JP2535908B2

JP2535908B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2535908B2
Application number: JP62124665A
Authority: JP
Inventors: 宏紀保積
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPS63289836A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は多層配線を行う半導体装置の製造方法に関
し、特にその各層の間における平坦化を実現する半導体
装置の製造方法に関する。

B.発明の概要本発明は、下地層にコンタクトホールを介して接続す
る第１の配線層の平坦化を実現する半導体装置の製造方
法において、その第１の配線層の表面を平坦化してから
パターニングを行い、さらにその第１の配線層の表面お
よび上記第１の絶縁層の表面の平坦化を行うことによ
り、コンタクトホール部等での凹部を確実に埋め込ん
で、より高度な表面の平坦化を図るものである。

C.従来の技術半導体装置の高集積化，高速化に伴い、金属配線の多
層配線技術はますます重要になってきている。そして、
配線パターンの微細化に従って、段差のアスペクト比も
増大し、段切れ防止やエレクトロマイグレーション耐性
等の点から、多層配線技術では、その平坦化が要求され
ている。

ここで、従来の半導体装置の製造技術における平坦化
技術の一例（スピンコート法）について、第２図ａ〜
第２図ｃを参照しながら説明する。なお、この従来例
は、第２層目のアルミ配線層の平坦化を図るためのもの
である。

（ａ）まず、第２図ａに示すように、基体（半導体基
板若しくは各層を意味する。）20上にパターニングされ
た第１層目のアルミ配線層21が形成されており、その上
に被覆された層間絶縁膜22の上記第１層目のアルミ配線
層21上部が開口されてコンタクトホール23が形成されて
いる。そして、この層間絶縁膜22上には、全面に第２層
目のアルミ配線層24が形成され、パターニングによっ
て、このコンタクトホール23内に被着した第２層目のア
ルミ配線層24aが凹部30を有したパターンに形成され、
上記層間絶縁膜22上には、引き回される配線部分の断面
形状を有したアルミ配線層24bが所定のパターンに形成
される。そして、全面にはPSG（リンシリケートガラ
ス）層25が薄く形成される。

（ｂ）次に、第２図ｂに示すように、上記PSG層25上
の全面に回転塗布膜（SOG;スピン・オン・ガラス）26を
スピンコーターを用いて形成する。この回転塗布膜26
は、粘性を有した流動体であり、その一部は上記コンタ
クトホール23に形成された第２層目のアルミ配線層24a
の凹部や、配線同士の間の空間部分に流れ込む。

（ｃ）このような回転塗布膜26の形成後、第２図ｃに
示すように、全面がエッチバックされ、その平坦化が行
われる。

また、他の多層配線の平坦化を図る手法としては、従
来より、CVD膜形成後、エッチバックによりサンドウ
オール形成、次に再びCVD膜形成を行う方法，プラズ
マナイトライドを用いる方法等があり、さらにバイア
ススパッタ法，バイアスCVD法，ビアホールへの高
融点金属の埋め込み技術等が知られている。

D.発明が解決しようとする問題点半導体装置の製造技術においては、前述の通り微細化
が進められ、また、多層配線の要求も強くなってきてい
る。そして、特に３層以上の金属配線を形成する場合
に、最も技術的な課題を有しているのが、アルミ配線層
のカバレージの悪いコンタクトホール23（ビアホール）
部分である。

すなわち、半導体装置のパターンルールの微細化を図
った場合には、コンタクトホール23のアスペクト比が高
くなり、Al配線層形成時のシャドウ効果等により、例え
ば、第２図ｂに示すアルミ配線層24aの凹部30は非常に
狭いものとなる。そして、その結果、凹部30への回転塗
布膜26の充填は困難となり、その後の層間絶縁膜の形成
時に例えばクラック発生等の悪影響を与えていた。

また、第２層目のアルミ配線層24は、コンタクトホー
ル23のところだけではなく層間絶縁膜22上にも形成され
るが、第２層目のアルミ配線層24aの上部の回転塗布膜2
6の膜厚と、第２層目のアルミ配線層24bの上部の回転塗
布膜26の膜厚を比較してみると、コンタクトホール23の
ところに形成される第２層目のアルミ配線層24aでは、
上記凹部30への回転塗布膜26の流入によりその回転塗布
膜26の膜厚が薄くなり、逆に第２層目のアルミ配線層24
bの上部の回転塗布膜26の膜厚は厚くなる。そして、エ
ッチバックによっても、その膜厚差が配線上に残ること
になり、例えば広いパット部上では、それが信頼性の問
題につながる。

そこで、上述の問題点に鑑み、本発明は、コンタクト
ホール部等での凹部を確実に埋め込んで、より高度な表
面の平坦化を図る半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。

E.問題点を解決するための手段本発明は、第１の絶縁層に形成されたコンタクトホー
ルを介して下地層と接続される第１の配線層を全面に形
成する工程と、上記第１の配線層の表面を平坦化する工
程と、上記第１の配線層をパターニングする工程と、上
記第１の配線層の表面及び上記第１の絶縁層の表面を平
坦化する工程とを有する半導体装置の製造方法により上
述の問題点を解決する。

F.作用平坦化の手段として、前述の回転塗布膜を用いる場
合、その回転塗布膜は、下地の形状に依存してその流動
性が得られる性質を有する。すなわち、滑らかな面で塗
布する方が回転塗布膜の流動性が高い。そこで、本発明
は、第１の配線層のパターニングの以前に、まず、平坦
化を図り、回転塗布膜の流動性の高い状態で凹部を充填
し且つ均一な膜厚を実現する。そして、次にパターニン
グを施すことで、第１の配線層に対する高度な平坦化を
図ることができることになる。

G.実施例本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明す
る。

本発明の実施例は、平坦化の手段に回転塗布膜を用い
たものであって、３層のアルミ配線層を形成するもので
ある。以下、本実施例をその製造工程に従って第１図ａ
〜第１図ｄを参照しながら説明する。

（ａ）まず、第１図ａに示すように、基体（半導体基
板若しくは各層を意味する。）１上に下地層としてのパ
ターニングされた第１層目のアルミ配線層２が形成さ
れ、その上に第１の絶縁膜である層間絶縁膜３が被覆さ
れる。この層間絶縁膜３の上記第１層目のアルミ配線層
２上部は開口されてコンタクトホール４が形成される。
そして、この層間絶縁膜３上には、全面に第１の配線層
としての第２層目のアルミ配線層５が形成される。この
第２層目のアルミ配線層５の形状は、上記コンタクトホ
ール４のところでは凹部10を有しているが、上記層間絶
縁膜３上ではリフロー他各種層間平滑化手法によった該
層間絶縁膜３の表面に沿って略滑らかな表面を有してい
る。例えばコンタクトホール４の径を1.2μｍとした時
では、上記凹部10の底部の寸法は0.6μm,上記凹部10の
側壁の深さの寸法は1.2μｍ程度のものとなる。

次に、このような第２層目のアルミ配線層５の表面に
は、CVD法によって全面に薄くPSG層６が形成される。PS
G層６は、第２層目のアルミ配線層５の形状を反映し、
層間絶縁膜３上の第２層目のアルミ配線層５の表面にも
該表面に沿って滑らかな表面を有するものとされる。

そして、このPSG層６の形成後、所要のスピンコータ
ーを使用して回転塗布膜７が塗布形成される。このと
き、この回転塗布膜７が形成されるのは、未だパターニ
ングされていない第２層目のアルミ配線層５およびPSG
層６の上部である。したがって、所定の粘性や流動性を
有してなる回転塗布膜７は、略滑らかな表面を有するPS
G層６上を流れて行く。このため凹部10の内部にも高い
流動性から確実に当該回転塗布膜７の一部が充填されて
行き、従来の如く凹部が充填しきれないという問題は解
決される。また、回転塗布膜７の下部層は未だパターニ
ングされていないことから、当該回転塗布膜７は均一に
形成され、膜厚のばらつき等を防止して、その表面は良
好なものとなる。

（ｂ）次に、回転塗布膜７を形成したところで、全面
をエッチバックする。このエッチバックはRIE法によっ
て行うことができる。また、RIE法に限定されず、ウェ
トエッチングを行うようにしても良い。このエッチバッ
クによって、上記回転塗布膜７や上記PSG膜６は除去さ
れるが、上記第２層目のアルミ配線層５の凹部10に充填
された回転塗布膜７は残存する。すなわち、コンタクト
ホール４での第２層目のアルミ配線層５の凹部10は埋め
込まれ、そのコンタクトホール４の領域での第２層目の
アルミ配線層５の表面は略平坦とされる。

次に、第１図ｂに示すように、エッチバックされて略
平坦化された第２層目のアルミ配線層5,回転塗布膜７お
よびPSG膜６の全面にフォトレジスト層８を形成し、所
定のフォトリソグラフィ技術を用いて、当該フォトレジ
スト層８をマスクとした第２層目のアルミ配線層５のパ
ターニングを行う。この時、エッチバックによりフォト
レジスト層８の下地が平坦化されているため、フォトレ
ジスト層８の形成およびそのパターニングに便宜であ
る。そして、第２層目のアルミ配線層５の上部に回転塗
布膜７やPSG膜６が残存していれば、これら各膜が反射
防止膜として機能し、さらにフォトレジスト層８の寸法
精度は向上することになる。第２層目のアルミ配線層５
のパターニングは、例えばRIE法によって行われ、所定
の第２層目のアルミ配線層５の配線パターンが形成され
ることになる。また、第２層のアルミ配線層５が除去さ
れた領域では、第１の絶縁膜である層間絶縁膜３の表面
が露出することになる。

（ｃ）第２層目のアルミ配線層５のパターニングの
後、第１図ｃに示すように、上記フォトレジスト層８が
除去され、CVD法によりPSG膜11を被着形成する。そし
て、このPSG膜11の形成後、上記第１の配線層である第
２層目のアルミ配線層５の表面および上記第１の絶縁層
である層間絶縁膜３の表面を平坦化するために、全面に
再び回転塗布膜12を形成する。アルミ配線層のパターニ
ングを行った後では、十分な回転塗布膜の流動性を得る
ことができず、従来は狭い凹部への回転塗布膜の充填が
困難であり、また、流れこみによる薄膜化等の問題があ
った。しかしながら、本実施例の半導体装置の製造方法
においては、既に第２層目のアルミ配線層５の凹部10は
埋め込まれており、凹部への充填は不要であり、また、
コンタクトホール４の近傍の回転塗布膜12が凹部への流
れこみによって薄くなる弊害もない。したがって、確実
な平坦化を行うことができる。

なお、この工程で使用する回転塗布膜12は、配線の密
度や段差の高さ等によって最適化を図ることができ、コ
ンタクトホール４のところでの多層配線の課題を解決す
ることになる。

（ｄ）このような回転塗布膜12の形成後、第１図ｄに
示すように、全面をエッチバックする。このとき、回転
塗布膜12によって、高度な平坦化がなされていることか
ら、エッチバックによって平坦な表面を得ることができ
る。そして、第２の層間絶縁膜13を全面に形成する。こ
の第２の層間絶縁膜13は、例えばCVD法により形成され
るPSG膜である。そして、この第２の層間絶縁膜13にコ
ンタクトホールを形成し、第３層目のアルミ配線層14を
全面に形成し、これをパターニングして所定の配線パタ
ーンを得る。このとき、第３層目のアルミ配線層14は、
上述のような工程によって、第２層目のアルミ配線層５
の凹部10が回転塗布膜７で確実に充填され、且つ回転塗
布膜12によってもパターニングされた第２層目のアルミ
配線層５の間の領域が埋め込まれているため、段切れ等
もなく確実な接続を行うことになる。

以上の工程によって、本実施例の半導体装置の製造方
法は行われ、本実施例の半導体装置の製造方法を用いる
ことで、まず、コンタクトホール部の第２層目のアルミ
配線層５の凹部10は、回転塗布膜７で確実に充填され
る。このため多層配線を施した場合であっても、段切れ
等の問題はなく、確実な多層配線がなされることにな
る。

また、回転塗布膜７の形成時の下地の形状から確実に
アルミ配線層５の凹部10が充填され、このときその周辺
の回転塗布膜７の凹部10への流入は抑えられる。したが
って、第２層目のアルミ配線層５上の回転塗布膜７は全
面に亘って均一なものとなり、高度な平坦化を実現でき
る。

さらに、平坦化のための回転塗布膜は２度形成され、
配線ルールや集積度等に応じて、それぞれ制御すること
で、平坦化をさらに進めることができる。

また、回転塗布膜７のエッチバック後に残存する回転
塗布膜７等は、フォトレジスト層８の形成時の反射防止
膜となり、フォトレジスト層８を精度良く形成すること
が実現できる。さらに、平坦化によって、フォトレジス
ト層８の塗りむら等も有効に防止されることになる。

なお、上述の実施例においては、第３層目のアルミ配
線層14までを説明したが、これに限定されず、さらに多
く層を積層する場合にも本実施例を適用することができ
る。また、配線層はアルミ配線層に限定されず、他の金
属配線や半導体層等の材料であっても良いことは勿論で
ある。

H.発明の効果本発明の半導体装置の製造方法は、上述のように、第
１の配線層のパターニングの以前に回転塗布膜等の平坦
化処理で凹部を充填するため、容易に高度な平坦化を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図ｄは本発明の半導体装置の製造方法の
一例をその工程に従って説明するためのそれぞれ断面図
であって、第１図ａは回転塗布膜の形成工程、第１図ｂ
は第２層目のアルミ配線層のパターニング工程、第１図
ｃは回転塗布膜の形成工程、第１図ｄは第３層目のアル
ミ配線層の形成工程をそれぞれ示す図である。また、第
２図ａ〜第２図ｃは従来の半導体装置の製造方法の一例
その工程に従って説明するためのそれぞれ断面図であっ
て、第２図ａはPSG膜の形成工程、第２図ｂは回転塗布
膜の形成工程、第２図ｃはエッチング工程をそれぞれ示
す図である。１……基体２……第１層目のアルミ配線層３……層間絶縁膜４……コンタクトホール５……第２層目のアルミ配線層６……PSG膜７……回転塗布膜８……フォトレジスト層 10……凹部 11……PSG膜 12……回転塗布膜 13……第２の層間絶縁膜 14……第３層目のアルミ配線層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の絶縁層に形成されたコンタクトホー
ルを介して下地層と接続される第１の配線層を全面に形
成する工程と、上記第１の配線層の表面を平坦化する工程と、上記第１の配線層をパターニングする工程と、上記第１の配線層の表面および上記第１の絶縁層の表面
を平坦化する工程とを有する半導体装置の製造方法。