JP2000040739A

JP2000040739A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000040739A
Application number: JP10207742A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanaka; 裕之田中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】膜のパターニング工程を含む半導体装置の製造
方法に関し、光透過性の膜をパターニングの際の工程を
減らすこと。【解決手段】露光光に対する複素屈折率の虚部の絶対値
が０．１以上の反射防止兼エッチングストップ絶縁膜７
を下地層６の上に形成し、反射防止兼エッチングストッ
プ絶縁膜７の上に反射防止兼エッチングストップ絶縁膜
７とは異なる材料よりなる光透過性絶縁膜８を形成し、
光透過性絶縁膜８の上にレジスト９を塗布し、レジスト
９を露光し、レジスト９を現像してレジストパターンを
形成し、レジストパターンをマスクに使用して光透過性
絶縁膜８を選択的にエッチングして反射防止兼エッチン
グストップ絶縁膜７の一部を露出するパターンを形成
し、さらに、レジストパターンをマスクに使用して反射
防止兼エッチングストップ絶縁膜７をエッチングして下
地層６の一部を露出させる工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、より詳しくは、膜のパターニング工程を含
む半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路（ＬＳＩ）の製造におい
ては、フォトリソグラフィー技術を用いて膜をパターニ
ングする工程を含んでいる。フォトリソグラフィー技術
は、レジストパターンに覆われない部分をエッチングす
ることにより所望のパターンを形成するものである。

【０００３】レジストパターンは、レジストを露光し、
現像することによって得られるが、その露光の際には露
光光の反射がパターン精度を低下するという問題があ
る。また、パターニングしようとする膜の膜厚分布が不
均一な場合には、過剰エッチングによってエッチング残
の発生を防止している。しかし、過剰なエッチングは、
膜の下地にダメージを与える。

【０００４】そのような露光精度の低下を防止し、下地
のエッチングダメージを防止するために、以下に述べる
ような工程が採用されている。まず、図１(a) に示すよ
うに、半導体基板101 の上に下地絶縁膜102 、配線103
、エッチングストップ膜104 、層間絶縁膜105 を順に
形成した後に、層間絶縁膜105 の上に反射防止膜106 を
形成し、さらに反射防止膜106 の上にレジスト107 を塗
布する。このような状態でレジスト107 を露光すると、
レジスト107 を透過した光の反射が反射防止膜106 によ
って抑制される。その反射防止膜106 の材料として有機
材料と無機材料がある。

【０００５】レジスト107 の露光を終えた後に、レジス
ト107 を現像すると、図１(b) に示すような窓108 がレ
ジスト107 に形成される。そして、図１(c) に示すよう
に、レジスト107 の窓108 を通して反射防止膜106 とそ
の下の層間絶縁膜105 を選択的にエッチングしてホール
109 を形成する。層間絶縁膜105 のエッチングの際に
は、その下のエッチングストップ膜104 をエッチングし
ない条件とすることにより、エッチングが配線103 にダ
メージを与えることがなくなる。

【０００６】層間絶縁膜105 のエッチングを終えた後
に、図２(a) に示すように、ホール109 に重なる部分の
エッチングストップ膜104 を選択的にエッチングしてホ
ール109 をさらに深くして配線103 の一部を露出させ
る。なお、エッチングストップ膜104 を薄く形成してお
けば、エッチングストップ膜104 はどこの位置でもほぼ
均一にエッチングが進むことになるので、半導体基板10
1 にダメージを与えるような過剰なエッチングは要求さ
れない。

【０００７】ホール109 によって配線103 の一部を露出
した後に、図２(b) に示すように、レジスト107 と反射
防止膜106 を除去する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな方法では、反射防止膜とエッチングストップ層につ
いて成膜工程が増えてしまう。また、層間絶縁膜の上面
を露出させるために、反射防止膜を除去する工程がさら
に必要となる。これに対して、反射防止膜105 を有機材
料から構成すると、レジスト106 の除去と反射防止膜10
5 の除去を同時に行えるが、有機材料からなる反射防止
膜105 をベークする工程が余分に必要となる。

【０００９】本発明の目的は、光透過性の膜をパターニ
ングの際の工程を減らすことができる半導体装置の製造
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図３〜
図６に例示するように、露光光に対する複素屈折率の虚
部の絶対値が０．１以上となる反射防止兼エッチングス
トップ絶縁膜７を下地層６の上に形成する工程と、前記
反射防止兼エッチングストップ絶縁膜７の上に前記前記
反射防止兼エッチングストップ絶縁膜７とは異なる材料
よりなる光透過性絶縁膜８を形成する工程と、前記光透
過性絶縁膜８の上にレジスト９を塗布する工程と、前記
レジスト９を露光する工程と、前記レジスト９を現像し
てレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパ
ターンをマスクに使用して前記光透過性絶縁膜８を選択
的にエッチングして前記反射防止兼エッチングストップ
絶縁膜７の一部を露出するパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクに使用して前記反射防止
兼エッチングストップ絶縁膜７をエッチングして前記下
地層６の一部を露出させる工程とを有することを特徴と
する半導体装置の製造方法によって解決する。

【００１１】上記した半導体装置の製造方法において、
前記光透過性膜はシリコン酸化膜であること特徴とす
る。上記した半導体装置の製造方法において、前記光透
過性絶縁膜５を形成した後に、前記光透過性絶縁膜５の
表面を化学的・機械的研磨法によって平坦にする工程を
さらに含むことを特徴とする。

【００１２】上記した半導体装置の製造方法において、
前記反射防止兼エッチングストップ絶縁膜７は、窒化シ
リコン又は窒化酸化シリコンよりなることを特徴とす
る。上記した半導体装置の製造方法において、前記光透
過性絶縁膜８、５の形成は２回以上の成膜工程からな
り、前記２回以上の成膜工程の間には、前記反射防止膜
兼エッチングストップ膜７に覆われる導電膜のパターン
６を形成する工程が含まれることを特徴とする。

【００１３】上記した半導体装置の製造方法において、
前記反射防止兼エッチングストップ膜７は、半透明膜又
は光吸収膜であることを特徴とする。上記した半導体装
置の製造方法において、前記反射防止膜７の下には導電
パターン６が形成されていることを特徴とする。次に、
本発明の作用について説明する。

【００１４】本発明によれば、シリコン酸化膜のような
光透過性膜をパターニングする際にその光透過性膜と下
地膜の間に反射防止兼エッチングストップ絶縁膜を形成
するようにしている。これにより、光透過性膜の上に塗
布されたレジストを露光する際に、光透過性膜を透過し
た露光光が反射によって再びレジストに戻ることが抑制
され、露光により形成するレジストの潜像の精度が向上
して現像により得られるレジストのパターン欠陥が防止
される。

【００１５】しかも、レジストのパターンをマスクに使
用して光透過性膜をエッチングする際に、反射防止兼エ
ッチングストップ絶縁膜によってエッチングを停止させ
るので、光透過性膜の下方の下地膜がエッチングによっ
てダメージを受けることが防止される。このように、反
射防止兼エッチングストップ絶縁膜によって、反射防止
膜とエッチングストップ膜を別々に形成する必要がなく
なり、成膜工程を減らすことができる。しかも、反射防
止兼エッチングストップ絶縁膜は、パターニング対象と
なる光透過性膜の上に形成されないので、除去する必要
がなくなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施の形
態を図面に基づいて説明する。以下に説明する実施形態
では、層間絶縁膜の膜厚のバラツキによるエッチングの
深さの相違を分かり易くするために下側配線の上に形成
するビアホールと上側配線の上に形成するビアホールを
同じ工程で形成しているが、それらのビアホールは別々
の工程で形成してもよい。

【００１７】図３〜図６は、本発明の一実施形態を示す
断面図である。まず、図３(a) に示す状態になるまでの
工程を説明する。シリコン基板１の上には、SiO₂よりな
る絶縁膜２を介してタングステンシリサイドよりなる膜
厚２００nmの一層目配線３が形成され、また一層目配線
３と絶縁膜２は、第一の反射防止兼エッチングストップ
絶縁膜４によって覆われている。

【００１８】第一の反射防止兼エッチングストップ絶縁
膜４の上には膜厚４００nmの第一の層間絶縁膜（光透過
性絶縁膜）５と膜厚２００nm程度の二層目配線６が形成
されている。その二層目配線６の上には第二の反射防止
兼エッチングストップ絶縁膜７が形成されている。一層
目配線３と第一の反射防止兼エッチングストップ絶縁膜
７は、同じレジストパターン（不図示）を用いて連続的
にフォトリソグラフィーにより配線形状にパターニング
されている。これと同様に、二層目配線６と第二の反射
防止兼エッチングストップ絶縁膜７も連続的に配線形状
にパターニングされている。

【００１９】第一の層間絶縁膜５、二層目配線６及び第
二の反射防止兼エッチングストップ絶縁膜７は、膜厚４
００nmの第二の層間絶縁膜（光透過性絶縁膜）８によっ
て覆われている。なお、一層目配線３又は二層目配線６
は、アルミニウムのような金属から構成されている。第
一及び第二の反射防止兼エッチングストップ絶縁膜４，
７は例えば窒化シリコンのような無機材料から形成され
ている。また、第一の層間絶縁膜５と第二の層間絶縁膜
７は、ＰＳＧ（phospho-silicate glass) 、ＢＰＳＧ(b
oro-phospho-silicate glass) 、ＢＳＧ(boro-silicate
glass) のような不純物を含む二酸化シリコンか、或い
は実質的に不純物を含まない二酸化シリコンなどから構
成されている。

【００２０】第二の層間絶縁膜８の表面は、その下方の
第一及び第二の配線３，６の形状の影響を受けて凹凸が
生じている。その凹凸の段差が大きい場合には、第二の
層間絶縁膜８の上に形成される配線（不図示）に断線が
生じるので好ましくない。そのような凹凸を無くすため
に、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing)技術を用
いて第二の層間絶縁膜８の上面を図３(b) に示すように
平坦化する。

【００２１】次に、図３(c) に示すように、第二の層間
絶縁膜８の上にレジスト９を塗布する。そのレジスト９
の材料として、例えば東京応化工業株式会社の商品名Ｔ
ＤＵＲ−Ｐ００９を使用する。このレジストはポジ型で
ある。次に、図４(a) に示すように、露光装置、例えば
ニコン株式会社の商品名ＮＳＲ２２０５ＥＸ１２Ｂを用
いてレジスト９を露光する。その露光によるレジストの
光照射位置は、第一の配線３の上方と第二の配線６の上
方にあるホール形成部分である。

【００２２】そして、レジスト９に照射された光は、レ
ジスト９によって一部が吸収される。さらに、レジスト
９と第一及び第二の層間絶縁膜５、８を透過した光は、
それらの下方に存在する第一及び第二の反射防止兼エッ
チングストップ絶縁膜４、７では反射されない。これ
は、反射防止兼エッチングストップ絶縁膜４、７の上面
から入射する光とその下面で反射される光との相互干渉
によって相殺されてレジスト９への反射光量が減少する
からである。

【００２３】その反射防止の条件は、露光光の波長、反
射防止兼エッチングストップ膜４、７の構成材料とその
膜厚などの値によって異なってくる。従って、レジスト
９を透過した光は、レジスト９には殆ど戻らないことに
なるので、図４(b) に示すように、精度の高い潜像パタ
ーン９ａ，９ｂがレジスト９に形成されることになる。

【００２４】次に、現像液を用いてレジスト９を現像す
ると、潜像９ａ，９ｂが除去されてレジスト９には図５
(a) に示すような窓９ｃ，９ｄが形成される。続いて、
図５(b)に示すように、C₄F₈ガスを用いるプラズマエッ
チングによって窓９ｄ，９ｄから露出する第一及び第二
の層間絶縁膜５、８をエッチングする。このエッチング
の際に使用するC₄F₈ガスによれば、窒化膜よりなる反射
防止兼エッチングストップ膜４、７のエッチングレート
は極めて小さい。

【００２５】したがって、そのエッチングが進行する過
程において最初に二層目配線６上の第二の反射防止兼エ
ッチングストップ絶縁膜７が露出した段階でその部分で
のエッチングが実質的に停止する。さらに一層目配線３
上方では第一及び第二の層間絶縁膜５、８がエッチング
されて第一の反射防止兼エッチングストップ膜４が露出
し、この段階でエッチングが実質的に停止する。

【００２６】次に、図６(a) に示すように、プラズマエ
ッチング法によって窓９ｃ，９ｄから露出した反射防止
兼エッチングストップ絶縁膜４，７を部分的に除去する
と、一方の窓９ｃの下には一層目配線３を露出する第一
のビアホール１０ａが形成され、他方の窓９ｄの下には
二層目配線６を露出する第二のビアホール１０ｂが形成
される。この場合、エッチングガスとしてCF₄を含むガ
スを使用する。

【００２７】さらに、図６(b) に示すようにレジスト９
を除去する。その後に、第一のビアホール１０ａ及び第
二のビアホール１０ｂに金属を埋め込み、続いて、第二
の層間絶縁膜８の上の金属を研磨により除去することに
よって第一のビアホール１０ａと第二のビアホール１０
ｂのそれぞれには図６(c) に示すような埋込プラグ１１
ａ，１１ｂが形成される。

【００２８】この後に、特に図示しないが、第二の層間
絶縁膜８上への配線の形成工程に移る。以上のような工
程では、露光の際に使用する反射防止膜とエッチングの
際に使用するエッチングストップ層を別々に形成せず
に、それらの機能を兼ね備えた膜（５、８）を１層だけ
形成しているので、図１〜図２に示す従来の工程に比べ
て成膜工程の短縮化が図られる。

【００２９】ところで、上記した反射防止兼エッチング
ストプ膜４、７は、例えば半透明膜又は光吸収膜を用い
る。半透明膜としては、複素屈折率の虚部ｋの絶対値、
即ち吸光係数（消衰係数ともいう）が０．１以上あるこ
とが好ましく、例えばSiN 膜、SiON膜などがある。半透
明膜としてSiN 膜を使用する場合には、例えば図７に示
すように、反射率が膜厚によって変化する。ただし、図
７は、露光光としてｉ線を使用し、下地の配線としてア
ルミニウム膜を使用する場合の特性を示している。

【００３０】なお、図７に示すような反射率は、反射防
止兼エッチングストップ膜４、７の下地（配線）の光学
特性の影響を受けるので、反射防止兼エッチングストッ
プ膜４、７の膜厚はその材料と露光光の波長によっての
み決まるものではない。例えば、配線がタングステンシ
リサイドから構成されている場合には、窒化シリコン膜
の膜厚ｔを２９nm、屈折率ｎを２．２５、絶対値ｋを
０．４とするのが好ましい。また、配線がタングステン
から構成されている場合には、窒化シリコン膜の膜厚ｔ
を３０nm、屈折率ｎを２．６、絶対値ｋを０．４１とす
るのが好ましい。

【００３１】また、反射防止兼エッチングストップ絶縁
膜４、７としてSiN膜又はSiON膜を使用すると、酸化シ
リコンを主成分とする層間絶縁膜のエッチャントに対し
てエッチングレートを極めて小さくすることが可能であ
る。即ち、反射防止兼エッチングストップ絶縁膜４，７
に対して層間絶縁膜５，８の選択エッチングが可能であ
る。しかし、SiON膜に対するシリコン酸化膜のエッチン
グ選択比は小さいので、反射防止兼エッチングストップ
絶縁膜４、７としてSiON膜を使用するよりもSiN 膜を使
用するのが好ましい。

【００３２】また、SiON膜をＣＶＤにより形成する場合
には、モノシラン（SiH₄）と酸化窒素（N₂O）の混合ガ
スに希釈ガスとしてヘリウムを加えられ成長ガスを使用
する場合には、SiH₄の流量を多くすると、吸光係数ｋが
増大する。具体的には、N₂Oに対するSiH₄の流量比を
０．８以上とすることが好ましい。なお、上記した実施
形態では、反射防止兼エッチングストップ膜を配線の上
に形成しているが、半導体基板、その他の膜の上に直に
形成する場合もある。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、シリ
コン酸化膜のような光透過性膜をパターニングする際に
その光透過性膜と下地膜の間に反射防止兼エッチングス
トップ絶縁膜を形成するようにしている。これにより、
光透過性膜の上に塗布されたレジストを露光する際に、
光透過性膜を透過した露光光が反射によって再びレジス
トに戻ることを抑制でき、レジストのパターン精度を向
上できる。しかも、レジストのパターンをマスクに使用
して光透過性膜をエッチングする際に、反射防止兼エッ
チングストップ絶縁膜によってエッチングが停止するの
で、光透過性膜の下方の下地膜をエッチングによるダメ
ージから防御することができる。

【００３４】このように、反射防止兼エッチングストッ
プ絶縁膜によって、反射防止膜とエッチングストップ膜
を別々に形成する必要がなくなり、成膜工程を減らすこ
とができ、しかも、反射防止兼エッチングストップ絶縁
膜は、光透過性膜の上に位置することはないので、これ
を除去する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(a) 〜(c) は、従来の半導体装置の製造工
程における層間絶縁膜のパターニング工程を示す断面図
（その１）である。

【図２】図２(a),(b) は、従来の半導体装置の製造工程
における層間絶縁膜のパターニング工程を示す断面図
（その２）である。

【図３】図３(a) 〜(c) は、本発明の実施の形態を示す
半導体装置の製造工程における層間絶縁膜のパターニン
グ工程を示す断面図（その１）である。

【図４】図４(a),(b) は、本発明の実施の形態を示す半
導体装置の製造工程における層間絶縁膜のパターニング
工程を示す断面図（その２）である。

【図５】図５(a),(b) は、本発明の実施の形態を示す半
導体装置の製造工程における層間絶縁膜のパターニング
工程を示す断面図（その３）である。

【図６】図６(a) 〜(c) は、本発明の実施の形態を示す
半導体装置の製造工程における層間絶縁膜のパターニン
グ工程を示す断面図（その４）である。

【図７】図７は、本発明の実施の形態の半導体装置の製
造工程において使用される反射防止兼エッチングストッ
プ絶縁膜の膜厚と反射率との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…シリコン基板（半導体基板）、２…絶縁膜、３…一
層目配線、４，７…反射防止兼エッチングストップ絶縁
膜、５，８…層間絶縁膜（光透過性膜）、６…二層目配
線、９…レジスト、９ｃ，９ｄ…窓、１０ａ，１０ｂ…
ホール、１１ａ，１１ｂ…プラグ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光光に対する複素屈折率の虚部の絶対値
が０．１以上となる反射防止兼エッチングストップ絶縁
膜を下地層の上に形成する工程と、前記反射防止兼エッチングストップ絶縁膜の上に、前記
前記反射防止兼エッチングストップ絶縁膜とは異なる材
料よりなる光透過性膜を形成する工程と、前記光透過性膜の上にレジストを塗布する工程と、前記レジストを露光する工程と、前記レジストを現像してレジストパターンを形成する工
程と、前記レジストパターンをマスクに使用して前記光透過性
膜を選択的にエッチングして前記反射防止兼エッチング
ストップ絶縁膜の一部を露出するパターンを形成する工
程と、前記レジストパターンをマスクに使用して前記反射防止
兼エッチングストップ絶縁膜をエッチングして前記下地
層の一部を露出させる工程とを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記光透過性膜は、シリコン酸化膜である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項３】前記光透過性膜を形成した後に、前記光透
過性膜の表面を化学的・機械的研磨法によって平坦にす
る工程をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求
項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記反射防止兼エッチングストップ絶縁膜
は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンよりなることを
特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項５】前記光透過性膜の形成は２回以上の成膜工
程からなり、前記２回以上の成膜工程の間には、前記反射防止膜兼エ
ッチングストップ膜に覆われる導電膜のパターンを形成
する工程が含まれることを特徴とする請求項１又は請求
項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記反射防止兼エッチングストップ膜は、
半透明膜又は光吸収膜であることを特徴とする請求項１
又は請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記反射防止膜の下には導電パターンが形
成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記
載の半導体装置の製造方法。