JP2001028392A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001028392A JP11200129A JP20012999A JP2001028392A JP 2001028392 A JP2001028392 A JP 2001028392A JP 11200129 A JP11200129 A JP 11200129A JP 20012999 A JP20012999 A JP 20012999A JP 2001028392 A JP2001028392 A JP 2001028392A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビアホール形成用のエッチング工程で導電性
線路を保護するための絶縁性側壁を確実に形成し、層間
絶縁層の厚さのバラツキを大幅に低減する。 【解決手段】 導電性線路12とSiO2保護層13を
含む積層構造の下位配線30上に、Si34層15とS
iO2層16を形成し、その後、SiO2保護層13が露
出するまでそれらの層15と16をCMP法で研磨す
る。保護層13をエッチングして導電性線路12に達す
るビアホール20を自己整合的に形成する際に、下位配
線30の両側面に沿って延在するSi34層15の部分
15aと15bを、導電性線路12の保護用の側壁とし
て使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、さらに言えば、層間絶縁層のビアホールや
コンタクトホールを対応する導電体パターンに対して自
己整合的に形成できる半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、大規模集積回路(Large-Scale In
tegrated Circuit、LSI)の集積度はますます高くな
っており、それに伴って集積されるトランジスタなどの
電子素子のサイズだけでなく、各配線層に含まれる導電
性線路の配列ピッチもいっそうの縮小が求められてい
る。このため、ある配線層の導電性線路をその上方にあ
る他の配線層の導電性線路と電気的に接続するのに使用
されるビアホール(Via Hole)またはコンタクトホール
(Contact Hole)(本明細書では、両者を含めて「ビア
ホール」と称する)のレイアウトを設計する際に、それ
ら導電性線路の所定の箇所に重ねて形成されるビアホー
ルのマージン(重ね合わせ余裕)を、当該LSIの製造
装置の持つパターン間の重ね合わせ精度以下に設定する
ことが必要となっている。
【0003】例えば、図8に示すように、導電性線路1
51の一端部の近傍に正方形のビアホール152を重ね
て配置する場合、導電性線路151の幅方向の二つの縁
151a、151bとビアホール152の対応する二つ
の縁152a、152bとの距離(すなわち、重ね合わ
せマージン)がいずれもMであるとすると、使用するL
SI製造装置の持つパターン間の重ね合わせ精度がAで
あれば、重ね合わせマージンMを重ね合わせ精度A以下
に設定する、すなわち、M≦Aとなるように設定する必
要がある。
【0004】しかし、重ね合わせマージンMが重ね合わ
せ精度A以下に設定されると、実際の製造工程では、マ
スクパターン間の重ね合わせ誤差の累積に起因して、ビ
アホール152の一部が導電性線路151から外れると
いう状態が生じやすい。この点について図9を参照しな
がら説明する。
【0005】図9では、半導体基板161の表面に絶縁
層161aが形成され、その絶縁層161aの上に導電
性線路151が形成されている。そして、絶縁層161
aの上にさらに厚い層間絶縁層162が形成され、導電
性線路151を覆っている。層間絶縁層162は、導電
性線路151にまで達するビアホール152を有してい
る。設計では、図8に示すように、ビアホール152は
導電性線路151の幅の中央に位置するようになってい
るが、図9では、マスクパターン間の重ね合わせ誤差の
累積により所望の位置から大きくずれており、ビアホー
ル152の一部は導電性線路151から外れてしまって
いる。そして、その導電性線路151から外れた箇所で
は、導電性線路151の角部および側面と、その下の絶
縁層161aが露出している。
【0006】ビアホール152は、通常、所定パターン
を持つレジスト膜(図示せず)を用いて層間絶縁層16
2を選択的にドライエッチングして形成される。このた
め、図9のようにビアホール152の位置がずれると、
ビアホール152を形成するために層間絶縁層163を
ドライエッチングする工程で、導電性線路151は、そ
の上面だけでなく露出した角部と側面もエッチングガス
に晒される。このため、当該ドライエッチング工程で不
可避的に生じる導電性線路151のエッチング量が予定
量よりも多くなり、エッチング残渣が除去しきれないほ
ど大量に発生する。その結果、ビアホール152の形成
工程の歩留まりが低下するという問題が生じる。また、
エッチングガスによって導電性線路151の角部が欠け
てしまってその電気抵抗が所望値より上昇するという問
題も生じる。
【0007】そこで、このような問題を避けるために、
従来より、ビアホール152を導電性線路151に対し
て自己整合的に形成する方法が提案されている。その一
例を図5と図6を用いて説明する。この方法は、特開平
8−153796号公報に開示されたものである。
【0008】まず最初に、図5(a)に示すように、ト
ランジスタなどの必要な電子素子が形成された半導体基
板121の表面に絶縁層121aを形成し、その後、そ
の絶縁層121aの上に導電層と二酸化シリコン(Si
2)層(図示せず)を順に形成する。そして、それら
二つの層を同じレジストマスクを用いてパターン化し、
導電性線路122とその上面を覆うSiO2保護層12
3を形成する。導電性線路122とSiO2保護層12
3は、二層構造の下位配線130を構成する。この時の
状態は図5(a)の通りである。
【0009】次に、基板121の全面を覆う酸窒化シリ
コン(SiON)層(図示せず)を形成してからそれを
エッチバックし、図5(b)に示すように、配線層13
0の導電性線路122とSiO2保護層123の両側に
一対のSiON側壁124aと124bを形成する。
【0010】続いて、図5(c)に示すように、層間絶
縁層として厚いSiO2層125を基板121の全面に
形成する。その後、SiO2層125の表面を平坦化し
てからレジストマスクを用いて選択的にドライエッチン
グを行い、SiO2層125の所定箇所を貫通するビア
ホール127を形成する。このドライエッチングで配線
層130のSiO2保護層123も除去されるので、ビ
アホール127の内部では導電性線路122が露出す
る。
【0011】SiO2層125のドライエッチング工程
において、SiO2のエッチレートに対してSiONの
それは十分低いので、SiON側壁124aと124b
はほとんどエッチングされないでそのまま残る。このた
め、マスクパターン間の重ね合わせ誤差の累積により、
ビアホール127の位置が所望位置からずれてその一部
が導電性線路122から外れても、導電性線路122の
角部と側面はSiON側壁124aと124bによって
保護され、導電性線路122の角部と側面がエッチング
ガスに晒されることがない。よって、ビアホール127
の形成工程の歩留まりの低下や導電性線路122の角部
の欠けに起因する電気抵抗の上昇といった上記問題が回
避できる。
【0012】その後、図6に示すように、公知の方法に
より、SiO2層125のビアホール127をタングス
テン(W)プラグ123で充填し、さらにSiO2層1
25の上に所定パターンを持つ上位配線131を形成す
る。Wプラグ123には、上位配線131の導電性線路
126が接触する。こうして、Wプラグ123を介し
て、上位配線131の導電性線路126が下位配線13
0の導電性線路122に電気的に接続される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】図5と図6に示す従来
の半導体装置の製造方法では、理論的には上述した問題
を解決できるが、実際の工程では必ずしも解決できな
い。すなわち、下位配線130の導電性線路122とそ
の上のSiO2保護層123を形成するエッチング工程
では、それらの側面は図5(a)のような垂直にはなら
ず、実際には図7(a)に示すようなテーパ状に形成さ
れる(理解を容易にするため、図7(a)ではテーパを
誇張して描いている)。このような状態で、基板121
の全面を覆うように形成したSiON層124をエッチ
バックすると、エッチング作用を持つ活性粒子132は
図7(b)に示すように作用するため、図7(c)に示
すように、SiON層124の導電性線路122とSi
2層123の積層体の両側にある部分もエッチングさ
れてしまい、一対のSiON側壁124aと124bの
厚さは非常に小さくなってしまう(理解を容易にするた
め、図7(c)では誇張して極めて薄く描いている)。
このような薄い側壁124aと124bでは、それらの
本来の保護機能が働かないので、図9に示したのと同じ
状態が発生する恐れが大である。
【0014】また、近年、層間絶縁層の表面を平坦化す
る技術として、化学・機械的研磨(Chemical Mechanica
l Polishing、CMP)技術が使用されている。これ
は、この技術には層間絶縁層の表面の平坦化が確実に且
つ効率的に行えるという利点があるからである。CMP
技術は適当な研磨装置を用いるものであり、研磨用スラ
リーを供給しながら、研磨パッドを半導体基板(ウエ
ハ)の表面に押し付けた状態で半導体基板と研磨パッド
の双方を回転させることによって、その半導体基板の表
面を研磨する技術である。
【0015】しかし、CMP技術には、研磨レートの安
定性が十分でなく、所望厚さの層間絶縁層を得るために
は使用する研磨装置の状態に応じて研磨時間を調整しな
ければならない、という問題がある。また、研磨レート
が、半導体基板上の各チップ領域の配線パターンや研磨
装置の状態に応じて半導体基板の面内でもばらつく、と
いう問題もある。
【0016】よって、一般的に、CMP技術を用いて所
望厚さの層間絶縁層を確実に得ることは極めて困難であ
り、何らかの方策を用いて層間絶縁層の厚さを制御する
必要がある。特に、近年の回路の集積度がきわめて高い
半導体装置では、層間絶縁層の厚さのバラツキは半導体
装置の動作速度に影響を与えるので、CMP技術を用い
た層間絶縁層の平坦化工程では、その層間絶縁層の厚さ
を精密に制御する方策が必須である。
【0017】そこで、本発明の目的は、導電性線路とそ
の上に重ねられた絶縁体を含む積層構造の配線の両側
に、ビアホール形成用のエッチング工程においてその導
電性線路を保護するための絶縁性側壁を確実に形成でき
ると共に、層間絶縁層の厚さのバラツキを大幅に低減で
きる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】(1) 本発明の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に第1絶縁層を形成す
る工程と、導電性線路とその上に重ねられた絶縁体を含
む積層構造の第1配線を前記第1絶縁層の上に形成する
工程と、前記第1配線を覆う第2絶縁層を前記第1絶縁
層上に形成する工程と、層間絶縁層として機能する第3
絶縁層を前記第2絶縁層上に形成する工程と、CMP技
術を用いて前記第1配線の絶縁体が露出するまで前記第
3絶縁層と前記第2絶縁層とを研磨し、もって前記第3
絶縁層の表面と前記第1配線の絶縁体の表面とが同じ平
面内に含まれるようにすると共に、前記第1配線の両側
面と前記第1絶縁層の表面に沿って延在する前記第2絶
縁層の部分を残す工程と、研磨後に残った前記第3絶縁
層の上にビアホール用パターンを持つマスクを形成する
工程と、前記マスクを用いて前記第1配線の絶縁体を選
択的にエッチングし、前記第1配線の導電体に達するビ
アホールを形成する工程と、前記マスクを除去してか
ら、前記ビアホール中に導電性プラグを充填する工程
と、研磨後に残った前記第3絶縁層の上に、または前記
第3絶縁層の上に形成された第4絶縁層の上に第2配線
を形成し、前記導電性プラグを介して前記第2配線を前
記第1配線に電気的に接続する工程とを備え、前記第3
絶縁層と第2絶縁層の研磨工程における前記第2絶縁層
の研磨レートは、前記第3絶縁層の研磨レートより小さ
く、前記ビアホール形成用のエッチング工程における前
記第2絶縁層のエッチレートは、前記第1配線の絶縁体
のエッチレートより小さいことを特徴とする。
【0019】(2) 本発明の半導体装置の製造方法で
は、前記第1配線を覆う第2絶縁層を前記第1絶縁層上
に形成した後、層間絶縁層として機能する第3絶縁層を
前記第2絶縁層上に形成し、続いて、前記第1配線の絶
縁体が露出するまで、CMP技術によって前記第3絶縁
層と第2絶縁層とを研磨する。こうして、研磨後に前記
第3絶縁層の表面と前記第1配線の絶縁体の表面とが同
じ平面内に含まれるようにすると共に、前記第1配線の
両側面と前記第1絶縁層の表面に沿って延在する前記第
2絶縁層の部分を残す。また、前記ビアホール形成用の
エッチング工程における前記第2絶縁層のエッチレート
は、前記第1配線の絶縁体のエッチレートより小さい。
このため、前記ビアホール形成用のエッチング工程にお
いて、前記第1配線の両側面に沿って残された前記第2
絶縁層の部分を前記第1配線の導電性線路の保護用側壁
として機能させることができる。
【0020】このように、本発明の半導体装置の製造方
法では、従来方法で問題を引き起こしていたエッチバッ
ク法を使用せずに、CMP技術を使用して前記第2絶縁
層を前記第1配線の両側面に沿って残すので、前記第1
配線の導電性線路を保護するための絶縁性側壁を確実に
形成できる。
【0021】さらに、前記第3絶縁層と第2絶縁層の研
磨工程における前記第2絶縁層の研磨レートは、前記第
3絶縁層の研磨レートより小さいため、前記第2絶縁層
を路用して当該研磨工程の終点を検出できる。よって、
当該研磨工程の終点検出が確実に行え、その結果、層間
絶縁層として機能する前記第3絶縁層の厚さのバラツキ
を大幅に低減できる。
【0022】研磨後に残された前記第3絶縁層の部分の
表面は平坦化されているので、その上に形成された前記
第4絶縁層の厚さも均一となる。よって、前記第3絶縁
層の残った部分と前記第4絶縁層の厚さの和のバラツキ
も大幅に低減できる。
【0023】(3) 本発明の半導体装置の製造方法の
好ましい例では、前記第2配線が、研磨後に残った前記
第3絶縁層の上に直接形成され、前記ビアホール中に充
填された導電性プラグを介して前記第1配線に電気的に
接続される。
【0024】本発明の半導体装置の製造方法の他の好ま
しい例では、前記第2配線が、研磨後に残った前記第3
絶縁層の上に配置された前記第4絶縁層を介して形成さ
れ、また、前記ビアホールが前記第3絶縁層と前記第4
絶縁層を貫通しており、前記第2配線はそのビアホール
中に充填された前記導電性プラグを介して前記第1配線
に電気的に接続される。
【0025】本発明の半導体装置の製造方法のさらに他
の好ましい例では、前記第1配線の絶縁体の厚さDは、
次の条件を満たすように設定される。すなわち、前記第
3絶縁層が持つ面内の寸法バラツキ量と、前記研磨工程
を実行するための研磨装置が持つ面内の寸法バラツキ量
との和の最大値をXとし、当該研磨装置における前記第
2絶縁層と前記第3絶縁層の研磨レートをそれぞれY、
Zとすると、 D > X(Y/Z) なる不等式を満たすように設定される。
【0026】この例では、前記半導体基板(ウエハ)の
全体で研磨が終了する前に、いずれかの箇所において前
記第1配線の導電性線路が露出して研磨されてしまうの
を確実に防止できる利点がある。
【0027】本発明の半導体装置の製造方法のさらに他
の好ましい例では、前記第3絶縁層の前記第1配線の上
に位置する部分が、前記研磨工程の終点検出に利用され
る。この例では、製造条件の設定が容易になるという利
点がある。
【0028】本発明の半導体装置の製造方法のさらに他
の好ましい例では、前記第1配線の絶縁体と前記第3絶
縁層が酸化シリコンからなり、前記第2絶縁層が窒化シ
リコンからなる。この場合、本発明の利点が効果的に発
揮される。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について添付図面を参照しながら説明する。
【0030】(第1実施形態)図1〜図2は本発明の第
1実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す。
【0031】まず、図1(a)に示すように、内部にト
ランジスタなどの所定の電子素子が形成され且つ表面が
BPSG(BoroPhosphorSilicate Glass)層11aで覆
われた単結晶シリコン(Si)基板11を準備する。続
いて、そのBPSG層11aの上にアルミニウム(A
l)層12aを基板11の全体にわたって形成し、さら
にその上にSiO2層13aを基板11の全体にわたっ
て形成する。
【0032】BPSG層11aとAl層12aの間や、
Al層12aとSiO2層13aの間には、必要に応じ
てバリア層や防眩層などをそれぞれ形成してもよい。
【0033】その後、SiO2層13aの上に、通常の
フォトリソグラフィ法によりパターニングしたフォトレ
ジスト膜14を形成する。この時の状態は図1(a)に
示す通りである。
【0034】続いて、このフォトレジスト膜14をマス
クとして用いてエッチングを行い、Al層12aとSi
2層13aを同時にパターニングする。この時、フォ
トレジスト膜14をマスクとして用いて、Al層12a
とSiO2層13aを別の工程で連続してエッチングし
てもよいことはもちろんである。また、SiO2層13
aのエッチングの後にフォトレジスト膜14を除去し、
その後でSiO2層13aをマスクとしてAl層12a
をエッチングしてもよい。SiO2層13aをマスクと
する場合は、そのエッチング工程においてSiO2層1
3aの厚さが減少することを考慮し、SiO2層13a
の厚さを少し厚めに設定することが必要である。
【0035】Al層12aのパターニングによりBPS
G層11a上に導電性線路12が形成され、SiO2
13aのパターニングにより導電性線路12上に保護層
13が形成される。導電性線路12とその上に配置され
た保護層13からなる積層体は、下位配線30を構成す
る。下位配線30は、図1(b)とほぼ同じ断面形状で
紙面に垂直に延在している。
【0036】さらに、図1(c)に示すように、BPS
G層11aの上に、Si34層15を基板11の全体に
わたって形成し、第1配線30を覆う。Si34層15
は、第1配線30の導電性線路12の両側に絶縁性の側
壁を形成するのに使われる。Si34層15の表面に
は、第1配線30の断面形状に応じた凸部が形成され
る。Si34層15の厚さは、使用するステッパの重ね
合わせ精度以上に設定するが、ここでは200nmとす
る。
【0037】続いて、Si34層15の上にさらに、層
間絶縁層として機能するSiO2層16を基板11の全
体にわたって形成する。SiO2層16の厚さは十分大
きくする。すなわち、図1(c)に示すように、Si3
4層15の凸部以外の箇所において、BPSG層11
aの表面を基準としたSiO2層16の表面の高さが、
Si34層15の凸部におけるその表面の高さよりも高
くなるようにする。こうすることにより、後のCMP研
磨工程において第1配線30の保護層13が露出するま
でSiO2層16を研磨した時に、Si34層15の凸
部以外の箇所においてSi34層15上にSiO2層1
6を確実に残すことができる。
【0038】続いて、SiO2層16とSi34層15
をCMP技術を用いて研磨する。この研磨は、Si34
層15に対する研磨レートがSiO2層16のそれより
も低くなる研磨条件下で、第1配線30の保護層13が
露出するまで行う。こうして、図2(a)に示すよう
に、第1配線30上にあるSi34層15の部分が除去
される。また、それと同時に、第1配線30の保護層1
3の表面と、第1配線30の両側で露出せしめられたS
34層15の部分の表面と、SiO2層16の表面
は、いずれも平坦化され且つ同じ平面内に含まれる。
【0039】図2(a)に示す状態では、Si34層1
5の残った部分は、第1配線30の側面に沿って垂直方
向に延在すると共に、BPSG層11aの表面に沿って
水平方向に延在している。
【0040】研磨条件は、市販のSiO2研磨用のコロ
イダルシリカ系のスラリーを用いれば、研磨選択比(S
iO2層16の研磨レート/Si34層15の研磨レー
ト)を5程度に設定することは容易である。Si34
15は、研磨ストッパとして作用する。この研磨選択比
が5程度に設定されれば、研磨後の第1配線30のの厚
さのバラツキは約(1/5)にすることができる。ま
た、第1配線30のパターンの如何に依存せず、第1配
線30の両側にSi34層15を確実に残すことができ
る。
【0041】次に、CMP研磨後に残ったSiO2層1
6の上にビアホール形成用の窓17aを持つフォトレジ
スト膜17を形成する。そして、そのフォトレジスト膜
17をマスクとして第1配線30の保護層13を選択的
にドライエッチングし、図2(b)に示すように、第1
配線30の導電性線路12に達するビアホール20を形
成する。このドライエッチング工程は、Si34層15
に対するエッチレートがSiO2よりなる第1配線30
の保護層13のそれよりも低くなるエッチング条件下
で、第1配線30の導電性線路12が露出するまで行
う。
【0042】例えば、通常のCHF3−CF4系のエッチ
ングガスを用いたSiO2エッチングの条件では、5以
上のエッチング選択比(SiO2層16のエッチレート
/Si34層15のエッチレート)が容易に得られる。
【0043】重ね合わせ誤差の累積によって、フォトレ
ジスト膜17の窓17aが第1配線30の上に正確に重
ならず、図2(b)に示すように、第1配線30の幅方
向にずれた場合、研磨後に残ったSi34層15の第1
配線30の二つの側面に沿って延在する部分15aと1
5bに、窓17aが重なる。しかし、このような場合に
も、これらの部分15aと15bがエッチング作用から
第1配線30を保護するための絶縁性側壁の役目を果た
すので、下方にある導電性線路12やBPSG層11a
がエッチング作用を受けるのを防止できる。そして、ビ
アホール20は、導電性線路12に対して自己整合的に
形成される。
【0044】次に、フォトレジスト膜17を除去してか
ら、SiO2層16の上に通常の方法を用いてW層(図
示せず)を堆積させた後、これをエッチバックし、ビア
ホール20内にW層を埋め込む。こうして、図2(c)
に示すように、ビアホール20内にWプラグ18を充填
する。
【0045】さらに、SiO2層16の上に通常の方法
を用いてAl層19を形成した後、これを所定形状にパ
ターン化する。Al層19の底面は、Wプラグ18の上
端に接触している。こうして、SiO2層16の上に、
パターン化されたAl層19からなる上位配線31が形
成される。上位配線31は、Wプラグ18を介して下位
配線30に電気的に接続される。
【0046】なお、SiO2層13の厚さDは、次の条
件を満たすように設定する。すなわち、基板11の全体
においてSiO2層16が持つの面内の寸法バラツキ量
と、前記研磨工程を実行するための研磨装置が持つ基板
11の全体における面内の寸法バラツキ量との和の最大
値をXとし、当該研磨装置におけるSiO2層13とS
iO2層16の研磨レートをそれぞれY、Zとすると、 D > X(Y/Z) なる不等式を満たすように設定される。
【0047】この不等式を満たさない場合には、Si基
板(ウエハ)11のすべてのチップ領域において、第1
配線30上のSi34層15に対する研磨が終了してそ
の下のSiO2保護層13が露出する前に、Si基板1
1のいずれかのチップ領域において導電性線路12が露
出してしまう恐れがある。導電性線路12が露出する
と、導電性線路12aが研磨されてしまい、その断面積
が所望の値より小さくなってしまう。これは、従来技術
の説明欄で述べた、エッチングによって導電性線路12
2の断面積が減少するのと同じ結果となり、好ましくな
い。逆に、この不等式を満たせば、基板11の全体で研
磨が終了する前に、いずれかの箇所において第1配線3
0の導電性線路12が露出して研磨されてしまうのを確
実に防止できる利点がある。
【0048】例えば、X=200nm、Y=40nm、
Z=200nmであれば、D>40nmとなる。この実
施形態では、余裕を見て、例えばD=500nmとする
ことができる。
【0049】なお、第1実施形態の方法では、Si基板
11上に形成された第1配線30に対して第2配線31
を電気的に接続しているが、本発明はこの構成に限定さ
れない。例えば、半導体基板の表面に形成された拡散領
域などの導電性領域に対して第2配線31を電気的に接
続するようにしてもよいことはもちろんである。
【0050】以上述べたように、本発明の第1実施形態
の半導体装置の製造方法では、第1配線30を覆うSi
34層15をBPSG層11a上に形成した後、層間絶
縁層として機能するSiO2層16をSi34層15上
に形成し、続いて、第1配線30のSiO2保護層13
が露出するまで、CMP技術によってSiO2層16と
Si34層15とを研磨する。こうして、研磨後にSi
2層16の表面と第1配線30のSiO2保護層13の
表面とが同じ平面内に含まれるようにすると共に、第1
配線30の両側面とBPSG層11aの表面に沿って延
在するSi34層15の部分を残す。また、ビアホール
20形成用のエッチング工程におけるSi34層15の
エッチレートは、第1配線30のSiO2保護層13の
エッチレートより小さい。このため、ビアホール20形
成用のエッチング工程において、第1配線30の両側面
に沿って残されたSi34層15の部分15aと15b
を第1配線30の導電性線路12の保護用側壁として機
能させることができる。
【0051】このように、第1実施形態の半導体装置の
製造方法では、従来方法で問題を引き起こしていたエッ
チバック法を使用せずに、CMP技術を使用してSi3
4層15を第1配線30の両側面に沿って残すので、
第1配線30の導電性線路12を保護するための絶縁性
側壁を確実に形成できる。
【0052】さらに、SiO2層16とSi34層15
の研磨工程におけるSi34層15の研磨レートは、S
iO2層16の研磨レートより小さいため、Si34
15を路用して当該研磨工程の終点を検出できる。よっ
て、当該研磨工程の終点検出が確実に行え、その結果、
層間絶縁層として機能するSiO2層16の厚さのバラ
ツキを大幅に低減できる。
【0053】なお、本発明に関連する従来技術として、
特開平4−74430号公報に開示された半導体装置が
ある。この半導体装置の一例を図10に示す。
【0054】図10に示すように、この半導体装置で
は、シリコン基板211の表面に下敷酸化層212が形
成され、その上に、パターン化された第1導電層213
と第1絶縁層214との積層体からなる下層配線214
を有している。下層配線214を形成する導電性線路
(すなわち第1導電層213)の間には、パターン化さ
れた第2絶縁層215からなる断面U字形の側壁が形成
されている。第2絶縁層215の表面を平坦化するた
め、それら側壁の間の溝にはポリイミド216が埋め込
まれている。上層配線218は、第1絶縁層214と第
2絶縁層215とポリイミド216の上に形成されてい
る。
【0055】コンタクトホール217は、下層配線21
4を構成する第1絶縁層214の対応する箇所を除去す
ることによって形成されている。上層配線218は、そ
のコンタクトホール217を介して下層配線214に接
触している。
【0056】上記特開平4−74430号公報には、第
2絶縁層215をポリイミドで形成し、ポリイミド層そ
れ自体を側壁として使用する構成も開示されている。
【0057】図10に示す従来の半導体装置では、コン
タクトホール217は、レジストをマスクとしてバッフ
ァード弗酸を用いたウェットエッチングにより、第1絶
縁層214の対応する箇所を除去して形成される。第1
絶縁層214がSiO2であり、第2絶縁層(側壁)2
15がSiNであれば、このウェットエッチングによ
って第2絶縁層215がエッチングされないため、コン
タクトホール217を第1導電層213とほぼ同じ幅に
形成することが可能となる。換言すれば、コンタクトホ
ール217に対応する箇所において第1導電層213の
幅を広げることが不要になる。
【0058】しかし、図10に示したような従来の半導
体装置では、第2絶縁層215からなる側壁の具体的な
製法が開示されていないため、図7を参照して述べたよ
うな問題が生じる恐れがある。また、下層配線214を
覆う厚い層間絶縁層については、何ら言及されていな
い。このため、層間絶縁層の厚さの精密な制御という本
発明の課題を解決できないことは明らかである。よっ
て、図10に示したような従来の半導体装置とその製造
方法は、本発明に係る半導体装置の製造方法とは明らか
に異なるものである。
【0059】(第2実施形態)図3〜図4は、本発明の
第2実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す。
【0060】先に述べた第1実施形態の方法では、図2
(b)に示すように、CMP研磨した後のSiO2層1
6の上に直接フォトレジスト膜17が形成され、そのフ
ォトレジスト膜17をマスクとしてビアホール形成用の
エッチングを行っている。このため、研磨後に残ったS
iO2層16のみが層間絶縁層として機能する。しか
し、残ったSiO2層16のみでは層間絶縁層の厚さが
不十分な場合がある。第2実施形態の方法はこのような
場合に適用されるものである。
【0061】図3(a)〜図3(c)と図4(a)に示
された工程は、図1(a)〜図1(c)と図2(a)に
示された第1実施形態のそれと同じである。よって、図
1(a)〜図1(c)と図2(a)におけるのと同じ符
号を伏してそれらの説明は省略する。
【0062】第2実施形態では、図4(b)に示すよう
に、CMP工程の後、SiO2層16の上に層間絶縁層
として機能するSiO2層61を形成する。そして、そ
のSiO2層61の上に窓57aを持つフォトレジスト
膜57が形成され、そのフォトレジスト膜57をマスク
としてSiO2層61と第1配線30のSiO2保護層1
3のエッチングを行う。こうして、SiO2層61とS
iO2保護層13を貫通するビアホール60が形成され
る。ビアホール60は、SiO2層58と保護層13と
を貫通して導電性線路12まで達している。
【0063】ビアホール60の形成後、第1実施形態の
場合と同様にして、ビアホール60内にWプラグ58を
充填し、さらに、SiO2層61の上にパターン化され
たAl層59を形成する。Al層61の底面は、Wプラ
グ58の上端に接触している。こうして、SiO2層6
1の上に、パターン化されたAl層59からなる上位配
線32が形成される。上位配線32は、Wプラグ58を
介して下位配線30に電気的に接続される。
【0064】以上述べたように、本発明の第2実施形態
の半導体装置の製造方法では、第1実施形態の方法と同
様に、ビアホール60形成用のエッチング工程で第1配
線30の導電性線路12を保護するための絶縁性側壁を
確実に形成できる。また、研磨後に残されたSiO2
16の表面は平坦化されているので、その上に形成され
たSiO2層61の厚さも均一となる。よって、層間絶
縁層として機能するSiO2層16と61の厚さの和の
バラツキを大幅に低減できる。
【0065】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、導電性線路とその上に重ねられ
た絶縁体を含む積層構造の配線の両側に、ビアホール形
成用のエッチング工程においてその導電性線路を保護す
るための絶縁性側壁を確実に形成できると共に、層間絶
縁層の厚さのバラツキを大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の半導体装置の製造方法
の各工程を示す部分断面図である。
【図2】本発明の第1実施形態の半導体装置の製造方法
の各工程を示す部分断面図で、図1の続きである。
【図3】本発明の第2実施形態の半導体装置の製造方法
の各工程を示す部分断面図である。
【図4】本発明の第2実施形態の半導体装置の製造方法
の各工程を示す部分断面図で、図3の続きである。
【図5】従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す部
分断面図である。
【図6】従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す部
分断面図で、図5の続きである。
【図7】図5と図6に示す従来の半導体装置の製造方法
において生じる問題を示す部分断面図である。
【図8】導電性線路の一端部の近傍にビアホールを重ね
て配置する場合のレイアウトとマージンを示す概略説明
図である。
【図9】図8に示すレイアウトにおいて生じる問題を示
す部分断面図である。
【図10】従来の半導体装置の構成を示す部分平面図と
そのA−A線に沿った部分断面図である。
【符号の説明】
11 シリコン基板 11a BPSG層 12a Al層 12 導電性線路 13a SiO2層 13 SiO2保護層 14 フォトレジスト膜 15 Si34層 15a、15b 側壁として作用するSi34層の部分 16 層間絶縁層として機能するSiO2層 17 フォトレジスト膜 17a フォトレジスト膜の窓 18 Wプラグ 19 Al層 20 ビアホール 30 下位配線 31 上位配線 32 上位配線 57 フォトレジスト膜 57a フォトレジスト膜の窓 58 Wプラグ 59 Al層 60 ビアホール 61 層間絶縁層として機能するSiO2

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に第1絶縁層を形成する工
    程と、 導電性線路とその上に重ねられた絶縁体を含む積層構造
    の第1配線を前記第1絶縁層の上に形成する工程と、 前記第1配線を覆う第2絶縁層を前記第1絶縁層上に形
    成する工程と、 層間絶縁層として機能する第3絶縁層を前記第2絶縁層
    上に形成する工程と、 CMP技術を用いて前記第1配線の絶縁体が露出するま
    で前記第3絶縁層と前記第2絶縁層とを研磨し、もって
    前記第3絶縁層の表面と前記第1配線の絶縁体の表面と
    が同じ平面内に含まれるようにすると共に、前記第1配
    線の両側面と前記第1絶縁層の表面に沿って延在する前
    記第2絶縁層の部分を残す工程と、 研磨後に残った前記第3絶縁層の上にビアホール用パタ
    ーンを持つマスクを形成する工程と、 前記マスクを用いて前記第1配線の絶縁体を選択的にエ
    ッチングし、前記第1配線の導電体に達するビアホール
    を形成する工程と、 前記マスクを除去してから、前記ビアホール中に導電性
    プラグを充填する工程と、 研磨後に残った前記第3絶縁層の上に、または前記第3
    絶縁層の上に形成された第4絶縁層の上に第2配線を形
    成し、前記導電性プラグを介して前記第2配線を前記第
    1配線に電気的に接続する工程とを備え、 前記第3絶縁層と第2絶縁層の研磨工程における前記第
    2絶縁層の研磨レートは、前記第3絶縁層の研磨レート
    より小さく、前記ビアホール形成用のエッチング工程に
    おける前記第2絶縁層のエッチレートは、前記第1配線
    の絶縁体のエッチレートより小さいことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第2配線が、研磨後に残った前記第
    3絶縁層の上に直接形成され、前記ビアホール中に充填
    された導電性プラグを介して前記第1配線に電気的に接
    続される請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2配線が、研磨後に残った前記第
    3絶縁層の上に配置された前記第4絶縁層を介して形成
    され、また、前記ビアホールが前記第3絶縁層と前記第
    4絶縁層を貫通しており、前記第2配線はそのビアホー
    ル中に充填された前記導電性プラグを介して前記第1配
    線に電気的に接続される請求項1に記載の半導体装置の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第3絶縁層が持つ面内の寸法バラツ
    キ量と、前記研磨工程を実行するための研磨装置が持つ
    面内の寸法バラツキ量との和の最大値をXとし、当該研
    磨装置における前記第2絶縁層と前記第3絶縁層の研磨
    レートをそれぞれY、Zとすると、前記第1配線の絶縁
    体の厚さDは、 D > X(Y/Z) なる不等式を満たすように設定される請求項1〜3のい
    ずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記第3絶縁層の前記第1配線の上に位
    置する部分が、前記研磨工程の終点検出に利用される請
    求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1配線の絶縁体と前記第3絶縁層
    が酸化シリコンからなり、前記第2絶縁層が窒化シリコ
    ンからなる請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置
    の製造方法。
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