JP3048919B2 - 配線パターンの形成方 - Google Patents

配線パターンの形成方

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JP3048919B2
JP3048919B2 JP8076085A JP7608596A JP3048919B2 JP 3048919 B2 JP3048919 B2 JP 3048919B2 JP 8076085 A JP8076085 A JP 8076085A JP 7608596 A JP7608596 A JP 7608596A JP 3048919 B2 JP3048919 B2 JP 3048919B2
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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、特に反射率の高い金属の配線パターンの形
成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の微細化および高密度化は依
然として精力的に進められており、現在では0.15〜
0.25μmの寸法基準で設計されたメモリデバイスあ
るいはロジックデバイス等の超高集積の半導体デバイス
が開発試作されている。このような半導体デバイスの高
集積化に伴って、半導体素子の寸法はますます微細化さ
れると共に高密度化されるようになる。そして、ゲート
電極、多層配線の配線幅あるいは拡散層幅等の寸法の縮
小および半導体素子を構成する材料の膜厚の低減が特に
重要になってくる。
【0003】このように微細化される半導体素子の構成
要素パターン寸法のバラツキ、その中でも特にゲート電
極幅のバラツキは、絶縁ゲート電界効果トランジスタ
(以下、MOSトランジスタと呼称する)の特性に最も
大きな影響を与える。また、DRAMのような半導体デ
バイスのビット線幅はメモリセルの寸法に大きな影響を
与えるようになる。このため、これら配線の寸法の高度
な制御は半導体デバイス製造にとり必須になる。
【0004】しかし、配線に使用される導電体膜表面の
光反射率が高いと、フォトリソグラフィ工程でのフォト
レジスト膜への光学パターン転写が困難になる。そこ
で、このような導電体膜表面からの光反射率を低減させ
る種々の方法が提案されている。以下、このような技術
として特開平3−241745号公報に記載されている
技術について説明する。
【0005】図6は上記技術による微細配線の製造方法
を工程順に示す断面図である。
【0006】図6(a)に示すように、シリコンの下地
基板21上に絶縁膜22を形成する。次に、この絶縁膜
上に配線用の金属膜23を堆積させる。さらに、図6
(b)に示すように、上記金属膜23上に反射防止用の
高融点金属膜24を形成する。ここで、この高融点金属
膜は膜厚50nmのチタン膜である。
【0007】次に、図6(c)に示すように、高融点金
属膜24の表面をO2 プラズマに曝す。そして、このプ
ラズマ処理した表面を硝酸薬液により処理する。これら
の処理で高融点金属膜24表面の光反射率は10%程度
低下する。
【0008】次に、図6(d)に示すように、高融点金
属膜24上にレジスト25を塗布する。ついで、図6
(e)に示すように、ステッパによる光学パターン露光
と光学パターン転写後の現像を行い、レジストパターン
26を形成する。さらに、このレジストパターン26を
マスクにして、高融点金属膜24と金属膜23とを反応
性イオンエッチング(RIE)でドライエッチングす
る。このようにして、配線パターン27を形成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】半導体素子の微細化お
よび高密度化は現在精力的に進められており、ワード線
あるいはビット線等に用いられる金属の配線幅は、0.
2程度と微細になってきている。
【0010】このように配線幅が狭まると、先述したよ
うにステッパの感光用照射光は短波長化しエキシマレー
ザ光が用いられる。しかし、感光用照射光の波長が30
0nm以下になると、上記のような処理された高融点金
属膜の反射防止膜としての機能が大幅に低下するように
なる。そして、このようなエキシマレーザ光ではその位
相が揃うため、その反射率はさらに上昇するようにな
る。
【0011】また、上記のような高融点金属膜はエキシ
マレーザ光用の感光性レジスト膜との密着性に問題があ
り、微細なパターン形成が難しくなってくる。
【0012】本発明の目的は、上述のような問題点を解
決し、金属の配線表面の光反射率が非常に高くなるよう
な条件でも微細な配線パターンが高精度に形成できるよ
うにすることにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の配線パターンの
形成方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に導電体膜を堆積させる工程と、前記導電
体膜上にHSG構造の多結晶シリコン膜を形成する工程
と、前記多結晶シリコン膜上に感光性のフォトレジスト
膜を塗布する工程と、前記フォトレジスト膜に配線用の
光学パターンを投影露光する工程とを含むことを特徴と
する。
【0014】ここで、前記導電体膜としてタングステン
・シリサイド膜を用いることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の第1の実施の形態
を図1および図2に基づいて説明する。ここで、図1お
よび図2はゲート電極で構成されるワード線の製造工程
順の断面図である。
【0016】図1(a)に示すように、シリコン基板1
の表面に選択的にフィールド酸化膜2を形成する。ここ
で、このフィールド酸化膜2は公知のLOCOS法で形
成され、その膜厚は300nm程度に設定される。次
に、ゲート酸化膜3を熱酸化法で形成する。このゲート
酸化膜3は膜厚が8nmのシリコン酸化膜である。
【0017】次に、このフィールド酸化膜2およびゲー
ト酸化膜3の表面を被覆する多結晶シリコン膜4aを公
知の化学気相成長(CVD)法で堆積させる。ここで、
この多結晶シリコン膜4aは高濃度例えば1020原子/
cm3 のリン不純物を含有し、その膜厚は150nm程
度である。
【0018】さらに、図1(a)に示すように、上記多
結晶シリコン膜4a上に、低抵抗用の高融点金属膜5a
を形成する。このとき高融点金属膜5aの材料として
は、WSiを用いるが、その他にも、例えばTiSiや
CoSiなどでもよい。
【0019】ここで、パターニングのためのレジスト膜
7を塗布する前に、図1(b)に示すように、上記高融
点金属膜5aの表面にアモルファスシリコンを成長さ
せ、HSG化を行い表面に30〜50nm程度の凹凸の
あるHSG膜6を形成する。このHSG化は、高融点金
属膜5aの上部にリンをドープしたアモルファスシリコ
ン膜を、Si2 6 とPH3 の混合ガス中で550℃程
度の条件で形成し、その後約580℃、約1mTorr
の減圧下でSi2 6 ガスの雰囲気に10分程度晒し、
引き続き、等温等圧にてN2 雰囲気に30分程度晒すこ
とにより実現される。
【0020】これにより、従来では10%しか減衰しな
かった、高融点金属膜の反射率は30%程度減衰するよ
うになる。
【0021】ワード線においては、高融点金属膜にTi
Siを用いると、後の工程において、高温の工程を行う
ことができなくなるので、通常ポリシリコンよりも低抵
抗のWSiが用いられる。
【0022】そして、この表面の凹凸のあるHSG膜6
の形成後、図1(c)に示すようにレジスト膜7を塗布
し、ついで、図2(a)に示すように、フォトリソグラ
フィ工程で露光・現像を行う。そして、レジストパター
ン8を形成する。
【0023】次に、レジストパターン8をマスクにして
高融点金属膜5aと多結晶シリコン膜4aをRIEによ
りエッチングすることによりワード線9を形成する。こ
こで、ワード線9は、図2(b)に示すように多結晶シ
リコン配線4と高融点金属配線5とで構成される。
【0024】次に、本発明の効果について図3に基づい
て説明する。ここで、図3は図2(a)で説明したレジ
ストパターン8を形成するための光学パターン転写の模
式断面図となっている。
【0025】図3に示すように、シリコン基板1上にフ
ィールド酸化膜2が形成され、このフィールド酸化膜2
の形成されていない領域に、ゲート酸化膜3が形成され
ている。そして、ゲート酸化膜3表面とフィールド酸化
膜2表面との間に段差が形成されている。
【0026】そして、フィールド酸化膜2およびゲート
酸化膜3の表面を被覆する多結晶シリコン膜4aが堆積
され、この多結晶シリコン膜4a上に、低抵抗の高融点
金属膜5aが形成されている。そして、この高融点金属
膜5aの表面にHSG膜6が形成されている。
【0027】このHSG膜6上にレジスト膜7が塗布さ
れ、このレジスト膜7をパターニングするために露光入
射光10がステッパで投影される。この場合に、HSG
膜6は入射光の反射率を低減させるようになる。すなわ
ち、高融点金属膜5aの場合より反射光11の強度は低
減する。さらに、このHSG膜6の表面は小さな凹凸を
有するため、低減した反射光11は全方向に反射する。
このため、図3に示すように、上記段部で反射する反射
光11が集光することはない。そして、従来の技術で生
じる段部でのレジストパターンの局所的な細りは無くな
る。
【0028】次に、第2の実施の形態について図4と図
5に基づいて説明する。第1の実施の形態では、ゲート
電極配線すなわちワード線について説明したが、本発明
はその他の配線工程、例えばビット線にも適用できる。
図4と図5はその製造工程順の断面図である。
【0029】図4(a)に示すように、シリコン基板1
の表面に選択的にフィールド酸化膜2を形成した後、第
1の実施の形態と同様の形成方法により露光・現像を行
いレジストパターンを形成する。そして、これをマスク
にして高融点金属配線5と多結晶シリコン配線4とを形
成する。そして、さらに拡散層12を形成する。
【0030】次に、図4(b)に示すように、上記工程
により形成された下地の上に、層間絶縁膜13をTEO
S(Si(OC2 5 4 )とPH3 とB(OCH3
3 とO2 との混合ガスを用いた減圧CVD法により、膜
厚400nm程度形成する。その後、拡散層12上にコ
ンタクト孔をCF4 とCHF3 ガスを用いたRIEによ
り開口する。
【0031】次に、図4(c)に示すように、層間絶縁
膜13上に配線用の多結晶シリコン膜14a(例えば2
00nm程度のリン不純物を含有する多結晶シリコン
膜)を形成する。さらに、上記多結晶シリコン膜14a
上に、低抵抗の高融点金属膜15aを形成する。このと
き高融点金属膜15aの材料としては、例えばWSiや
TiSiやCoSiを用いる。
【0032】ここで、パターニングのためのレジストを
塗布する前に、第1の実施の形態と同様に、上記高融点
金属膜15aの表面にアモルファスシリコンを成長さ
せ、表面に30〜50nm程度のHSG膜16を形成す
る。
【0033】表面にHSG膜16を形成後、図5(a)
に示すようにレジストパターン17を形成する。そし
て、レジストパターン17をマスクにしてHSG膜1
6、高融点金属膜15aおよび多結晶シリコン膜14a
をRIEによりエッチングする。このようにして、図5
(b)に示すように、ビット線18を形成する。ここ
で、ビット線18は多結晶シリコン配線14と高融点金
属配線15で構成される。
【0034】
【発明の効果】このように本発明では、ワード線あるい
はビット線等に用いられる金属の配線の形成時、これら
の配線を構成する導電体膜の表面に凹凸のある多結晶膜
を堆積させる。そして、この多結晶膜上にフォトレジス
ト膜を塗布し、配線用の光学パターンを転写する。
【0035】このため、感光用照射光の波長が300n
m以下になっても、反射防止膜として機能し、微細な配
線が高精度に形成される。
【0036】また、HSG膜のような凹凸のある多結晶
膜は、エキシマレーザ光用の感光性レジスト膜との密着
性を高め、微細なパターン形成を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明するための工
程順の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態を説明するための工
程順の断面図である。
【図3】本発明の効果を説明するための光学パターン転
写時の断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態を説明するための工
程順の断面図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態を説明するための工
程順の断面図である。
【図6】従来の技術を説明するための工程順の断面図で
ある。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4a,14a 多結晶シリコン膜 4,14 多結晶シリコン配線 5a,15a,24 高融点金属膜 5,15 高融点金属配線 6,16 HSG膜 7 レジスト膜 8,17,26 レジストパターン 9 ワード線 10 露光入射光 11 反射光 12 拡散層 13 層間絶縁膜 18 ビット線 21 下地基板 22 絶縁膜 23 金属膜 25 レジスト 27 配線パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−130741(JP,A) 22nd Conference on Solid State Devic es and Materials S endai,1990,pp.873−876 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 H01L 21/88 H01L 21/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
    と、前記絶縁膜上に導電体膜を堆積させる工程と、前記
    導電体膜上にHSG構造の多結晶シリコン膜を形成する
    工程と、前記多結晶シリコン膜上に感光性のフォトレジ
    スト膜を塗布する工程と、前記フォトレジスト膜に配線
    用の光学パターンを投影露光する工程とを含むことを特
    徴とする配線パターンの形成方法。
  2. 【請求項2】 前記導電体膜がタングステン・シリサイ
    ド膜であることを特徴とする請求項1記載の配線パター
    ンの形成方法。
JP8076085A 1996-03-29 1996-03-29 配線パターンの形成方 Expired - Lifetime JP3048919B2 (ja)

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22nd Conference on Solid State Devices and Materials Sendai,1990,pp.873−876

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Effective date: 19980519