JPH0590418A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は被コンタクト部からの反射の影響を
低減させた精度の高いコンタクト孔の形成が可能となる
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 半導体基板上に配線パターンと接続されるコ
ンタクト部として素子分離領域１、ゲート電極３及び第
１の配線パターン６が形成されている。これらの上に
は、層間絶縁膜７が形成されていて、この上には反射防
止膜８が形成されている。この反射防止膜８上にホトレ
ジストパターン９を形成し、次に、素子分離領域１、ゲ
ート電極３及び第１の配線パターン６に対して同時にコ
ンタクト孔１０ａ′，１０ｂ′，１０ｃ′を形成するた
めに露光するようにした。

Description

【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、特に多層配線の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来ＬＳＩは高集積化、高速化の要求に
より個々の回路パターンの微細化と同時に、配線パター
ンの形成においては、一層構造のものから２層構造や３
層構造といったいわゆる多層配線形成技術の重要性が増
大している。

【０００３】特に０．５〜０．６μｍ程度の寸法を有す
る最小の回路パターンの形成を必要とされるＬＳＩで
は、例えばロジックＬＳＩ（例えばマイクロコンピュー
タ等）やメモリＬＳＩ（例えばダイナミックＲＡＭ等）
のいずれもが、微細な寸法を有した多層配線形成技術
は、高集積化、高速化を実現させていくうえでどうして
も必要となってきている。

【０００４】従来の多層配線の形成方法につき図３を用
いて説明する。

【０００５】図３（ａ）に示すように、１はシリコン基
板表面に形成されている素子領域、２は素子分離領域で
あり例えば３０００〜８０００Å程度のフィールド酸化
膜及び図示はしないが、その直下の基板内に素子分離用
不純物拡散領域（チャンネルストッパ）で形成されてい
る。

【０００６】３は例えば１５００〜４０００Å程度の膜
厚を有するポリシリコン膜や、タングステン（Ｗ）、モ
リブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属膜
や、それらの金属とシリコン（Ｓｉ）との共晶膜とによ
って形成されたゲート電極形成パターンである。４は例
えば１０００〜４０００Å程度の膜厚のシリコン酸化膜
（ＳｉＯ₂ 膜）で形成されている第１の層間絶縁膜であ
る。５は例えば２０００〜８０００Å程度の膜厚を有す
る酸化膜で形成されている第２の層間絶縁膜である。６
は例えば１５００〜４０００Å程度の膜厚を有するポリ
シリコン膜や高融点金属膜や、それらの金属とシリコン
との共晶膜によって形成された第１の配線パターンであ
る。７は例えば２０００〜８０００Å程度の膜厚を有す
る酸化膜で形成されている第３の層間絶縁膜である。１
９はホトレジストパターンであり、素子領域１上、ゲー
ト電極３上、第１の配線パターン６上にそれぞれコンタ
クト孔２０ａ，２０ｂ，２０ｃが形成されている。

【０００７】さらに図３（ｂ）に示すように、ホトレジ
ストパターン１９をエッチングマスクとしてエッチング
処理が施こされホトレジストパターン１９は除去されて
いる。ホトレジスト１９の開孔部２０ａ，２０ｂ，２０
ｃに対応して層間絶縁膜にコンタクト孔２０ａ′，２０
ｂ′，２０ｃ′が形成されている。

【０００８】さらに図３（ｃ）に示すように、例えば３
０００〜１００００Å程度の膜厚を有するアルミ等を主
成分とする薄膜で形成された第２の配線パターン１１が
形成されている。

【０００９】第２の配線パターン１１は深さが異なるコ
ンタクト孔２０ａ′，２０ｂ′，２０ｃ′内においても
充分に埋込まれ、素子領域１，ゲート電極３，第１の配
線パターン６と充分に電気的な導通が得られる必要があ
り図示はしていないが、例えばポリシリコンや、タング
ステン等の材料をあらかじめ埋込まれている場合もあ
る。

【００１０】さらに例えば３０００〜１５０００Å程度
の膜厚を有する酸化膜で形成された第４の層間絶縁膜１
３が形成され、その第４の層間絶縁膜上に第２のホトレ
ジストパターン２１が形成されている。このホトレジス
トパターン２１は第２の配線パターン１１上にコンタク
ト孔を形成するために用いられる。このコンタクト孔に
は、図示しないが、アルミ等を主成分とする第３の配線
パターンが形成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
多層配線の形成方法においては、以下のような問題点が
あった。

【００１２】ホトレジストパターン１９，２１の形成時
に用いられる露光処理には例えばｇ線（波長４３６ｎ
ｍ）もしくはｉ線（波長３６５ｎｍ）といった紫外領域
の単波長光が用いられていて、その領域の光は、シリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）に対して透過率が高いため、よ
って層間絶縁膜は光学的な透明膜となってしまう。従っ
て、素子領域１上のコンタクト孔２０ａは、下地が素子
領域１つまりシリコン基板であるのに対してゲート電極
２０ｂ及び第１の配線パターン２０ｃは、下地が高融点
金属を主成分とする材質の表面であるため、その場合の
露光処理に際した下地からの反射率が異なってしまう。

【００１３】例えばｉ線の光を露光処理に用いた場合素
子領域１上の反射率が例えば４０〜４５％程度であった
場合、それと比較して、ゲート電極３上もしくは第１の
配線パターン６上での反射率はかなり高い値であり例え
ば５０〜６０％程度になってしまう場合がある。この下
地の反射率がちがう事によりパターンの設計上では同一
の寸法にて形成すべきコンタクト孔の寸法が異なってき
てしまう。また、図３（ｃ）に示すように、露光処理で
２２に示す光が照射されているが、その光は、第４の膜
間絶縁膜１３を通過し、アルミ等を主成分とする第２の
配線パターンの表面にて反射する。第２の配線パターン
１１の表面はさらに、その下地パターンの影響にて凸凹
形成を有しており又、露光処理に用いられるｉ線の光に
対する反射率は例えば９０％前後といった非常に高い値
を示すため一般にはハレーションやノッチングと称され
ている下地からの反射によるレジストパターン２１の部
分的な変形２１′を発生してしまう。

【００１４】上述したような下地の回路パターンの表面
反射率が異なる箇所において回路設計上同一な寸法に形
成すべき回路パターンの寸法が、その下地からの反射率
のちがいにより異なってしまうといった問題や下地の回
路パターンの表面反射率が高い値を有する材質であり、
さらに構造上その高い表面反射率を有する回路パターン
表面に凸凹を有しているといった箇所で回路パターンを
形成していく場合、その下地回路からの反射の影響によ
りいわゆるハレーションやノッチングと称されている局
部的にかつ不規則に寸法のバラツキ、回路パターンの変
形といった問題について鑑み成されたものであり、下地
パターンからの反射の影響を低減させた精度の高いコン
タクト孔の形成が可能となる半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上の所定部に第１の被コンタクト
部を形成し、この第１の被コンタクト部を覆うようにＳ
ｉを含む第１の層間絶縁膜を形成し、この第１の層間絶
縁膜上に第１の被コンタクト部とは光反射率の異なる第
２の被コンタクト部を形成し、この第２の被コンタクト
部を第１の層間絶縁膜上にＳｉを含む第２の層間絶縁膜
を形成し、この第２の層間絶縁膜上に反射防止膜を形成
し、この反射防止膜上にホトレジスト膜を形成し、次
に、第１及び第２の被コンタクト部に対して同時にコン
タクト孔を形成するために露光するようにした。

【００１６】

【作用】本発明の半導体装置の製造方法によれば、異な
る光反射率を有する複数の被コンタクト部に対して、コ
ンタクト孔を同時に形成する際、配線パターンの反射率
の違いによるコンタクト孔の寸法のバラツキ、ハレーシ
ョン及びノッチングがなくなる。

【００１７】

【実施例】図１及び図２を用いて、本発明の半導体装置
の製造方法につき説明する。なお、従来技術と同一の構
成について同一の符号を用いる。

【００１８】図１（ａ）に示すように、１は配線パター
ンと接続されるコンタクト部となる素子領域、２はフィ
ールド酸化膜、３はゲート電極であり、この表面はコン
タクト部となる。４は第１の層間絶縁膜、５は第２の層
間絶縁膜、６は第１の配線パターンであり、この表面は
コンタクト部となる。７は第３の層間絶縁膜でありその
表面に、例えば４００〜１５００Å程度の膜厚を有する
反射防止膜である、タングステン膜８が全面に形成され
ている。タングステン膜８上にホトレジストパターン９
が形成されている。

【００１９】この状態においてホトレジストパターン９
に形成されている開孔部１０ａ，１０ｂ，１０ｃに関し
て、まず素子領域１上に形成される開孔部１０ａ，ゲー
ト電極３上に形成される開孔部１０ｂ，第１の配線パタ
ーン６上に形成されている開孔部１０ｃはそのいずれも
下地からの反射は、タングステン膜８が形成されている
事により例えば露光処理にｉ線の単波長光が用いられた
場合、約５５％前後の一定の値を示す様になりよって下
地からの反射率のちがいによるパターン寸法のバラツキ
は著しく低減させる事が容易に可能となる。図１（ｂ）
エッチング処理が施こされ、ホトレジストパターン９が
除去される。さらに図１（ｃ）に示す様に第２の配線パ
ターン１１が形成される。

【００２０】ここで深さの異なるコンタクト孔１０
ａ′，１０ｂ′，１０ｃ′内に配線パターン１１が充分
にうめ込まれるために、例えば、タングステン等のうめ
込み処理が施こされる。このうめ込み処理を施こすため
に図示はしていないが、図１（ｂ）に示す状態からさら
にＣＶＤ法等により全面に例えば、５０００〜２０００
０Å程度の膜厚を有するタングステン膜を全面に形成
し、完全に各コンタクト孔１０ａ′，１０ｂ′，１０
ｃ′内にうめ込んだ後に、全面にエッチバック処理が、
施こされる。

【００２１】この全面にエッチバック処理が施こされる
工程にて図１（ｂ）に示すコンタクト孔１０ａ′，１０
ｂ′，１０ｃ′の形成後に残ったタングステン膜８も同
時に除去されてしまうため、図１（ｃ）に示す配線パタ
ーン１１の形成後においては従来の実施例と構造上何ら
変わるところはなく、かつコンタクト孔１０ａ′，１０
ｂ′，１０ｃ′のパターン寸法にバラツキがなく高精度
に形成していく事が容易に可能となる。

【００２２】この場合第３の層間絶縁膜７上に形成すべ
き薄膜にタングステン膜８を用いさらにコンタクト孔１
０ａ′，１０ｂ′，１０ｃ′にうめ込まれる材料として
同じタングステンを用いる事で特に工程を変える事なし
に実施できる。他の例として、タングステンのかわりに
アモルファスシリコン、ＴｉＷ、ＴｉＮを形成しても同
様の効果が期待できる。

【００２３】第３の層間絶縁膜７上の薄膜にタングステ
ンを用い、コンタクト孔１０ａ′，１０ｂ′，１０ｃ′
に埋込まれる材料に多結晶シリコン（以下、ポリシリコ
ン）を用いる場合、第１の例としては、図１（ｂ）に示
す状態にて、コンタクト孔１０ａ′，１０ｂ′，１０
ｃ′の形成後に残ったタングステン膜８を全面エッチン
グ処理にて、除去してしまう方法と、第２の例としては
コンタクト孔１０ａ′，１０ｂ′，１０ｃ′内に充分に
ポリシリコンがうめ込まれた後の全面エッチバック処理
において、コンタクトパターン１０ａ′，１０ｂ′，１
０ｃ′の形成後に残されたタングステン膜８が、露出す
るまで施こされ、その後、タングステン膜８に対してエ
ッチング処理にて除去してしまう方法であり、この方法
エッチング条件の設定により全面のエッチバック処理に
おいてタングステン膜８をエッチングのストッパとして
用いる事も期待できる。第３の例としては、第２の例に
示す方法でのコンタクト孔１０ａ′，１０ｂ′，１０
ｃ′の形成後に残ったタングステン膜８が露出した状態
にてタングステン膜の全面エッチング処理は施こさず
に、第２の配線材料である例えばアルミを主成分とする
膜を形成し第２の配線パターン１１の形成時に、アルミ
を主成分とする膜のエッチング処理が終了後に連続して
タングステン膜８のエッチング処理が施こされ除去して
しまう方法が考えられる。

【００２４】さらに第３の例においては例えば第２の配
線パターン１１が、下層にタングステン膜８、上層にア
ルミを主成分とする膜の２層構造となるため、第２の配
線パターン１１の配線強度を向上させる事ができるとい
う他の効果をも期待できる。次に図１（ｄ）に示す様に
第４の層間絶縁膜１２が形成されその第４の層間絶縁膜
１２の表面には、やはり例えば４００〜１５００Å程度
の膜厚を有するタングステン膜１３が全面に形成されて
いる。タングステン膜１３上にホトレジストパターン１
４が形成されている。このレジストパターン１４は下地
パターンである第２の配線パターン１１の表面からの反
射の影響はタングステン膜１３が形成されているため、
やはりｉ線の単波長光を用いて露光が施こされた場合５
０〜６０％程度の反射率となり、さらには下地である第
２の配線パターン１１の表面形状と比べると第４の層間
絶縁膜１２の形成で、その表面は平坦化されているので
それらの２つの要因による効果で従来の場合と比較して
ハレーションやノッチングと称されている問題点、つま
り下地パターン表面からの反射による寸法のバラツキや
回路パターンの変形といった問題発生を解決していく事
が容易になる。

【００２５】この場合でもやはりコンタクトホール内に
うめ込み材料を形成する場合にはそのエッチバック処理
にて同時に第４の層間絶縁膜１２上に残されたタングス
テン膜１３は同時に除去される。

【００２６】なお、上記の第１，２，３，４の層間絶縁
膜は、Ｓｉを主成分とする膜から成り、例えば、ＳｉＯ
₂ 膜、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜等が挙げられる。

【００２７】次に、本発明の他の実施例として第２の配
線パターン１１上に例えば、高融点金属を主成分とする
膜１５が、配線パターン１１と同じ形状に形成されてい
る場合が考えられる。

【００２８】それは一般にはキャップメタルと称され、
特に配線パターン１１の強度を向上させたり、配線パタ
ーン１１がアルミを主成分としている事よりアルミの結
晶が、その後の熱処理等によって局部的に異状成長して
しまうといった一般にヒロックと称されている問題を解
決するために用いられているものであり、高融点金属の
材料や、膜厚を設定していく事でやはり表面反射率を低
くしていく事が期待されている。キャップメタル１５を
有する事で第２の配線パターン１１の表面からの反射は
かなり低下させる事が可能とはなるが、表面の凸凹はま
ったく改善されていないために、コンタクトパターンの
形成工程においてはハレーションやノッチングに対する
効果は充分とはなりにくく、よってこの発明を合わせ持
つ事で充分な効果を期待する事ができる。この場合にお
いても図２（ｂ）に示す様にやはりコンタクトホールパ
ターン１６内の露出された第２の配線パターン１１の表
面のキャップメタル１１をエッチングにて除去してしま
う工程にて第４の層間絶縁膜１２上に残ったタングステ
ン膜１３をも同時に除去してしまう事が可能となる。

【００２９】又図示はしていないが、コンタクトホール
パターンのエッチング処理後、使用済のホトレジストパ
ターン１４を除去しその後、エッチング処理にて第４の
層間絶縁膜１２上に残っているタングステン膜１３を除
去する方法や、さらには残ったタングステン膜１３を除
去せずに、図示はしていないが、第３の配線材料である
例えばアルミを主成分とする膜を形成し第３の配線パタ
ーンの形成時に、そのアルミを主成分とする膜のエッチ
ング処理の終了後に連続して残ったタングステン膜１３
のエッチング処理を施こして除去してしまう方法も考え
られる。

【００３０】やはりその場合は第３の配線パターンが下
層にタングステン膜１３、上層にアルミを主成分とする
膜の２層構造となるために第３の配線パターンの配線強
度を向上させる事ができるという他の効果をも期待でき
る。

【００３１】

【発明の効果】上述の説明からも明らかなように、本発
明の半導体装置の製造方法によれば、露光処理の際、Ｓ
ｉを主成分とする層間絶縁膜の下に形成された異なる反
射率を有する複数の被コンタクト部に同時に同一の寸法
にてコンタクト孔を形成することができると共に、反射
によって発生してしまうハレーションや、ノッチング現
象、つまり、不規則にかつ局部的にパターンの寸法が異
なってしまったり、パターンの形状が変形してしまうと
いった問題を容易に解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造方法を説明するため
の図。

【図２】本発明の他の実施例を説明するための図。

【図３】従来の多層配線の形成方法を説明するための
図。

【符号の説明】

１ 素子領域 ２ フィールド酸化膜 ３ ゲート電極 ４ 第１の層間絶縁膜 ５ 第２の層間絶縁膜 ６ 第１の配線パターン ７ 第３の層間絶縁膜 ８，１３ タングステン膜 ９，１４ ホトレジストパターン １０ａ，ｂ，ｃ 開孔部 １０ａ′，ｂ′，ｃ′ コンタクト孔 １１ 第２の配線パターン １２ 第４の層間絶縁膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上の第１の被コンタクト部を
   覆うように第１の層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第１の層間絶縁膜上に前記第１の被コンタクト部と
   は異なる光反射率を有する第２の被コンタクト部を形成
   する工程と、 前記第２の被コンタクト部と前記第１の層間絶縁膜上に
   第２の層間絶縁膜を形成する工程と、 前記第２の層間絶縁膜上に反射防止膜を形成する工程
   と、 前記反射防止膜上にホトレジスト膜を形成する工程と、 前記第１の被コンタクト部と前記第２の被コンタクト部
   に対して同時にコンタクト孔を形成するために露光する
   工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。