JP2001093977A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線の低抵抗値化と配線容量の低減化および
プロセスコストの低減を可能とするデュアルダマシンプ
ロセスを提供する。 【解決手段】 層間絶縁膜として、電子線照射に感光す
る有機絶縁材料を用い、電子線照射条件を２段階で行う
ことによりビアホールと配線溝に相当するパターン露光
をし、その後同時に現像を行い必要なビアホールと配線
溝を形成することで、従来のデュアルダマシン工程の工
程数を削減するとともに、配線材料として比抵抗の小さ
いＣｕを用いる。

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、絶縁層への各種ホール、トレンチの形成、
特にデュアルダマシンを含む埋め込み配線の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、デバイスの高集積化の要求から、
ＬＳＩの配線及びそれを搭載するパッケージの配線は微
細化、多層化が必要とされている。又、高機能化の要求
から、配線の低抵抗値化、配線容量の低減化の必要性も
高まっている。

【０００３】例えば、配線の微細化、多層化に伴い、配
線形成工程では、通常のリソグラフィプロセスに代え
て、層間絶縁膜に溝を掘って配線材料を埋め、ＣＭＰ
（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化す
るダマシンプロセスが多く用いられている。

【０００４】さらに、最近では、各配線層を１層ごとに
リソグラフィとＲＩＥ（ReactiveIon Etching）を繰り
返すと、界面の処理が非常に難しくなるという問題に対
処するとともに、複雑化した工程の簡易化を図るため
に、配線溝とビアホールを開口して、同時に埋め込む
「デュアルダマシン」と呼ばれる配線形成工程が検討さ
れている。

【０００５】一方、配線の低抵抗値化の要求により、従
来の配線材料であるＡｌを比抵抗のより小さいＣｕに変
える検討が進んでいる。また、配線容量の低減化の要求
により、配線間に形成される層間絶縁膜の材料をより低
誘電率な材料に置き換える検討が進んでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５（ａ）〜図５
（ｅ）、図６（ａ）〜図６（ｅ）は、従来のデュアルダ
マシン法の工程例を示す図である。

【０００７】まず、図５（ａ）〜図５（ｅ）を参照し、
ＳＯＧ（スピンオングラス）膜を層間絶縁膜として用い
た従来のデュアルダマシン法について説明する。この従
来法においては、図５（ａ）に示すように、配線層１１
０が形成された半導体基板表面にＳＯＧ溶液をスピンコ
ート法等を用いて塗布し、加熱処理により、ＳＯＧ膜１
２０を形成する。ＳＯＧ膜１２０の膜厚は、最終的なビ
アの厚みとその上に形成する配線層の厚みを合わせたも
のになるように調整する。

【０００８】図５（ｂ）に示すように、ＳＯＧ膜１２０
上にレジスト膜１３０ａを塗布し、露光、現像によりビ
アホール形成のための狭い開口パターンを形成する。こ
のレジストパターンをエッチングマスクとしてＳＯＧ膜
１２０をＲＩＥ法を用いてドライエッチングし、層間絶
縁膜であるＳＯＧ膜１２０にビアホールに相当する細い
開口１４０ａを形成する。形成後、残ったレジスト膜１
３０ａを剥離除去する。

【０００９】次に図５（ｃ）に示すように、ＳＯＧ膜１
２０上に再びレジスト膜１３０ｂを塗布形成し、露光、
現像により埋め込み配線形成のための開口パターンを形
成する。このレジストパターンをエッチングマスクとし
て、ＲＩＥ法を用いて埋め込み配線に必要な深さをもつ
配線溝１５０をドライエッチングにより形成する。

【００１０】図５（ｄ）に示すように、残ったレジスト
を剥離除去したら、形成したビアホール１５０および配
線溝１４０にリフロースパッタ法等を用いてＡｌ等の配
線材料１６０を埋め込む。この後、表面の凹凸をＣＭＰ
法を用いて図５（ｅ）に示すように平坦化処理を行う。

【００１１】上述するデュアルダマシン法ではビアホー
ル１４０と配線溝１５０を同時に埋め込むことになるの
で、一層ごとに埋め込みとＣＭＰ工程を繰り返す通常の
ダマシン工程に比較し工程を削減できる。

【００１２】しかしながら、図５（ａ）〜図５（ｅ）に
示す従来のデュアルダマシン法では、層間絶縁膜にビア
ホール１４０ｂに相当する細いホール１４０ａを形成す
る際、最終的なビアの厚みに配線層の厚みを足した深さ
を持つ高アスペクトの細いホール１４０ａを形成しなく
てはならない。よって、細いホール１４０ａの形成時に
はレジスト膜１３０とＳＯＧ膜１２０間に十分なエッチ
ング選択比が必要となるため、エッチング加工が容易で
はない。

【００１３】また、その後に配線溝形成のために行うレ
ジスト塗布工程では、既に深いホール１４０ａが基板面
に形成されているため、レジスト塗布の際にシャドウイ
ングなどの現象が起こり、均一にレジストが塗れないと
いう問題がある。又、現像の際には深いビアホール１４
０ａ中に入り込んだレジストを完全に除去することが容
易ではないという問題もある。

【００１４】次に、図６（ａ）〜図６（ｅ）を参照し
て、感光性の層間絶縁膜を用いた従来の別のデュアルダ
マシン法について説明する。

【００１５】この従来法では、図６（ａ）に示すよう
に、まず配線層１１０上に最終的なビアの厚み分の感光
性層間絶縁膜１７０を塗布形成する。この後、露光マス
ク（レティクル）等を用いてビアを形成する場所に選択
的に紫外光の露光を行う。その後、図６（ｂ）に示すよ
うに、現像し、ビアホール１４０を形成する。この後、
層間絶縁膜１７０を熱処理（キュア）し、非感光性の膜
に変える。感光性のまま残すと、この後に続く露光工程
で、パターン変形が生じる可能性があるからである。

【００１６】再び、基板表面に感光性層間絶縁膜１８０
を塗布形成する。すでに形成されているビアホール１４
０内にも埋まるように形成する。図６（ｃ）に示すよう
に今度は配線溝となる部分を選択的に露光する。露光
後、現像工程を経て熱処理を行い、図６（ｄ）に示すよ
うに配線用溝１５０を形成する。なお、ビアホール１４
０が形成されている部分では、同図に示すようにビアホ
ール１４０上に配線層１５０が形成される。図６（ｅ）
に示すように配線溝１５０およびビアホール１４０にリ
フロースパッタ等を用いてＡｌ等の配線材料１９０を埋
め込み、その後ＣＭＰ工程により基板表面を平坦化す
る。

【００１７】この従来のデュアルダマシン法では、ＳＯ
Ｇ膜を層間絶縁膜として用いた場合に比較しビアホール
形成時に高アスペクト比のエッチングを行う必要がな
く、レジストパターニング工程も不要であるため上述す
る従来例に較べると工程数も若干少ない。

【００１８】しかしながら、それでも絶縁層を塗布し、
露光、現像、キュアの工程を２回繰り返し行う必要があ
るため、必ずしも簡易な工程とはいえない。

【００１９】本発明の目的は、より簡易な方法で絶縁膜
に溝もしく開孔を形成することであり、さらにこれらの
方法を用いた簡易な工程でデュアルダマシンを行う半導
体装置の製造方法を提供することである。また、本発明
の別の目的は、低抵抗値化と配線容量の低減化を可能と
する半導体装置の製造方法を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法の第１の特徴は、半導体基板上に所定のエネルギ
ー照射に対し感光性を有する絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に対し、異なるエネルギー条件でかつ異なる
パターン領域に、少なくとも２回、前記所定のエネルギ
ー照射を行う露光工程と、前記絶縁層の前記エネルギー
照射部もしくは非照射部のいずれかを現像液に溶解させ
る現像工程とを有することである。

【００２１】なお、ここでエネルギー照射とは、赤外、
可視、紫外を含む光もしくはレーザ、Ｘ線、電子線、イ
オンビームを含める種々のレベルのエネルギー照射をい
う。また、ここでいう露光とは、広く上述するエネルギ
ー照射に対して用いる。

【００２２】上記本発明の第１の特徴によれば、異なる
エネルギー条件で複数のエネルギー照射を行ったのちに
一の共通する現像工程で現像を行うため、絶縁層に複数
のパターンを複合させた形状加工を行うことができる。
通常のフォトリソ工程を用いる場合のようにレジストの
塗布、露光、現像工程が不要であるとともに、複数のエ
ネルギー照射に対し一の現像工程で現像を行うので工程
を簡易化できる。

【００２３】上記本発明の第１の特徴において、前記露
光工程は、前記絶縁層の第１のパターン領域に第１のエ
ネルギー条件でエネルギー照射を行う工程と、前記第１
のパターン領域に一部重複する前記絶縁層の第２のパタ
ーン領域に第２のエネルギー条件でエネルギー照射を行
う工程とを有し、前記第１のパターンと前記第２のパタ
ーンは、いずれか一方がビアホールに相当するパターン
であり、他方が配線溝に相当するパターンであることで
ある。

【００２４】この特徴によれば、配線層とこれに接続す
るビアホールとを少ない工程数で形成することができ
る。

【００２５】なお、配線層とビアホールの形成後、さら
に、現像後の前記絶縁層を熱処理する工程と、熱処理後
の前記絶縁層上に配線材料の埋め込みを行う工程と、埋
め込み後の基板表面をＣＭＰ法を用いて平坦化を行う工
程とを有してもよい。

【００２６】これらの工程により、少ない工程数でデュ
アルダマシンプロセスを遂行できる。

【００２７】ここで、前記エネルギー照射として電子線
照射を用いてもよい。電子線照射は、エネルギー強度を
容易に調整可能であるとともに、マスクを用いた一括露
光や描画照射により選択的な照射を行うことが可能であ
るため、微細加工に適した照射条件を選ぶことができ
る。

【００２８】ここで、前記絶縁層は、熱処理後の誘電率
がＳｉＯ_２より小さいものであってもよい。この場合
は、層間絶縁膜として従来一般的に利用されているＳｉ
Ｏ_２膜より誘電率を低い材料にすることにより、配線間
の容量を従来より小さくできるので配線遅延を少なくで
きる。

【００２９】又、前記配線材料としては、Ｃｕを主成分
に有する材料を用いてもよい。従来配線主材料として利
用されるＡｌに較べ、比抵抗値が低いため、配線遅延を
抑制できる。

【００３０】本発明の半導体製造装置の第２の特徴は、
半導体基板上に、主に第１の波長を有するエネルギー照
射に対し感光性を有する第１絶縁層を形成する工程と、
主に第２の波長を有するエネルギー照射に対し感光性を
有する第２絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層の
第１のパターン領域に第１の波長を有するエネルギーを
照射する露光工程と、前記第２絶縁層の第２のパターン
領域に第２の波長を有するエネルギーを照射する露光工
程と、前記第１絶縁層および第２絶縁層の該エネルギー
照射部もしくは非照射部のいずれかを現像液に溶解させ
る現像工程とを有することである。

【００３１】なお、ここで絶縁膜の積層形成と露光工程
については、二層とも積層形成した後に露光工程を行っ
てもよく、絶縁層を一層形成する度に露光を行ってもよ
い。

【００３２】また、エネルギー照射とは、赤外、可視、
紫外を含む光もしくはレーザ、Ｘ線、電子線、イオンビ
ームを含める種々のレベルのエネルギー照射をいう。ま
た、ここでいう露光は、上述する広くエネルギーを照射
する場合を含める。

【００３３】上記本発明の第２の特徴によれば、絶縁層
を二層構造とし、それぞれ異なる波長の光に感光する材
料を用いているため、第１の波長を有するエネルギー照
射を行う場合には、第１絶縁層のみが主に感光し、第２
の波長を有するエネルギー照射を行う場合には第２絶縁
層のみが主に感光する。よって絶縁層の塗布、露光を続
けて行っても各層にそれぞれ独立の露光パターンを形成
できる。また露光後の現像と熱処理工程については第１
絶縁層と第２絶縁層の両方の層に対し同時に処理できる
ため、少ない工程数で、絶縁層に２種のパターンを複合
させた形状加工を行うことができる。

【００３４】上記本発明の第２の特徴において、前記第
１のパターンと前記第２のパターンのいずれか一方をビ
アホールに相当するパターンとし、他方を配線溝に相当
するパターンとしてもよい。配線層とこれに接続できる
ビアホールとを少ない工程数で形成することができる。

【００３５】なお、配線層とビアホールの形成後、さら
に、現像後の前記絶縁膜を熱処理する工程と、熱処理後
の前記絶縁膜上に配線材料の埋め込みを行う工程と、埋
め込み後の基板表面をＣＭＰ法を用いて平坦化を行う工
程とを有してもよい。これらの工程により、少ない工程
数でデュアルダマシンプロセスを遂行できる。

【００３６】なお、前記第１の波長を有するエネルギー
照射をｉ線照射とし、第２の波長を有するエネルギー照
射をｇ線照射としてもよい。この場合は、露光源として
ｉ線ステッパーとｇ線ステッパーを用いることができ
る。

【００３７】ここで、前記絶縁層を、熱処理後の誘電率
がＳｉＯ_２より小さい有機絶縁材料としてもよい。従
来、層間絶縁膜として利用されているＳｉＯ_２膜より誘
電率を低くすることにより、配線間の容量を従来より小
さくできるので配線遅延を抑制できる。

【００３８】また、前記配線材料としては、Ｃｕを主成
分に有する材料を用いてもよい。従来配線主材料として
利用されるＡｌに較べ、比抵抗値が低いため、抵抗値の
低減を図り、配線遅延を抑制できる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【００４０】（第１の実施の形態）図１（ａ）〜図１
（ｅ）を参照しながら、第１の実施の形態にかかるデュ
アルダマシン工程について説明する。第１の実施の形態
の製造方法の主な特徴は、層間絶縁膜として、電子ビー
ム照射に感光する材料を用い、異なるエネルギー条件で
電子ビーム照射を２回行うことによりビアホールと配線
溝に相当するパターン露光をし、その後同時に現像を行
い必要なビアホールと配線溝を形成することで、従来の
デュアルダマシン工程の工程数を削減することである。

【００４１】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板上に形成された配線層１０上に電子線（電子ビーム）
に感光する層間絶縁膜２０を形成する。膜厚は、最終的
なビアの厚みと配線層の厚みの２層分の厚みに相当する
約１．２μｍとする。この層間絶縁膜としては、例えば
電子ビームが照射された部分の膜が分解して、現像液に
溶解するポジ型の感光性有機絶縁膜であるポリイミドを
用いることができる。

【００４２】次に、図１（ｂ）に示すように、層間絶縁
膜２０に対しビアホールに相当するパターンに電子ビー
ムを選択的に照射する。選択的照射方法としては例え
ば、露光マスク（レクティル）を用いた一括露光か描画
露光を用いる。

【００４３】照射条件は、層間絶縁膜２０の底部までビ
ームが達するように、例えば一括露光の場合、加速電圧
を３０ｋｅＶ、照射部の照射時間を約８００ｍＳＥＣと
する。

【００４４】次に、図１（ｃ）に示すように、配線溝４
０に相当する所定パターンに電子ビームを照射する。電
子ビームの到達深さが配線溝の深さに相当する位置とな
るように例えば、電子ビームの加速電圧を１０ｋｅＶ、
照射部の照射時間を約５００ｍＳＥＣとする。このよう
に、電子ビームの到達深さは電子ビーム照射強度を調整
することにより容易に調整可能である。

【００４５】この後、図１（ｄ）に示すように、現像を
行う。現像液としては、例えばＴＭＡＨ水溶液等の有機
アルカリ水溶液を用いる。電子ビームの照射により現像
液に溶解する性質になった部分のみがエッチングされ
る。即ちビアホール３０と配線溝４０に相当する加工を
一度の現像工程で形成することができる。この後、３０
０℃で２０分程度加熱処理であるいわゆるキュア工程を
行う。

【００４６】リフロースパッタ法等を用いてＣｕ膜を成
膜し、ビアホール３０と配線溝４０の埋め込みを行う。
Ｃｕ膜はビアホール３０と配線溝４０とを同時に埋め込
むことができるように平面での膜厚が１．２μｍ以上に
なるように成膜する。埋め込みが終了したら、図１
（ｅ）に示すように、基板表面の凹凸をＣＭＰ工程を用
いて平坦化する。

【００４７】なお、Ｃｕ配線は、エッチングが困難な材
料であるため、エッチングを伴う配線形成は困難である
が、上述するデュアルダマシン工程はエッチング工程が
不要であるため、Ｃｕ配線形成にも適した工程といえ
る。

【００４８】以上が第１の実施の形態に係るデュアルダ
マシンプロセスである。多層配線を有するＬＳＩでは、
以上の工程を必要に応じ繰り返すこととなる。

【００４９】図４（ａ）に、上述した第１の実施の形態
に係るプロセスのフロー図を示した。比較のため、図４
（ｃ）と図４（ｄ）に従来のデュアルダマシンプロセス
のフロー図も示している。これらの比較により明らかな
ように、上述する第１の実施の形態に係るプロセスで
は、従来の工程に較べ工程数が削減されているのがわか
る。

【００５０】図４（ｃ）に示す「従来例１」では、層間
絶縁膜としてＳＯＧ膜を用いているため、ＳＯＧ膜にビ
アホールと配線溝を形成する際、それぞれの形成に際
し、レジスト膜のパターニング工程とドライエッチング
工程を必要とする。

【００５１】また、図４（ｄ）に示す「従来例２」で
は、感光性層間絶縁材料を用いているため、レジストパ
ターニングの必要性はないものの、層間絶縁膜の形成、
露光、現像、キュア（熱処理）を二回繰り返す必要があ
る。

【００５２】これらの従来工程に対し、第１の実施の形
態では、層間絶縁膜の形成において、電子ビーム（Ｅ
Ｂ）照射に対し感光性を有する材料を用い、高加速電子
ビームの照射によりビアホールに対応するパターンに露
光するとともに、低加速電子ビームの照射により配線溝
のパターン露光を行い、その後に両露光パターンの現像
を一度に行う。よって、レジストパターニング工程が不
要なばかりでなく、現像、キュア工程が一回で済むた
め、「従来例２」に較べてもさらに工程数を削減でき
る。

【００５３】このように、第１の実施の形態に係るデュ
アルダマシンプロセスは、工程の削減が可能であるため
プロセスコストを大幅にカットすることが可能である
が、さらに、埋め込み配線材料として比抵抗率の小さい
Ｃｕを用いるとともに、層間絶縁膜として誘電率の小さ
い有機絶縁膜を用いているため、配線抵抗Ｒの低減と配
線容量Ｃの低減を図り、ＲＣで求められる配線遅延時間
を短くできる。この結果、ＬＳＩ等の動作速度を早める
ことも可能となる。

【００５４】例えば、従来の配線材料であるＡｌの比抵
抗値が約３．０μΩ・ｃｍであるのに対し、Ｃｕの比抵
抗値は約１．７μΩ・ｃｍと低い。また、従来層間絶縁
膜として使用されてきたＳＯＧ膜等のＳｉＯ_２の誘電率
が約３．９であるのに対し、第１の実施の形態で層間絶
縁膜として使用するポリイミド系有機絶縁膜の誘電率は
３以下である。

【００５５】（第２の実施の形態）図２（ａ）〜図２
（ｅ）を参照しながら、第２の実施の形態にかかるデュ
アルダマシン工程について説明する。

【００５６】第２の実施の形態の半導体装置の製造方法
の主な特徴も、第１の実施の形態における特徴と同様
に、層間絶縁膜として、電子ビーム照射により感光する
材料を用い、電子ビーム照射条件を２段階で行うことに
よりビアホールと配線溝に相当するパターン露光をし、
その後一度に現像を行い必要なビアホールと配線溝を形
成することで、従来のデュアルダマシン工程の工程数を
削減することである。

【００５７】第２の実施の形態におけるデュアルダマシ
ン工程では、まず、図２（ａ）に示すように、配線層１
０が形成された半導体基板表面上に電子ビームに感光す
る層間絶縁膜２０を最終的なビアと配線層の２層分の厚
みに形成する。ここでは、第１の実施の形態より厚め
に、例えば約３μｍ形成するものとする。

【００５８】層間絶縁膜の材料は、第１の実施の形態の
場合と同様に電子ビーム照射に対し感光するポジ型の感
光性絶縁膜であるベンゾシクロブタンを用いる。

【００５９】第２の実施の形態では、図２（ｂ）に示す
ように、まず配線溝４０に対応するパターンに電子ビー
ム照射を行う。このときの照射条件は、例えば加速電圧
を１５ＫｅＶ、照射時間を７００ｍＳＥＣとし、配線溝
の深さに相当する位置まで電子ビームが達する条件とす
る。

【００６０】続けて、図２（ｃ）に示すように、今度は
ビアホールに対応するパターンに電子ビームを照射す
る。照射条件は、層間絶縁膜の底部までビームが達する
ように、例えば加速電圧を４０ＫｅＶに上げて、照射部
の照射時間を約２００ｍＳＥＣとする。

【００６１】図２（ｄ）に示すように、層間絶縁膜を現
像し、電子ビーム照射を受けた部分を同時にエッチング
して、ビアホール３０と配線溝４０を形成する。

【００６２】この後、スパッタ法等を用いてシード層を
形成した後、電気メッキ法によりビアホール３０と配線
溝４０とをＣｕ膜で同時に埋め込む。即ち、平面での膜
厚が３μｍ以上になるようにＣｕ膜を形成し、ビアホー
ル３０と配線溝４０を埋め込む。埋め込みが終了した
ら、図２（ｅ）に示すように、基板表面の凹凸をＣＭＰ
工程を用いて平坦化する。

【００６３】このように、電子ビーム照射を行う際、第
１の実施の形態のように、高加速エネルギーの電子ビー
ム照射を先に行い、あとで低加速エネルギーの電子ビー
ム照射を行ってもよいし、その逆に第２の実施の形態の
ように、先に低加速エネルギーの電子ビーム照射を行
い、後で高加速エネルギーの電子ビーム照射を行っても
よい。

【００６４】第２の実施の形態に係るデュアルダマシン
プロセスも、図４（ａ）に示すように、２回の電子ビー
ム照射の条件が前後するのみで、基本的に第１の実施の
形態に係るプロセスと同じである。よって、図４（ｃ）
に示す「従来例１」や図４（ｄ）に示す「従来例２」と
比較し、大幅に工程を削減でき、プロセスコストの低減
を図ることができる。

【００６５】（第３の実施の形態）図３（ａ）〜図３
（ｅ）を参照しながら、第３の実施の形態にかかるデュ
アルダマシンプロセスについて説明する。

【００６６】第３の実施の形態の半導体装置の製造方法
の主な特徴は、層間絶縁膜としてλ１の波長光に感光す
る第１絶縁膜とλ２の波長光に感光する第２絶縁膜から
なる積層絶縁膜を用い、λ１の波長による露光とλ２の
波長による露光の２段階の露光を行い、その後の現像、
キュア工程を一回で済ませることで、従来のデュアルダ
マシンプロセスの工程数を削減することである。

【００６７】第３の実施の形態におけるデュアルダマシ
ン工程では、まず、図３（ａ）に示すように、半導体基
板上に形成された配線層１０上に例えばｉ線（λ１＝３
６５ｎｍ）に主に感光する第１絶縁膜６０を厚みが丁度
ビアホールの深さとなるように塗布形成する。

【００６８】この後、第１絶縁膜６０に対し、ｉ線を主
波長とする光を露光マスク等を用いてビアホールに相当
するパターンに露光を行う。この露光工程では、例えば
ｉ線ステッパーを応用することができる。

【００６９】次に、第１絶縁膜６０上に、ｇ線（λ２＝
４３６ｎｍ）に主に感光する第２絶縁膜７０を配線層の
厚みとなるように塗布形成する。

【００７０】続いて、第２絶縁膜７０に対し、ｇ線を主
波長とする光を露光マスク等を用いて配線溝に相当する
パターンに露光を行う。ここではｇ線ステッパーを用い
ることができる。

【００７１】下層の第１絶縁膜は、ｉ線照射に対しては
感光するがｇ線照射に対しては殆ど感光しないため、ｇ
線の露光光を強めに照射しても下層の露光パターンに影
響を与えることは殆どない。

【００７２】なお、一般に、配線溝に較べビアホールは
微細なパターンとなるため、ビアホールを形成する第１
絶縁膜６０には、配線溝を形成する第２絶縁膜７０に照
射する光より短波長の光を露光光として用いることが望
ましい。

【００７３】この後、図３（ｄ）に示すように、第１絶
縁膜６０および第２絶縁膜７０を一度に現像する。現像
液としては、ＴＭＡＨ水溶液を用いるとよい。この後熱
処理を加えることによりビアホール３０と配線溝４０を
形成する。

【００７４】図３（ｅ）に示すように、リフロースパッ
タ法等を用いて、ビアホール３０と配線溝４０をＣｕ膜
で埋め込み、表面の凹凸をＣＭＰ法を用いて平坦化す
る。

【００７５】図４（ｂ）に、上述する第３の実施の形態
に係るデュアルダマシンプロセスのフロー図を示した。
上述する第３の実施の形態に係るプロセスでは、まず特
定の波長λ１に感光する第１絶縁膜を形成し、続けて波
長λ１の光を用いた露光によりビアホールパターンの露
光を行う。次に別の特定の波長λ２に感光する第２絶縁
膜を形成し、続けて波長λ２を用いた露光により配線層
パターンの露光を行う。その後、両露光パターンの現像
と層間絶縁膜全体（６０、７０）の熱処理（キュア）と
を一回で済ませている。

【００７６】第３の実施の形態に係るプロセスは、層間
絶縁膜自体が感光性を有し、露光現像工程によりパター
ニングが可能であるので、図４（ｃ）に示す「従来例
１」のようにレジストを必要としないため、２回のレジ
ストパターニング工程やドライエッチング工程が不要で
ある。よって、「実施例１」に比較し、大幅に工程数が
削減できる。

【００７７】また、図４（ｄ）に示す「従来例２」のよ
うに、同じ波長に感光する感光性層間絶縁材料を用いる
場合は、レジストパターニングの必要性はないものの、
層間絶縁膜の形成、露光、現像、キュアを２回繰り返す
必要があるが、上述する第３の実施の形態では現像、キ
ュア工程を一回で済ませることができるので「従来例
２」と比較しても２工程削減することができる。

【００７８】なお、上述した第３の実施の形態では、第
１絶縁膜を形成した後、すぐに第１絶縁膜を露光し、そ
の後に第２絶縁膜を形成しているが、露光光の透過率が
比較的高い場合は、第１絶縁膜と第２絶縁膜の両方の膜
を先に積層形成した後にそれぞれの露光を行うことも可
能である。

【００７９】また、上述する工程では、２つの波長が異
なる照射エネルギーとしてｉ線とｇ線を選択している
が、ＡｒＦエキシマレーザとＸｅＣｌエキシマレーザを
選択したり、電子ビームとi線またはｇ線を選択する
等、種々のエネルギー照射波長の組み合わせを選択する
ことが可能である。

【００８０】以上、第１〜第３の実施の形態に沿って本
発明の内容を説明したが、本発明は上述する実施の形態
に限定されるものではない。例えば、上述する実施の形
態ではデュアルダマシン工程について説明したが、層間
絶縁膜にビアホールと配線溝を形成する場合ばかりでな
く、絶縁膜中に深さ方向で径が変化するような配線溝や
トレンチを形成する場合にも有効な方法である。

【００８１】上述した実施の形態ではＣｕを配線材料と
して用いる場合について説明したが、配線材料はＣｕに
限定されない。従来のＡｌ材料やＡｌ化合物，Ｃｕ化合
物等の種々の配線材料を用いることも可能である。

【００８２】また、ここでは、ポジ型の感光性有機絶縁
膜を層間絶縁膜として利用する場合について述べたが、
ネガ型の感光性有機絶縁膜を用いてもよい。その場合
は、エネルギー照射の露光パターンは露光部と非露光部
が反転したものとなる。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法は、半導体基板上に所定のエネルギー照射
に対し感光性を有する単層もしくは複数層からなる絶縁
層を形成する工程と、前記絶縁層に対し、異なるエネル
ギー条件でかつ異なるパターン領域に、少なくとも２
回、前記所定のエネルギー照射を行う露光工程と、前記
絶縁層の前記エネルギー照射部もしくは非照射部のいず
れかを現像液に溶解させる現像工程とを有するため、通
常のフォトリソ工程を用いる場合のようにレジストの塗
布、露光、現像工程が不要であるとともに、複数のエネ
ルギー照射に対し一の現像工程で現像を行うので少ない
工程で、絶縁層に複数のパターンを複合させた形状加工
を行うことができる。

【００８４】よって、この方法を用いてデュアルダマシ
ンプロセスを行えば、従来より少ない工程数とすること
ができるため、プロセスコストの低減を図ることができ
る。

【００８５】また、上述する工程はエッチングの困難な
Ｃｕ等の配線材料を用いることも可能であり、Ｃｕを主
成分に有する配線材料を用いることにより配線抵抗が低
く、配線遅延の少ないデバイスを提供できる。また、絶
縁層として誘電率の低い有機絶縁膜を用いることも可能
であり、配線容量を低減し、配線遅延をの少ないデバイ
スを提供できる

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るデュアルダマシンプロ
セスを示す工程図である。

【図２】第２の実施の形態に係るデュアルダマシンプロ
セスを示す工程図である。

【図３】第３の実施の形態に係るデュアルダマシンプロ
セスを示す工程図である。

【図４】本実施の形態に係るデュアルダマシンプロセス
と従来のデュアルダマシンプロセスとを比較する工程フ
ロー図である。

【図５】従来のデュアルダマシンプロセスの一例を示す
工程図である。

【図６】従来のデュアルダマシンプロセスの別の例を示
す工程図である。

【符号の説明】

１０ 配線層 ２０ 感光性層間絶縁膜 ３０ ビアホール ４０ 配線溝 ５０ 配線層 ６０ 第１絶縁膜 ７０ 第２絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA11 BB01 DB08 DB25 EA00 EB02 FA01 FA04 5F033 HH11 JJ11 KK01 MM02 PP15 PP18 PP27 QQ01 QQ19 QQ48 QQ54 QQ74 RR21 RR22 RR27 XX10 XX23 XX33 5F046 AA08 AA09 AA11 AA17 AA26 BA03 BA07 DA02 5F056 AA22 CB03 FA05 FA07

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に所定のエネルギー照射に
   対し感光性を有する絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層に対し、異なるエネルギー条件でかつ異なる
   パターン領域に、少なくとも２回、前記所定のエネルギ
   ー照射を行う露光工程と、 前記絶縁層の前記エネルギー照射部もしくは非照射部の
   いずれかを現像液に溶解させる現像工程と、を有するこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記露光工程は、 前記絶縁層の第１のパターン領域に第１のエネルギー条
   件でエネルギー照射を行う工程と、 前記第１のパターン領域に一部重複する前記絶縁層の第
   ２のパターン領域に第２のエネルギー条件でエネルギー
   照射を行う工程とを有し、 前記第１のパターンと前記第２のパターンは、いずれか
   一方がビアホールに相当するパターンであり、他方が配
   線溝に相当するパターンであることを特徴とする請求項
   １に記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 さらに、現像後の前記絶縁層を熱処理す
   る工程と、 熱処理後の前記絶縁層上に配線材料の埋め込みを行う工
   程と、 埋め込み後の基板表面をＣＭＰ法を用いて平坦化する工
   程とを有することを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記エネルギー照射が、電子線照射であ
   ることを特徴とする請求項１〜請求項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】 前記配線材料は、Ｃｕを主成分に有する
   材料であることを特徴とする請求項３〜請求項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】 前記絶縁層が、熱処理後の誘電率がＳｉ
   Ｏ_２より小さい有機絶縁層であることを特徴とする請求
   項１〜請求項５のいずれかに記載の半導体装置の製造方
   法。
7. 【請求項７】 半導体基板上に、主に第１の波長を有す
   るエネルギー照射に対し感光性を有する第１絶縁層を形
   成する工程と、 主に第２の波長を有するエネルギー照射に対し感光性を
   有する第２絶縁層を形成する工程と、 前記第１絶縁層の第１のパターン領域に第１の波長を有
   するエネルギーを照射する露光工程と、 前記第２絶縁層の第２のパターン領域に第２の波長を有
   するエネルギーを照射する露光工程と、 前記第１絶縁層および第２絶縁層の該エネルギー照射部
   もしくは非照射部のいずれかを現像液に溶解させる現像
   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。
8. 【請求項８】 前記第１のパターンと前記第２のパター
   ンは、いずれか一方がビアホールに相当するパターンで
   あり、他方が配線溝に相当するパターンであることを特
   徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 さらに、現像工程後の前記第１絶縁層と
   前記第２絶縁層を熱処理する工程と、 熱処理後の前記第１絶縁層と前記第２膜絶縁層に配線材
   料の埋め込みを行う工程と、 埋め込み後の基板表面をＣＭＰ法を用いて平坦化する工
   程とを有することを特徴とする請求項７または請求項８
   に記載の半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記第１の波長がｉ線であり、第２の
    波長がｇ線であることを特徴とする請求項７〜請求項９
    のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記配線材料は、Ｃｕを主成分に有す
    る材料であることを特徴とする請求項７〜請求項１０の
    いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記第１絶縁層、および前記第２絶縁
    層が、熱処理後の誘電率がＳｉＯ_２より小さい有機絶縁
    層であることを特徴とする請求項７〜請求項１１のいず
    れかに記載の半導体装置の製造方法。