JP3308714B2 - 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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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法、
特に多層配線を形成する際の平坦化方法における半導体
装置の製造工程に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体デバイスの高集積化にとも
ない、配線の多層化が進められている。しかし素子の微
細化と配線の多層化により、層間絶縁膜や配線層に起因
する段差により、配線層自身が段切れを起こす不良が生
じるために、配線の多層化が困難となってきている。こ
の段差を解消し配線層を形成する部分を平坦化する技術
としては、レジストエッチバック法が挙げられる。
【0003】このレジストエッチバック法は、例えば半
導体基板上に第一の配線層が形成し、さらにその上部に
第二の配線層を形成する場合、第一の配線層表面上には
層間絶縁膜を形成する必要があるが、第一の配線層の影
響により層間絶縁膜表面上には、第一の配線層に対応し
た段差が生じており、第二の配線層の段切れ等を防止す
るため、層間絶縁膜を平坦化する必要がある。従来の技
術による層間絶縁膜の平坦化方法としてレジストエッチ
バック法を、以下図面を参照して説明する。
【0004】まず図2(a)に示すように、半導体基板
101表面上には第一の配線層102が形成されてい
る。第二の配線層をこの上部に形成するために、第一の
配線層102表面上に酸化膜による層間絶縁膜103を
形成する。層間絶縁膜103の表面は、第一の配線層1
02の段差の影響を受け、凹凸が生じる。
【0005】続いて図2(b)に示すように、層間絶縁
膜103の平坦化を行うために、この表面上にレジスト
104を塗布する。このレジストは粘度の低いものを選
択することにより、段差の低くなっている部分には十分
に進入し、段差の高くなっている部分にはレジストはさ
ほど残らないため、層間絶縁膜の段差はある程度まで緩
和される。
【0006】続いて図2(c)に示すように、レジスト
104と層間絶縁膜103が同様のエッチング速度を持
つようなエッチングガスを用い、レジスト104と層間
絶縁膜103を同時にRIE(Reactive Ion Eching )
法によりエッチバックし、層間絶縁膜103の平坦化を
行う。その後、第二の配線層105を形成するためにA
l膜を成膜する。
【0007】しかしながら上記の方法においては、低い
粘度のレジストを塗布しても、層間絶縁膜の段差を完全
に平坦化することは困難である。これは段差の凸部と凹
部に塗布されるレジストの膜厚を、段差を完全に平坦化
するようには塗布できないためである。レジストの膜厚
を厚く形成した場合でも、その表面を完全に平坦化する
ことは困難である。また段差の凹部の幅が凸部の幅に対
し大きいような場合には、大部分のレジストが段差の凹
部に流れるため、平坦化を行うのは困難となる。レジス
トの表面が平坦化されていなければ、レジストのエッチ
バックを行っても、レジストの塗布された時点での表面
形状が残ってしまい、配線層の多層化に対し、得えられ
る平坦性が十分でないという問題点がある。この結果、
配線層が層間絶縁膜の表面に沿って形成されるため、配
線層の段切れを招き、配線層の信頼性を低下させる原因
となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の様に従来のレジ
ストエッチバック法による平坦化方法においては、レジ
ストを塗布する段階で、層間絶縁膜の段差を完全に緩和
することは困難であり、平坦化を十分に行うことができ
ず、層間絶縁膜表面上に形成される配線層の段切れを招
き、配線層の信頼性を低下させる原因となる。
【0009】本発明においてはこの問題点を鑑み、層間
絶縁膜の段差を十分に緩和し平坦化することにより、配
線層の多層化に対する信頼性を向上させることを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、層間絶縁膜の段差上に有機性膜を
多層により形成し、各々の層の有機性膜は所定のエッチ
ング液に対しエッチング速度が異なるものを用いる。所
定のエッチング液に対し最下層に成膜する有機性膜のエ
ッチング速度を速く、最上層に成膜される有機性膜のエ
ッチング速度を遅くする。これらを同時にエッチバック
することにより段差の凹部に塗布した有機性膜をそのま
ま残留させ、段差の凸部に塗布された有機性膜を除去し
その表面を平坦化する。その後、段差の凹部の有機性膜
と層間絶縁膜を同時にエッチバックすることにより平坦
な層間絶縁膜を形成する。
【0011】
【作用】本発明によれば、層間絶縁膜の段差上に有機性
膜をそのエッチング速度が最下層から最上層に行くに従
って遅く形成し、この複数の層からなる有機性膜を所定
のエッチング液によりエッチバックすることにより、層
間絶縁膜の段差内を平坦に埋め込むことができる。そし
て段差内の有機性膜と層間絶縁膜の凸部を同時にエッチ
バックすることにより、層間絶縁膜を平坦化することが
可能となり、配線層の段切れに対する信頼性を向上させ
ることが可能となる。
【0012】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。例えば、平坦化を行う層間絶縁膜は層間絶縁膜に
より形成されており、この層間絶縁膜表面は下層の配線
層等の影響により段差が生じており、この層間絶縁膜の
表面を平坦化した後に配線層を形成する場合についての
実施例とする。
【0013】まず図1(a)に示すように、半導体基板
11表面上には第一の配線層12が形成されている。第
二の配線層をこの上部に形成するために、第一の配線層
12表面上に酸化膜による層間絶縁膜13を形成する。
層間絶縁膜13の表面は、第一の配線層12に対応した
段差が生じており、この段差の深さは0.5μm程度で
ある。
【0014】まず1層目の有機性膜として、層間絶縁膜
13表面上にポリビニル系樹脂をベースとするレジスト
14を塗布する。レジスト14の膜厚は、段差の凹部の
底面からの膜厚が層間絶縁膜13の段差の深さに対しほ
ぼ同等、もしくはそれ以下の膜厚となるように塗布し、
その後、130度程度の温度によりベークを行う。この
レジスト14を塗布することにより、層間絶縁膜の段差
は緩和され、レジスト14表面の低い部分と高い部分の
高さの差は0.3μ程度となる。
【0015】続いて図1(b)に示すように、レジスト
14の表面上にノボラック系樹脂をベースとするレジス
ト15を塗布する。レジスト15の塗布後、レジスト1
4のベークと時と同様の温度でベークを行う。このレジ
スト15の膜厚は、レジスト14の膜厚の1.5倍程度
となるように塗布する。レジスト15を塗布することに
より、レジスト15表面の低い部分と高い部分の高さの
差は0.1μ程度となる。
【0016】続いて図1(c)に示すように、レジスト
14、15のエッチングを行う。エッチング液には、濃
度約4%のTMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxid
e)をベースとするアルカリ系の現像液を用いる。この
エッチング液に対しては1層目のポリビニル系のレジス
ト14のエッチング速度は、2層目のノボラック系のレ
ジスト15のエッチング速度に対し2倍程度の速さであ
り、エッチング速度はレジスト14においては1200
0A/min程度、レジスト15においては6000A
/min程度となる。レジスト15の表面のエッチング
を続けてゆくと、段差の凸部でのレジスト14の表面が
現れ、段差の凹部ではレジスト14、15が残留した構
造となる。
【0017】続いて図1(d)に示すように、エッチン
グを続けると段差の凸部でのレジスト14が、段差の凹
部でのレジスト15に比べ速くエッチングされてゆくた
めに、レジスト14、15の表面は平坦化されてゆく。
段差の凸部の表面が完全に露出する程度まで、エッチン
グを続けてゆくと段差の凸部の表面とレジスト14、1
5の表面を平坦な形状とすることができる。
【0018】続いて図1(e)に示すように,RIE
(Reactive Ion Ecthing)を行い段差の凹部に残ってい
るレジスト14、15と層間絶縁膜13の段差の凸部
を、レジスト14、15及び層間絶縁膜13のエッチン
グ速度が同一となる、O2 とCF4 の混合ガスを用い同
時にエッチングし、レジスト14、15を除去するとと
もに、層間絶縁膜13の表面を平坦化する。例えばこの
平坦化された層間絶縁膜13表面上に、第二の配線層1
6を形成するためのAl膜等が成膜される場合、表面が
平坦であるため、段切れに対し信頼性を向上させること
ができる。
【0019】上記実施例においては、層間絶縁膜の段差
の凸部が露出するまでレジストのエッチングを行った例
を示したが、レジストの膜厚によっては層間絶縁膜の凸
部が露出しない時点でレジストの表面が平坦になる場合
もある。よってレジストのエッチングは、レジストの表
面が平坦になった時点で終了する場合もある。
【0020】本発明の主旨としては、所定のエッチング
液に対しエッチング速度が異なる複数の有機性膜を、エ
ッチング速度の速いものから層間絶縁膜の段差に塗布
し、層間絶縁膜の段差をレジスト表面で緩和するのと同
時に、有機性膜のエッチングを行いエッチング速度の差
を利用し、層間絶縁膜の段差を平坦化するというもので
ある。よって従来はレジスト表面の平坦性により、層間
絶縁膜の平坦性が決まっていたが、本発明においてはレ
ジストのエッチング速度を制御することにより平坦性の
高い層間絶縁膜を形成することが可能となる。
【0021】上記の実施例においては、レジストの種類
を変えることにより所定のエッチング液に対し、エッチ
ング速度が異なるようにレジストを構成したが、エッチ
ング速度を変える手段としては、同一のレジストでもベ
ークの温度や時間を変化させることにより実現できる。
例えばノボラック系のレジストの場合、1層目のベーク
温度を130度とした場合、2層目も1層目と同様のノ
ボラック系のレジストで形成し、130度以上の温度に
よりベークを行うことにより、エッチング速度を1層目
のレジストよりも遅く形成することができる。
【0022】またこの他、同一のレジストのエッチング
速度を変化させる手段としては、1層目に対し2層目の
分子量を大きくすることで実現できる。この場合2層目
のレジストには、1層目のレジストに添加剤を加えたも
のを用い形成する。
【0023】また上記実施例についてはレジストを塗布
する例を示したが、この他例えば1層目に水溶性ポリマ
ーを用い、2層目にレジストを用いることによっても可
能である。水溶性ポリマーはレジストと比較した場合、
一般的にそのエッチング速度は速く、2層目に塗布する
レジストとのエッチング速度の関係で膜厚を決定するこ
とにより上記と同様の効果が得られる。
【0024】さらに上記実施例においては、2層により
構成されるレジストまたは水溶性ポリマーの例を示した
が、これは2層以上の複数の層により構成してもよい。
この場合最下層に形成される膜のエッチング速度を所定
のエッチング液に対し、最も速くし、順に上層にいくに
従って形成される膜のエッチング速度を同様のエッチン
グ液に対し、遅くなってゆくようにエッチング液の種類
または膜の種類を選択することによって実施することが
できる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、層間絶縁膜の段差上に
有機性膜をそのエッチング速度が最下層から最上層に行
くに従って遅く形成し、この複数の層からなる有機性膜
を所定のエッチング液によりエッチバックし、続いて段
差内の有機性膜と層間絶縁膜の凸部を同時にエッチバッ
クすることにより、平坦な層間絶縁膜を形成することが
可能となり、配線層の段切れに対する信頼性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の製造方法を説明する断面図。
【図2】従来の製造方法を説明する断面図。
【符号の説明】
11、101 半導体基板 12、102 第一の配線層 13、103 層間絶縁膜 14 ポリビニル系レジスト 15 ノボラック系レジスト 16、105 第二の配線層 104 レジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/306

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 段差部を有する半導体基板上に所定の膜
    を形成する工程と、 前記所定の膜表面上に所定のエッチング液に対し第一の
    エッチング速度を有する第一の有機性膜を形成する工程
    と、 前記第一の有機性膜表面上に前記所定のエッチング液に
    対し前記第一のエッチング速度より遅い第二のエッチン
    グ速度を有する第二の有機性膜を形成する工程と、 前記第二の有機性膜を前記所定のエッチング液によりエ
    ッチングし前記第一の有機性膜を露出させる工程と、 前記第二の有機性膜の表面と露出した前記第一の有機性
    膜の表面とを前記所定のエッチング液によりエッチング
    し平坦化する工程とを具備する半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第一と前記第二の有機性膜と前記所定の膜に対する
    エッチング速度が等しいエッチングガスを用い、少なく
    とも平坦化された前記第一と前記第二の有機性膜とを除
    去する工程を具備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】 段差部を有する半導体基板上に所定の膜
    を形成する工程と、 前記所定の膜表面上に所定のエッチング液に対し第一の
    エッチング速度を有する第一の有機性膜を形成する工程
    と、 前記第一の有機性膜表面上に前記所定のエッチング液に
    対し前記第一のエッチング速度より遅い第二のエッチン
    グ速度を有する第二の有機性膜を形成する工程と、 前記第二の有機性膜を前記所定のエッチング液によりエ
    ッチングし前記第一の有機性膜を露出させる工程と、 前記第二の有機性膜の表面と露出した前記第一の有機性
    膜の表面とを前記所定のエッチング液によりエッチング
    し平坦化する工程とを具備する半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第一の有機性膜はビニル系のフォトレジストであ
    り、前記第二の有機性膜はノボラック系のフォトレジス
    トであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記第一と第二の有機性膜は形成時のベーク温度により
    エッチング速度を変えて形成されていることを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 段差部を有する半導体基板上に形成され
    た所定の膜表面上の凹部を有機性膜により埋め込み、前
    記有機性膜と前記所定の膜を同時にエッチングし平坦化
    を行う半導体装置の製造方法において、 前記有機性膜は少なくとも2層からなり、下層の前記有
    機性膜のエッチング速度は所定のエッチング液に対し上
    層の前記有機性膜より速く形成されていることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体基板上に選択的に第一の配線層を
    形成する工程と、 前記第一の配線層表面上と前記半導体基板上に層間絶縁
    膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜表面上に所定のエッチング液に対し第一
    のエッチング速度を持つ第一の有機性膜を形成する工程
    と、 前記第一の有機性膜表面上に前記所定のエッチング液に
    対し第一のエッチング速度より遅い第二のエッチング速
    度を持つ第二の有機性膜を形成する工程と、 前記所定のエッチング液により前記第一と第二の有機性
    膜をエッチングし、前記第一と第二の有機性膜の表面を
    平坦にする工程と、 前記第一と前記第二の有機性膜と前記層間絶縁膜に対す
    るエッチング速度が等しいエッチングガスを用い少なく
    とも前記第一と前記第二の有機性膜を除去する工程と、 前記第一と前記第二の有機性膜が除去された前記層間絶
    縁膜表面上に第二の配線層を形成する工程とを具備する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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