JP3309572B2 - Multi-layer wiring formation method - Google Patents

Multi-layer wiring formation method

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JP3309572B2
JP3309572B2 JP14111294A JP14111294A JP3309572B2 JP 3309572 B2 JP3309572 B2 JP 3309572B2 JP 14111294 A JP14111294 A JP 14111294A JP 14111294 A JP14111294 A JP 14111294A JP 3309572 B2 JP3309572 B2 JP 3309572B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、多層配線構造を有する
半導体装置の製造プロセスにおいて、上下配線が重なる
領域に自己整合的に接続孔を形成できる多層配線形成方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a multilayer wiring in a process of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, wherein a connection hole can be formed in a self-aligned manner in a region where upper and lower wirings overlap.

【0002】[0002]

【従来の技術】VLSI,ULSI等にみられるように
半導体装置の高集積化,高密度化が進行するに伴い、デ
バイス・チップ上では配線部分の占める割合が増大する
傾向にある。これによるチップ面積の大型化を防止する
ため、配線の多層化が進展している。このような多層配
線構造を有する半導体装置の製造工程では、上層配線パ
ターンと下層配線パターンとの電気的接続を図るための
接続孔を開口するプロセスが不可欠となっている。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices become more highly integrated and higher in density as seen in VLSI, ULSI, and the like, the proportion of wiring on a device chip tends to increase. In order to prevent an increase in chip area due to this, multilayer wiring has been developed. In a process of manufacturing a semiconductor device having such a multilayer wiring structure, a process of opening a connection hole for electrically connecting an upper wiring pattern and a lower wiring pattern is indispensable.

【0003】以下、下層配線パターンに臨んで接続孔を
開口し、該下層配線パターンの上方に交差するごとく上
層配線パターンを形成する工程について、図21〜図2
4を用いて説明する。先ず、基板101上の下層配線パ
ターン102を被覆して層間絶縁膜103を形成し、該
層間絶縁膜103における下層配線パターン102に臨
む領域に、フォトリソグラフィおよびエッチングによっ
て、図21に示されるように接続孔104を開口する。
次いで、CVD法やスパッタ法によって、図22に示さ
れるように、接続孔104内を埋め込みながら層間絶縁
膜103を被覆するごとく、導電材料層105を成膜す
る。そして、フォトリソグラフィおよびエッチングによ
って、上記導電材料層105を下層配線パターン102
に交差するごとくパターニングして、図23に示される
ような上層配線パターン106を形成する。
A process of forming a connection hole facing a lower wiring pattern and forming an upper wiring pattern so as to cross over the lower wiring pattern will be described below with reference to FIGS.
4 will be described. First, an interlayer insulating film 103 is formed by covering a lower wiring pattern 102 on a substrate 101, and a region facing the lower wiring pattern 102 in the interlayer insulating film 103 is subjected to photolithography and etching as shown in FIG. A connection hole 104 is opened.
Next, as shown in FIG. 22, a conductive material layer 105 is formed by a CVD method or a sputtering method so as to cover the interlayer insulating film 103 while filling the connection holes 104. Then, by photolithography and etching, the conductive material layer 105 is
Then, an upper wiring pattern 106 as shown in FIG. 23 is formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にして配線形成されたウェハにおける、下層配線パター
ン102、接続孔104、上層配線パターン106との
位置関係を上面から見たものを図24に示す。接続孔1
04が形成される領域では、図示されるように下層配線
パターン102および上層配線パターン106ともにそ
の線幅を広くしてある。
FIG. 24 shows the positional relationship among the lower wiring pattern 102, the connection holes 104, and the upper wiring pattern 106 in a wafer formed as described above, as viewed from above. Show. Connection hole 1
In the region where the layer 04 is formed, the line width of both the lower wiring pattern 102 and the upper wiring pattern 106 is increased as shown in the figure.

【0005】これは、下層配線パターン102に臨む位
置へ接続孔104のパターンを位置合わせする際、さら
には、接続孔104の加工位置へ上層配線パターン10
6を位置合わせする際に生じる合わせズレを考慮した結
果である。
[0005] This is because when the pattern of the connection hole 104 is aligned with the position facing the lower wiring pattern 102, the upper wiring pattern 10 is further moved to the processing position of the connection hole 104.
6 is a result in consideration of misalignment generated when aligning No. 6.

【0006】具体的には、下層配線パターン102上
に、一辺0.7μmの正方形の接続孔104を形成する
場合、一方向につき約0.2μmの加工バラツキが生じ
ることを考慮すると、下層配線パターン102の線幅を
約1.1μmとしておく必要がある。また、接続孔10
4上に形成される上層配線パターン106については、
さらにフォトマスク・パターンの合わせズレ約0.15
μmを考慮すると、一方向につき約0.35μmも線幅
を広げておく必要が生じ、約1.4μmの線幅を確保し
なければならなくなる。
More specifically, when a square connection hole 104 having a side length of 0.7 μm is formed on the lower wiring pattern 102, considering that a processing variation of about 0.2 μm occurs in one direction, the lower wiring pattern The line width of 102 needs to be about 1.1 μm. The connection hole 10
4 is formed on the upper wiring pattern 106.
Further, the misalignment of the photomask pattern is about 0.15
In consideration of μm, it is necessary to increase the line width by about 0.35 μm in one direction, and it is necessary to secure a line width of about 1.4 μm.

【0007】しかし、このように上下配線パターンの線
幅を広げることは、配線ピッチを増大させ、配線の高集
積化を妨げる原因となる。
However, increasing the line widths of the upper and lower wiring patterns in this manner increases the wiring pitch and hinders high integration of the wiring.

【0008】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、上下配線パターンに広い線幅
を確保する必要のない多層配線の形成方法、即ち、上下
配線パターンが重なる領域に自己整合的に接続孔を形成
できる多層配線形成方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned conventional circumstances, and is a method of forming a multilayer wiring which does not need to secure a large line width in the upper and lower wiring patterns, that is, in a region where the upper and lower wiring patterns overlap. It is an object of the present invention to provide a method for forming a multilayer wiring in which connection holes can be formed in a self-aligned manner.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る多層配線形
成方法は、上述の目的を達成するために提案されたもの
であり、基板上に形成された下層配線パターンを層間絶
縁膜で被覆する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶縁膜の
膜厚方向の一部を上層配線パターンに倣って除去するこ
とにより溝部を形成する溝部形成工程と、前記下層配線
パターンと前記溝部が重なる領域と他の領域との間でフ
ォトレジスト塗膜に露光光に対する感度差を発生させ得
る膜厚にて、前記層間絶縁膜上に平坦なフォトレジスト
塗膜を形成するフォトレジスト塗膜形成工程と、前記フ
ォトレジスト塗膜に対して露光処理を行うことにより、
前記下層配線パターンと前記溝部が重なる領域の現像液
に対する溶解度を前記その他の領域との間で相対的に高
め、次いで、現像処理を行うことにより、接続孔パター
ンに倣った開口部を形成するフォトレジスト塗膜パター
ニング工程と、前記開口部内に表出する層間絶縁膜の残
余部をエッチングして、前記下層配線パターンに臨む接
続孔を開口するエッチング工程と、前記接続孔および前
記溝部を導電材料で埋め込むことにより、プラグおよび
上層配線パターンを形成する埋め込み工程とを有するも
のである。
A multilayer wiring forming method according to the present invention has been proposed to achieve the above-mentioned object, and a lower wiring pattern formed on a substrate is covered with an interlayer insulating film. An interlayer insulating film forming step, a groove forming step of forming a groove by removing a part of the interlayer insulating film in the thickness direction according to the upper wiring pattern, and a step of forming an area where the lower wiring pattern and the groove overlap. A photoresist coating film forming step of forming a flat photoresist coating film on the interlayer insulating film at a film thickness capable of causing a difference in sensitivity to exposure light in the photoresist coating film between the region and the photoresist film; By performing exposure processing on the resist coating film,
A photolithography in which the solubility in a developing solution of the region where the lower wiring pattern and the groove overlap with each other is relatively increased between the other region and the developing region, and then the developing process is performed to form an opening that follows the connection hole pattern. A resist coating patterning step, an etching step of etching the remaining portion of the interlayer insulating film exposed in the opening to open a connection hole facing the lower wiring pattern, and forming the connection hole and the groove with a conductive material. By embedding, a plug and an upper layer wiring pattern are formed.

【0010】即ち、本発明においては、上層配線パター
ンを形成すべき領域に予め溝部を設けておき、下層配線
パターンと該溝部が重なる領域(以下、重複領域とす
る。)と他の領域との間でフォトレジスト塗膜に感度差
を生じさせておくことによって、露光時に起こるレジス
ト反応を、重複領域における現像液への溶解度が他の領
域における現像液への溶解度に比して相対的に高くなる
ようにしたものである。
That is, in the present invention, a groove is provided in a region where an upper wiring pattern is to be formed, and a region where the lower wiring pattern overlaps the groove (hereinafter referred to as an overlap region) and another region. By causing a difference in sensitivity between the photoresist coatings between the resists, the resist reaction occurring during the exposure causes the solubility in the developer in the overlapping area to be relatively higher than that in the other areas. It is to become.

【0011】重複領域と他の領域との感度差をフォトレ
ジスト塗膜の膜厚差によって設定するには、次のように
すればよい。先ず、フォトレジスト塗膜の膜厚を横軸、
フォトレジスト塗膜に吸収される光量を縦軸にとってス
イングカーブを作製し、このスイングカーブの振幅内に
露光しきい値となる光量を設定する。すると、フォトレ
ジスト塗膜に関し、露光しきい値を上回る光量を吸収で
きる膜厚領域と、露光しきい値を上回るだけの光量が吸
収できない膜厚領域とが周期的に現れる。このスイング
カーブの周期は、フォトレジスト塗膜中に発生する定在
波の波長に等しく、この波長は、露光光の波長λ,フォ
トレジスト塗膜の屈折率nから、λ/2nにて表せる。
In order to set the difference in sensitivity between the overlapping region and the other region based on the difference in the thickness of the photoresist coating film, the following method may be used. First, the horizontal axis indicates the thickness of the photoresist coating film.
A swing curve is prepared with the amount of light absorbed by the photoresist coating film as the vertical axis, and the amount of light serving as an exposure threshold is set within the amplitude of the swing curve. Then, in the photoresist coating film, a film thickness region capable of absorbing the light amount exceeding the exposure threshold value and a film thickness region capable of absorbing the light amount exceeding the exposure threshold value appear periodically. The cycle of this swing curve is equal to the wavelength of the standing wave generated in the photoresist coating film, and this wavelength can be expressed by λ / 2n from the wavelength λ of the exposure light and the refractive index n of the photoresist coating film.

【0012】そして、重複領域と他の領域とのフォトレ
ジスト塗膜の膜厚差は、層間絶縁膜に形成される溝部の
深さに対応することから、この溝部の深さをスイングカ
ーブの半周期であるλ/4nの奇数倍(但し、3倍以上
とする。)となるように設定すればよい。但し、溝部の
深さはそのまま上層配線パターンの厚さとなり、余り薄
すぎると配線抵抗が上昇してしまうため、実用範囲で設
定する。これによって、重複領域と他の領域とのフォト
レジスト塗膜とでは、一方では露光しきい値を上回る光
量を吸収でき、他方では露光しきい値を上回るだけの光
量を吸収できないような膜厚差が生じるのである。
The difference in the thickness of the photoresist coating film between the overlapping region and the other region corresponds to the depth of the groove formed in the interlayer insulating film. What is necessary is just to set it so that it may become an odd multiple (however, 3 times or more) of [lambda] / 4n which is a period. However, the depth of the groove portion becomes the thickness of the upper wiring pattern as it is, and if it is too thin, the wiring resistance will increase. As a result, the thickness difference between the photoresist film in the overlapping region and the photoresist film in the other region is such that the light amount exceeding the exposure threshold can be absorbed on the one hand and the light amount exceeding the exposure threshold cannot be absorbed on the other hand. Will occur.

【0013】但し、フォトレジスト塗膜自身の光吸収を
考慮して複素振幅屈折率(n+ik)を用いる場合に
は、若干の補正が必要となる。
However, when the complex amplitude refractive index (n + ik) is used in consideration of the light absorption of the photoresist coating film itself, a slight correction is required.

【0014】なお、フォトレジスト塗膜の感度差には、
フォトレジスト塗膜の膜厚差のみならず、下地層からの
反射光の強度も寄与している。このため、重複領域にお
けるフォトレジスト塗膜の膜厚は、下地層からの反射光
の寄与を見込んだ上で設定される必要がある。そして、
他の領域においても、下地層からの反射光の強度が重複
領域と同程度である場合には、上述したようにフォトレ
ジスト塗膜の膜厚差によって重複領域との感度差を設け
ればよい。しかし、下地層からの反射光の強度が重複領
域とは異なる場合には、この条件下でのスイングカーブ
を作製し、重複領域におけるスイングカーブと共通の露
光しきい値との比較により、重複領域とは感度差が生じ
るように、フォトレジスト塗膜の膜厚を選択することと
なる。逆に、この場合には、重複領域と他の領域でフォ
トレジスト塗膜の膜厚をうまく設定すれば、フォトレジ
スト塗膜の膜厚が等しくても、下地層からの反射光の強
度の差によって感度差を設けることが可能となる。
The difference in the sensitivity of the photoresist coating is as follows:
Not only the difference in the thickness of the photoresist coating film but also the intensity of the light reflected from the underlayer contributes. For this reason, the thickness of the photoresist coating film in the overlapping region needs to be set in consideration of the contribution of the reflected light from the underlying layer. And
In other regions, if the intensity of the reflected light from the underlayer is almost the same as that of the overlapping region, the sensitivity difference from the overlapping region may be provided by the difference in the thickness of the photoresist coating film as described above. . However, if the intensity of the reflected light from the underlayer is different from that of the overlapping area, a swing curve under this condition is created, and the swing curve in the overlapping area is compared with the common exposure threshold to determine the overlapping area. Means that the thickness of the photoresist film is selected so that a difference in sensitivity occurs. Conversely, in this case, if the thickness of the photoresist coating is properly set in the overlapping region and the other region, the difference in the intensity of the reflected light from the underlayer can be obtained even if the thickness of the photoresist coating is equal. This makes it possible to provide a sensitivity difference.

【0015】ところで、本発明ではネガ型フォトレジス
ト材料,ポジ型フォトレジスト材料のいずれも用いるこ
とができるが、特に、ポジ型フォトレジスト材料を用い
る場合には、上記重複領域のフォトレジスト塗膜のみが
露光しきい値を上回る光量を吸収できるように感度差を
設けることとなる。このため、重複領域のフォトレジス
ト塗膜の膜厚は、スイングカーブにおける吸収光量が極
大となる膜厚に設定し、逆に、他の領域のフォトレジス
ト塗膜の膜厚は、スイングカーブにおける吸収光量が極
小となる膜厚に設定するとよい。なお、上述したよう
に、フォトレジスト塗膜の膜厚は等しくとも、下地層か
らの反射光の強度の差によって、重複領域だけに露光し
きい値を上回る光量を吸収させるようにも設定できる。
そして、現像によって重複領域のみを開口することが可
能となるのである。
In the present invention, either a negative photoresist material or a positive photoresist material can be used. In particular, when a positive photoresist material is used, only the photoresist coating in the above-mentioned overlapping region is used. The sensitivity difference is provided so that the light can absorb the light amount exceeding the exposure threshold value. For this reason, the thickness of the photoresist coating film in the overlapping region is set to a thickness at which the amount of absorbed light in the swing curve is maximized. It is preferable to set the film thickness so that the amount of light is minimal. As described above, even if the thickness of the photoresist coating film is the same, it can be set so that the light amount exceeding the exposure threshold value is absorbed only in the overlapping region by the difference in the intensity of the reflected light from the underlayer.
Then, only the overlapping area can be opened by the development.

【0016】前記溝部は、下層配線パターンに対して様
々な位置関係にて形成することが可能である。特に、図
1に示されるように、溝部5を層間絶縁膜を介して下層
配線パターン2と交差する方向に形成し、この交差する
領域(以下、領域Aとする。)上のフォトレジスト塗膜
に矩形の接続孔パターンに倣った開口を行うと、四辺す
べてが自己整合的に規定された開口部Eが形成できる。
The groove can be formed in various positional relations with respect to the lower wiring pattern. In particular, as shown in FIG. 1, a groove 5 is formed in a direction intersecting the lower wiring pattern 2 with an interlayer insulating film interposed therebetween, and a photoresist coating film on an intersecting region (hereinafter, referred to as a region A). When an opening is formed following the rectangular connection hole pattern, an opening E having all four sides defined in a self-aligned manner can be formed.

【0017】これは、領域A、下層配線パターン2が存
在するが溝部5は形成されていない領域(以下、領域B
とする。)、溝部5は形成されているが下層配線パター
ン2が存在しない領域(以下、領域Cとする。)のいず
れの領域にも同様な露光光が入射されるにもかかわら
ず、領域A上のフォトレジスト塗膜のみに露光しきい値
を上回る光量を吸収させ、且つ、領域Bおよび領域C上
のフォトレジスト塗膜には露光しきい値を上回る光量を
吸収させないことが可能であるからである。
This is because the region A, in which the lower wiring pattern 2 exists but the groove 5 is not formed (hereinafter referred to as region B).
And ), Although the same exposure light is incident on any of the regions where the groove portion 5 is formed but the lower layer wiring pattern 2 does not exist (hereinafter referred to as region C), the region A This is because it is possible that only the photoresist coating absorbs an amount of light exceeding the exposure threshold, and that the photoresist coating on the regions B and C does not absorb the amount of light exceeding the exposure threshold. .

【0018】領域Aにおけるフォトレジスト塗膜が露光
しきい値を上回り、領域B,Cにおけるフォトレジスト
塗膜が露光しきい値を下回るように露光するためには、
露光光および下地層からの反射光の光量、該フォトレジ
スト塗膜の膜厚を最適化すればよい。例えば、領域Aと
領域Bとでは、一定の露光光および反射光の光量によっ
て、領域A上のフォトレジスト塗膜は露光しきい値を上
回る光量を吸収でき、領域b上のフォトレジスト塗膜は
露光しきい値を下回る光量しか吸収できないように、フ
ォトレジスト塗膜に膜厚をそれぞれ選択すればよい。な
お、この膜厚差は溝部5の深さによって予め形成してお
けばよい。また、領域Aと領域Cとでは、フォトレジス
ト塗膜の膜厚は等しいが、下層配線パターン2の有無に
よる反射光の影響が異なる。このため、領域Aでは下層
配線パターン2からの反射光が入射されることにより露
光しきい値を上回り、領域Cでは下層配線パターン2か
らの反射光が入射されないために露光しきい値を下回る
ように、レジスト感度を設定しておけばよい。
In order to expose the photoresist coating in the area A above the exposure threshold and to expose the photoresist coating in the areas B and C below the exposure threshold,
The amount of exposure light and the amount of light reflected from the underlayer, and the thickness of the photoresist coating film may be optimized. For example, in the areas A and B, the photoresist coating on the area A can absorb an amount of light exceeding the exposure threshold, and the photoresist coating on the area b can be absorbed by a constant amount of exposure light and reflected light. The film thickness of the photoresist coating may be selected so that only the light amount below the exposure threshold can be absorbed. Note that this difference in film thickness may be formed in advance depending on the depth of the groove 5. Further, in the regions A and C, the thickness of the photoresist coating film is the same, but the influence of the reflected light differs depending on the presence or absence of the lower wiring pattern 2. For this reason, in the region A, the reflected light from the lower wiring pattern 2 is incident to exceed the exposure threshold, and in the region C, since the reflected light from the lower wiring pattern 2 is not incident, the exposure threshold is lower. First, the resist sensitivity may be set.

【0019】以上のように、選択的に領域A上のフォト
レジスト塗膜に開口部Eを形成することが可能であるた
め、フォトマスク・パターンがフォトレジスト塗膜に投
影し得る開口領域Mは上記領域Aよりも大きくてもよ
い。即ち、下層配線パターン2および上層配線パターン
に倣った溝部の線幅を広げることなく、該フォトマスク
・パターンにウェハとの合わせズレに対するマージンを
とれる。
As described above, since the opening E can be selectively formed in the photoresist coating on the region A, the opening region M where the photomask pattern can project onto the photoresist coating is It may be larger than the area A. That is, a margin for the misalignment of the photomask pattern with the wafer can be obtained without increasing the line width of the groove portion following the lower wiring pattern 2 and the upper wiring pattern.

【0020】なお、層間絶縁膜形成工程後、溝部形成工
程に先立って、該層間絶縁膜の表面に反射防止膜を形成
しておくと、下層配線パターン2からの強い反射光の影
響が防止できるため、溝部5のパターニングが線幅安定
性よく行える。なお、溝部5が形成された後、領域Aに
接続孔をパターニングする際、領域Aと領域Bとでは、
下地層からの反射光の影響も異なってくるため、それぞ
れの反射光の条件下で、フォトレジスト塗膜の膜厚をそ
れぞれ設定することとなる。
If an anti-reflection film is formed on the surface of the interlayer insulating film after the interlayer insulating film forming process and prior to the groove portion forming process, the effect of strong reflected light from the lower wiring pattern 2 can be prevented. Therefore, patterning of the groove 5 can be performed with good line width stability. After patterning the connection hole in the region A after the groove 5 is formed, the region A and the region B
Since the influence of the reflected light from the underlayer also differs, the thickness of the photoresist coating film is set under each reflected light condition.

【0021】ところで、半導体装置の接続孔は、上述し
たように上下配線が完全に交差(多くの場合は直交)す
る領域に設けることが一般的であるが、本発明は上下配
線が他の形式で重複する場合にも、若干の制約が生ずる
ものの適用可能である。
By the way, the connection hole of the semiconductor device is generally provided in a region where the upper and lower wirings completely intersect (in most cases, at right angles) as described above. In the case of overlapping, it is applicable although some restrictions arise.

【0022】例えば、図2に示されるように、下層配線
パターン2と上層配線パターンに倣った溝部5とが層間
絶縁膜を介してT字状に重なる領域(以下、領域A’と
する。)上のフォトレジスト塗膜に矩形の接続孔パター
ンに倣った開口を形成する場合にも、該開口部Eの四辺
すべてを自己整合的に規定できる。即ち、領域A’と領
域Bおよび領域Cとの感度差は、上述した下層配線パタ
ーン2上に溝部5が交差する場合に説明したと同様にし
て設定することができる。また、領域A’と、下層配線
パターン2も溝部5も存在しない領域(領域D)との感
度差も、下地層からの反射光の影響の違いとフォトレジ
スト塗膜の膜厚との両方を考慮して、領域A’には露光
しきい値を上回る光量が吸収でき、領域Dには露光しき
い値を下回る光量しか吸収できないように設定すればよ
い。このため、領域A’よりも大きな開口領域Mを投影
し得るフォトマスク・パターンを用いても、領域A’の
みに開口部Eを形成することができる。但し、下層配線
パターン2と溝部5との合わせズレにより、領域A’自
体の面積が小さくなっている場合には、当然、この上の
フォトレジスト塗膜に形成される開口部Eも小さくな
る。
For example, as shown in FIG. 2, a region where the lower wiring pattern 2 and the groove 5 following the upper wiring pattern overlap in a T-shape via an interlayer insulating film (hereinafter, referred to as a region A '). Even when an opening is formed in the upper photoresist coating film following the rectangular connection hole pattern, all four sides of the opening E can be defined in a self-aligned manner. That is, the sensitivity difference between the region A ′, the region B, and the region C can be set in the same manner as described when the groove 5 intersects the lower wiring pattern 2 described above. The difference in sensitivity between the region A ′ and the region (region D) where neither the lower wiring pattern 2 nor the groove portion 5 is present also indicates the difference between the influence of the reflected light from the underlying layer and the thickness of the photoresist coating film. Considering this, it is sufficient to set the region A ′ so that the light amount exceeding the exposure threshold can be absorbed and the region D can absorb only the light amount below the exposure threshold. Therefore, even if a photomask pattern capable of projecting an opening region M larger than the region A 'is used, the opening E can be formed only in the region A'. However, when the area of the region A 'itself is reduced due to misalignment between the lower wiring pattern 2 and the groove 5, the opening E formed in the photoresist coating film thereon is also reduced.

【0023】さらに、図3に示されるように、下層配線
パターン2と溝部5とが層間絶縁膜を介して平行に重な
る領域(以下、A''とする。)上のフォトレジスト塗膜
に矩形の接続孔パターンに倣った開口を形成する場合に
は、開口部Eの四辺のうち二辺を自己整合的に規定でき
る。即ち、領域A''と領域Dとの感度差は、上述した領
域A’と領域Dとの感度差と同様にして設定することが
できるため、領域A''の幅方向においては、該領域A''
よりもフォトマスク・パターンが投影し得る開口領域M
の幅wを広くしておいても、開口部Eの幅は自己整合的
に規定される。一方、領域A''の長手方向では、フォト
マスク・パターンが投影し得る開口領域Mの長さlが、
そのままフォトレジスト塗膜の開口部Eの長さとなるた
め、フォトマスク・パターンが投影し得る開口領域Mの
長さlを所望の接続孔パターンのサイズに合わせておけ
ばよい。
Further, as shown in FIG. 3, a rectangle is formed on the photoresist coating film on a region (hereinafter, referred to as A ″) where the lower wiring pattern 2 and the groove 5 overlap in parallel via the interlayer insulating film. In the case of forming an opening following the connection hole pattern, two of the four sides of the opening E can be defined in a self-aligned manner. That is, the sensitivity difference between the region A ″ and the region D can be set in the same manner as the sensitivity difference between the region A ′ and the region D described above. A ''
Region M on which the photomask pattern can be projected rather than
Is widened, the width of the opening E is defined in a self-aligned manner. On the other hand, in the longitudinal direction of the region A ″, the length l of the opening region M on which the photomask pattern can be projected is
Since the length of the opening E of the photoresist coating film is directly used, the length l of the opening region M on which the photomask pattern can be projected may be adjusted to the size of the desired connection hole pattern.

【0024】なお、ポジ型のフォトレジスト材料の代わ
りにネガ型のフォトレジスト材料を用いる場合は、ポジ
型とは逆に、下層配線パターン2と溝部5とが重複する
領域におけるフォトレジスト塗膜は露光しきい値を下回
り、且つ、その他の領域におけるフォトレジスト塗膜は
露光しきい値を上回るように露光されることが必要とな
る。そして、これも、重複領域およびその周囲の領域に
おけるフォトレジスト塗膜の各膜厚や、該フォトレジス
ト塗膜に与えられる露光光と下地層からの反射光の光量
を最適化することによって実現できる。
When a negative photoresist material is used in place of the positive photoresist material, the photoresist coating film in the region where the lower wiring pattern 2 and the groove 5 overlap is opposite to the positive photoresist material. The photoresist coating below the exposure threshold and in other areas needs to be exposed above the exposure threshold. This can also be realized by optimizing the film thickness of the photoresist coating in the overlapping region and the surrounding region, and optimizing the amount of exposure light given to the photoresist coating and the amount of light reflected from the underlayer. .

【0025】例えば、ネガ型のフォトレジスト材料を用
いて、図1に示される領域Aを開口する場合、領域Aと
領域B,Cとのフォトレジスト塗膜に感度差を設け、領
域Aのみで露光しきい値を上回る光量を吸収できないよ
うに設定すれば、接続孔パターンに倣った矩形の開口部
Eの四辺すべてを自己整合的に規定でき、上記領域Aよ
りも小さな遮光領域を投影し得るフォトマスク・パター
ンを使用できる。また、図2に示される領域A’を開口
する場合においても同様に、領域A’よりも小さな遮光
領域を投影し得るフォトマスク・パターンを用いても、
開口部Eの四辺すべてを自己整合的に規定できる。さら
に、図3に示される領域A''の所定範囲を開口する場合
には、該領域A''の幅方向ではこれより狭い幅、該領域
A''の長手方向では接続孔パターンに倣った長さの遮光
領域を投影し得るフォトマスク・パターンを用いればよ
い。
For example, when a region A shown in FIG. 1 is opened using a negative type photoresist material, a difference in sensitivity is provided between the region A and the photoresist coating of the regions B and C, and only the region A is used. If the setting is made so that the light amount exceeding the exposure threshold cannot be absorbed, all four sides of the rectangular opening E following the connection hole pattern can be defined in a self-aligned manner, and a light-shielded area smaller than the area A can be projected. Photomask patterns can be used. Similarly, in the case where the region A ′ shown in FIG. 2 is opened, a photomask pattern capable of projecting a light-shielding region smaller than the region A ′ can be used.
All four sides of the opening E can be defined in a self-aligned manner. Further, when opening a predetermined range of the region A ″ shown in FIG. 3, the width is smaller in the width direction of the region A ″, and follows the connection hole pattern in the longitudinal direction of the region A ″. A photomask pattern capable of projecting a light-shielded region having a length may be used.

【0026】ところで、本発明においては接続孔が形成
された後、導電材料の成膜を行うことによってプラグと
上層配線パターンとを同時に形成する。これには、接続
孔と溝部を埋め込みながらウェハ全面に亘って導電材料
を成膜した後、溝部の上面までエッチバックしてもよい
し、導電材料を接続孔と溝部にのみ選択成長させてもよ
い。特に、選択成長によってプラグと上層配線パターン
を同時形成する場合には、多層配線の形成プロセスに費
やす工程数を削減することができる。
In the present invention, the plug and the upper wiring pattern are formed simultaneously by forming a conductive material after the connection hole is formed. This may be achieved by depositing a conductive material over the entire surface of the wafer while filling the connection holes and the grooves, and then etching back to the upper surface of the grooves, or by selectively growing the conductive material only in the connection holes and the grooves. Good. In particular, when the plug and the upper wiring pattern are formed simultaneously by selective growth, the number of steps spent in the process of forming the multilayer wiring can be reduced.

【0027】[0027]

【作用】本発明を適用して、下層配線パターンと溝部と
が重なる重複領域と他の領域とでフォトレジスト塗膜に
感度差を発生させておくと、上記重複領域においてのみ
フォトレジスト塗膜を自己整合的に開口することができ
るため、接続孔の開口予定位置において上下配線パター
ンの線幅を広げておく必要がない。このため、配線ピッ
チをさらに小さくすることができるため、配線レイアウ
トの高密度化を図ることが可能となる。
According to the present invention, if a difference in sensitivity is generated in the photoresist coating between the overlapping region where the lower wiring pattern and the groove overlap and the other region, the photoresist coating is formed only in the overlapping region. Since the openings can be formed in a self-aligned manner, it is not necessary to increase the line width of the upper and lower wiring patterns at the expected positions of the connection holes. For this reason, the wiring pitch can be further reduced, and it is possible to increase the wiring layout density.

【0028】フォトレジスト塗膜をポジ型フォトレジス
ト材料を用いて形成する場合、重複領域のフォトレジス
ト塗膜のみが露光しきい値を上回る光量を吸収するよう
に、他の領域と感度差を設けておくことにより、現像時
にこの重複領域におけるフォトレジスト塗膜のみを溶解
除去して開口部を形成することが可能となる。特に、下
層配線パターンと溝部とが層間絶縁膜を介して交差する
場合、この交差領域を囲む領域上のフォトレジスト塗膜
には露光しきい値を上回るだけの光量を吸収させないよ
うに設定できるため、接続孔に倣った矩形の開口部の四
辺すべてを自己整合的に規定できる。
When a photoresist coating is formed using a positive photoresist material, a sensitivity difference from other regions is set so that only the photoresist coating in the overlapping area absorbs the light amount exceeding the exposure threshold. By doing so, it is possible to form an opening by dissolving and removing only the photoresist coating film in this overlapping region during development. In particular, when the lower wiring pattern and the groove intersect via the interlayer insulating film, the photoresist coating on the region surrounding the intersection can be set so as not to absorb the light amount exceeding the exposure threshold. In addition, all four sides of the rectangular opening following the connection hole can be defined in a self-aligned manner.

【0029】また、層間絶縁膜表面に反射防止膜が設け
られると、該反射防止膜上に存在するフォトレジスト塗
膜には下層配線パターンからの強い反射光が入射しない
ため、溝部形成工程におけるフォトリソグラフィが安定
して行え、溝部が線幅安定性よく形成できる。さらに、
例えば図1に示されるように、上記重複領域(領域A)
と下層配線パターン2は存在するが溝部5が形成されて
いない領域(領域B)とでは、反射防止膜の有無による
反射光の影響も異なってくるため、領域Aと領域Bとで
フォトレジスト塗膜に感度差を設けやすくなる。
When an anti-reflection film is provided on the surface of the interlayer insulating film, strong reflected light from the lower wiring pattern does not enter the photoresist coating on the anti-reflection film. Lithography can be performed stably, and grooves can be formed with good line width stability. further,
For example, as shown in FIG. 1, the overlapping area (area A)
The influence of the reflected light due to the presence or absence of the antireflection film is different between the region A and the region B where the trench 5 is not formed but the region where the trench 5 is not formed. It becomes easy to provide a sensitivity difference in the film.

【0030】なお、接続孔が形成された後は、この接続
孔および溝部を同時に導電材料で埋め込むため、プラグ
と上層配線パターンとが同時に形成できる。
After the connection hole is formed, the connection hole and the groove are simultaneously filled with a conductive material, so that the plug and the upper wiring pattern can be formed simultaneously.

【0031】[0031]

【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、図面を参照しながら説明する。ここでは、多層配
線構造を有する半導体装置の製造プロセスにおいて、下
層配線パターンに臨む接続孔(ビア・ホール)、および
これを埋め込むプラグと該下層配線パターンに交差する
上層配線パターンとを一括形成する工程について、図4
〜14を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. Here, in a manufacturing process of a semiconductor device having a multilayer wiring structure, a step of collectively forming a connection hole (via hole) facing the lower wiring pattern, a plug filling the connection hole, and an upper wiring pattern intersecting the lower wiring pattern. About FIG.
This will be described with reference to FIGS.

【0032】先ず、図4の斜視図に示されるように、基
板1上にAl−Si系材料よりなる下層配線パターン2
を形成し、該下層配線パターン2を被覆するごとく、S
iO2 系材料よりなる層間絶縁膜3を1.0μmなる膜
厚に成膜した後、プラズマCVD法により、SiN系材
料よりなる反射防止膜4を30nmなる膜厚に成膜し
た。
First, as shown in the perspective view of FIG. 4, a lower wiring pattern 2 made of an Al--Si material is formed on a substrate 1.
Is formed, and S is applied to cover the lower wiring pattern 2.
After an interlayer insulating film 3 made of an iO 2 -based material was formed to a thickness of 1.0 μm, an antireflection film 4 made of a SiN-based material was formed to a thickness of 30 nm by a plasma CVD method.

【0033】そして、上記反射防止膜4上の図示しない
フォトレジスト塗膜を、下層配線パターン2に直交する
方向に、上層配線パターンに倣った形状にパターニング
し、これをマスクとして、反射防止膜4および層間絶縁
膜3の膜厚方向の一部をRIEにより除去し、さらにフ
ォトレジスト塗膜もアッシングにより除去した。これに
より、図5に示されるように、下層配線パターンと直交
する溝部5が、深さa=0.605μmにて形成され
た。
Then, a photoresist coating film (not shown) on the antireflection film 4 is patterned in a direction perpendicular to the lower wiring pattern 2 so as to follow the upper wiring pattern, and using the mask as a mask, Further, a part of the interlayer insulating film 3 in the thickness direction was removed by RIE, and the photoresist coating film was further removed by ashing. As a result, as shown in FIG. 5, a groove 5 perpendicular to the lower wiring pattern was formed at a depth a = 0.605 μm.

【0034】なお、上面から下層配線パターン2と溝部
5との関係を見たものを図6に示す。下層配線パターン
2と溝部5とが重複する領域(以下、領域Aとする。)
は、下層配線パターン2は存在するが溝部5が設けられ
ていない領域(以下、領域B’とする。)と、溝部5は
設けられているが、下層配線パターン2が存在しない領
域(以下、領域Cとする。)とによって四方を囲まれて
いる。即ち、図5、図6におけるX−X’線断面では、
図7に示されるように、領域Aが領域B’間に挟まれ、
同じくY−Y’線断面では、図8に示されるように、領
域Aが領域C間に挟まれている。
FIG. 6 shows the relationship between the lower wiring pattern 2 and the groove 5 from above. A region where the lower wiring pattern 2 and the groove 5 overlap (hereinafter, referred to as a region A).
Are areas where the lower wiring pattern 2 is present but the groove 5 is not provided (hereinafter referred to as area B ′), and areas where the groove 5 is provided but the lower wiring pattern 2 is not present (hereinafter referred to as the area B ′). Area C). That is, in the cross section taken along line XX ′ in FIGS.
As shown in FIG. 7, the region A is sandwiched between the regions B ′,
Similarly, in the section taken along the line YY ′, the region A is interposed between the regions C, as shown in FIG.

【0035】次に、上述のウェハに対し、溝部5を埋め
込み、ウェハ表面を平坦化するごとく、ポジ型フォトレ
ジスト材料(東京応化工業社製,商品名:IP−300
0)を塗布した。これにより、図7に示されたX−X’
線断面を図9に、図8に示されたY−Y’線断面を図1
0に示すごとく、ウェハ表面を平坦化するフォトレジス
ト塗膜7が形成された。このとき、溝部5が設けられて
いない領域上のフォトレジスト塗膜7の膜厚bを1.1
μmとしたため、溝部5が設けられている領域上のフォ
トレジスト塗膜7の膜厚cは、溝部5の深さa分だけ厚
くなり、1.705μmとなった。
Next, a positive photoresist material (trade name: IP-300, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is used to fill the groove 5 in the above-mentioned wafer and flatten the wafer surface.
0) was applied. Thereby, XX ′ shown in FIG.
FIG. 9 is a sectional view taken along the line Y-Y ′ shown in FIG.
As shown in FIG. 0, a photoresist coating film 7 for planarizing the wafer surface was formed. At this time, the thickness b of the photoresist coating film 7 on the region where the groove 5 is not provided is set to 1.1.
Since the thickness was set to μm, the thickness c of the photoresist coating film 7 on the region where the groove 5 was provided was increased by the depth a of the groove 5 to 1.705 μm.

【0036】その後、このウェハにおける領域A上のフ
ォトレジスト塗膜7に、接続孔パターンに倣った開口部
を形成するために露光を行った。具体的には、i線(3
65nm)ステッパを用い、フォトマスク・パターン6
を介して、650〜800msecの露光を行った。
Thereafter, exposure was performed on the photoresist coating film 7 on the region A on the wafer in order to form an opening following the connection hole pattern. Specifically, the i-line (3
65 nm) Photomask pattern 6 using a stepper
Through 650-800 msec.

【0037】なお、図11に示されるように、フォトマ
スク・パターン6がウェハ上に露光領域として投影する
領域(以下、開口領域Mとする。)は、領域Aへの合わ
せズレを考慮して、この領域Aよりも広くした。即ち、
図9においては、溝部5の幅dよりも開口領域Mの幅e
の方が大きく、図10においては、下層配線パターン2
の幅fよりも開口領域Mの幅gの方が大きくなってい
る。但し、ステッパを用いた露光においては、フォトマ
スク・パターン6と実際にウェハ上に投影されるパター
ンとではその大きさが異なるが、図9、図10、図11
では便宜的に、ウェハ上に投影される開口領域Mをフォ
トマスク・パターン6の開口パターンとして示した。
As shown in FIG. 11, a region projected by the photomask pattern 6 on the wafer as an exposure region (hereinafter, referred to as an opening region M) is adjusted in consideration of misalignment with the region A. The area A is wider than the area A. That is,
In FIG. 9, the width e of the opening region M is larger than the width d of the groove 5.
Are larger than the lower wiring pattern 2 in FIG.
The width g of the opening area M is larger than the width f. However, in the exposure using a stepper, the size of the photomask pattern 6 differs from that of the pattern actually projected on the wafer.
For convenience, the opening area M projected on the wafer is shown as an opening pattern of the photomask pattern 6.

【0038】フォトマスク・パターンが形成する開口領
域Mは、領域B’や領域C上にもかかっているにもかか
わらず、上述の露光の結果、領域A上のフォトレジスト
塗膜のみが現像液で溶解可能となるようなレジスト反応
が起こった。
Although the opening area M formed by the photomask pattern also covers the area B 'and the area C, as a result of the above-described exposure, only the photoresist coating on the area A is developed. A resist reaction occurred such that it became soluble.

【0039】これは、領域Aにおけるフォトレジスト塗
膜7においては、上述の露光にて、露光しきい値を上回
る光量を吸収でき、領域B’や領域Cでは露光しきい値
を上回る光量を吸収できなかったためである。即ち、領
域Aにおけるフォトレジスト塗膜7は、上述の露光条件
および下層配線パターン2からの強い反射光を受ける条
件下で光を吸収しやすい膜厚に設定されていたが、且
つ、領域B’ではフォトレジスト塗膜の膜厚の違い、反
射光の影響の違いから、また、領域Cでは、反射光の影
響の違いから、光を吸収しにくい状態とされたのであ
る。
This is because the photoresist film 7 in the region A can absorb the light amount exceeding the exposure threshold value by the above-mentioned exposure, and absorb the light amount exceeding the exposure threshold value in the region B ′ and the region C. It was not possible. In other words, the thickness of the photoresist coating film 7 in the region A is set to easily absorb light under the above-described exposure conditions and the condition of receiving strong reflected light from the lower wiring pattern 2, but the region B ′ In this case, light was hardly absorbed due to the difference in the thickness of the photoresist coating film and the effect of the reflected light, and in the region C, due to the difference in the effect of the reflected light.

【0040】このため、上述のウェハに対して現像処理
を施すと、領域A上のフォトレジスト塗膜7のみが溶解
除去され、図12に示されるように、開口部8が形成さ
れた。なお、本来なら現像後には領域Aの面積に等しい
開口が形成されているはずであるが、X−X’線断面が
図13に、Y−Y’線断面が図14に示されるとおり、
実際に形成された開口部8は、X−X’線断面方向では
溝部5の幅dよりも狭い幅hとなり、Y−Y’線断面方
向では下層配線パターン2の幅fよりも狭い幅iとなっ
ていた。これは、X−X’線断面方向において溝部5内
に残ったフォトレジスト塗膜7に吸収される光量が、溝
部5の壁面(層間絶縁膜3)からの反射光の影響を受け
て変化し、露光しきい値を下回るものとなったためであ
ると推測できる。同様に、Y−Y’線断面方向において
下層配線パターン2上に残ったフォトレジスト塗膜7に
吸収される光量も、下層配線パターン2からの反射光が
十分に入射されない等の理由によって、露光しきい値を
下回るものとなったと推測できる。
For this reason, when the above-mentioned wafer was subjected to a developing treatment, only the photoresist coating film 7 on the region A was dissolved and removed, and an opening 8 was formed as shown in FIG. Although an opening equal to the area of the region A should have been formed after the development, the cross section taken along the line XX ′ in FIG. 13 and the cross section taken along the line YY ′ in FIG.
The opening 8 actually formed has a width h smaller than the width d of the groove 5 in the cross section direction along the line XX ′, and a width i smaller than the width f of the lower wiring pattern 2 in the cross section direction along the line YY ′. Had become. This is because the amount of light absorbed by the photoresist coating film 7 remaining in the groove 5 in the cross-sectional direction along the line XX ′ changes under the influence of light reflected from the wall surface of the groove 5 (the interlayer insulating film 3). It can be inferred that the reason is that the exposure threshold value was exceeded. Similarly, the amount of light absorbed by the photoresist coating film 7 remaining on the lower wiring pattern 2 in the cross-sectional direction of the line YY ′ is also reduced due to the reason that the reflected light from the lower wiring pattern 2 is not sufficiently incident. It can be guessed that it has fallen below the threshold.

【0041】その後、上述のようにして開口部8が形成
されたフォトレジスト塗膜7をマスクとして、RIEを
行い、層間絶縁膜3の残余部を除去したところ、下層配
線パターン2に臨む接続孔9が形成された。このウェハ
における、X−X’線方向での断面を図15に示し、同
じく図12のY−Y’線方向での断面を図16に示す。
X−X’線方向では、フォトレジスト塗膜7における開
口部8の幅hにしたがって接続孔9の幅が形成され、Y
−Y’線方向でも開口部8の幅iにしたがって接続孔9
の幅が形成されており、このため、領域Aの内側に接続
孔9が開口されたこととなる。
Thereafter, RIE is performed using the photoresist coating film 7 in which the opening 8 has been formed as described above as a mask to remove the remaining part of the interlayer insulating film 3, and the connection hole facing the lower wiring pattern 2 is obtained. 9 was formed. FIG. 15 shows a cross section of the wafer along the line XX ′, and FIG. 16 shows a cross section along the line YY ′ of FIG.
In the XX ′ line direction, the width of the connection hole 9 is formed according to the width h of the opening 8 in the photoresist coating film 7, and Y
In the direction of the line Y ′, the connection hole 9 is formed according to the width i of the opening 8.
Thus, the connection hole 9 is opened inside the region A.

【0042】さらに、フォトレジスト塗膜7をアッシン
グにより除去した状態を図17に示す。また、接続孔9
が溝部5の底面と下層配線パターン2の上面との間に開
口されている状態を見やすくするために、図17のX−
X’線断面から見た斜視図を図18に示す。
FIG. 17 shows a state in which the photoresist coating film 7 has been removed by ashing. Also, the connection hole 9
17 is open between the bottom surface of the groove 5 and the upper surface of the lower wiring pattern 2 in order to make it easier to see the state.
FIG. 18 is a perspective view as viewed from a cross section taken along line X ′.

【0043】上述のようにして接続孔9が形成されたウ
ェハに対し、Al系材料を高温スパッタ法によって成膜
し、接続孔9内および溝部5を埋め込みながら反射防止
膜4表面を被覆した後、続いて、層間絶縁膜3表面が表
出する深さ位置まで、全面に亘ってエッチバックした。
これにより、X−X’線断面が図19に、Y−Y’線断
面が図20に示されるように、接続孔9内にはAl系材
料よりなるプラグ10、溝部5内には同じくAl系材料
よりなる上層配線パターン11が形成できた。
On the wafer on which the connection holes 9 are formed as described above, an Al-based material is formed by high-temperature sputtering to cover the surface of the antireflection film 4 while filling the connection holes 9 and the grooves 5. Subsequently, the entire surface was etched back to a depth position where the surface of the interlayer insulating film 3 was exposed.
As a result, as shown in FIG. 19, a cross section taken along the line XX ′ is shown in FIG. 19, and a plug 10 made of an Al-based material is An upper wiring pattern 11 made of a base material was formed.

【0044】以上のように、本実施例においては、接続
孔9の形成位置を領域A内に、自己整合的に規定できる
ので、接続孔9形成位置において下層配線パターン2お
よび上層配線パターン11の線幅を広げる必要がなく、
配線の高集積化が可能となる。
As described above, in the present embodiment, the formation position of the connection hole 9 can be defined in the region A in a self-aligning manner, so that the lower wiring pattern 2 and the upper wiring pattern 11 are formed at the connection hole 9 formation position. There is no need to increase the line width,
High integration of wiring becomes possible.

【0045】以上、本発明に係る多層配線形成方法を適
用した具体例について説明したが、本発明は上述の実施
例に限定されるものではない。例えば、接続孔パターン
に倣った開口部を形成するための露光工程を行う時点に
おいて、層間絶縁膜3上に反射防止膜4が存在しなくと
もよい。この場合、領域A上と領域B’上とのフォトレ
ジスト塗膜7に入射される反射光の強度は同程度となる
ため、感度差はフォトレジスト塗膜7の膜厚差によって
生じさせればよい。即ち、上記膜厚差をフォトレジスト
塗膜7内に生じる定在波の半波長(λ/4n)の奇数倍
に設定し、領域Aにおいては露光しきい値を上回り、領
域B’においては露光しきい値を下回るようにすればよ
い。また、下層配線パターン2と溝部5とが、層間絶縁
膜3を介してT字状に重なる場合や、平行に重なる場合
であっても、それぞれ露光に関する条件を最適化するこ
とによって、下層配線パターン2と溝部5とが重複する
領域上のフォトレジスト塗膜7のみを開口することがで
きる。
As described above, the specific example to which the multilayer wiring forming method according to the present invention is applied has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the antireflection film 4 does not have to be present on the interlayer insulating film 3 at the time of performing the exposure step for forming the opening following the connection hole pattern. In this case, the intensity of the reflected light incident on the photoresist coating film 7 on the region A and the region B ′ is substantially the same. Good. That is, the film thickness difference is set to an odd multiple of a half wavelength (λ / 4n) of the standing wave generated in the photoresist coating film 7, exceeds the exposure threshold in the region A, and exposes in the region B ′. What is necessary is just to make it fall below a threshold value. Even when the lower wiring pattern 2 and the groove 5 overlap in a T-shape or in parallel with the interlayer insulating film 3 interposed therebetween, by optimizing the exposure conditions, the lower wiring pattern can be obtained. Only the photoresist coating 7 on the area where the groove 2 and the groove 5 overlap can be opened.

【0046】さらに、各材料層を構成する材料も上述し
たものに限られず、配線およびプラグ材料として、タン
グステン等の高融点金属材料を用いてもよく、接続孔9
および溝部5の埋め込み時には、Alリフロー法、ブラ
ンケットタングステン法等を用いて成膜を行ってもよ
い。なお、フォトレジスト塗膜をネガ型のフォトレジス
ト材料を用いて形成してもよい。
Further, the material constituting each material layer is not limited to those described above, and a high melting point metal material such as tungsten may be used as the wiring and plug material.
At the time of filling the groove 5, the film may be formed by using an Al reflow method, a blanket tungsten method, or the like. Note that the photoresist coating film may be formed using a negative photoresist material.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
を適用すると、下層配線パターンと溝部が重なる領域に
おけるフォトレジスト塗膜を自己整合的に開口すること
ができるため、接続孔の形成予定位置において上下配線
パターンの線幅を広げておく必要がない。したがって、
配線ピッチを低減させることができ、配線の高集積化を
図ることが可能となる。
As is apparent from the above description, when the present invention is applied, the photoresist coating film can be opened in a self-aligned manner in the region where the lower wiring pattern and the groove overlap, so that the connection hole is to be formed. There is no need to increase the line width of the upper and lower wiring patterns at the position. Therefore,
The wiring pitch can be reduced, and high integration of the wiring can be achieved.

【0048】そして、本発明においては、プラグと上層
配線パターンとを同時形成できるため、配線ピッチの狭
い多層配線構造を、従来に比して工程数を大幅に増加さ
せることなく形成できる。
In the present invention, since the plug and the upper wiring pattern can be formed at the same time, a multilayer wiring structure with a narrow wiring pitch can be formed without greatly increasing the number of steps as compared with the related art.

【0049】本発明を、最も一般的である下層配線パタ
ーンと上層配線パターンとが交差する領域への接続孔形
成に適用すると、矩形の接続孔パターンの四辺すべてを
自己整合的に規定でき、正確な接続孔形成が可能であ
る。
When the present invention is applied to the most common connection hole formation in the region where the lower wiring pattern and the upper wiring pattern intersect, all four sides of the rectangular connection hole pattern can be defined in a self-aligned manner, and It is possible to form a simple connection hole.

【0050】また、下層配線パターンと上層配線パター
ンに倣った溝部とが重複する領域であれば、上下配線の
パターン形状の関係や、ウェハを構成する部材の材料等
によらず適用可能であり、本発明を適用して作製される
デバイスの設計の自由度は非常に大きい。
Further, as long as the lower wiring pattern and the groove following the upper wiring pattern overlap each other, the present invention can be applied irrespective of the relationship between the pattern shapes of the upper and lower wiring and the material of the members constituting the wafer. The degree of freedom in designing a device manufactured by applying the present invention is very large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】下層配線パターンと上層配線パターンに倣った
溝部とが層間絶縁膜を介して交差するウェハに対して、
フォトマスク・パターンが投影する開口領域を上面から
示す模式図である。
FIG. 1 shows a wafer in which a lower wiring pattern and a groove part following the upper wiring pattern intersect via an interlayer insulating film.
It is a schematic diagram which shows the opening area which a photomask pattern projects from an upper surface.

【図2】下層配線パターンと上層配線パターンに倣った
溝部とが層間絶縁膜を介してT字状に重なるウェハに対
して、フォトマスク・パターンが投影する開口領域を上
面から示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing, from above, an opening region projected by a photomask pattern on a wafer in which a lower wiring pattern and a groove portion following the upper wiring pattern overlap in a T-shape via an interlayer insulating film. .

【図3】下層配線パターンと上層配線パターンに倣った
溝部とが層間絶縁膜を介して平行に重なるウェハに対し
て、フォトマスク・パターンが投影する開口領域を上面
から示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing, from above, an opening area projected by a photomask pattern on a wafer in which a lower wiring pattern and a groove portion following the upper wiring pattern overlap in parallel via an interlayer insulating film.

【図4】本発明の多層配線形成方法を適用した一実施例
において、基板上に下層配線パターン,層間絶縁膜,反
射防止膜が成膜されたウェハの一部を模式的に示す斜視
図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a part of a wafer in which a lower wiring pattern, an interlayer insulating film, and an antireflection film are formed on a substrate in one embodiment to which the multilayer wiring forming method of the present invention is applied. is there.

【図5】図4に示されるウェハにおいて、パターニング
により層間絶縁膜に溝部を形成した状態を模式的に示す
斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a state in which a groove is formed in an interlayer insulating film by patterning in the wafer shown in FIG. 4;

【図6】図5に示されるウェハにおいて、下層配線パタ
ーンと溝部との関係を上面から示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a relationship between a lower wiring pattern and a groove in the wafer shown in FIG. 5 from above.

【図7】図5に示されるウェハのX−X’線断面図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view taken along line XX ′ of the wafer shown in FIG. 5;

【図8】図5に示されるウェハのY−Y’線断面図であ
る。
8 is a sectional view taken along line YY 'of the wafer shown in FIG.

【図9】図5に示されるウェハ上にフォトレジスト塗膜
が形成された状態を示すX−X’線断面図である。
FIG. 9 is a sectional view taken along line XX ′ showing a state where a photoresist coating film is formed on the wafer shown in FIG. 5;

【図10】図5に示されるウェハ上にフォトレジスト塗
膜が形成された状態を示すY−Y’線断面図である。
FIG. 10 is a sectional view taken along the line YY ′ showing a state where a photoresist coating film is formed on the wafer shown in FIG. 5;

【図11】図9および図10に示されるウェハに対して
フォトマスク・パターンが投影する開口領域を上面から
示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing, from the top, an opening area projected by the photomask pattern onto the wafer shown in FIGS. 9 and 10;

【図12】図9および図10に示されるウェハに対して
現像処理が施され、開口部が形成された状態を模式的に
示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view schematically showing a state in which a developing process is performed on the wafer shown in FIGS. 9 and 10 and an opening is formed.

【図13】図12に示されるウェハのX−X’線断面図
である。
FIG. 13 is a sectional view taken along line XX ′ of the wafer shown in FIG. 12;

【図14】図12に示されるウェハのY−Y’線断面図
である。
FIG. 14 is a sectional view taken along line YY ′ of the wafer shown in FIG. 12;

【図15】図12に示されるウェハに対してエッチング
を行い、接続孔が形成された状態のX−X’線断面図で
ある。
FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ in a state where etching has been performed on the wafer shown in FIG. 12 and connection holes have been formed.

【図16】図12に示されるウェハに対してエッチング
を行い、接続孔が形成された状態のY−Y’線断面図で
ある。
FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line YY ′ in a state where etching is performed on the wafer illustrated in FIG. 12 and connection holes are formed.

【図17】図15および図16に示されるウェハからフ
ォトレジスト塗膜が除去された状態を模式的に示す斜視
図である。
FIG. 17 is a perspective view schematically showing a state in which a photoresist coating film has been removed from the wafer shown in FIGS. 15 and 16;

【図18】図17に示されるウェハをX−X’線断面か
ら模式的に示す斜視図である。
FIG. 18 is a perspective view schematically showing the wafer shown in FIG. 17 from a cross section taken along line XX ′.

【図19】図17に示されるウェハ上に導電材料を成膜
し、層間絶縁膜表面までエッチバックした状態を示すX
−X’線断面図である。
19 shows a state in which a conductive material is formed on the wafer shown in FIG. 17 and etched back to the surface of the interlayer insulating film.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line -X ′.

【図20】図17に示されるウェハ上に導電材料を成膜
し、層間絶縁膜表面までエッチバックした状態を示すY
−Y’線断面図である。
20 shows a state in which a conductive material is formed on the wafer shown in FIG. 17 and etched back to the surface of the interlayer insulating film.
FIG. 4 is a sectional view taken along line −Y ′.

【図21】従来の多層配線形成方法の一例において、基
板上の下層配線パターンを被覆する層間絶縁膜をパター
ニングして下層配線パターンに臨む接続孔が形成された
ウェハを示す模式的断面図である。
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a wafer in which connection holes facing the lower wiring pattern are formed by patterning an interlayer insulating film covering a lower wiring pattern on a substrate in an example of a conventional method for forming a multilayer wiring. .

【図22】図21に示されるウェハに対して接続孔を埋
め込みながら導電材料層が成膜された状態を示す模式的
断面図である。
22 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a conductive material layer is formed while filling the connection holes in the wafer shown in FIG. 21.

【図23】図22に示されるウェハに対して導電材料層
のパターニングがなされて上層配線パターンが形成され
た状態を示す模式的断面図である。
23 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a conductive material layer is patterned on the wafer shown in FIG. 22 to form an upper wiring pattern.

【図24】図23に示されるウェハにおける、下層配線
パターン、上層配線パターン、接続孔との位置関係を上
面から示す模式図である。
24 is a schematic diagram showing a positional relationship among a lower wiring pattern, an upper wiring pattern, and a connection hole in the wafer shown in FIG. 23 from above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 下層配線パターン 3 層間絶縁膜 4 反射防止膜 5 溝部 7 フォトレジスト塗膜 8 開口部 9 接続孔 10 プラグ 11 上層配線パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Lower wiring pattern 3 Interlayer insulating film 4 Antireflection film 5 Groove 7 Photoresist coating film 8 Opening 9 Connection hole 10 Plug 11 Upper wiring pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/30 H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/30 H01L 21/3205-21/3213 H01L 21/768

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に形成された下層配線パターンを
層間絶縁膜で被覆する層間絶縁膜形成工程と、 該層間絶縁膜の膜厚方向の一部を上層配線パターンに倣
って除去することにより溝部を形成する溝部形成工程
と、 前記下層配線パターンと前記溝部が重なる領域と他の領
域との間でフォトレジスト塗膜に露光光に対する感度差
を発生させ得る膜厚にて、前記層間絶縁膜上に平坦なフ
ォトレジスト塗膜を形成するフォトレジスト塗膜形成工
程と、 前記フォトレジスト塗膜に対して露光処理を行うことに
より、前記下層配線パターンと前記溝部が重なる領域の
現像液に対する溶解度を前記その他の領域との間で相対
的に高め、次いで、現像処理を行うことにより、接続孔
パターンに倣った開口部を形成するフォトレジスト塗膜
パターニング工程と、 前記開口部内に表出する層間絶縁膜の残余部をエッチン
グして、前記下層配線パターンに臨む接続孔を開口する
エッチング工程と、 前記接続孔および前記溝部を導電材料で埋め込むことに
より、プラグおよび上層配線パターンを形成する埋め込
み工程とを有する多層配線形成方法。
An interlayer insulating film forming step of covering a lower wiring pattern formed on a substrate with an interlayer insulating film, and removing a part of the interlayer insulating film in a thickness direction according to the upper wiring pattern. A groove forming step of forming a groove, and the interlayer insulating film having a thickness capable of causing a difference in sensitivity to exposure light in a photoresist coating film between a region where the lower wiring pattern overlaps the groove and another region. Forming a photoresist coating film on the photoresist coating film, and performing an exposure process on the photoresist coating film.
Thus, the area where the lower wiring pattern and the groove overlap with each other
The solubility in the developer relative to the other areas
And then, by performing a development process, a photoresist coating patterning step of forming an opening following the connection hole pattern, and etching the remaining portion of the interlayer insulating film exposed in the opening, A multilayer wiring forming method, comprising: an etching step of opening a connection hole facing the lower wiring pattern; and a filling step of forming a plug and an upper wiring pattern by filling the connection hole and the groove with a conductive material.
【請求項2】 前記フォトレジスト塗膜の感度差は、前
記下層配線パターンからの反射光の寄与も見込んで設定
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。
2. The method according to claim 1, wherein the difference in sensitivity of the photoresist coating film is set in consideration of the contribution of light reflected from the lower wiring pattern.
【請求項3】 前記フォトレジスト塗膜をポジ型フォト
レジスト材料を用いて形成し、前記露光では、前記フォ
トレジスト塗膜の感度差によって、前記下層配線パター
ンと前記溝部が重なる領域のみに露光しきい値を上回る
光量を吸収させることを特徴とする請求項1または請求
項2記載の多層配線形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the photoresist coating is formed using a positive photoresist material, and the exposure is performed only in a region where the lower wiring pattern and the groove overlap with each other due to a difference in sensitivity of the photoresist coating. 3. The method according to claim 1, wherein a light amount exceeding a threshold value is absorbed.
【請求項4】 前記溝部を層間絶縁膜を介して前記下層
配線パターンと交差する方向に形成し、前記接続孔をそ
の交差領域に形成することを特徴とする請求項1ないし
請求項3のいずれか1項に記載の多層配線形成方法。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is formed in a direction intersecting the lower wiring pattern with an interlayer insulating film interposed therebetween, and the connection hole is formed in the intersection area. 2. The method for forming a multilayer wiring according to claim 1.
【請求項5】 前記露光は、前記交差領域よりも大きな
開口を前記フォトレジスト塗膜上に投影し得るフォトマ
スク・パターンを介して行うことを特徴とする請求項4
記載の多層配線形成方法。
5. The method according to claim 4, wherein the exposing is performed through a photomask pattern capable of projecting an opening larger than the intersection area onto the photoresist coating film.
The method for forming a multilayer wiring according to the above.
【請求項6】 前記層間絶縁膜形成工程後、前記溝形成
工程に先立って、該層間絶縁膜の表面に反射防止膜を形
成しておくことを特徴とする請求項1ないし請求項5の
いずれか1項に記載の多層配線形成方法。
6. An anti-reflection film is formed on the surface of the interlayer insulating film after the interlayer insulating film forming step and before the groove forming step. 2. The method for forming a multilayer wiring according to claim 1.
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