JPH09186233A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、多層配線構造を有する半導体装置の
製造において、より一層の高集積化を図ることができる
ようにすることを最も主要な特徴とする。 【解決手段】たとえば、Ｓｉ基板１１の表面のＡｌ膜１
２上にＴｉＮ膜１３を介して形成されたレジスト膜１４
を、スルーホール１８の形成位置に応じてメッシュ状の
開孔部１５ｂが設けられたレチクル１５を用いてＰＥＰ
処理する。そして、スルーホール１８の形成位置がハー
フ露光されてなるレジストパターン１４´をマスクに、
Ａｌ膜１２をパターニングしてＡｌ配線１２´を形成す
る。この後、全面に層間絶縁膜１６を形成し、その上に
形成されたレジスト膜１７を全面ハーフ露光および現像
処理する。そして、スルーホール１８の形成位置のみが
露光されたレジストパターン１７´をマスクに絶縁膜１
６をパターニングして、Ａｌ配線１２´につながるスル
ーホール１８を形成する各工程からなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば多層配
線構造を有する半導体装置の製造方法に関するもので、
特に、下層配線と上層配線とを接続するスルーホール配
線の形成に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置における集積度を増加
する方法として、多層配線構造が知られている。図３
は、従来の、多層配線構造を有する半導体装置の製造プ
ロセスを概略的に示すものである。

【０００３】たとえば、Ｓｉ基板１の表面にＡｌ膜２を
形成し、そのＡｌ膜２上にＴｉＮ膜３を積層する（同図
（ａ））。そのＴｉＮ膜３上にポジ型レジスト膜を形成
し、ＰＥＰ処理、つまりレジスト膜をレチクル４を用い
て露光，現像することにより、レジストパターン５を形
成する（同図（ｂ））。

【０００４】そして、そのレジストパターン５にしたが
って上記Ａｌ膜２をＲＩＥ法により選択的にエッチング
し、第１層目（下層）のＡｌ配線２´を形成する（同図
（ｃ））。

【０００５】次いで、上記レジストパターン５を剥離し
た後、全面に層間絶縁膜６を成膜し（同図（ｄ））、さ
らに、ポジ型レジスト膜を形成し、それをレチクル７を
用いて露光，現像することにより、レジストパターン８
を形成する（同図（ｅ））。

【０００６】そして、そのレジストパターン８にしたが
って上記絶縁膜６および上記ＴｉＮ膜３を選択的にエッ
チングし、上記Ａｌ配線２´につながるスルーホール９
を開孔する（同図（ｆ））。

【０００７】しかる後、上記スルーホール９内への配線
材料の埋め込み（スルーホール配線の形成）、および、
上記絶縁膜６上への第２層目の配線の形成を行うことに
より、二層の多層配線構造が実現される。

【０００８】しかしながら、上記した従来の製造方法に
おいては、スルーホール９のＡｌ配線２´との位置ずれ
を考慮して、スルーホール９の形成位置におけるＡｌ配
線２´を合わせ余裕をもって形成しなければならず、こ
れが高集積化の妨げとなっていた。

【０００９】図４は、上記の半導体装置の製造において
使用されるレチクルの概略を示すものである。なお、同
図（ａ）はＡｌ配線２´を形成するためのレジストパタ
ーン５の形成に用いられるレチクル４の平面図であり、
同図（ｂ）はスルーホール９を形成するためのレジスト
パターン８の形成に用いられるレチクル７の平面図であ
る。

【００１０】上記レチクル４は、スルーホール９を形成
する際のレチクル７の合わせずれのため、スルーホール
９の形成位置に対応する部分４ａが広くなっている。上
記レチクル７は、スルーホール９の形成位置に対応して
開孔部７ａが設けられている。

【００１１】このように、従来は、レチクル４，７をそ
れぞれに用いてＡｌ配線２´の形成とスルーホール９の
形成とを別々のＰＥＰにより行うものであったため、レ
チクル７の合わせずれによるスルーホール９のＡｌ配線
２´との位置ずれは避けられない。

【００１２】従来は、この位置ずれをスルーホール９の
形成位置におけるＡｌ配線２´を大きく形成することで
防ぐようにしていたため、高集積化が妨げられるという
問題があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、レチクルの合わせずれによるスルーホール
のＡｌ配線との位置ずれを考慮して、スルーホールの形
成位置におけるＡｌ配線を大きく形成しなければなら
ず、これが高集積化の妨げとなっていた。

【００１４】そこで、この発明は、配線接続孔の金属配
線との位置ずれを防止でき、高集積化の向上を図ること
が可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的と
している。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体装置の製造方法にあっては、基
板の表面に配線用の金属膜を形成する工程と、前記金属
膜上に反射防止膜を形成する工程と、前記反射防止膜上
に第１のレジスト膜を形成する工程と、前記第１のレジ
スト膜に対して、配線接続孔の位置にハーフトーン指定
された開孔部を有するレチクルを用いて第１の露光，現
像処理を行って第１のレジストパターンを形成する工程
と、前記第１のレジストパターンをマスクに前記金属膜
をパターニングして金属配線を形成する工程と、この
後、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上
に第２のレジスト膜を形成する工程と、前記第２のレジ
スト膜に対して第２の露光，現像処理を行って第２のレ
ジストパターンを形成する工程と、前記第２のレジスト
パターンをマスクに前記絶縁膜をパターニングして、前
記金属配線につながる配線接続孔を形成する工程とから
なっている。

【００１６】この発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、金属配線の形成のためのレチクルを配線接続孔の形
成のためのレチクルとしても兼用できるようになる。こ
れにより、配線接続孔を形成するためのレチクルが不要
になり、配線接続孔を形成する際のレチクルの合わせず
れによる配線接続孔の金属配線との位置ずれを未然に回
避することが可能となるものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の
一形態にかかる、多層配線構造を有する半導体装置の製
造プロセスを概略的に示すものである。

【００１８】まず、Ｓｉ基板１１の表面にＡｌ膜（金属
膜）１２を形成し、そのＡｌ膜１２上に反射防止膜とし
てのＴｉＮ膜１３を積層する（同図（ａ））。Ａｌ膜１
２は、たとえば、１μｍの膜厚で形成される。ＴｉＮ膜
１３は、たとえば、７００オングストロームの膜厚で形
成される。

【００１９】そのＴｉＮ膜１３上に、ポジ型レジスト膜
１４を形成する（同図（ｂ））。レジスト膜１４は、た
とえば、スピンコート法により回転数を３５００ｒｐｍ
として、２．０μｍ程度の膜厚で形成される。

【００２０】この後、ＰＥＰ処理、つまりレジスト膜１
４をレチクル１５を用いて露光，現像することにより
（同図（ｃ））、レジストパターン１４´を形成する
（同図（ｄ））。

【００２１】上記レチクル１５は、たとえば、形成すべ
きＡｌ配線の形状に応じたマスクパターン１５ａを有し
てなるとともに、そのパターン１５ａ上のスルーホール
の形成位置にメッシュ状の開孔部（ハーフトーン指定さ
れた開孔部）１５ｂが形成されてなる構成とされてい
る。なお、このレチクル１５の詳細については、後述す
る。

【００２２】この場合、たとえば、４００ｍｓｅｃの露
光処理が行われることにより、上記レジスト膜１４は、
レチクル１５のマスクパターン１５ａが存在しない光の
照射された部分が現像処理によって完全に除去されると
ともに、レチクル１５の上記開孔部１５ｂに対応する部
分が一部分だけ除去される。

【００２３】すなわち、レチクル１５の上記開孔部１５
ｂに対応する部分の上記レジスト膜１４は、その部分が
ハーフ露光された状態となり、完全には除去されずに残
る。そして、そのレジストパターン１４´にしたがって
上記Ａｌ膜１２をＲＩＥ法により選択的にエッチングし
て、第１層目（下層）のＡｌ配線（金属配線）１２´を
形成する（同図（ｅ））。

【００２４】エッチングは、たとえば、エッチングガス
に流量が２０ｓｃｃｍのＢＣｌ₃ と流量が６０ｓｃｃｍ
のＣｌ₂ との混合ガスを用い、電力を２００Ｗ、圧力を
３０ｍＴｏｒｒとして行われる。

【００２５】この場合、たとえば、上記Ａｌ膜１２と上
記レジスト膜１４との選択比をほぼ２対１に設定してお
くことにより、レジストパターン１４´によって覆われ
ていない部分の上記Ａｌ膜１２はＴｉＮ膜１３とともに
すべて除去される。また、上記レジストパターン１４´
の一部分だけが除去された部分のＴｉＮ膜１３は除去さ
れるが、Ａｌ膜１２は完全には除去されずに残る。

【００２６】すなわち、Ａｌ配線１２´においては、上
記レチクル１５のマスクパターン１５ａにしたがって加
工されるとともに、上記レチクル１５の開孔部１５ｂに
対応する部分、つまり、スルーホールの形成位置のＴｉ
Ｎ膜１３だけがエッチングされて、その下のＡｌ膜１２
が露出される。

【００２７】次いで、全面に層間絶縁膜１６を成膜する
（同図（ｆ））。さらに、その上にポジ型レジスト膜１
７を形成し、その全面をハーフ露光する（同図
（ｇ））。レジスト膜１７は、たとえば、スピンコート
法により回転数を３５００ｒｐｍとして、２．０μｍ程
度の膜厚で形成される。

【００２８】この場合、レジスト膜１７は、閾値以下の
光量、たとえば、２００ｍｓｅｃ以下での露光処理が行
われる。すなわち、２００ｍｓｅｃ以下での露光処理が
行われることにより、上記レジスト膜１７は、上記Ｔｉ
Ｎ膜１３が部分的に除去されてＡｌ配線１２´が露出さ
れた部分のみが完全に露光される。

【００２９】これは、上記レジスト膜１７の下の各膜の
コントラストの違いにより、コントラストの高い部分、
つまり、上記Ａｌ配線１２´の露出された部分だけが、
そのＡｌ配線１２´からの反射光によって余計に露光さ
れるためである。

【００３０】そして、この露光後のレジスト膜１７を現
像処理することにより、レジストパターン１７´を形成
する（同図（ｈ））。この結果、レジストパターン１７
´は、上記レジスト膜１７の、上記Ａｌ配線１２´の露
出された部分だけが現像処理によって完全に除去され、
それ以外の部分は除去されずに残る。

【００３１】すなわち、上記レチクル１５の開孔部１５
ｂに対応して、スルーホールの形成位置に対応する部分
が開口されてなるレジストパターン１７´が形成され
る。次いで、上記レジストパターン１７´にしたがって
上記絶縁膜１６を選択的にエッチングし、上記Ａｌ配線
１２´につながるスルーホール（配線接続孔）１８を開
孔する（同図（ｉ））。

【００３２】しかる後、上記スルーホール１８内へのＡ
ｌやＷなどの配線材料の埋め込み（スルーホール配線の
形成）、および、上記絶縁膜１６上への第２層目（上
層）のＡｌ配線の形成を行うことにより、二層の多層配
線構造が実現される（図示せず）。

【００３３】図２は、上記した、多層配線構造を有する
半導体装置の製造において使用されるレチクル１５の概
略を示すものである。上記レチクル１５は、たとえば、
形成すべきＡｌ配線１２´の形状に応じたマスクパター
ン１５ａを有してなるとともに、そのパターン１５ａ上
のスルーホール１８の形成位置に対応してメッシュ状の
開孔部１５ｂが形成されてなる構成とされている。

【００３４】このメッシュ状の開孔部１５ｂは、たとえ
ば、形成すべきスルーホール１８の形状に応じた形状を
有して形成されている。このような構成のレチクル１５
を用いることにより、レジストパターン１４´の形成時
に、スルーホール１８の形成位置に応じてレジスト膜１
４が半減された露光量により露光されることになる。こ
の結果、スルーホール１８を形成する場合において、レ
チクルを用いることなしに、スルーホール１８をＡｌ配
線１２´に対してセルフアラインにより形成することが
可能となる。

【００３５】したがって、スルーホール１８を形成する
際のレチクルの合わせずれによるスルーホール１８のＡ
ｌ配線１２´との位置ずれを未然に回避できるようにな
るため、スルーホール１８のＡｌ配線１２´との位置ず
れを考慮して、スルーホール１８の形成位置におけるＡ
ｌ配線１２´を合わせ余裕をもって形成する必要がなく
なる分、高集積化が可能となる。

【００３６】上記したように、Ａｌ配線の形成のための
レチクルをスルーホールの形成のためのレチクルとして
も兼用できるようにしている。すなわち、Ａｌ配線の形
成に用いられるレチクルにメッシュ状の開孔部を設け、
Ａｌ配線のパターニングのためのＰＥＰ時にスルーホー
ルの形成位置をハーフ露光するようにしている。これに
より、Ａｌ配線のパターニングと同時にセルフアライン
によるスルーホールのパターニングが可能となるため、
スルーホールを形成するためのレチクルが不要になり、
スルーホールを形成する際のレチクルの合わせずれによ
るスルーホールのＡｌ配線との位置ずれを未然に回避で
きるようになる。したがって、スルーホールのＡｌ配線
との位置ずれのための、スルーホールの形成位置におけ
るＡｌ配線上の合わせ余裕を大きくとる必要がなくな
り、その分、集積度を高めることが可能となるものであ
る。

【００３７】なお、上記した本発明の実施の一形態にお
いては、ポジ型レジストを用いた場合について説明した
が、これに限らず、たとえばレチクルのマスクパターン
に応じてネガ型のレジストを使用する場合にも適用可能
である。

【００３８】また、二層の多層配線構造に限らず、たと
えば、三層以上の多層配線構造を有する各種の半導体装
置に適用できる。また、金属配線としてはＡｌ配線によ
らず、たとえば、レジスト膜を全面ハーフ露光する際
に、基板と反射防止膜とに対してコントラストに違いが
生じる金属材料ならば同様に用いることができる。

【００３９】さらに、配線間を接続するスルーホール以
外の、たとえば、基板との接続に用いられるコンタクト
ホールなどの形成にも利用できる。その他、この発明の
要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なこと
は勿論である。

【００４０】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、配線接続孔の金属配線との位置ずれを防止でき、高
集積化の向上を図ることが可能な半導体装置の製造方法
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態にかかる、多層配線構
造を有する半導体装置の製造プロセスの要部を概略的に
示す断面図。

【図２】同じく、多層配線構造を有する半導体装置の製
造において使用されるレチクルの概略を示す平面図。

【図３】従来技術とその問題点を説明するために示す、
多層配線構造を有する半導体装置の製造プロセスの概略
断面図。

【図４】同じく、従来の半導体装置の製造において使用
されるレチクルの概略を示す平面図。

【符号の説明】

１１…Ｓｉ基板、１２…Ａｌ膜（金属膜）、１２´…Ａ
ｌ配線（金属配線）、１３…ＴｉＮ膜（反射防止膜）、
１４…ポジ型レジスト膜（第１のレジスト膜）、１４´
…レジストパターン（第１のレジストパターン）、１５
…レチクル、１５ａ…マスクパターン、１５ｂ…開孔
部、１６…層間絶縁膜、１７…ポジ型レジスト膜（第２
のレジスト膜）、１７´…レジストパターン（第２のレ
ジストパターン）、１８…スルーホール（配線接続
孔）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面に配線用の金属膜を形成する
   工程と、 前記金属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第１のレジスト膜を形成する工程
   と、 前記第１のレジスト膜に対して、配線接続孔の位置にハ
   ーフトーン指定された開孔部を有するレチクルを用いて
   第１の露光，現像処理を行って第１のレジストパターン
   を形成する工程と、 前記第１のレジストパターンをマスクに前記金属膜をパ
   ターニングして金属配線を形成する工程と、 この後、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜上に第２のレジスト膜を形成する工程と、 前記第２のレジスト膜に対して第２の露光，現像処理を
   行って第２のレジストパターンを形成する工程と、 前記第２のレジストパターンをマスクに前記絶縁膜をパ
   ターニングして、前記金属配線につながる配線接続孔を
   形成する工程とからなることを特徴とする半導体装置の
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１，第２のレジスト膜としては、
   ポジ型レジストが用いられることを特徴とする請求項１
   に記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記レチクルは、開孔部がメッシュ状に
   形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の半導
   体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記金属配線を形成する工程は、前記レ
   チクルの開孔部の位置に対応する前記反射防止膜を選択
   的に除去する工程を含むものであることを特徴とする請
   求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第２のレジストパターンを形成する
   工程における第２の露光，現像処理は、レチクルを用い
   ない全面ハーフ露光であることを特徴とする請求項１に
   記載の半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記全面ハーフ露光は、前記反射防止膜
   が除去された位置の前記第２のレジスト膜のみを選択的
   に露光するものであることを特徴とする請求項５に記載
   の半導体装置の製造方法。