JPH0590261A - 多層配線の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】導体配線間の距離の大小によらず平坦性のよく
かつ膜中にボイドのない層間絶縁膜を形成することによ
り信頼性のよい多層配線を得る。 【構成】半導体基板１０の表面に形成された導体薄膜を
所定のホトレジストパターンを用いてエッチングして導
体配線１２を形成し、その後、導体配線１２を被覆する
層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３上に前記ホ
トレジストパターンのポジネガを反転させたホトレジス
トパターン１４ａを形成し、ホトレジストパターン１４
ａをマスクとして層間絶縁膜１３を等方性エッチングに
より導体配線１２の一部が露出するまでエッチングす
る。ホトレジストパターン１４ａを除去した後に、導体
配線１２および層間絶縁膜１３上に重ねて絶縁膜１５を
形成することにより、平坦かつボイドのない層間絶縁膜
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層配線の形成方法に
係り、特に微細パターン配線を層間絶縁膜を介して多層
化するのに適した多層配線の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記した多層配線の形成方法とし
ては、一例として超高速デジタルデバイスシリーズ２
「超高速ＭＯＳデバイス」（菅野卓雄監修，昭和６１年
２月１０日刊，培風館）において、半導体集積回路の多
層配線に対して適用された層間絶縁膜の表面の平坦化技
術が開示されている。この例について、図３に基づいて
簡単に説明する。シリコン基板１の表面に設けられた熱
酸化膜２上に所定のアルミニウム導体配線３が形成され
（図３(a)参照 ）、このアルミニウム配線３を被覆する
層間絶縁膜としてプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化
膜４が形成される（図３(b)参照）。 このシリコン酸化
膜４上に犠牲膜としてホトレジスト膜５を形成し（図３
(b)参照）、 シリコン酸化膜４とホトレジスト膜５とを
選択比１の反応性イオンエッチングによりシリコン酸化
膜４およびホトレジスト膜５が所定の厚さエッチングさ
れるまでエッチバックをおこない（図３(c)参照）、 エ
ッチバック終了後にホトレジスト膜５を剥離する（図３
(d)参照）。 エッチバック前にくらべて表面の凹凸が軽
減されたシリコン酸化膜４上にプラズマＣＶＤ法により
シリコン酸化膜６を重ねて形成することにより（図３
(e)参照）、 平坦性の良好な層間シリコン酸化膜が得ら
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記多層配
線の形成方法において熱酸化膜２上に設けられた各アル
ミニウム導体配線３間の距離が非常に近接している場
合、図４(b) に示すように、導体配線３上に形成された
層間シリコン酸化膜４の側部が導体配線間にて接触して
一体化し、内部にボイドＶを形成する。ボイドＶが層間
シリコン酸化膜４中に残されたままの状態では、層間シ
リコン酸化膜４とボイドＶの熱膨張差によるシリコン酸
化膜４の変形あるいは破損等が生じ、層間シリコン酸化
膜上に形成される第２層目の導体配線の信頼性を低下さ
せるので、層間シリコン酸化膜４を平坦化させる際に、
ボイドＶも同時に除去したい。しかるに、図３の手順に
従ってエッチングを進行させると、反応性イオンエッチ
ングの異方性によりボイドＶの存在しない部分と同様に
ボイドＶ部分もエッチングが進行し、図４(c) に示すよ
うに、両者間に大きな段差が残された状態になる。この
ため、シリコン基板１上にさらにシリコン酸化膜６を重
ねて形成しても（図４(d)参照）、 層間シリコン酸化膜
の平坦化を実現することができず、層間シリコン酸化膜
６上に第２層目のアルミニウム導体配線７を設けても段
差切れ等の生じるおそれがありその信頼性を保証するこ
とができない。本発明は、上記した問題を解決しようと
するもので、導体配線間の距離の大小によらず平坦性の
よくかつ膜中にボイドのない層間絶縁膜を形成すること
により信頼性のよい多層配線を得ることの可能な多層配
線の形成方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の構成上の特徴
は、多層配線の形成方法において、基板の表面に形成さ
れた導体薄膜を所定の第１ホトレジストパターンを用い
てエッチングすることにより導体配線を形成する工程
と、該第１ホトレジストパターンを除去する工程と、該
第１ホトレジストパターン除去後に前記導体配線を被覆
する層間絶縁膜を形成する工程と、該層間絶縁膜上に前
記第１ホトレジストパターンのポジネガを反転させた第
２ホトレジストパターンを形成する工程と、該第２ホト
レジストパターンをマスクとして前記層間絶縁膜を等方
性エンチングにより前記導体配線の一部が露出するまで
エッチングする工程と、該第２ホトレジストパターンを
除去する工程と、該第２ホトレジストパターン除去後に
前記層間絶縁膜及び導体配線上に重ねて絶縁膜を形成す
る工程とを備えたことにある。

【０００５】

【作用】上記のように本発明を構成したことにより、層
間絶縁膜は表面に形成された第２ホトレジストパターン
をマスクとして等方性エッチングによりエッチングされ
るので、第２ホトレジストパターンによって被覆された
部分の層間絶縁膜が被覆されていない部分の層間絶縁膜
のエッチング深さに応じてサイドエッチされる。このた
め、導体配線間の距離が小さく導体配線間の層間絶縁膜
中にボイドが形成されている場合においても、ボイドは
第２ホトレジストパターンによって被覆されていない部
分の層間絶縁膜のエッチング深さに応じて除去されるの
で、ボイドの形成されていない層間絶縁膜をエッチング
する場合と同様に残された層間絶縁膜の表面に大きな凹
凸を生じない。かかる凹凸の少ない残留層間絶縁膜上に
新たに層間絶縁膜を形成することにより、平坦性が良く
かつ膜内にボイドがない良好な品質の層間絶縁膜を得る
ことができる。

【０００６】

【発明の効果】上記したように本発明によれば、導体配
線間距離の大小によらず導体配線上に平坦性の良くかつ
膜内にボイドがない品質の良い層間絶縁膜を得ることが
できるので、この層間絶縁膜上に形成される導体配線も
段差切れ等の不良の発生が抑えられ、信頼性のよい多層
配線を得ることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図１，図２は、半導体集積回路の層間絶縁膜の形成
工程を示すもので、図１と図２はシリコン半導体基板
（以下、シリコン基板という）１０上に設けられた第１
層目の導体配線間の距離が大の場合と小の場合を示して
おり、両者を一括して説明する。シリコン基板１０の表
面の熱酸化膜１１上にスパッタリング技術等の薄膜形成
技術によりアルミニウム膜を形成し、このアルミニウム
膜上にポジあるいはネガタイプのホトレジスト膜を塗布
し、ホトリソグラフィ技術により所定のホトレジストパ
タンーンを形成し、ドライあるいはウエットエッチング
により露出部分のアルミニウム膜をエッチングし（エッ
チング工程までの図示は省略する）、ホトレジストパタ
ーンを除去して第１層目のアルミニウム導体配線１２を
形成する（図１(a)，図２(a)参照）。

【０００８】つぎに、シリコン基板１０上にアルミニウ
ム導体配線１２を被覆する層間絶縁膜としてプラズマＣ
ＶＤ法によりシリコン酸化膜１３を形成する（図１
(b)、２(b)参照）。図１(b)，２(b)から明らかなよう
に、導体配線１２間の距離が大の場合は各導体配線上の
シリコン酸化膜１３の側面間は分離されているが、導体
配線１２間の距離が小になると各導体配線１２上のシリ
コン酸化膜１３の側面は導体配線間にて接触して一体化
し内部にボイドＶを形成する。このシリコン酸化膜１３
上にホトレジスト膜１４を塗布し（図１(b)，２(b)参
照）、ホトリソグラフィ技術により導体配線形成用ホト
レジストパターンとポジネガを反転させたホトレジスト
パターン１４ａを形成する（図１(c)，２(c)参照）。こ
の反転ホトレジストパターン１４ａの形成方法として
は、アルミニウム導体配線１２形成時に使用したホトレ
ジストのポジネガを代えるかあるいはパターン形成用マ
スクのポジネガを反転させるかのいずれかを行えばよ
い。

【０００９】つぎに、このホトレジストパターン１４ａ
をマスクとして層間シリコン酸化膜１３をウエットエッ
チングあるいはケミカルドライエッチングのような等方
性エッチングによりアルミニウム導体配線１２の一部が
露出するまでエッチングする。しかして、等方性エッチ
ング法を使用することにより、ホトレジストパターン１
４ａに被覆された層間シリコン酸化膜１３が被覆されて
いない部分の層間シリコン酸化膜１３のエッチング深さ
に応じてサイドエッチされるので、層間シリコン酸化膜
１３の表面の凹凸が軽減される（図１(d)）。 特に導体
配線間の層間シリコン酸化膜１３中にボイドＶが形成さ
れている場合には、上記サイドエッチによりボイドＶが
ホトレジストパターン１４ａに被覆されていない部分の
層間シリコン酸化膜１３のエッチング深さにしたがって
順次除去され、異方性エッチングを行った場合のように
いつまでもボイド形状が残されるようなことはないの
で、残された層間シリコン酸化膜１３に大きな凹凸を生
じない（図２(d)）。 エッチング後にホトレジストパタ
ーン１４ａを剥離し、残された凹凸の少ない層間シリコ
ン酸化膜１３およびアルミニウム導体配線１２上に重ね
てプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１５を形成す
ることにより、平坦性が良好でかつ膜内にボイドのない
良好な品質の層間シリコン酸化膜１５が得られる（図１
(e)，図２(e)）。この層間シリコン酸化膜１５上に第２
層目のアルミニウム導体配線１６を形成することによ
り、導体配線１６の段差切れ等の不良のない信頼性のよ
い多層配線を得ることができる。

【００１０】なお、上記実施例においては、半導体集積
回路の多層配線を形成する場合について説明している
が、薄膜集積回路あるいは薄膜電子部品等の多層配線の
形成に本発明を適用してもよい。また、上記実施例にお
いては半導体基板上の第１層目の層間シリコン酸化膜の
平坦化について説明しているが、複数層目の層間シリコ
ン酸化膜の平坦化に対して本発明を適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半導体集積回路の多層
配線（導体配線の間隔が大の場合）の形成工程を示す概
略断面図である。

【図２】本発明の一実施例に係る半導体集積回路の多層
配線（導体配線の間隔が小の場合）の形成工程を示す概
略断面図である。

【図３】従来例に係る半導体集積回路の多層配線（導体
配線の間隔が大の場合）の形成工程を示す概略断面図で
ある。

【図４】従来例に係る半導体集積回路の多層配線（導体
配線の間隔が小の場合）の形成工程を示す概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１０…シリコン半導体基板、１１…熱酸化膜、１２…ア
ルミニウム導体配線、１３，１５…シリコン酸化膜、１
４…ホトレジスト膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面に形成された導体薄膜を所定
   の第１ホトレジストパターンを用いてエッチングするこ
   とにより導体配線を形成する工程と、該第１ホトレジス
   トパターンを除去する工程と、該第１ホトレジストパタ
   ーン除去後に前記導体配線を被覆する層間絶縁膜を形成
   する工程と、該層間絶縁膜上に前記第１ホトレジストパ
   ターンのポジネガを反転させた第２ホトレジストパター
   ンを形成する工程と、該第２ホトレジストパターンをマ
   スクとして前記層間絶縁膜を等方性エンチングにより前
   記導体配線の一部が露出するまでエッチングする工程
   と、該第２ホトレジストパターンを除去する工程と、該
   第２ホトレジストパターン除去後に前記層間絶縁膜及び
   導体配線上に重ねて絶縁膜を形成する工程とを備えたこ
   とを特徴とする多層配線の形成方法。