JPH07326674A

JPH07326674A - 多層配線形成方法

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Publication number: JPH07326674A
Application number: JP6141112A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suzawa; 寛須澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP3309572B2

Abstract

(57)【要約】【構成】層間絶縁膜をパターニングして上層配線パタ
ーンに倣った溝部５を下層配線パターン２に直交する方
向に形成した後、ポジ型のフォトレジスト塗膜にてウェ
ハ表面を平坦化する。そして、ｉ線を用い、ウェハ上に
投影し得る開口領域Ｍが下層配線パターン２と溝部５と
の重複領域（領域Ａ）よりも大きなフォトマスク・パタ
ーンを介して露光を行う。領域Ａとこの周囲の領域Ｂ’
や領域Ｃとではフォトレジスト塗膜の膜厚や下地層から
の反射光の強度による感度差が生じさせてあり、領域Ａ
上のみに開口部Ｅが形成される。その後、この開口部Ｅ
に従って接続孔を開口し、該接続孔と溝部５を導電材料
にて埋め込む。【効果】接続孔パターンに倣った矩形の開口部Ｅを自
己整合的に規定でき、上下配線パターンを広げておく必
要がないため配線ピッチを低減できる。また、導電材料
の埋め込みによりプラグと上層配線パターンが一括形成
できる。

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
膜に対して露光および現像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に接続孔パタ
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
生じるさせればよい。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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図７】図５に示されるウェハのＸ−Ｘ’線断面図であ
る。

【図８】図５に示されるウェハのＹ−Ｙ’線断面図であ
る。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１３】図１２に示されるウェハのＸ−Ｘ’線断面図
である。

【図１４】図１２に示されるウェハのＹ−Ｙ’線断面図
である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

【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および現像処理を
行うことにより、前記下層配線パターンと前記溝部が重
なる領域に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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。