè)株式會社制的以“SWK-EX1D55”、“SWK-EX3”、“SWK-EX4”、“SWK-T5D60”、“SWK-T7”等商品名銷售的材料，和Brewer science公司制的以“DUV-42”、“DUV-44”、“ARC-28”、“ARC-29”等商品名銷售的材料，和Shipley公司制的以“AR-3”、“AR-19”等商品名銷售的材料等。
使用上述防反射膜時，形成第2蝕刻空間，去除填埋材料后，進行光刻膠膜和防反射膜的去除。
這些防反射膜通常通過氧等離子體灰化處理去除，但此時有可能發(fā)生對低介電層的損傷，采用灰化處理不理想。于是，本發(fā)明中，防反射膜的去除處理通過去除殘存的防反射膜下層的填埋材料并浮脫(lift-off)來實現(xiàn)。
另外，特別是作為低介電層使用羥基倍半硅氧烷系的材料時，進行照射由He、Ar等惰性氣體產(chǎn)生的等離子體的處理，將低介電層的表面改質(zhì)。通過該表面改質(zhì)處理，殘存的防反射膜及光刻膠圖形，能夠不產(chǎn)生對低介電層的損傷就通過氧等離子體處理來去除。
另外，作為構成上述防反射膜的材料，除上述慣用的組合物之外還能夠使用如下的樹脂組合物。即，也能夠使用含有至少具有通過外加預定的能量使得末端基團脫離從而產(chǎn)生磺酸殘基的取代基的樹脂成分、和溶劑的樹脂組合物。
上述樹脂成分的特征在于，至少具有用下述通式(1)表示的重復單元， (式中，n表示1或1以上的整數(shù)，X是碳原子數(shù)1-10的直鏈或支鏈狀的烷基鏈、芳香性或脂環(huán)性的環(huán)狀烷基鏈、烷基酯鏈，Y是外加預定能量后產(chǎn)生磺酸殘基的取代基)。
作為為產(chǎn)生上述磺酸殘基而外加的預定能量，例如采用80℃以上的加熱處理等能夠使之產(chǎn)生磺酸殘基。這樣的預定能量的外加通過剝離處理中的加熱和堿的協(xié)同作用而被進一步促進。
作為上述通式(1)的取代基Y，優(yōu)選-SO3R1或-SO3-R2+(式中，R1及R2是一價有機基團)。
作為上述有機基團R1，優(yōu)選選自碳原子數(shù)為1-10的烷基、或者羥基烷基中的1種。
另外，作為上述有機基團R2，優(yōu)選選自鏈烷醇胺及烷基胺之中的至少1種。
而且，作為上述至少具有通過外加預定能量使得末端基團脫離從而產(chǎn)生磺酸殘基的取代基的樹脂成分，也可以使用上述的任一樹脂成分、與丙烯酸或甲基丙烯酸或它們的衍生物的共聚物或混合樹脂。
使用上述共聚物或混合樹脂作為樹脂成分時，其聚合比或混合比如果在對抗蝕劑顯影液有耐受性、可維持能用抗蝕劑剝離液去除的效果的范圍，則不特別限定。
進一步地，作為上述至少具有通過外加預定能量使得末端基團脫離從而產(chǎn)生磺酸殘基的取代基的樹脂成分，也可以使用在上述任一樹脂成分與丙烯酸或甲基丙烯酸或它們的衍生物的共聚物或混合樹脂中混合下述通式(2)
(式中，n表示1或1以上的整數(shù)，R3是選自氫原子、氟原子、羥基、羧基、碳原子數(shù)1-5的羥烷基、碳原子數(shù)1-5的烷氧基烷基中的至少1種，Z是碳原子數(shù)1-10的直鏈或支鏈狀的烷基鏈、芳香性或脂環(huán)性的環(huán)狀烷基鏈、烷基酯鏈。)表示的重復單元共聚所得的共聚物或具有上述通式(2)表示的重復單元的樹脂化合物得到的混合樹脂組成的樹脂成分。
如果使用上述通式(2)的衍生物制備共聚物，用該共聚物作為樹脂成分構成防反射膜材料，則在樹脂成分的單元中含有蒽，該蒽特別是在使用了KrF受激準分子激光的平板印刷中吸收特性高，故優(yōu)選。
作為用于該防反射膜材料的溶劑，如果是以往的在下層膜形成材料中使用的物質(zhì)則可不特別限制地使用。
如果由上述的“含有至少具有通過外加預定能量使得末端基團脫離從而產(chǎn)生磺酸殘基的取代基的樹脂成分、和溶劑的樹脂組合物”形成防反射膜，則在形成第2蝕刻空間，去除填埋材料后，進行光刻膠膜和防反射膜的去除的工序中，利用在通常的平板印刷處理中使用的光刻膠用剝離劑能夠簡易地去除。其結果，能夠避免與使用了O2等離子體灰化的防反射膜去除處理相伴的對低介電層的損傷危險。另外，在光刻膠圖形的形成失敗時進行的半導體襯底回收的再加工也變得容易。
而且，作為用于形成上述防反射膜的其他組合物，也能夠使用含有聚鈦氧烷及聚硅氧烷的混合物或它們的共聚物的樹脂組合物。該樹脂組合物是以使鈦氧烷RmTi(OR)(4-m)縮合的反應物、和使硅氧烷RnSi(OR)(4-n)縮合的反應物的混合物、或使這些成分一并縮合的反應物為主成分，并且根據(jù)需要含有活化劑、交聯(lián)促進劑。上述式中，R主要是烷基，可以相同也可以不同，m、n是0-3的整數(shù)。另外，該主成分中的Ti含量是0.1-99.9％，優(yōu)選是5-70％。作為該樹脂組合物的溶劑，只要是能溶解主成分樹脂，涂布在襯底上干燥后通過加熱處理在不與抗蝕劑混雜的程度下能形成膜的溶劑，就不特別限定，任何溶劑都能使用，如果使用上述的“含有聚鈦氧烷及聚硅氧烷的混合物或它們的共聚物的樹脂組合物”形成防反射膜，則在形成第2蝕刻空間，去除填埋材料后，進行光刻膠膜和防反射膜的去除的工序中，利用在通常的平板印刷處理中使用的光刻膠用剝離劑能夠簡易地去除。其結果，能夠避免與使用了O2等離子體灰化的防反射膜去除處理相伴的對低介電層的損傷危險。另外，在光刻膠圖形的形成失敗時進行的半導體襯底回收的再加工也變得容易。
另外，在本發(fā)明的第2半導體多層布線形成方法中，上述顯影液可溶性防反射膜35b，只要是利用在光刻膠層的顯影工序中慣用的堿性水溶液(例如2.38質(zhì)量％的氫氧化四甲基銨(TMAH))能夠容易地去除，而且可有效地降低來自襯底的反射光的膜，則不特別限定。這樣的采用堿性水溶液能去除的防反射膜，例如可得到Brewer Science公司銷售的IMBARC SERIES(商品名)等，可使用這樣的市售的膜，由此可防止曝光光從襯底反射導致的光刻膠圖形的形狀劣化，在光刻膠的顯影時，利用堿性顯影液能同時地去除，有助于工序的削減。
通過設置本發(fā)明的顯影液可溶性防反射膜，在光刻膠圖形形成不良地結束的場合，可適當且容易地進行為回收襯底而進行的再加工工序。使用以往的防反射膜時，該再加工工序通過O2等離子體灰化來進行，但該灰化處理有可能給含有烷氧基硅烷材料的填埋材料的蝕刻造成不良影響。與此相對，使用本發(fā)明的顯影液可溶性防反射膜時，由于采用堿性水溶液可容易地剝離，因此不會給予填埋材料不良影響，能簡單地進行再加工。
形成第2蝕刻空間后，為去除殘存在蝕刻空間內(nèi)的填埋材料可使用緩沖的氫氟酸等進行，但也能使用在通常的光刻工序中使用的光刻膠用剝離液。作為這樣的光刻膠用剝離液，可以舉出以氫氟酸與不含金屬離子的堿的鹽為主成分的剝離液、以烷醇胺和烷基胺等水溶性胺為主成分的剝離液、以氫氧化四烷基胺為主成分的剝離液。
作為上述本發(fā)明的第1和第2半導體多層布線形成方法的效果，可得到以下的效果。
(i)在雙重鑲嵌工藝中的溝槽/通路的形成時，能與低介電層同時地、或比低介電層還快地蝕刻去除通路/溝槽內(nèi)的填埋材料。
(ii)在第1半導體多層布線形成方法中，在蝕刻去除后殘留在通路孔內(nèi)的填埋材料采用含有氫氟酸的剝離液能容易地去除。另外，在第2半導體多層布線形成方法中，在蝕刻去除后殘留在通路孔內(nèi)的填埋材料采用通常在平板印刷中使用的光刻膠用剝離液能容易地去除。
(iii)在以有機膜為填埋材料的現(xiàn)有例子中，需要通過O2等離子體灰化的去除，但由于能夠省去該工序，能消除對低介電層的損傷(Si-R鍵→Si-OH鍵)、以及介電常數(shù)(k)的變動。
(iv)由于使用實質(zhì)上未配合有機系添加物(背景技術中所述的高吸光性成分、染料等)的填埋材料，因此能防止旋壓玻璃材料的經(jīng)時劣化，由此能提高填埋材料溶液的保存穩(wěn)定性、以及膜的穩(wěn)定性，能提高工序管理的自由度。另外，能抑制在與上層膜的層間發(fā)生摻雜。
(v)在旋壓玻璃材料層的正上層設置光刻膠層的工藝中，在與抗蝕劑膜的匹配評價中，較多地發(fā)生批次間的偏差，與之相對，由于是插入防反射膜的構成，因此與抗蝕劑膜的匹配變得容易。
(vi)在第2半導體多層布線形成方法中，在光刻膠顯影處理時，由于能同時去除顯影液可溶性防反射膜，因此能進一步簡化工序。
以下說明實施本發(fā)明的方案。以下所示的實施方案不過是很好地說明本發(fā)明的例示，毫不限定本發(fā)明。
以下的實施方案1-6、比較例1是關于本發(fā)明的第1半導體多層布線形成方法。
(實施方案1)在形成了銅布線的襯底上依次層疊SiN層、由羥基倍半硅氧烷系低介電材料(東京應化工業(yè)株式會社制(商品名OCD T-12))構成的第1低介電層、SiN層、以及由羥基倍半硅氧烷系低介電材料(東京應化工業(yè)株式會社制(商品名OCD T-12))構成的第2低介電層這4層，形成6000的層間絕緣層。
在上述層間絕緣層之上形成由ARC-29(Brewer science公司制)構成的膜厚77O的第1防反射膜，在其上面形成膜厚4000的第1光刻膠層，實施曝光、顯影處理。上述第1光刻膠層使用以丙烯酸系聚合物為主成分的抗蝕劑組合物(東京應化工業(yè)株式會社制(商品名TArF-7a21))形成。
將所得到的光刻膠圖形作為掩模，對上述層間絕緣層實施蝕刻處理，形成直徑200nm的通路孔。
對于該通路孔，采用旋涂法在上述層間絕緣層上均勻涂布用與上述層疊和蝕刻工序不同的工序制備的填埋材料并使膜厚達到4000，用填埋材料埋入通路孔。
上述填埋材料是如下地制備的。即，混合三乙氧基硅烷236.58g(1.44摩爾)、四甲氧基硅烷108.72g(0.72摩爾)、丙二醇二甲基醚2117.71g(20.4摩爾)、水129.6g(7.2摩爾)以及濃硝酸432μL得到溶液。將該溶液在150mmHg、40℃減壓蒸餾4小時，制備了固體成分濃度9.0重量％、醇濃度3.8重量％的填埋材料。
在如上述那樣為向通路孔埋入填埋材料而在襯底表面均勻涂布的填埋材料層的上面，形成由ARC-29(Brewer science公司制)構成的膜厚770的第2防反射膜，在其上面形成膜厚4000的第2光刻膠層，實施曝光、顯影處理。第2光刻膠層由與上述第1光刻膠層相同的組合物形成。
以得到的光刻膠圖形作為掩模，使用由N2+O2的混合氣體組成的蝕刻氣體去除防反射膜的暴露部分。
接著，以上述光刻膠圖形作為掩模，使用由CF4+CHF3的混合氣體組成的蝕刻氣體去除層間絕緣層的主要部分，形成溝槽。該蝕刻處理后還殘留在通路孔內(nèi)的填埋材料使用0.1質(zhì)量％緩沖的氫氟酸去除。
其結果，能夠在不引起低介電層損傷和介電常數(shù)變動的條件下簡化工序，形成由通路孔和溝槽組成的雙重鑲嵌結構。
(實施方案2-5)由以下的4種樹脂組合物構成上述實施方案1中的第1防反射膜和第2防反射膜，除此以外與實施方案1同樣地分別形成雙重鑲嵌結構。
作為防反射膜形成材料，制備了下面的(A)、(B)、(C)、及(D)的樹脂組合物。
(A)將由對苯乙烯磺酸乙酯構成的樹脂成分溶解在由γ-丁內(nèi)酯/乳酸乙酯(2∶8)組成的溶劑中，并將固體成分濃度調(diào)整成6wt％的樹脂組合物。
(B)將由對苯乙烯磺酸乙酯∶丙烯酸羥基乙酯(＝5∶5)組成的樹脂成分、和該樹脂成分量的20wt％相當量的サィメル1172(三井サィァナミッF公司制的四羥甲基甘脲)溶解在由乳酸乙酯構成的溶劑中，并將固體成分濃度調(diào)整成6wt％的樹脂組合物。
(C)將由對苯乙烯磺酸乙酯∶丙烯酸9-羥基蒽酯(＝5∶5)組成的樹脂成分溶解在由γ-丁內(nèi)酯/乳酸乙酯(2∶8)構成的溶劑中，并將固體成分濃度調(diào)整成6wt％的樹脂組合物。
(D)將由對苯乙烯磺酸乙酯∶丙烯酸羥基乙酯∶丙烯酸9-羥基蒽酯(＝4∶3∶3)組成的樹脂成分、和該樹脂成分量的20wt％相當量的サィメル1172(三井サィァナミッド公司制的四羥甲基甘脲)、和上述2種固體成分量的1000ppm相當量的メガファックR08(大日本ィンキ株式會社制的氟系表面活性劑)溶解在由乳酸乙酯構成的溶劑中，并將固體成分濃度調(diào)整成6wt％的樹脂組合物。
將這些(A)、(B)、(C)、(D)的樹脂組合物作為形成上述第1實施方案中的第1防反射膜和第2防反射膜的材料。使用這些樹脂組合物作為防反射膜形成材料，使各防反射膜的膜厚為2000，除此以外與實施方案1同樣地形成了由溝槽和通路孔組成的布線結構。涂布各樹脂組合物得到防反射膜的加熱條件，是在200℃加熱90秒鐘。
其結果，使用(A)、(B)、(C)、(D)任1種樹脂組合物都能夠在不導致低介電層損傷和介電常數(shù)變動的條件下簡化工序，形成由通路孔和溝槽組成的雙重鑲嵌結構。
(實施方案6)由以下的樹脂組合物構成上述實施方案1中的第1防反射膜和第2防反射膜，除此以外與實施方案1同樣地分別形成雙重鑲嵌結構。
將四異丙氧基鈦100g溶解在乙醇338g中，接著投入乙酸121g、再投入乙酰丙酮357g，得到混合物。攪拌該混合物4小時，然后靜置16小時，由此得到聚鈦氧烷10％的溶液。
其次，向四乙氧基硅烷324g中投入甲醇113g、乙酰丙酮312g、乙酸324g得到混合物。攪拌該混合物6小時，然后靜置16小時，由此得到聚硅氧烷9％的溶液。
以1∶1混合上述聚鈦氧烷液和聚硅氧烷液，用丁基溶纖劑稀釋，將這樣得到的樹脂混合溶液作為形成上述實施方案1中的第1防反射膜和第2防反射膜的材料。使用該樹脂混合溶液作為防反射膜形成材料，使各防反射膜的膜厚為1240，除此以外與實施方案1同樣地形成了由溝槽和通路孔組成的布線結構。涂布各樹脂組合物得到防反射膜的加熱條件，是首先在90℃加熱90秒鐘，然后在220℃加熱600秒鐘。
其結果，使用該樹脂混合物形成防反射膜時，也能夠在不導致低介電層損傷和介電常數(shù)變動的條件下簡化工序，形成由通路孔和溝槽組成的雙重鑲嵌結構。
(比較例1)由甲氧基甲基化苯并胍胺的30重量％丙二醇單甲基醚乙酸酯溶液構成形成在實施方案1中使用的填埋材料的組合物，除此以外采用完全同樣的組合和操作形成雙重鑲嵌結構。
其結果，填埋材料幾乎不能通過與用于形成溝槽的“由CF4+CHF3的混合氣體組成的蝕刻氣體進行干法蝕刻處理”相伴的填埋材料的蝕刻去除。另外，通過其后的使用了剝離洗滌液的處理也不能去除。
于是，為了去除不能去除而殘留的填埋材料，使用由N2+O2的混合氣體組成的蝕刻氣體進行干法蝕刻處理，結果雖然能夠去除填埋材料，但通過掃描電鏡(SEM)觀察表明在低介電層的表面顯現(xiàn)損傷。
以下的實施方案7和比較例2是關于本發(fā)明的第2半導體多層布線形成方法的。
(實施方案7)在形成了銅布線的襯底上依次層疊SiN層、由羥基倍半硅氧烷系低介電材料(東京應化工業(yè)株式會社制(商品名OCD T-12))構成的第1低介電層、SiN層、以及由羥基倍半硅氧烷系低介電材料(東京應化工業(yè)株式會社制(商品名OCD T-12))構成的第2低介電層這4層，形成6000的層間絕緣層。
在上述層間絕緣層之上形成由IMBARC 10-7(商品名BrewerScience公司制)構成的膜厚770的第1顯影液可溶性防反射膜，在其上面形成膜厚4000的第1光刻膠層，實施曝光、顯影處理。此時，同時地去除未被光刻膠圖形覆蓋的防反射膜的暴露部分。上述第1光刻膠層使用以丙烯酸系聚合物為主成分的抗蝕劑組合物(東京應化工業(yè)株式會社制(商品名TArF-7a21))形成。
將所得到的光刻膠圖形作為掩模，對上述層間絕緣層實施蝕刻處理，形成直徑200nm的通路孔。
對于該通路孔，采用旋涂法在上述層間絕緣層上均勻涂布用與上述層疊和蝕刻工序不同的工序制備的填埋材料并使膜厚達到4000，用填埋材料埋入通路孔。
上述填埋材料是如下地制備的。即，配合三乙氧基硅烷236.58g(1.44摩爾)、四甲氧基硅烷108.72g(0.72摩爾)、丙二醇二甲基醚2117.71g(20.4摩爾)、水129.6g(7.2摩爾)以及濃硝酸432μL得到溶液。將該溶液在150mmHg、40℃減壓蒸餾4小時，制備了固體成分濃度9.0重量％、醇濃度3.8重量％的填埋材料。
在如上述那樣為向通路孔埋入填埋材料而在襯底表面均勻涂布的填埋材料層的上面，再度形成由IMBARC 10-7(商品名Brewer Science公司制)構成的膜厚770的第2顯影液可溶性防反射膜，再在其上面形成膜厚4000的第2光刻膠層(與上述第1光刻膠層相同的組成)，進行溝槽形成用的圖形曝光，用堿性顯影液進行顯影處理，同時地去除曝光部分的抗蝕劑和上述第2顯影液可溶性防反射膜。
以得到的光刻膠圖形作為掩模，使用由CF4+CHF3的混合氣體組成的蝕刻氣體去除層間絕緣層的主要部分，形成溝槽。該蝕刻處理后還殘留在通路孔內(nèi)的填埋材料使用0.1質(zhì)量％緩沖的氫氟酸去除。
其結果，能夠在不導致低介電層損傷和介電常數(shù)變動的條件下簡化工序，形成由通路孔和溝槽組成的雙重鑲嵌結構。
(比較例2)由甲氧基甲基化苯并胍胺的30重量％丙二醇單甲基醚乙酸酯溶液構成形成在實施方案7中使用的填埋材料的組合物，除此以外采用完全同樣的組合和操作形成雙重鑲嵌結構。
其結果，填埋材料幾乎不能通過與用于形成溝槽的“用CF4+CHF3的混合氣體組成的蝕刻氣體進行干法蝕刻處理”相伴的填埋材料的蝕刻去除。另外，通過其后的使用了剝離洗滌液的處理也不能去除。
于是，為了去除不能去除而殘留的填埋材料，而使用由N2+O2的混合氣體組成的蝕刻氣體進行干法蝕刻處理，結果雖然能夠去除填埋材料，但通過掃描電鏡(SEM)觀察判明在低介電層的表面顯現(xiàn)損傷。
工業(yè)實用性如以上說明的那樣，本發(fā)明涉及的半導體多層布線形成方法，在使用了雙重鑲嵌工藝的半導體多層布線形成工藝中，能夠在不使構成層間絕緣層的低介電層劣化的情況下削減工序數(shù)，同時能夠提高工序管理的自由度，具有能夠高效率且廉價地形成優(yōu)異特性的布線這一優(yōu)異的效果。
權利要求
1.一種半導體多層布線形成方法，該方法是在半導體襯底上形成的下層布線層、和在其上面通過層間絕緣層形成的上層布線層通過上下貫通所述層間絕緣層的通路布線連接的半導體多層布線的形成方法，其特征在于，在該形成方法中，具有下述的工序在上述下層布線層上層疊至少由低介電層構成的上述層間絕緣層的層間絕緣層形成工序；在上述層間絕緣層上形成光刻膠層，圖形曝光之后進行顯影處理，形成光刻膠圖形，以該光刻膠圖形為掩模進行蝕刻，在上述層間絕緣層上形成第1蝕刻空間的第1蝕刻空間形成工序；通過在上述層間絕緣層上涂布至少以旋壓玻璃材料為主成分的填埋材料，向上述第1蝕刻空間埋入上述填埋材料的填埋工序；在形成于上述層間絕緣層上的填埋材料層之上形成可通過干法蝕刻來加工的防反射膜的防反射膜形成工序；在上述防反射膜上形成光刻膠層，向該光刻膠層照射圖形光，利用堿性顯影液顯影，形成光刻膠圖形的光刻膠圖形形成工序；以上述光刻膠圖形為掩模，通過干法蝕刻來加工上述防反射膜的暴露部分的防反射膜加工工序；以上述光刻膠圖形為掩模進行蝕刻，將上述第1蝕刻空間的上部的上述層間絕緣層去除成為所預定的圖形，形成與上述第1蝕刻空間連通的第2蝕刻空間的同時，去除上述第1蝕刻空間內(nèi)的填埋材料的第2蝕刻空間形成及填埋材料去除工序；同時地用導體材料填埋上述第1蝕刻空間和第2蝕刻空間，并同時地形成上述通路布線和上層布線層的布線一次性形成工序。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，上述旋壓玻璃材料是使選自(A)Si(OR1)a(OR2)b(OR3)c(OR4)d(式中，R1、R2、R3、及R4分別獨立地為C1～4的烷基或苯基，a、b、c、及d為0≤a≤4、0≤b≤4、0≤c≤4、0≤d≤4，且滿足a+b+c+d＝4的條件的整數(shù))表示的化合物、(B)R5Si(OR6)e(OR7)f(OR8)g(式中，R5是氫原子或C1～4的烷基，R6、R7、及R8分別為C1～3的烷基或苯基，e、f、及g為0≤e≤3、0≤f≤3、0≤g≤3，且滿足e+f+g＝3的條件的整數(shù))表示的化合物、以及(C)R9R10Si(OR11)h(OR12)i(式中，R9及R10是氫原子或C1～4的烷基，R11及R12分別為C1～3的烷基或苯基，h及i為0≤h≤2、0≤i≤2，且滿足h+i＝2的條件的整數(shù))表示的化合物中的至少1種化合物水解而得到的材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，在由至少具有甲基的Si系材料形成上述低介電層的同時，制備上述旋壓玻璃材料并使上述化合物(B)和上述化合物(C)的總含量比率達到50％或50％以上。
4.根據(jù)權利要求3所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，作為上述Si系材料使用羥基倍半硅氧烷系材料，制備上述旋壓玻璃材料并使上述R5為氫原子的化合物(B)的含量比率達到50％或50％以上。
5.根據(jù)權利要求1所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，上述旋壓玻璃材料采用有機溶劑溶解，該有機溶劑是將多元醇的羥基進行了烷基醚化的多元醇醚類。
6.根據(jù)權利要求1所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，由樹脂組合物構成上述防反射膜，所述樹脂組合物含有至少具有通過外加預定的能量使得末端基團脫離從而產(chǎn)生磺酸殘基的取代基的樹脂成分和溶劑。
7.根據(jù)權利要求6所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，上述樹脂成分至少具有用下述通式(1)表示的重復單元， (式中，n表示1或1以上的整數(shù)，X是碳原子數(shù)1-10的直鏈或支鏈狀的烷基鏈、芳香性或脂環(huán)性的環(huán)狀烷基鏈、烷基酯鏈，Y是外加預定的能量后產(chǎn)生磺酸殘基的取代基)。
8.根據(jù)權利要求1所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，由樹脂組合物構成上述防反射膜，所述樹脂組合物含有聚鈦氧烷及聚硅氧烷的混合物或它們的共聚物。
9.根據(jù)權利要求1所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，在上述第2蝕刻空間形成工序之后還進一步有利用剝離液去除殘留在上述第1蝕刻空間的填埋材料的填埋材料去除工序。
10.一種半導體多層布線形成方法，該方法是在半導體襯底上形成的下層布線層、和在其上面通過層間絕緣層形成的上層布線層通過上下貫通上述層間絕緣層的通路布線連接的半導體多層布線的形成方法，其特征在于，在該形成方法中，具有下述的工序在上述下層布線層上層疊至少由低介電層構成的上述層間絕緣層的層間絕緣層形成工序；在上述層間絕緣層上形成光刻膠層，圖形曝光之后進行顯影處理，形成光刻膠圖形，以該光刻膠圖形為掩模進行蝕刻，在上述層間絕緣層上形成第1蝕刻空間的第1蝕刻空間形成工序；通過在上述層間絕緣層上涂布至少以旋壓玻璃材料為主成分的填埋材料，向上述第1蝕刻空間填埋上述填埋材料的填埋工序；在形成于上述層間絕緣層上的填埋材料層上形成顯影液可溶性防反射膜的防反射膜形成工序；在上述顯影液可溶性防反射膜上形成光刻膠層的光刻膠形成工序；向上述光刻膠層照射圖形光，利用堿性顯影液進行上述光刻膠層的顯影的同時，去除因顯影而殘存的未被光刻膠圖形覆蓋的上述防反射膜的暴露部分的抗蝕劑顯影及防反射膜去除工序；以上述光刻膠圖形為掩模進行蝕刻，將上述第1蝕刻空間的上部的上述層間絕緣層去除成為所預定的圖形，形成與上述第1蝕刻空間連通的第2蝕刻空間的同時，去除上述第1蝕刻空間內(nèi)的填埋材料的第2蝕刻空間形成及填埋材料去除工序；同時地用導體材料填埋上述第1蝕刻空間和第2蝕刻空間，并同時地形成上述通路布線和上層布線層的布線一次性形成工序。
11.根據(jù)權利要求10所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，上述旋壓玻璃材料是使選自(A)Si(OR1)a(OR2)b(OR3)c(OR4)d(式中，R1、R2、R3、及R4分別獨立地為C1～4的烷基或苯基，a、b、c、及d為0≤a≤4、0≤b≤4、0≤c≤4、0≤d≤4，且滿足a+b+c+d＝4的條件的整數(shù))表示的化合物、(B)R5Si(OR6)e(OR7)f(OR8)g(式中，R5是氫原子或C1～4的烷基，R6、R7、及R8分別為C1～3的烷基或苯基，e、f、及g為0≤e≤3、0≤f≤3、0≤g≤3，且滿足e+f+g＝3的條件的整數(shù))表示的化合物、以及(C)R9R10Si(OR11)h(OR12)i(式中，R9及R10是氫原子或C1～4的烷基，R11及R12分別為C1～3的烷基或苯基，h及i為0≤h≤2、0≤i≤2，且滿足h+i＝2的條件的整數(shù))表示的化合物中的至少1種化合物水解而得到的材料。
12.根據(jù)權利要求11所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，在由至少具有甲基的Si系材料形成上述低介電層的同時，制備上述旋壓玻璃材料并使上述化合物(B)和上述化合物(C)的總含量比率達到50％或50％以上。
13.根據(jù)權利要求12所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，作為上述Si系材料使用羥基倍半硅氧烷系材料，制備上述旋壓玻璃材料并使上述R5為氫原子的化合物(B)的含量比率達到50％或50％以上。
14.根據(jù)權利要求10所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，上述旋壓玻璃材料采用有機溶劑溶解，該有機溶劑是將多元醇的羥基進行了烷基醚化的多元醇醚類。
15.根據(jù)權利要求10所述的半導體多層布線形成方法，其特征在于，在上述第2蝕刻空間形成工序之后還進一步有利用剝離液去除殘留在上述第1蝕刻空間的填埋材料的填埋材料去除工序。
全文摘要
一種通過采用導體材料埋入形成于層間絕緣層的第1蝕刻空間和與之連通的第2蝕刻空間，來形成多層布線結構的使用了雙重鑲嵌工藝的布線形成方法，在該形成方法中，不使構成層間絕緣層的低介電層劣化并能削減工序數(shù)，同時提高工序管理的自由度。因此，為了保護下層布線層不受用于形成第2蝕刻空間形成用的光刻膠圖形的曝光光的影響，作為填充到第1蝕刻空間內(nèi)的材料，使用不會損傷層間絕緣層且利用剝離液能夠容易地去除的以旋壓玻璃材料為主成分的填埋材料，同時在該填埋材料中不添加用于吸收曝光光的吸光材料，而是在填埋材料層的上面形成可通過干法蝕刻來加工的防反射膜、或形成顯影液可溶性的防反射膜。
文檔編號H01L21/3213GK1717797SQ200380104369
公開日2006年1月4日 申請日期2003年11月27日 優(yōu)先權日2002年11月27日
發(fā)明者萩原嘉男, 田中健 申請人:東京応化工業(yè)株式會社