JPH0290526A - 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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JPH0290526A
JPH0290526A JP24093288A JP24093288A JPH0290526A JP H0290526 A JPH0290526 A JP H0290526A JP 24093288 A JP24093288 A JP 24093288A JP 24093288 A JP24093288 A JP 24093288A JP H0290526 A JPH0290526 A JP H0290526A
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etching
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resist
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克之 町田
Hideo Oikawa
及川 秀男
Masakatsu Kimizuka
君塚 正勝
Shigeru Moriya
茂 守屋
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高密度なLSIの多層配線の形成に関し、特
に半導体基板上の絶縁膜を平坦に形成する半導体装置の
製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
高密度な集積回路を実現するためには多層配線技術が不
可欠である。そして、この多層配線を形成するためには
、絶縁膜の表面を完全に平坦にする必要がある。このた
め、第6図に示すようなりソゲラフイエ程を使った平坦
化法が提案されている。図において、第6図(a)は電
極配線2上に絶縁膜3を堆積し、電極配線2上の凸状の
絶縁膜5周辺にレジストパターン4をリソグラフィ工程
により形成したものである。同図(b)は凸状の絶縁膜
5をエツチングしたものである。さらに、同図(c)は
レジストパターンを除去したものであり、絶縁膜表面が
平坦化されていることがわかる。また、この他の半導体
装置の製造方法として、(i)リフトオフ法、(ii)
有機樹脂塗布法、(iii )エッチハック法、(iv
 )バイアススパッタ法、(v)バイアスECR法など
が提案されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら従来の半導体装置の製造方法は、第6図(
a)の工程で示すように凸状の絶縁膜5の周辺に正確に
レジストパターンを合わせる必要がある。従って、合わ
せが悪いと凸状の絶縁膜5以外の絶縁膜がエツチングさ
れ平坦化を実現できなくなるという欠点があった。
また、小さいパターン上の平坦化は可能であるが、大き
いパターン上の平坦化を同時に行なうことが不可能であ
った。このため、第7図に示す断面図のように、電極配
線2のうち小さいパターン2a上と大きいパターン2b
上での絶縁膜3の厚さが異なり、次のスルーホールのエ
ツチング加工時に異なる深さのスルーホール6a、6b
を加工しなければならない。この場合、スルーホール下
部の電極表面にダメージを与えたり、オーバーエツチン
グのために深さの浅いスルーホールにサイドエッチが発
生したりするため、半導体装置の製造工程の上で非常に
困難であった。
また、この他従の来提案された方法においても次のよう
な欠点があった。まず、リフトオフ法では大きいパター
ンはどリフトオフ残りが発生しやすく、狭いサブミクロ
ンの線間に絶縁膜を堆積できなくなり、絶縁膜の平坦化
ができなかった。次に、有機樹脂塗布法とエッチハック
法では、大きいパターンと小さなパターンとが密集して
いる所では塗布したレジストの段差が直接残るため、完
全に平坦化を行なうのは不可能であった。また、サブミ
クロン配線をおこなうため提案されたバイアススパッタ
法とバイアスECR法とは、傾斜面の方が平坦面よりも
エツチング速度が速いことを利用した平坦化法であり、
この原理だけで平坦化を行うと、パターンが小さい所で
の平坦化は可能であるが、大きいパターン上での平坦化
には長時間を必要であった。このため、スループットが
遅い等の欠点があった、さらに、これらの欠点を解決す
るために、バイアススパッタ法とエッチバック法との組
み合わせを行ない、完全に平坦化することが試みられた
が、エッチバック法を使う限り、大きいパターンと小さ
なパターンとが密集した所での段差を解消することは不
可能であった。
このように、大きいパターン上と小さなパターン上とを
同時にかつ完全に平坦化することは、これまでの技術で
は不可能であった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に
電極配線を形成し、゛この電極配線上に絶縁膜を堆積す
る工程と、この絶縁膜上にレジス1−を塗布し、リソグ
ラフィ工程により所定の電極配線上の台形状の絶縁膜上
に台形状絶縁膜の幅より小さな幅の溝レジストパターン
を形成する工程と、レジストパターンをマスクとして電
極配線の表面が露出するまで絶縁膜をエツチングする工
程と、レジストパターンを除去した後、電極配線上に残
った凸状の絶縁膜をエツチングしながら絶縁膜を堆積す
る工程とを有している。
また、半導体装置基板上に電極配線を形成し、この電極
配線上に第1の絶縁膜を堆積する工程と、この第1の絶
縁膜上にこの第1の絶縁膜と耐エツチング性の異なる第
2の絶縁膜を形成する工程と、この第2の絶縁膜上に第
3の絶縁膜を堆積する工程と、この第3の絶縁膜上にレ
ジストを塗布し、リソグラフィ工程により台形状の第3
の絶縁膜上に台形状の第3の絶縁膜の幅より小さな幅の
溝レジストパターンを形成する工程と、レジストパター
ンをマスクとして第2の絶縁+19の表面が露出するま
で第3の絶縁膜をエツチングする工程と、レジストパタ
ーンを除去した後、電極配線上に残った凸状の絶縁膜を
エツチングしながら絶縁膜を堆積する工程とを有してい
る。
〔作用〕
小さい電極配線パターン上および大きい電極配線パター
ン上の絶縁膜の表向を平坦化すると共に、それぞれの絶
縁膜の膜厚を同じにする。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第1図は本発明に係る実施例を示した半導体装置の断面
図である。以下、この図に従って説明する。
第1図(a)は半導体基板1上に電極配線2を形成した
ものである。本実施例では、電極配線としてアルミ (
A1)をスパッタ法で5000人堆積し、さらに、リソ
グラフィ工程とドライエソチング工程とにより形成した
ものである。
次に、第1図(b)は電極配線2上に絶縁膜堆積装置の
基板ホルダーにバイアスを印加し、試料表面でスパッタ
エツチングを起こしながら膜堆積を行なうバイアス印加
系の堆積法により、絶縁膜3を電極配線2の膜厚と同じ
厚さだけ堆積したものである。本実施例では、バイアス
ECR法により絶縁膜としてSin、を堆積している。
ここで、バイアスECR法とは、10−’〜10〜3↑
orrの低ガス圧において電子サイクロトロン共鳴法(
共鳴条件:マイクロ波周波数2.45Gllz 、磁場
強度875 Gauss)により膜形成に必要なプラズ
マを生成し、試料基板ホルダーにrfバイアスを印加し
ながら膜堆積を行なう方法である。その特徴は、堆積粒
子が試料基板に対して垂直に入射するため、アベクト比
(配線の膜厚/配線間隔)の高いサブミクロン配線の狭
い線間に絶縁膜を埋め込み堆積することができ、さらに
、平坦化を行なうことが可能である。ここでは、膜堆積
条件として、シランガス流量203CCI11%酸素ガ
ス203CC11%マイクロ波パワ400W、 r f
パワー1ooIAのもとに、平坦面堆積速度600人/
 m i nでSiO□を約5000人堆積した。従っ
て、電極配線2.〜24上に台形−ヒの絶縁膜511〜
5Eが残る。
次に、第1図(c)は、大きい配線上の台形状の絶縁膜
5Bをエツチングする工程である。ここでは、レジスト
4を1.0μm塗布したのちに、露光工程により、台形
状の絶縁膜511の幅よりも小さいレジストパターンを
形成したものである。ここで、同図に示すように、レジ
ストパターンが大きく絶縁膜5Bに対してずれていても
プロセスにおいて問題がない。そして、大きいパターン
状の絶縁膜58をくり抜くため、リソグラフィとエソチ
ング工程とを用いている。そのために、露光時の合わせ
余裕度と大きいパターン上の台形状の絶縁膜5.の上に
形成されるレジストのかぶり量を平坦化量の観点から把
握しなければならない。
第3図は平坦化量と合わせ余裕度とかぶり量との関係を
示した断面図である。図において、電極配線2上に絶縁
膜3をバイアス印加系の堆積法で堆積し、さらに、レジ
ストを塗布し、リソグラフィ工程によりレジストパター
ンを形成したものである。図において、Δlばかぶり量
、Xは合わせ余裕度、Hoは配線の膜厚、Pは平坦化幅
、θは傾斜面角度であり、ここでは傾斜面角度θを45
度一定と仮定した。これよりかぶり量ΔlはΔff=P
/2+H0+X   ・・−(1)で与えられる。上記
の(1)式において、H,−〇、5一定とし、平坦化幅
Pをパラメータにして合わせ余裕度Xとかぶり量Δlと
の関係を示したの。
が第4図の特性図である。図において、横軸はかぶり量
Δl、縦軸は合わせ余裕度である。ここで、合わせ余裕
度Xとかぶり量Δβとに対するプロセス上の制約につい
て説明する。かぶり量Δlは、任意の正の値で、平坦化
時間を短縮するために、小さい方が良い。合わせ余裕度
に関しては、溝レジストパターンが凸状の絶縁膜からず
れなければよく、凸状絶縁膜の両側にできる2つの突起
の幅を同じくする必要はない。このため、上述した第6
図に示すように正確なレジスト4の合わせを必要としな
い。
次に、本実施例が通常のバイアススパッタ法、バイアス
ECR法に比較して平坦化に要する時間が短縮できるこ
とについて説明する。第4図よりかぶり■Δβと合わせ
余裕度Xを考慮すると、平坦化壇Pは小さくて良いこと
がわかる。従って、平坦化jlPが小さくてよいために
、大きい横方向エツチング速度を必要とせず、その結果
、平坦面の堆積速度が減少せず、堆積時間を短縮するこ
とが可能であり、スループットの向上が図れるという利
点がある。
さて、第1図(d)は、大きいパターン状の絶縁膜5.
をエツチングによりくり抜いた工程である。この工程は
積極的に突起状の絶縁膜を形成するものであり、従来の
方法にはなかった工程である。即ち、台形状絶縁膜58
のエツチングは、微細パターン2.〜2.上の絶縁膜表
面と略同じ大きさの突起とするために行なったもので、
レジストパターン4を除去することにより、大きいパタ
ーン24上に突起状の絶縁膜58.5□を形成すること
ができる。従って、記号Aと記号Bとの高さを同じにす
ること可能となる。本実施例のエツチングは、平行平板
型エツチング装置でおこなった。
エツチング条件は、CHF3 +Q2の混合ガスでガス
圧50Torr、エツチングレート400 人/min
、均一性±5.0%であり、エツチング量は5000人
であった。
次に、第1図(e)は同図(b)の工程で使用したバイ
アス印加系の堆積装置を使って絶縁膜を堆積すると同時
に、エツチングを行ないながら平坦化する堆積方法で電
極配線パターン21〜24上の絶縁膜3の突起5□5□
および5c〜5Eをエツチングし、最終的に絶縁膜3表
面を完全に平坦化した工程である。本実施例では、バイ
アスECR法によりSiO□を堆積しながら同時に突起
をエツチングして完全に平坦化したものである。この平
坦化の条件は、5il14と02の混合ガスを使い、S
iO□の堆積速度250 人/l1lin、横方向エツ
チング速度250人/minである。平坦化プロセスと
してSiO□を5000人堆積した。この時、横方向に
エツチングが同時に進行するために、電極配線パターン
21〜24上の絶縁膜3の突起はエツチング除去され、
絶縁膜の表面が完全に平坦化される。ここで、第1図(
e)における横方向エツチング量の総和は5000人で
あり、この結果、1.0μ「nの平坦化を行なっただけ
で大きい電極配線パターン24上と小さい電極配線パタ
ーン2I〜2.上との絶縁膜3の表面を完全に平坦化し
たことになる。
従来のバイアス印加系の平坦化法であるバイアススパッ
タ法やバイアスECR法では、絶縁膜表面を完全に平坦
化するために大きいパターンを任意の大きさのパターン
幅Lmaxに制限して回路設計に工夫をし、Lmax/
2の横方向エツチング量で完全平坦化を実現している。
例えば、L rnax=3.0#mの場合、15000
人の横方向エツチング量で平坦化を行うことになる。こ
れは、本実施例と比較して約3.0倍のエツチング量が
必要である。また、本実施例では、パターンの構成で、
くり抜きパターン以外は1μmの配線幅以下のパターン
なので、5000人の横方向エツチングにより完全平坦
化が実現できた。しかし、実際のLSIでは、種々のパ
ターンが存在するために、どの程度の大きさのパターン
からくり抜きパターンを入れれば良いかを調べる必要が
ある。ここで、くり抜きパターンをどの配線幅から入れ
るのかを説明する。
第5図は平坦化幅とくり抜きパターンの関係を調べた説
明図である。この関係から配線幅LmはLm   2X
Δ#+E   ・ −・ (2)で与えられる。ここで
、Δlばかぶり量、Eは最低溝エツチング幅である。
また、次の不等式を仮定する。
Lm>L、>Lz  >L+  ”  ’  (3)第
5図でLm幅以上の配線の上の絶縁膜に対してくり抜き
パターンを入れることにする。また、平坦化量はLm幅
とする。上記(2)式より、平坦化幅はΔ2とEとに比
例し、ΔlとEとが小さければより小さいことがわかる
。ここで、Δlはリソグラフィ技術により最低0.5 
μmであり、エツチング技術から最低溝エツチング幅E
は0.5 μmとなる。その結果、1.5μm以上の配
線幅にくり抜きパターンを入れればよいことになる。そ
して、1.5μrn以上の配線にくり抜きパターンを入
れることにより、絶縁膜の表面を完全に平坦化すること
ができる。Lm幅は、リングラフィ技術とエツチング技
(ネiとが進歩するにつれて小さくなるものであり、さ
らに、小さくなるにつれて、平坦化の処理時間も短縮で
きることは明らかである。
従来のバイアス印加系のエツチング技術では、大きいパ
ターンに小さい穴をあけたり、数μm以上の配線幅を禁
止するなど制約条件が厳しいために回路設計に対する負
担が大きくなっていたが、本実施例ではマスク作製時に
筒車なデータ処理によりくり抜きパターンを作製できる
ので、回路設計サイドに負担をかけることなく半導体装
置を容易に実現できるという特徴を有する。従って、実
際に7500人の横方向エツチングで完全平坦化を実現
できることが明白である。
このように、本実施例における半導体装置の製造方法は
、大きい電極配線パターン24上の絶縁膜をエツチング
して積極的に突起51.5□を設け、絶縁膜3をエツチ
ングすると同時に堆積することにより、絶縁膜3の平坦
化を図ることができる。
これにより、次のような効果を有する。
(i)横方向エツチング量が少なくてすむためにスルー
プットが高くなる。
(ii)リソグラフィ工程では、ラフな合わせ精度でよ
く、また、エツチング技術も容易なためプロセスが非常
に容易である。
(iii )絶縁膜のくり抜きエツチングの際にストッ
パーがあるために、くり抜きをいれた部分の電極表面と
電極配線との間に埋込まれた絶縁膜の表面との高さを容
易に同じ高さにできるので、平坦化時の絶縁膜の平坦性
を容易に確保できる。
(iv)絶縁膜の堆積量は、横方向エツチング量に比例
するため、横方向エツチング量が少ないと堆積量は少な
くなり、装置のメンテナンス期間を長くすることができ
る等の特徴を有する。
次に、第2図は本発明の第2の実施例を示す断面図であ
る。以下、この図に従って説明する。
第2図(a)は半導体基板l上に電極配線2を形成した
ものである。本実施例では電極配線としてアルミ(Af
f)をスパッタ法で堆積し、さらに、リソグラフィ工程
と1゛ライエソチング工程により形成したものである。
第2図(b)は第1の実施例と同様に、電極配置)! 
2 k、に絶縁膜堆積装置のノ、(仮ホルダーにバイア
スを印加し、試料表面でスパッタエツチングを起こしな
がら膜堆積を行なうバイアス印加系の堆積lJ=により
絶縁膜3を薄(堆積し、さらに、絶縁膜3と膜質の異な
る絶縁膜6を薄く堆積した後に絶縁膜3を電極配線上の
絶縁膜6の表面までの膜厚分だけ堆積したものである。
本実施例では第1の実施例で用いたバイアスECR法に
より絶縁膜3としてのSiO□、絶縁膜6としてSi3
N4を堆積している。SiO□膜堆積条件として、シラ
ンガス流量203CC111%酸素ガス流量20SCC
I11%マイクロ波パワー400−1rfパワー100
賀のもとに、平坦面堆積速度600人/lll1nにお
いて、5iOzを約1000人堆積した。
さらに、酸素ガスを窒素ガスに換え5iJa膜の堆積速
度として400 人/winで1500人の5iJ4膜
を堆積し、さらに、絶縁膜7のSingを5000人堆
積している。ここでは、同一装置内で単に酸素ガスを窒
素ガスに換えるだけでSiO□からSi、N、へと膜質
を変えることが可能であり、膜質の異なる絶縁膜を積層
構造で堆積することを容易に行なうことができる。次に
、第2図(c)は大きい電極配線パターン24上の台形
状の絶縁膜をエツチングする工程である。ここでは、レ
ジストを1.0μm塗布したのちに、露光工程によりく
り抜きパターンを形成したものである。
第2図(d)は大きい電極配線パターン2.上の絶縁膜
7を絶縁膜6の表面が露出するまでドライエツチングに
よりくり抜いた工程である。ただし、エツチングの際に
絶縁膜6がエツチングされずに絶縁膜7がエツチングさ
れる条件で行なった。
この条件で絶縁膜7をエツチングすると、絶縁膜6がエ
ツチングのストッパーになるために、電極配線上の絶縁
膜表面と電極配線間に堆積された絶縁膜表面との高さを
容易に揃えることができる。
例えば、絶縁膜7の(り抜きエツチングを行なう際に、
絶縁膜6にあたるストッパーがないと、ウェハ内でのエ
ツチングの均一性に対して厳しい条件が必要となる。ま
た、エツチングだけでなく、エツチングされる絶縁膜7
の膜堆積のウェハ内均−性に対しても厳しい条件が要求
される。ここで、両者共に、13.0%の均一性であっ
たとすると、ストッパーがない場合、±6.0%の絶縁
膜表面のばらつきが生じ、後の工程でこのばらつきを解
消するのは不可能である。なお、ここでは、CHF31
00scc+s % 50Torrで、Singのエツ
チングレート200人/aiin 、 5iJ4のエツ
チングレートは数人、’winの条件下で5intを5
000人エツチングしたものである。
第2図(e)は第1の実施例を同じようにバイアス印加
系の堆積装置を使って絶縁膜7を堆積すると同時にエツ
チングを行ないながら平坦化する堆積法で電極配線パタ
ーン2.〜24上の絶縁膜の突起51.5□および5c
〜5Eをエツチングし、最終的に絶縁膜7表面を完全に
平坦化した工程である。本実施例では、バイアスECR
法により5iO1を堆積しながら同時に突起をエツチン
グして完全に平坦化したものである。平坦化条件は、S
 i JN、と0□との混合ガスを使い、SiO□の堆
積速度250人/win、横方向エツチング速度500
人/minである。平坦化プロセスとして5i02を2
500人堆積した。このとき、第1の実施例と同じよう
に横方向にエツチングが進行するために、パターン上の
絶縁膜の突起はエツチング除去され、絶縁膜の表面が完
全に平坦化される。
本実施例では、第2図(e)において横方向のエツチン
グ量の総和は5000人であり、この結果、1.0.c
+mの平坦化をおこなっただけで大きい電極配線パター
ン24上と小さい電極配線パターン2、〜2.上とのす
べての絶縁膜7の表面を完全に平坦化したことになる。
なお、本実施例は堆積する場合にバイアスの大きさが小
さいために、実質的な膜堆積時間を短縮できる利点があ
ると同時に装置のメンテナンス期間をのばすことができ
るという特徴がある。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明は、電極配線上に絶縁膜または
第1〜第3の絶縁膜を堆積し、この絶縁膜上のレジスト
を塗布しりソゲラフイエ程により所定の電極配線上の台
形状の絶縁膜上に、この台形状絶縁膜の幅より小さな幅
の溝レジストパターンを形成し、このレジストパターン
をマスクとして絶縁膜をエツチングした後、電極配線状
に残った凸状の絶縁膜をエツチングしながら絶縁膜を堆
積することにより、次のような効果を有する。
(i)プロセスにおいて、容易にくり抜きパターンを作
製することができ、従来条件の厳しいプロセスと違って
安定したプロセスを実行できる。
(ii)平坦化量が少なくて済むために、堆積装置への
負荷を低減でき、メンテナンスの期間を従来の使い方よ
りも長くすることが可能である。
(iii)<り抜きパターンのマスクは、データ変換の
みでよく、禁止ルールが極めて緩いので、回路設計サイ
ドに対する負荷が少ない。
(iv)<り抜く工程の後に、電極配線上と電極配線間
の絶縁膜表面が容易に同し高さにでき、エツチングと堆
積特性に対して厳しい均一の要求を回避できる。
などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す半導体装置の断面
図、第2図は第2の実施例を示す半導体装置の断面図、
第3図は平坦化量と合わせ余裕度とかぶり量との関係を
示した断面図、第4図は合わせ余裕度Xとかぶり量Δl
との関係を示した特性図、第5図は平坦化幅とくり抜き
パターンの関係を調べた説明図、第6図は従来の平坦化
法を示す半導体装置の断面図、第7図は従来の断面図で
ある。 l・・・半導体基板、2・・・電極配線、3゜7・・・
絶縁膜、4・・・レジスト、5.〜5.!・・・突起、
6・・・耐エツチング性の異なる絶縁膜(Si3N4 
)。 特許出願人  日本電信電話株式会社 代 理 人 山 川 政 樹 (ばか1名) 第2 図 第3 第53 第7図 第4

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に電極配線を形成し、この電極配線
    上に絶縁膜を堆積する工程と、 この絶縁膜上にレジストを塗布し、リソグラフィ工程に
    より所定の前記電極配線上の台形状の絶縁膜上に前記台
    形状絶縁膜の幅より小さな幅の溝レジストパターンを形
    成する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして前記電極配線の表
    面が露出するまで前記絶縁膜をエッチングする工程と、 前記レジストパターンを除去した後、前記電極配線上に
    残った凸状の絶縁膜をエッチングしながら絶縁膜を堆積
    する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. (2)半導体装置基板上に電極配線を形成し、この電極
    配線上に第1の絶縁膜を堆積する工程と、この第1の絶
    縁膜上にこの第1の絶縁膜と耐エッチング性の異なる第
    2の絶縁膜を形成する工程と、 この第2の絶縁膜上に第3の絶縁膜を堆積する工程と、 この第3の絶縁膜上にレジストを塗布し、リソグラフィ
    工程により台形状の第3の絶縁膜上に前記台形状の第3
    の絶縁膜の幅より小さな幅の溝レジストパターンを形成
    する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして前記第2の絶縁膜
    の表面が露出するまで前記第3の絶縁膜をエッチングす
    る工程と、 前記レジストパターンを除去した後、前記電極配線上に
    残った凸状の絶縁膜をエッチングしながら絶縁膜を堆積
    する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
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JP24093288A Expired - Fee Related JPH0682661B2 (ja) 1988-09-28 1988-09-28 半導体装置の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005039244A (ja) * 2003-06-27 2005-02-10 Hitachi Ltd 電子デバイスとその多層配線の形成方法

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JPH0682661B2 (ja) 1994-10-19

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