JPH01157555A - 層間絶縁膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の多層配線工程において形成され
る層間絶縁膜の形成方法に関するものであって、特に平
坦化された層間絶縁膜か要求される半導体装置の製造に
使用されるものである。

（従来の技術） 一般に、多層配線、特にアルミニウムの多層配線を行う
には、平坦な層間絶縁膜を形成することが重要なポイン
トとなる。このために、第３図に示す方法が従来よく用
いられている。第３図（ａ）において、半導体基板１上
に膜厚が８０００へのアルミニウムの膜からなる配線パ
ターン２が形成されているものとする。プラズマＣＶＤ
法を用いて、配線パターン２を覆うように８１０２から
なる絶縁膜３を半導体基板１上に１．３μｍ堆積させる
。すると、配線路の真上は、突起して凸部３ａか形成さ
れ、他の場所は四部３ｂ、３ｃか形成される。次に絶縁
膜３上にレジストを塗布し、レジスト層４を形成すると
、配線パターン２が疎な領域に形成された凹部３ｂにレ
ジストが多く流れ込み、なだらかな面が得られる（第３
図（ｂ）参照）。したがって凹部３ｂ上に形成されるレ
ジスト層４ｂの膜厚は、凸部３ａ上に形成されるレジス
ト層４ａの膜厚よりも厚くなる。この後、プラズマを用
いたエツチング法によって、レジスト層４と絶縁膜３の
エツチング速度をほぼ同一にして、配線パターン２の上
面が露出する近くまで、エツチングを行うと、平坦化さ
れた層間絶縁膜１０を得る（第３図（Ｃ）参照）。そし
て残存しているレジストを除去した後、再度プラズマＣ
ＶＤ法を用いてＳｉＯ２を１μｍ堆積させると平坦化さ
れた層間絶縁膜１１を得る（第３図（ｄ）参照）。この
ような層間絶縁膜１０．１１に接続孔を開孔し、層間絶
縁膜１１上に新たに配線路を形成し、前述の工程を繰り
返すことにより多層配線が形成される。

（発明が解決しようとする問題点） 配線パターン２には、配線が密な領域すなわち配線路と
配線路との間が狭い領域と、疎な領域すなわち配線路と
配線路との間が広い領域とがある。

配線が密な領域は、絶縁膜３が堆積されると、第３図（
ａ）に示すように配線路の真上に凸部３ａが形成され、
配線路と配線路との間のスペース部の真上に凹部３Ｃが
形成される。一方、疎な領域は、絶縁膜３が堆積される
と第３図（ａ）に示すように凹部３ｂが形成される。そ
して、絶縁膜３上にレジストが塗布されると、配線が密
な領域の凹部３ｃは、レジストが流れ込み、レジストで
埋まる。したがって、密な領域上のレジスト層４の上面
は平坦となる。これに対して、疎な領域の四部３ｂはス
ペースが広いからレジストで埋まることなく、レジスト
層４の上面は密な領域のそれに比べて低くなる。このた
め、レジスト層４の上面は基板面内でなだらかに波を打
つようになる。このような状態でエツチングを行うと、
配線が疎な領域の凹部３ｂの絶縁膜３はエツチングされ
て薄くなったり、場合によっては無くなってしまう。

このため絶縁膜１１を堆積しても絶縁膜面は、なだらか
に波を打つことになる。

以上は半導体基板面が平坦な場合の説明であるが、実際
の半導体装置では半導体基板面そのものが既にポリシリ
コン等の配線パターンが形成されており、平坦でないた
め、前述のうねりは、もっと激しいものになる。また、
アルミニウム薄膜を用いた三層配線、四層配線となって
いくにつれて、このうねりは更に増大されていくことに
なる。

一方、より微細なパターンを露光法で転写しようとする
と、焦点深度マージンがますます狭くなっていく傾向に
あるため、レジストの上面にうねりがあると、微細パタ
ーンの転写が困難になる。

また、アルミニウムの配線のパターニングにおいても、
うねりに応じたオーバエツチングが必要であるが、アル
ミニウム膜のプラズマエツチングでは、レジストに対す
るエツチング選択比が２〜３と一般に低いため、長時間
のオーバエツチングは望ましくない。

以上のことから、平坦な層間絶縁膜を形成することが強
く望まれている。

本発明は、うねりのない平坦化された層間絶縁膜を形成
することのできる層間絶縁膜の形成方法を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明による層間絶縁膜の形成方法は、半導体基板上に
疎密が有るように形成された配線パターンを覆うように
配線パターンとほぼ同じ膜厚の絶縁膜を半導体基板上に
形成する工程と、この形成された絶縁膜上に有機物質の
膜を形成する工程と、配線パターンの真上にある絶縁膜
が露出するまで有機物質の膜をエツチングする工程と、
配線パターンが疎な領域の、半導体基板上に直接に形成
された絶縁膜がほぼ残存するように、残存している有機
物質の膜をマスクに絶縁膜をエツチングする工程と、残
存している有機物質の膜を除去した後、平坦となる絶縁
膜を形成する工程とを備えたことを特徴とする。

（作　用） このように構成された本発明による層間絶縁膜の形成方
法において、配線パターンの真上にある絶縁膜が露出す
るまで有機物質の膜をエツチングした後、配線パターン
が疎な領域の、半導体基板上に直接に形成された絶縁膜
がほぼ残存するように、残存している有機物質の膜をマ
スクに絶縁膜をエツチングすることにより、疎な領域の
スペース部か絶縁膜によってほぼ埋められる。そして残
存している有機物質の膜を除去した後に、絶縁膜を堆積
させることにより平坦化された層間絶縁膜を得ることか
できることとなる。

（実施例） 第１図を用いて本発明による層間絶縁膜の形成工程の第
１の実施例を説明する。第１図（ａ）において、半導体
基板１」二に膜厚が８０００Ａのアルミニウム膜の配線
パターン２が形成され、この配線パターン２に疎密が有
るものとする。そして、プラズマＣＶＤ法を用い、配線
パターン２を覆うように例えば５１０２からなる絶縁膜
３を半導体基板］上に８０００人堆積させる。すると従
来の技術の項で説明したように配線パターン２か密な領
域では凸部３ａと凹部３ｃが形成され、疎な領域では四
部３ｂが形成される。そして、絶縁膜３上に有機物質、
例えばフォトレジスト（以降レジストともいう）を回転
塗布法を用いて塗布し、配線パターン２が密な領域に形
成された四部３ｃがレジストで埋まるようにレジスト層
４を形成する（第１図（ｂ）参照）。すると密な領域に
形成されたレジスト層４の上面は平坦になる。また、疎
な領域に形成された凹部３ｂにレジストが流れ込むこと
により、凸部３ａ上のレジスト層４の膜厚は、疎な領域
に形成された四部３ｂのそれに比べて薄くなる。この具
体例では、凸部３ａ上のレジスト層４の膜厚は１５００
人であり、凹部３ｂ上のレジスト層４の膜厚は１μｍで
ある。

次に、レジスト層４を現像液で凸部３ａの上面か露出す
るまでエツチングを行う（第１図（ｃ）参照）。この時
のエツチングによって除去されるレジスト層４の厚さは
２０００人であるから、疎な領域の四部３ｂ上のレジス
ト層４の残存膜厚は約８０００八であり、密な領域の凹
部３ｃ上のレジスト層４の残存膜厚は８０００人となる
。

このようにして凸部３ａの上面を露出させた後、反応性
イオンを用いた異方性エツチング法によって、配線パタ
ーン２か露出するまでエツチングを行う（第１図（ｄ）
参照）。この時、Ｓ　ｉＯ２からなる絶縁膜３とレジス
ト層４の選択比を７とすると、第１図（ａ）に示す四部
３ｂにはレジスト層４が残存し、これにより凹部３ｂの
Ｓ　１０２膜はエツチングされない。また、四部３ｃに
もレジスト層４か残存することになる。残存しているレ
ジスト層４を除去すると、密な領域および疎な領域のそ
れぞれの配線路間に８１０２からなる絶縁膜３か残存し
、しかも第１図（ａ）に示す凸部３ａの５ＩＯ２膜がエ
ツチングされているため、うねりもなく平坦な面が得ら
れる（第１図（ｅ）参照）。この後に、再度プラズマＣ
ＶＤ法を用いてＳ　１０２からなる絶縁膜５を１μｍ堆
積し、層間絶縁膜を形成する。

以上により、本実施例の層間絶縁膜の形成方法によれば
、うねりのない平坦化された層間絶縁膜を得ることかで
きる。

第２図を用いて本発明による層間絶縁膜の形成工程の第
２の実施例を説明する。この第２の実施例は、第２図（
ｃ）まで、第１の実施例で説明した第１図（Ｃ）までの
工程と同じ工程を行う。すなわち、第２図（ａ）におい
て、半導体基板１上に膜厚が８０００人のアルミニウム
膜の配線パターン２か形成され、この配線パターンに疎
密があるものとする。そして、プラズマＣＶＤ法を用い
、配線パターン２を覆うように例えばＳ　ｉｏ　２から
なる絶縁膜３を半導体基板］上に８０００人堆積させる
。すると、配線パターンが密な領域では凸部３ａと凹部
３ｃか形成され、疎な領域では凹部３ｂが形成される。

そして、絶縁膜３上に、有機物質、例えばフォトレジス
トを回転塗布法を用いて塗布し、レジスト層４を形成す
る（第２図（ｂ）参照）。次にレジスト層４を現像液で
凸部３ａの上面が露出するまでエツチングを行う（第２
図（Ｃ）参照）。凸部３ａの上面を露出させた後、緩衝
フッ酸液を用いて、Ｓ　ｉＯ２からなる絶縁膜３をエツ
チングする（第２図（ｄ）参照）。等方性エツチングで
あるから、第２図（Ｃ）に示す残存レジスト層４の端部
からＳ　ｉｏ　２膜３の膜厚とほぼ同じくらいアンダカ
ットが生じる。このため配線パターン２が密な領域上に
形成されたＳｉＯ２からなる絶縁膜３は、はとんどエツ
チングされてしまい、疎な領域に形成された絶縁膜３も
配線路の側面から１．３μｍ前後エツチングされること
になる。しかし、疎な領域が広ければ、この領域に形成
された絶縁膜３は、大部分が残存することになる。

この後、疎な領域に形成された絶縁膜３および配線パタ
ーン２を覆うようにＳ　ｉｏ　２からなる絶縁膜を新た
に堆積し、この新たに堆積された絶縁膜上にレジストを
厚く塗布し、平坦なレジスト層を形成する（図示せず）
。上記新たに堆積された絶縁膜とレジスト層のエツチン
グ速度をほぼ同一にして、配線パターン２の上面が露出
する近くまでエツチングを行うと平坦化された絶縁膜の
層７を得る（第２図参照）。さらにこの絶縁膜７上にＳ
ｉＯ２からなる絶縁膜８を堆積することにより平坦化さ
れた層間絶縁膜を得ることができる（第２図（ｆ）参照
）。

以上により、本実施例による層間絶縁膜の形成方法によ
れば、うねりのない平坦化された層間絶縁膜を得ること
ができる。なお、本実施例による層間絶縁膜の形成方法
は、プラズマを用いた高価な異方性エツチングを使用し
ないため安価なプロセスとなる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、うねりのない平坦化された層間絶縁膜
を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による層間絶縁膜の形成工程の第１の具
体例を示す断面図、第２図は本発明による層間絶縁膜の
形成工程の第２の具体例を示す断面図、第３図は従来の
方法による層間絶縁膜の形成工程を示す断面図である。 １・・・半導体基板、２・・・配線パターン、３・・・
絶縁膜、４・・・レジスト層、５・・・絶縁膜。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 −１２＝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上に疎密が有るように形成された配線パタ
   ーンを覆うように前記配線パターンとほぼ同じ膜厚の絶
   縁膜を前記半導体基板上に形成する工程と、この形成さ
   れた絶縁膜上に有機物質の膜を形成する工程と、前記配
   線パターンの真上にある絶縁膜が露出するまで前記有機
   物質の膜をエッチングする工程と、前記配線パターンが
   疎な領域の、半導体基板上に直接に形成された絶縁膜が
   ほぼ残存するように、残存している有機物質の膜をマス
   クに前記絶縁膜をエッチングする工程と、前記残存して
   いる有機物質の膜を除去した後、平坦となる絶縁膜を形
   成する工程とを備えたことを特徴とする層間絶縁膜の形
   成方法。