JP2003174084A

JP2003174084A - 多層配線形成方法及び半導体素子の製造方法

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Publication number: JP2003174084A
Application number: JP2001370427A
Authority: JP
Inventors: Takenori Narita; 武憲成田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP3941485B2

Abstract

(57)【要約】【課題】塗布法で形成する低誘電率膜のエッジ部分の
盛り上がりに起因する剥離発生を防止できる多層配線形
成方法、及び、低コスト且つ高歩留りが達成可能な半導
体素子の製造方法を提供する。【解決手段】まず、ウエハ２０上に低誘電率膜２１
（第１の絶縁膜）を回転塗布によって形成し、その低誘
電率膜２１の外周部を除去した後、低誘電率膜２１と材
質が異なる無機膜２２（第２の絶縁膜）を形成する。次
に、無機膜２２上にフォトレジストを形成した後、その
外周部を除去してフォトレジスト層２３とし、低誘電率
膜２１及び無機膜２２の盛り上がり部２２ａを露出させ
る。そして、低誘電率膜２１及び無機膜２２をエッチン
グしてパターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高集積化した半導
体素子の製造に有用な多層配線形成方法及びその半導体
素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化に伴って、トラ
ンジスタを接続する配線が多層化且つ微細化すると共
に、素子の動作スピードを向上させるため、層間絶縁膜
（ＩＬＤ）の低誘電率化が進んでいる。また、配線金属
は、従来のアルミニュウムから、より導電性に優れる低
抵抗の銅へと変化している。層間絶縁膜としては、従来
から、化学気相成長（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＣＶＤ）法によって形成される
比誘電率が４．２程度の酸化珪素（ＳｉＯ₂）膜が主と
して用いられてきた。

【０００３】しかし、配線の微細化に伴い、配線間容量
の増大による信号遅延時間の増大が問題となり、かかる
配線間容量の低減が要求されている。そのため、より低
誘電率な層間絶縁膜が望まれている。このような層間絶
縁膜としては、３．０以下の比誘電率が達成可能な有機
ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）膜、有機ポリマ
ー膜が挙げられ、ＬＳＩへの適用が盛んに検討されてお
り、一部で既に適用が開始されている。

【０００４】有機ＳＯＧ膜、有機ポリマー膜の形成方法
としては、回転塗布（スピンコート）法が用いられてい
る。これらの膜を形成する際には、後の工程でウエハ外
周部における膜が剥離して異物発生の原因となることを
防止するため、塗布後にウエハ外周部における膜の除去
が行われる。この膜除去方法としては、ウエハを回転さ
せながら、ウエハ外周部にリンス液を滴下するエッジリ
ンス法が一般的である。

【０００５】このような回転塗布により形成した膜に対
するエッジリンスでは、エッジリンスされた絶縁膜の周
縁（エッジ）部分の盛り上がりが問題となる。すなわ
ち、有機ＳＯＧ膜、有機ポリマー膜のような低誘電率膜
は、Ｃｕ配線と組み合わせて用いられるので、かような
エッジ部分の盛り上がりは、ダマシン法を用いた銅（Ｃ
ｕ）配線形成の化学機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅ
ｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）工程
において当該エッジ部分の剥離の原因となる。こうなる
と、剥離によって発生した異物がＬＳＩ製品の歩留まり
を低下させることとなるため、絶縁膜のエッジの盛り上
がりを低くすることが要求されている。この問題は、Ｌ
ＳＩの多層化が進むに従い顕在化してきている。

【０００６】これに対し、エッジリンス法における絶縁
膜のエッジ部分の盛り上がりを小さくする方法として、
特開平１１−３３３３５５号公報には、絶縁膜の回転塗
布後にそのウエハをホットプレートで加熱して溶剤を揮
発させてからエッジリンスを行う方法が提案されてい
る。また、特開平８−２２２５５０号公報には、塗布膜
を形成した後に、別の有機膜をマスクにして塗布膜の外
周部をエッチングして除去する方法も提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平１
１−３３３３５５号公報に開示された方法では、塗布膜
の種類によっては十分な効果が得られないという問題が
ある。また、塗布とエッジリンスとの間にウエハを加熱
する工程が必要なので、全体の処理プロセスが複雑にな
ると共に、スループットの低下が避け難い。一方、上記
特開平８−２２２５５０号公報に開示された方法では、
マスク形成工程及びエッチング工程が必要となるため、
ＬＳＩの量産への適用は困難である。このような状況
下、回転塗布法によって形成される低誘電率膜を用いた
多層配線を有するＬＳＩの歩留まりを向上させる方法の
開発が望まれている。

【０００８】そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなさ
れたものであり、回転塗布法で形成される絶縁膜のエッ
ジ部分の盛り上がりに起因する剥離の発生を、複雑な工
程を経ることなく十分に低減できる多層配線形成方法、
及び、低コストで高歩留りを達成可能な半導体素子の製
造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による多層配線形成方法は、基板上に第１の
絶縁膜を回転塗布によって形成し、その第１の絶縁膜の
外周部を除去した後、その基板上に第１の絶縁膜と異な
る（具体的には材質が異なる）第２の絶縁膜を形成し、
その基板上にフォトレジストパターンを形成した後、第
１の絶縁膜及び第２の絶縁膜をエッチングして所定のパ
ターンを形成する工程を有する方法であって、第１の絶
縁膜及び第２の絶縁膜をエッチングする前に第１の絶縁
膜の外周部上方におけるフォトレジストを除去すること
を特徴とする。より具体的には、第１の絶縁膜として有
機膜を形成し、第２の絶縁膜として無機膜又は有機無機
複合膜を形成すると好ましい。

【００１０】このような方法においては、塗布絶縁膜で
ある第１の絶縁膜を回転塗布によって形成すると、その
外周部を除去した後においても、周縁に近い外周部に盛
り上がりが生じ、この上に形成される第２の絶縁膜もそ
の盛り上がり形状を反映する。そして、更にこの上に形
成されたフォトレジストの外周部（つまり第１の絶縁膜
の外周部上方におけるフォトレジスト）を除去すること
により、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の外周部におけ
る盛り上がり部が露出する。よって、続く第１及び第２
の絶縁膜のエッチングにより、その盛り上がり部が殆ど
エッチングされる。

【００１１】また、本発明による半導体素子の製造方法
は、本発明の多層配線形成方法により基板上に所定のパ
ターンが形成されて成る半導体素子を形成することを特
徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、図示の比率
に限られるものではない。

【００１３】本発明の方法では、まず、基板としてのウ
エハ上に第１の絶縁膜を形成し、その外周部を除去す
る。この第１の絶縁膜は、回転塗布によって形成される
塗布絶縁膜であり、有機含有ポリシロキサン膜、芳香族
系ポリマー膜、フッ素樹脂膜等とこれらのポーラス膜と
を含む有機無機複合膜、又は、有機膜等の低誘電率膜が
用いられる。

【００１４】図１は、塗布絶縁膜１１（第１の絶縁膜）
が形成されたウエハ１０（基板）の周縁部を示す模式断
面図である。ここで、外周部が除去された後の塗布絶縁
膜１１の厚さａ（外周部よりも内側における厚さ）に対
するそのエッジ部の盛り上がり部１１ａの高さｂの比
（ｂ／ａ）は、２以下が許容範囲であり、好ましくは
１．５以下、特に好ましくは１．３以下である。なお、
本発明の方法を用いない場合には、ｂ／ａ＝１が要求さ
れる。

【００１５】かかる塗布絶縁膜１１の形成に用いる装置
は、特に限定されないが、例えば、複数のホットプレー
トを有する市販のスピンコータを使用できる。殊に、回
転塗布後に、ウエハ１０を回転させながらその外周部に
リンス液を滴下して塗布絶縁膜１１の一部を除去（エッ
ジリンス）するためのノズルを有するものが好ましく、
望ましくは、ノズルが可動式であって塗布絶縁膜１１を
除去する幅を任意に設定できる装置が好適である。

【００１６】エッジリンスのリンス液としては、塗布絶
縁膜１１が溶解するものであれば特に制限は無く、メタ
ノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のア
ルコール系溶媒、シクロヘキサノン、シクロペンタノン
等のケトン系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロ
ピル、酢酸ブチル等の酢酸エステル系溶媒、エチレング
リコールモノメチルアセテート、エチレングリコールジ
アセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル
アセテート等のグリコールアセテート系溶媒、Ｎ，Ｎ−
メチル−２ピロリドン等のアミド系溶媒、グリコールエ
ーテル系溶媒等を使用できる。

【００１７】これらは、塗布絶縁膜１１の種類に応じて
適宜選択することができ、従来から行われているエッジ
リンス法によって、盛り上がり部１１ａにおけるｂ／ａ
を１．１以上２．０以下の範囲に制御することが可能で
ある。しかし、ｂ／ａを１以上１．１未満に制御するの
は、従来の技術では極めて困難であり、これまでのとこ
ろ有効な手段は見つかっていない。

【００１８】また、回転塗布方法によってウエハ１０上
に塗布絶縁膜１１を形成する際には、まず、スピンチャ
ックにウエハ１０を吸着させた後、そのウエハ１０を１
０〜５０ｒｐｍで回転させながら必要量の塗布液をウエ
ハ１０の中央に滴下する。次いで、例えば１０００〜６
０００ｒｐｍで３０秒程度回転させる。この時の回転数
を変更することにより、得られる塗布絶縁膜１１の膜厚
ａを所望に制御することが可能である。

【００１９】さらに、この段階で塗布膜の溶剤が十分に
揮発していれば、回転数を５００〜２０００ｒｐｍ程度
に保持した状態でエッジリンス、及び、ウエハ１０裏面
に飛散した塗布液を除去するためのバックリンスを行
う。一方、塗布膜の溶剤の揮発が不十分な場合には、エ
ッジ部の盛り上がり部１１ａが増大し、上方から顕微鏡
で監察したときの形状も悪化する傾向にある。かかる場
合には、エッジリンスの前に、３０００〜５０００ｒｐ
ｍでウエハ１０を３０〜１２０秒程度回転させると、エ
ッジ部の盛り上がりを抑え且つその形状を改善できる。
但し、この時の回転時間が過度に長いとスループットが
低下する傾向にあるため、回転時間は３０〜６０秒が好
ましい。

【００２０】このような回転塗布を実施後、１〜３枚の
ホットプレートを用いて５０〜３５０℃のプリベークを
行う。通常は、低温から段階的に２〜３段階でベークす
る方法が用いられる。それから、塗布絶縁膜１１を完全
に硬化させるためには、通常４００〜４５０℃で２０〜
６０分の加熱処理を行う。この際には、市販の縦型炉を
用いることができる。なお、塗布絶縁膜１１が有機膜又
は有機無機複合膜である場合には、硬化雰囲気を窒素雰
囲気とし、雰囲気中の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下に維
持制御するのが好ましい。

【００２１】ところで、ＬＳＩの層間絶縁膜に有機膜及
び／又は有機無機複合膜から成り低誘電率を発現する絶
縁膜を用いる場合、絶縁膜がウエハ表面に露出した状態
（図１に示すような状態）では、ＬＳＩの多層配線形成
プロセスで用いられるプラズマ及び薬品により、膜質が
劣化し、絶縁膜としての信頼性が低下するおそれがあ
る。よって、これを防ぐため、絶縁膜の上層に無機膜
（第２の絶縁膜）を積層するのが一般的であり、本発明
においても採用するものである。

【００２２】無機膜としては、通常、ＳｉＯ₂膜、Ｓｉ
Ｎ膜が用いられ、一般にプラズマＣＶＤ法により形成す
る。また、層間絶縁膜に有機膜及び／又は有機無機複合
膜を用いる場合、パターン形成後のフォトレジストの除
去に通常用いられるアッシングを行うことができない。
よって、パターン形成のエッチング時にフォトレジスト
を同時に除去する方法が採用されるが、上層として形成
された無機膜は、フォトレジストが除去された後のハー
ドマスクとしての役割を果たす場合もある。

【００２３】また、Ｃｕ配線を形成するシングルダマシ
ン法では、絶縁膜の形成後、配線パターンまたは接続孔
パターンのフォトレジストパターンを形成し、プラズマ
エッチングにより絶縁膜にパターン形成を行う。フォト
レジストの形成には、塗布絶縁膜１１の形成に用いたの
と同等の機能を有する塗布装置を使用可能である。

【００２４】次に、第２の絶縁膜である無機膜の形成に
引き続き、その上にフォトレジストパターンを形成す
る。図２は、塗布絶縁膜である低誘電率膜２１（第１の
絶縁膜）及び無機膜２２（第２の絶縁膜）上にフォトレ
ジスト層２３が形成されたウエハ２０（基板）の周縁部
を示す模式断面図である。同図に示すように、無機膜２
２上にフォトレジストを回転塗布等で形成した後、低誘
電率膜２１及び無機膜２２の外周部における盛り上がり
部２２ａ上方のフォトレジストを除去してフォトレジス
ト層２３を得る。

【００２５】ここで、フォトレジストを除去する方法と
しては、エッジリンス或いは周縁露光のどちらを用いて
もよい。このとき、同図に示すように、ウエハ１０の外
周部におけるフォトレジスト層２３の除去幅ｄを、ウエ
ハ１０の外周部における低誘電率膜２１の除去幅ｃより
も広くとり、低誘電率膜２１及び無機膜２２のエッジの
盛り上がり部２２ａを露出させる。この場合、ウエハ２
０をスピンチャックに吸着させる際の位置ずれ等を考慮
すると、幅ｄを幅ｃより０．４〜１．０ｍｍ程度広くす
るのが好ましい。

【００２６】次いで、市販のステッパ−を用いて、フォ
トレジスト層２３に、配線又は接続孔のパターンを形成
し、無機膜２２と低誘電率膜２１のエッチングを行う。
エッチングには、市販のエッチング装置を用いることが
できる。低誘電率膜２１のエッジの盛り上がり部２２ａ
は、上述の如く、その上方のフォトレジスト層２３が除
去されているため（図２参照）、パターン部分のエッチ
ングと同時にエッチングされる。ここで、絶縁膜のエッ
チングでは通常３０％程度のオーバーエッチを行うこと
から、図１に示すｂ／ａが１．３以下であれば、フォト
レジスト層２３の外側の無機膜２２と低誘電率膜２１は
ほぼ除去される。

【００２７】また、ｂ／ａが１．３以上２．０以下あれ
ば、外周側に低誘電率膜２１の一部がエッチされずに残
る。図３は、かかる場合に低誘電率膜２１及び無機膜２
２をエッチングした後のウエハ２０の周縁部を示す模式
断面図である。このとき、低誘電率膜２１の残存部２１
ｂの厚さは、当初の膜厚（すなわちａ）よりも十分に小
さくなる。よって、後のＣＭＰ工程において、エッジの
盛り上がりに起因する剥離が生じることを十分に防止で
きる。

【００２８】さらに、塗布絶縁膜１１や低誘電率膜２１
が有機膜の場合、ＣＦ系のエッチングガスで上層の無機
膜１１，２２をエッチングした後、Ｎ₂／Ｈ₂系またはＮ
Ｈ₃系のエッチングガスを用いてそれら有機膜のエッチ
ングを行う。有機膜のエッチング時には、フォトレジス
ト層２３も同時にエッチングされ、エッチング完了後に
はフォトレジスト層２３が完全に除去される。

【００２９】また、有機ポリシロキサン膜のような有機
無機複合膜のエッチングは、ＣＦ系ガスを用いて行う。
この場合、塗布絶縁膜１１や低誘電率膜２１のエッチン
グ完了後もフォトレジスト層２３は完全に除去されない
ため、別途フォトレジスト層２３の除去を行う必要があ
る。但し、従来の酸素を用いたアッシャーは塗布絶縁膜
１１や低誘電率膜２１を酸化してしまうため、Ｏ₂の異
方性エッチング又はＮ₂／Ｈ₂系若しくはＮＨ₃系の異方
性エッチングを用いる。

【００３０】このようなエッチングを終えた後、必要に
応じて市販のクリーニング液によるクリーニングを行っ
てもよい。その後、配線孔等のパターンが形成されたウ
エハ２０上にスパッタによってバリア膜と銅メッキのた
めのＣｕシード層を形成する。バリア膜は、下地絶縁膜
との接着性向上やＣｕ膜が絶縁膜中を拡散することを防
ぐ等を目的として形成される。Ｃｕ膜は市販のメッキ
液、メッキ装置を用いて形成することができる。さら
に、市販の研磨液と装置を用いてＣｕ−ＣＭＰを行い、
Ｃｕ配線を形成する。Ｃｕ−ＣＭＰ後は、連続してバリ
ア膜のＣＭＰを行う。

【００３１】この際、本発明の多層配線形成方法によれ
ば、Ｃｕ−ＣＭＰの前にエッジ部における盛り上がり部
２２ａを除去しているため、このＣＭＰ工程でその盛り
上がりに起因する絶縁膜（低誘電率膜２１、無機膜２
２）の剥離が起こらない。このような作用効果は、絶縁
膜の種類に依存することなく発現される。さらに、追加
のエッチング処理を行う必要もないので、全体の処理プ
ロセスの複雑化を防止できる利点がある。

【００３２】次に、Ｃｕ膜及びバリア膜のＣＭＰ後、Ｃ
ｕの拡散防止のため、ＳｉＮ膜をＣＶＤ法により形成す
る。さらに、その上に上層の配線層を形成するため再び
塗布絶縁膜を形成し、同じ工程を繰り返すことにより多
層配線を形成させる。図４は、図３に示す状態のウエハ
２０上に形成したバリア膜及びＣｕ膜にＣＭＰを施した
後の状態を示す模式断面図である。図示の如く、Ｃｕ膜
及びバリア膜のＣＭＰ後には、低誘電率膜２１及び無機
膜２２のエッジの段差部分側方にＣｕ膜２４が残り、段
差が解消される。そして、エッジ部の盛り上がり及び段
差が無いため、積層の繰り返しによってエッジの段差が
蓄積増大してしまうことを回避できる。よって、多層配
線の形成を容易に且つ確実に行うことが可能となる。

【００３３】また、Ｃｕの多層配線をデュアルダマシン
法で形成する場合にも、フォトレジストの外周部の除去
幅を塗布絶縁膜の外周部の除去幅より広くすることで、
シングルダマシン法の場合と同様な効果が得られる。デ
ュアルダマシン法では、接続孔層と配線層の絶縁膜を形
成後、接続孔層のフォトレジスト形成、エッチング及び
レジスト除去、配線層のフォトレジスト形成、エッチン
グ及びフォトレジスト除去という工程を経てパターンが
形成される。フォトレジストの外周部の除去幅は二回と
も塗布絶縁膜の外周部の除去幅より大きくする。これに
より、塗布絶縁膜のエッジ部の盛り上がり部分をパター
ン形成のエッチング時にエッチングできる。

【００３４】デュアルダマシン法に適用されるエッチン
グの方法は数種類あるが、ビアファースト法、デュアル
ハードマスク法が一般的に用いられる。これらの方法で
は、配線層のエッチングを接続孔のマスクと、配線層の
マスクの両方で行うため、フォトレジストの外側部分の
エッチング量が塗布絶縁膜の厚さに対して二倍以上にな
る。従って、エッジリンスによるエッジの盛り上がり高
さの許容範囲が広がる。

【００３５】また、デュアルダマシン法で、接続孔層と
配線層との間にエッチングストッパ層を形成する場合に
は、塗布絶縁膜の形成後エッチングストッパ層を形成
し、その上に塗布絶縁膜を再度形成する。図５は、塗布
絶縁膜及び無機膜が２段積層されたウエハの周縁部を示
す模式断面図である。図示の如く、ウエハ５０上に形成
された上層の塗布絶縁膜５３（第１の絶縁膜）及び無機
膜５４（第２の絶縁膜）の外周部の除去幅を、下層の塗
布絶縁膜５１（第１の絶縁膜）及び無機膜５２（第２の
絶縁膜）の同除去幅より大きくする方が望ましい。これ
により、エッチング時に、上下層のエッジの盛り上がり
部５２ａ，５４ａを同時にエッチングすることが可能に
なる。

【００３６】また、配線層の塗布絶縁膜は、実質的に膜
厚の２倍＋オーバーエッチ分エッチングされるため、エ
ッジの盛り上がり部５２ａ，５４ａの許容範囲は、図５
のｆ／ｅ及びｈ／ｇが３以上に広がり、エッジリンス条
件のマージンが拡大する。

【００３７】このように、本発明の多層配線形成方法に
よれば、絶縁膜のエッジ部分の盛り上がり及び段差によ
る剥離の問題を複雑な工程を経ることなく解決できるの
で、高集積化したＬＳＩの歩留まりを低コストで改善す
ることが可能となる。また、かかる多層配線形成方法に
より基板上に所定のパターンが形成されて成る半導体素
子としては、例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＥＰＲＯ
Ｍ、マスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー
などの記憶素子、マイクロプロセッサー、ＡＳＩＣなど
の論理回路素子等に代表される集積回路素子が挙げられ
る。

【００３８】

【実施例】以下、本発明に係る具体的な実施例について
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００３９】〈実施例１〉塗布絶縁膜（第１の絶縁膜）
として、硬化膜の比誘電率が２．６であるダウ・ケミカ
ル社製のＳｉＬＫＪ３５０樹脂を用いてシングルダマ
シンを想定した多層配線形成の検討を行った。

【００４０】基板として、ＳｉＮ１００ｎｍが製膜され
た８インチのシリコンウエハを用い、塗布装置として、
大日本スクリーン製のＳＣＷ−８０Ａコータを用いた。
まず、シリコンウエハをスピンチャックに吸着後、３０
ｒｐｍで回転しながら、ＳｉＬＫＪ３５０塗布液をシ
リコンウエハ上に４ｃｃ滴下した。滴下終了後、直ちに
３５００ｒｐｍで２５秒回転し、続いて、５０００ｒｐ
ｍで２０秒回転することにより塗布膜の溶剤を揮発させ
た。

【００４１】その後、回転数を１５００ｒｐｍに保持し
ながら、シリコンウエハの外周部にリンス液を滴下して
外周部のＳｉＬＫ樹脂を除去した。リンス液はシクロヘ
キサノンを用い、樹脂の除去幅は、シリコンウエハの周
端から３ｍｍとした。エッジリンスの際には、同時にシ
リコンウエハ裏面に付着した樹脂液を除去するため、シ
クロヘキサノンによるバックリンスを行った。エッジリ
ンス、バックリンス終了後、リンス液を振り切るため、
２０００ｒｐｍで１０秒回転した。

【００４２】次いで、ホットプレートを用いて３２０℃
／９０秒のベークを行い、続いてクーリングプレートを
用いて２３℃／９０秒のクーリングを行った。その後、
シリコンウエハを縦型炉用の石英ボートに挿入し、大日
本スクリーン社製の縦型炉ＡＶＦ８０１を用いて４００
℃／３０分の硬化を行った。この時の雰囲気はＮ₂雰囲
気とし、Ｏ₂濃度を１００ｐｐｍ以下に制御した。

【００４３】硬化後の樹脂膜の膜厚を干渉膜厚計を用い
て屈折率１．６３で測定した結果、３５０ｎｍであっ
た。また、触針式膜厚計を用いて塗布膜のエッジ形状を
測定した結果、盛り上がり部の高さは最大５００ｎｍ
で、図１に示すｂ／ａが１．４であった。また、顕微鏡
で監察したエッジ形状は良好であった。

【００４４】次に、樹脂膜の硬化後、プラズマＣＶＤに
よりＳｉＯ₂膜を積層した。成膜装置として、アプライ
ドマテリアルズ社製のＰｒｅｃｉｓｉｏｎ５０００を
用い、ソースガスとしてＳｉＨ₄及びＮ₂Ｏを用いた。ま
た、ウエハチャック温度を４００度、ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ比
を１００ｓｃｃｍ／２０００ｓｃｃｍ、処理圧力を１．
２ｋＰａとし、１００ｎｍのＳｉＯ₂膜を形成した。

【００４５】実際のシングルダマシン法では、この後フ
ォトレジストを塗布し、露光、現像を行ってパターンを
形成するが、本検討では、エッジ部分の形状改善が目的
であるため、パターンの形成は省略した。また、ＳｉＬ
ＫＪ３５０は、芳香族系炭化水素ポリマーであり、フ
ォトレジストと同等のエッチング耐性を有する。さら
に、フォトレジストの形成とＳｉＬＫ樹脂の塗布膜の形
成とは、同じ方法で可能である。従って、パターンの形
成が不要な場合には、フォトレジストの代用としてＳｉ
ＬＫＪ３５０を用いることが可能である。

【００４６】そこで、上記ＳｉＯ₂膜上に、前述した方
法でＳｉＬＫＪ３５０を塗布し、エッジリンスを行っ
た後、３２０℃／１８０秒のプリベークを行った。エッ
ジリンスの幅は４ｍｍとした。この際、ＳｉＬＫ塗布液
滴下後の回転数を５０００ｒｐｍに変更した。プリベー
ク後の膜厚は２９０ｎｍであった。また、エッジ部の盛
り上がり高さは３５０ｎｍであった。この２層目のＳｉ
ＬＫ膜はフォトレジストの代替としてエッチングによっ
て完全に除去されるため、硬化は必要ない。但し、エッ
チング中の脱ガスを低減するためにプリベーク時間を長
くした。

【００４７】次いで、アルバック社製の平行平板型のＲ
ＩＥ装置ＣＳＥ―１１１０を用いてエッチングを行っ
た。まず、ＣＦ₄／Ｏ₂を用いて、ＳｉＯ₂膜のエッチン
グを行った。処理条件は、ＣＦ₄／Ｏ₂＝８０ｓｃｃｍ／
２０ｓｃｃｍ、圧力を５０Ｐａ、ＲＦパワーを２００Ｗ
とした。

【００４８】続いて、ＳｉＬＫ硬化膜のエッチングを行
った。処理圧力を４Ｐａとし、エッチングガスとしてＮ
₂／Ｈ₂＝１５ｓｃｃｍ／１５ｓｃｃｍとした。この時の
ＳｉＬＫ硬化膜及びプリベーク膜のエッチレートは共に
１００ｎｍ／分であった。また、３５０ｎｍの膜厚に対
して３０％のオーバーエッチを行うため、エッチング時
間を４．５分とした。上層のＳｉＬＫ膜厚は２９０ｎｍ
で盛り上がり部分の厚さが３５０ｎｍであったため、エ
ッチング後には、上層のＳｉＬＫ膜はエッジ部も含めて
完全に除去された。

【００４９】このエッチング後のエッジ部の断面形状を
ＳＥＭで観察したところ、図３に模式的に示す形状のよ
うになっており、ＳｉＬＫ膜における盛り上がり部のエ
ッチング後の高さは５０ｎｍ程度であり、絶縁層の膜厚
に対して十分に小さいことが確認された。なお、ＬＳＩ
の実際の製造プロセスでは、上層のＳｉＬＫ膜の代わり
に、パターンを形成したフォトレジストを形成すること
により、エッチング後に配線又は接続孔が形成される。

【００５０】次に、Ｃｕ−ＣＭＰの評価を行うため、エ
ッチング完了後のシリコンウエハにＴａＮを１０ｎｍ積
層し、次いでＴａを２０ｎｍ積層し、最後にＣｕを２０
０ｎｍ積層した。これらの成膜はスパッタによって行っ
た。Ｃｕ−ＣＭＰでは、研磨液として砥粒フリー研磨液
ＨＳ−４０００（日立化成工業（株）製）、研磨パッド
としてＩＣ−１０００単層、格子溝パッド（ロデール社
製）、研磨装置として、定盤直径２４インチ、２プラテ
ン型のメタル用研磨装置（ラップマスター社製）を用い
た。

【００５１】研磨条件は、荷重２００ｇ／ｃｍ²、定盤
回転数４０ｒｐｍ、ウエハホルダ回転数４０ｒｐｍ、研
磨液供給量２００ｃｃ／分、研磨時間２分とし、プラテ
ンは第一プラテンを用いた。この条件におけるＣｕの研
磨速度は１４０ｎｍ／分であった。研磨後、シリコンウ
エハを水で洗浄し、乾燥させた後、エッジ部分の観察を
行った。顕微鏡でウエハ全周を監察したところ、剥離の
発生は認められなかった。

【００５２】続いて、Ｔａ／ＴａＮのＣＭＰを行った。
研磨液として砥粒入りの研磨液ＨＳ−５０００Ｘ−４
（日立化成工業（株）製）、研磨パッドとしてＩＣ−１
０００単層、格子溝パッド（ロデール社製）、研磨装置
としてＣｕ−ＣＭＰと同一の研磨装置を用い、第二プラ
テンを用いて研磨を行った。研磨条件は、荷重２００ｇ
／ｃｍ²、定盤回転数３０ｒｐｍ、ウエハホルダ回転数
３０ｒｐｍ、研磨液供給量２００ｃｃ／分、研磨時間１
分とした。この条件におけるＴａ及びＴａＮの研磨速度
は、共に５０ｎｍ／分であった。研磨後は、水洗し、乾
燥させた後、断面の観察を行った。顕微鏡でウエハ全周
を監察したところ、剥離の発生は認められなかった。

【００５３】バリア膜研磨後、Ｃｕ拡散防止膜を想定し
たＳｉＮ膜（５０ｎｍ厚）を形成することにより、シン
グルダマシンを想定したプロセスを完了した。この後、
上記のシングルダマシンを想定したプロセスを６回繰り
返して行ったが、いずれも絶縁膜のエッジ部分における
剥離の発生は認められなかった。これより、本プロセス
は、ＬＳＩの多層配線形成に対して十分なマージンを有
し、多層化した場合にも全く問題ないことが確認され
た。

【００５４】〈比較例１〉ＳｉＬＫ硬化膜上にＳｉＯ₂
膜を形成後、２層目のＳｉＬＫ膜形成及びエッチングを
行わない以外は、実施例１と同様にしてシリコンウエハ
上にバリアメタル及びＣｕを成膜した。この場合、２層
目のＳｉＬＫ膜形成及びエッチングを行っていないた
め、エッジ部分に盛り上がり部が存在する。Ｃｕ−ＣＭ
Ｐを実施例１と同条件で行い、ＳｉＬＫ膜エッジ部を顕
微鏡で監察した。その結果、ＳｉＬＫ樹脂膜の盛り上が
り部に起因した剥離の発生が認められた。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多層配線
形成方法及び半導体素子の製造方法によれば、回転塗布
法で形成される絶縁膜のエッジ部分の盛り上がり及び段
差に起因する剥離の発生を、複雑な工程を経ることなく
解決でき、高集積化したＬＳＩの歩留まりを低コストで
改善することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】塗布絶縁膜が形成されたウエハの周縁部を示す
模式断面図である。

【図２】塗布絶縁膜である低誘電率膜及び無機膜上にフ
ォトレジスト層が形成されたウエハの周縁部を示す模式
断面図である。

【図３】低誘電率膜及び無機膜をエッチングした後のウ
エハの周縁部を示す模式断面図である。

【図４】図３に示す状態のウエハ上に形成したバリア膜
及びＣｕ膜にＣＭＰを施した後の状態を示す模式断面図
である。

【図５】塗布絶縁膜及び無機膜が２段積層されたウエハ
の周縁部を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１０，２０，５０…ウエハ（基板）、１１ａ，２２ａ，
２１ｂ，５２ａ，５４ａ…盛り上がり部、１１，５１，
５３…塗布絶縁膜（第１の絶縁膜）、２１…低誘電率膜
（第１の絶縁膜）、２２，５２，５４…無機膜（第２の
絶縁膜）、２３…フォトレジスト、２４…Ｃｕ膜。

フロントページの続きＦターム(参考） 5F004 AA11 BA04 DA01 DA24 DA25 DA26 DB03 DB24 EB08 5F033 HH11 HH21 HH32 MM01 MM02 MM12 MM13 PP15 QQ09 QQ10 QQ11 QQ48 QQ91 RR04 RR06 RR23 RR24 RR29 SS11 SS15 SS22 TT04 XX01 XX12 XX14 XX34 5F058 AD05 AF04 AG01 AH02 BA09 BC02 BD01 BF07 BF23 BF29 BH11 BJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に第１の絶縁膜を回転塗布によっ
て形成し、該第１の絶縁膜の外周部を除去した後、該基
板上に該第１の絶縁膜と異なる第２の絶縁膜を形成し、
該基板上にフォトレジストパターンを形成した後、該第
１の絶縁膜及び該第２の絶縁膜をエッチングして所定の
パターンを形成する工程を有する多層配線形成方法であ
って、前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜をエッチングす
る前に該第１の絶縁膜の外周部上方における前記フォト
レジストを除去する、ことを特徴とする多層配線形成方
法。
【請求項２】前記第１の絶縁膜として有機膜を形成
し、前記第２の絶縁膜として無機膜又は有機無機複合膜
を形成する、ことを特徴とする請求項１記載の多層配線
形成方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載の多層配線方法に
より基板上に所定のパターンが形成されて成る半導体素
子を形成する、ことを特徴とする半導体素子の製造方
法。