JPH0964045A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
Manufacture of semiconductor deviceInfo
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- JPH0964045A JPH0964045A JP7239235A JP23923595A JPH0964045A JP H0964045 A JPH0964045 A JP H0964045A JP 7239235 A JP7239235 A JP 7239235A JP 23923595 A JP23923595 A JP 23923595A JP H0964045 A JPH0964045 A JP H0964045A
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- insulating film
- metal wiring
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は多層メタル配線をも
つ半導体集積回路装置の製造方法に関し、特にメタル配
線間の層間絶縁膜表面を平坦化する工程に特徴をもつ方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having multi-layer metal wiring, and more particularly to a method characterized by a step of flattening a surface of an interlayer insulating film between metal wirings.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体集積回路装置の多層配線では、メ
タル配線間の層間絶縁膜にあけられたスルーホール(ビ
アホールとも呼ばれる)を介して下層と上層のメタル配
線の接続がなされる。半導体集積回路装置が高密度化さ
れ高集積化されるにともなって素子が微細化され、配線
も微細化される。層間絶縁膜上に微細なメタル配線を形
成するためにはその配線用メタル膜上に微細なレジスト
パターンをリソグラフィーにより形成しなければならな
いが、層間絶縁膜に大きな段差がある場合にはリソグラ
フィー工程で微細なレジストパターンを形成するのが困
難となる。そのため層間絶縁膜表面を平坦化するため
に、絶縁膜表面を化学・機械研磨(CMP)することが
行なわれている。2. Description of the Related Art In a multilayer wiring of a semiconductor integrated circuit device, a lower layer and an upper layer of metal wiring are connected through a through hole (also called a via hole) formed in an interlayer insulating film between the metal wirings. As the density of semiconductor integrated circuit devices is increased and the density is increased, the elements are miniaturized and the wiring is also miniaturized. In order to form a fine metal wiring on the interlayer insulating film, a fine resist pattern must be formed on the wiring metal film by lithography, but if there is a large step in the interlayer insulating film, the lithography process can be performed. It becomes difficult to form a fine resist pattern. Therefore, in order to flatten the surface of the interlayer insulating film, the surface of the insulating film is chemically / mechanically polished (CMP).
【0003】化学・機械研磨を用いて絶縁膜表面を平坦
化する方法として幾つかの改善が提案されている。第1
の方法は、化学・機械研磨用のストップ層として層間絶
縁膜上に層間絶縁膜よりも硬度の高いダイヤモンド層又
はダイヤモンド状炭素層をCVD法により形成した後に
化学・機械研磨を行なう方法である(特開平5−218
000号公報参照)。Several improvements have been proposed as a method of planarizing the surface of an insulating film by using chemical / mechanical polishing. First
The method is a method of forming a diamond layer or a diamond-like carbon layer having a hardness higher than that of the interlayer insulating film on the interlayer insulating film as a stop layer for chemical / mechanical polishing by the CVD method, and then performing the chemical / mechanical polishing ( Japanese Patent Laid-Open No. 5-218
No. 000).
【0004】第2の方法は、溝部を平坦化するために層
間絶縁膜上に硬質のキャップ層としてシリコン窒化物な
どを形成した後にCMPを行なう方法である(特開平5
−259135号公報参照)。第3の方法は、層間絶縁
膜の段差の低い部分にフォトリソグラフィー技術を用い
てシリコン窒化膜のような硬質な膜を形成し、その後に
化学・機械研磨を行なう方法である(月刊Semiconducto
r Wlrld 1992.10, pp.43〜44 参照)。A second method is a method in which CMP is performed after forming silicon nitride or the like as a hard cap layer on the interlayer insulating film in order to flatten the groove portion (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5 (1999) -53119).
-259135). The third method is a method of forming a hard film such as a silicon nitride film on a portion of the interlayer insulating film having a low step using a photolithography technique, and then performing chemical / mechanical polishing (monthly Semiconducto
r Wlrld 1992.10, pp.43-44).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】化学・機械研磨を行な
おうとする絶縁膜の最上部に硬度の高い層を設ける第1
の方法や第2の方法は、そのような硬度の高い層を設け
ないで化学・機械研磨を行なうのに比べるとグローバル
な平坦化(全体的な平坦化)は可能であるが、第3の方
法のように段差の低い部分にのみ高硬度の膜を選択的に
設けるのに比べるとグローバルな平坦性で劣る欠点があ
る。[Problem to be Solved by the Invention] First, a layer having a high hardness is provided on the uppermost part of an insulating film to be subjected to chemical / mechanical polishing.
The method 2 and the second method are capable of global planarization (overall planarization) as compared with chemical / mechanical polishing without providing such a layer having high hardness, but the method 3 There is a drawback in that global flatness is inferior to the method in which a high hardness film is selectively provided only in a portion having a low step.
【0006】第3の方法はグローバルな平坦性に優れて
いるが、マスクを用いたフォトリソグラフィー工程を必
要とするため、フォトグラフィー用マスクが必要にな
り、また工程数も増加して、プロセスコストが増加す
る。そこで、本発明は第3の方法のように段差部の低い
部分にのみ選択的に化学・機械研磨に対して研磨速度の
小さい層を形成するとともに、そのプロセスコストを抑
えることを目的とするものである。The third method is excellent in global flatness, but it requires a photolithography step using a mask, which requires a mask for photography, and also increases the number of steps, resulting in process cost. Will increase. Therefore, an object of the present invention is to selectively form a layer having a low polishing rate for chemical / mechanical polishing only in a portion having a low step portion as in the third method and to suppress the process cost thereof. Is.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は次の工程(A)
から(D)を備えてメタル配線上の層間絶縁膜表面を平
坦にする。(A)メタル配線が形成された下地上に、後
でその上層に形成されるメタル配線との間の層間絶縁膜
となる絶縁膜を形成する工程、(B)その絶縁膜上にポ
ジ型フォトレジストを塗布した後、マスクを用いずにそ
の絶縁膜下のメタル配線からの反射を利用してフォトレ
ジストを露光し、現像してメタル配線上部のフォトレジ
ストを選択的に除去するリソグラフィー工程、(C)そ
のリソグラフィー工程によりパターン化されたフォトレ
ジストをマスクとしてその下の絶縁膜をその厚さ方向の
一部についてエッチングする工程、(D)フォトレジス
トを除去した後、化学・機械研磨を行なってその絶縁膜
表面を平坦化する工程。好ましい態様では、層間絶縁膜
となる絶縁膜は2層構造であり、化学・機械研磨に対し
て上層の絶縁膜の研磨速度が下層の絶縁膜の研磨速度よ
りも小さく、かつ、工程(C)においてエッチングする
のは上層の絶縁膜である。The present invention has the following steps (A):
To (D), the surface of the interlayer insulating film on the metal wiring is flattened. (A) A step of forming an insulating film, which will be an interlayer insulating film between the metal wiring formed later on the base on which the metal wiring is formed, and (B) a positive photo film on the insulating film. After applying the resist, a lithography process of exposing the photoresist by utilizing reflection from the metal wiring under the insulating film without using a mask and developing it to selectively remove the photoresist on the metal wiring, ( C) a step of etching the insulating film thereunder in a part of its thickness direction using the photoresist patterned by the lithography step as a mask, (D) removing the photoresist, and then performing chemical / mechanical polishing A step of flattening the surface of the insulating film. In a preferred embodiment, the insulating film serving as the interlayer insulating film has a two-layer structure, the polishing rate of the upper insulating film is lower than the polishing rate of the lower insulating film in chemical / mechanical polishing, and the step (C) It is the upper insulating film that is etched in.
【0008】他の好ましい態様では、下地にメタル配線
を形成する際にはそのメタル配線用のメタル膜上にメタ
ル配線用レジストパターンを形成する露光波長に対する
反射防止膜を形成しておき、メタル配線形成後にその反
射防止膜を除去する。さらに他の好ましい態様では、下
地にメタル配線を形成する際にはそのメタル配線用のメ
タル膜上に反射率の波長依存性をもつ膜を形成してお
き、メタル配線用レジストパターンを形成するリソグラ
フィー工程ではその膜の反射率が小さくなる波長で露光
を行ない、その膜はメタル配線上に残したままとして、
そのメタル配線上に層間絶縁膜となる絶縁膜を形成し、
その上にフォトレジストを塗布し、そのフォトレジスト
をメタル配線からの反射を利用して露光する工程では、
その膜の反射率が大きくなる波長を用いる。反射率の波
長依存性をもつ膜としては、TiN膜を用いることがで
き、TiN膜のN/Ti組成比がモル比で1未満である
ことが好ましい。In another preferred embodiment, when forming the metal wiring on the base, an antireflection film for the exposure wavelength for forming the metal wiring resist pattern is formed on the metal film for the metal wiring, and the metal wiring is formed. After formation, the antireflection film is removed. In still another preferred embodiment, when a metal wiring is formed on a base, a film having a wavelength dependency of reflectance is formed on the metal film for the metal wiring, and a metal wiring resist pattern is formed by lithography. In the process, exposure is performed at a wavelength at which the reflectance of the film becomes small, and the film is left on the metal wiring,
An insulating film to be an interlayer insulating film is formed on the metal wiring,
In the step of applying a photoresist on it and exposing the photoresist by utilizing the reflection from the metal wiring,
A wavelength that increases the reflectance of the film is used. A TiN film can be used as the film having the wavelength dependence of the reflectance, and the N / Ti composition ratio of the TiN film is preferably less than 1 in terms of molar ratio.
【0009】レジスト層の下に反射率の高い物質がある
場合、露光の際の入射光が下地層で反射されてその上部
のフォトレジストの露光感度が上昇する。図1は下地の
反射率とレジスト感度の関係を表わしたものであり、レ
ジストとしてポジ型のip2800(東京応化株式会社
の製品)を1μmの厚さに形成し、露光波長として36
5nmのi線を用いた場合である。レジスト感度は適正
露光に必要な時間で表わしており、下地反射率が大きく
なるほどレジスト感度が増大している。When there is a substance having a high reflectance under the resist layer, incident light at the time of exposure is reflected by the underlayer, and the exposure sensitivity of the photoresist above it is increased. FIG. 1 shows the relationship between the reflectance of the underlying layer and the resist sensitivity. As a resist, a positive type ip2800 (a product of Tokyo Ohka Co., Ltd.) is formed to a thickness of 1 μm, and an exposure wavelength of 36 is used.
This is the case when the i line of 5 nm is used. The resist sensitivity is represented by the time required for proper exposure, and the resist sensitivity increases as the background reflectance increases.
【0010】半導体集積回路装置の微細化が進むにつれ
て下地からの反射でレジストに形成される像がぼけてし
まったり、露光感度が変わってしまうことが問題なって
おり、通常は下地からの反射を抑えるために配線用のメ
タル膜上に反射防止膜が形成されるのが一般的である。
しかし、本発明は下地からの反射を利用してフォトレジ
ストを露光する。As miniaturization of the semiconductor integrated circuit device progresses, there is a problem that the image formed on the resist is blurred due to reflection from the underlayer and the exposure sensitivity is changed. An antireflection film is generally formed on the metal film for wiring in order to suppress it.
However, the present invention utilizes reflection from the substrate to expose the photoresist.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】図2は本発明の1つの実施形態を
表わしたものである。 (a)半導体素子が形成されたシリコン基板1上が下部
絶縁膜2で被われており、その上にメタル配線3が形成
されている。メタル配線3と基板1の間は絶縁膜2に設
けられたコンタクトホールを介して接続がなされてい
る。メタル配線3を被って層間絶縁膜となる2層の絶縁
膜4,5が形成されており、下層の絶縁膜4は化学・機
械研磨に対して研磨速度の大きい絶縁膜であり、上層の
絶縁膜5は化学・機械研磨に対して下層の絶縁膜4より
も研磨速度の小さい絶縁膜である。絶縁膜4はシリコン
酸化膜又はそれにリンやボロンを含んだシリコン酸化膜
系の絶縁膜である。絶縁膜5はシリコン窒化膜、ダイヤ
モンド膜、ダイヤモンド状炭素膜などであり、前述の引
用文献にも記載されているものである。絶縁膜5上にポ
ジ型フォトレジスト6が塗布されベーキングされて形成
されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 2 shows one embodiment of the present invention. (A) The lower insulating film 2 covers the silicon substrate 1 on which the semiconductor element is formed, and the metal wiring 3 is formed thereon. The metal wiring 3 and the substrate 1 are connected via a contact hole provided in the insulating film 2. Two layers of insulating films 4 and 5 which cover the metal wiring 3 and serve as interlayer insulating films are formed. The lower insulating film 4 is an insulating film having a high polishing rate against chemical / mechanical polishing, and the upper insulating film is formed. The film 5 is an insulating film having a polishing rate lower than that of the lower insulating film 4 in chemical / mechanical polishing. The insulating film 4 is a silicon oxide film or a silicon oxide film-based insulating film containing phosphorus or boron. The insulating film 5 is a silicon nitride film, a diamond film, a diamond-like carbon film, or the like, which is also described in the above cited document. A positive photoresist 6 is applied on the insulating film 5 and baked to form it.
【0012】レジスト6を露光するが、本発明ではマス
クを用いずにレジスト6に感光する光を照射して露光を
行なう。マスクを用いないところが本発明の特徴であ
り、この照射光は下地のメタル配線3に対して反射率の
高い波長を選ぶのが好ましい。露光時間を適切に設定す
ることにより、マクロ的にみてメタル配線の占める割合
の多い部分のレジスト6が感光し、それ以外のレジスト
6は感光しない。The resist 6 is exposed, but in the present invention, the resist 6 is exposed by irradiating it with light that does not use a mask. A feature of the present invention is that a mask is not used, and it is preferable that the irradiation light has a wavelength having a high reflectance with respect to the underlying metal wiring 3. By properly setting the exposure time, the resist 6 in a portion where the metal wiring occupies a large proportion in macroscopic sense is exposed, and the other resists 6 are not exposed.
【0013】(b)その後、現像工程を経て、感光した
部分のレジスト6を除去する。 (c)絶縁膜5上に形成されたレジストパターンをマス
クにしてドライエッチングにより絶縁膜5をエッチング
して選択的に除去する。絶縁膜5は絶縁膜4の表面段差
部の底部に選択的に残る。その後、レジストを除去す
る。(B) After that, through a developing process, the resist 6 on the exposed portion is removed. (C) The insulating film 5 is etched by dry etching using the resist pattern formed on the insulating film 5 as a mask to selectively remove it. The insulating film 5 selectively remains at the bottom of the stepped portion of the surface of the insulating film 4. After that, the resist is removed.
【0014】(d)化学・機械研磨により絶縁膜4の表
面を研磨し、平坦化を行なう。マクロ的にみて、下地の
メタル配線3の占める割合が多い部分の絶縁膜4の表面
の段差が高くなっており、下地にメタル配線のない部分
の段差が低くなって研磨速度の小さい絶縁膜5が残存し
ており、化学・機械研磨においては段差の高い部分が研
磨速度の大きい絶縁膜となっているため、従来の第3の
方法で紹介したように、グローバルな平坦化が実現され
る。(D) The surface of the insulating film 4 is polished by chemical / mechanical polishing to flatten it. Macroscopically, the level difference on the surface of the insulating film 4 in the portion where the underlying metal wiring 3 occupies a large amount is high, and the level difference in the portion where the underlying metal wiring 3 does not exist is low and the polishing rate is low. Remains, and in chemical / mechanical polishing, a portion with a large step is an insulating film with a high polishing rate, so that global planarization is realized as introduced in the third conventional method.
【0015】この方法でマスクを用いずにメタル配線か
らの反射だけで露光を行なう方法の利点としては次の3
つの点を挙げることができる。 (1)マスクを使わないためマスク代がかからず、低コ
ストになる。 (2)露光を行なう場合、ステッパーのように焦点を結
ぶ必要がなく、均一な光源であればよいため、安価な光
源を使うことができて、経済的で、かつ焦点合わせや位
置合わせをする必要がなく、装置の稼動率が高くなる。 (3)下地からの反射を利用しているため、微視的な解
像度はなく、下地のマクロ的な反射率を反映する。した
がって、化学・機械研磨で現在問題になっているマクロ
的な平坦化(すなわちグローバルな平坦化)が実現され
る。The advantage of the method of performing the exposure only by the reflection from the metal wiring without using a mask is as follows.
There are two points. (1) Since no mask is used, no mask cost is required, resulting in low cost. (2) When exposure is performed, it is not necessary to focus like a stepper, and a uniform light source is sufficient. Therefore, an inexpensive light source can be used, which is economical, and focusing and positioning are performed. There is no need, and the operating rate of the device is high. (3) Since the reflection from the base is used, there is no microscopic resolution, and the macroscopic reflectance of the base is reflected. Therefore, macro planarization (that is, global planarization), which is currently a problem in chemical / mechanical polishing, is realized.
【0016】図3は本発明の第2の実施形態を表わした
ものである。図2では層間絶縁膜を2層構造にしたのに
比べて、図3は従来通りの1層の層間絶縁膜4を形成し
ている。 (a)1層の層間絶縁膜4上にポジ型フォトレジスト6
を形成し、図2と同様に下部のメタル配線3からの反射
を利用してフォトレジスト6を感光させ、現像工程を経
てレジスト6を選択的に除去する。この状態は図2の
(b)と同様に、絶縁膜の段差部の低い部分にのみレジ
スト6が残存する。FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the interlayer insulating film has a two-layer structure, whereas in FIG. 3, the conventional one-layer interlayer insulating film 4 is formed. (A) Positive photoresist 6 on one layer of interlayer insulating film 4
2, the photoresist 6 is exposed by utilizing the reflection from the lower metal wiring 3 as in FIG. 2, and the resist 6 is selectively removed through a developing process. In this state, as in FIG. 2B, the resist 6 remains only in the lower portion of the step portion of the insulating film.
【0017】(b)そのレジスト6をマスクとして絶縁
膜4の露出部分を一定量ドライエッチングする。絶縁膜
4でレジスト6から露出している部分は段差の高い部分
であるため、このドライエッチングによりミクロ的には
段差が存在するが、マクロ的にはほぼ均一な高さの表面
状態となる。その後レジスト6を除去する。(B) The resist 6 is used as a mask to dry-etch the exposed portion of the insulating film 4 by a predetermined amount. Since the portion of the insulating film 4 exposed from the resist 6 has a high level difference, the dry etching causes a level difference on a microscopic scale, but a macroscopically uniform surface state is formed. After that, the resist 6 is removed.
【0018】(c)その後、化学・機械研磨により絶縁
膜4の表面を平坦化する。この方法では、工程(b)に
おいては、レジスト有無の境界に局所的な段差を生じる
が、化学・機械研磨は局所的な段差に対しては研磨の平
坦性は優れているため、図2の実施形態と同様のグロー
バルな平坦性を得ることができる。(C) After that, the surface of the insulating film 4 is flattened by chemical / mechanical polishing. According to this method, in the step (b), a local step is formed at the boundary between the presence and absence of the resist, but chemical / mechanical polishing has excellent polishing flatness against the local step. Global flatness similar to that of the embodiment can be obtained.
【0019】第3の実施形態を説明する。リソグラフィ
ーの際、下地からの反射があると解像度が低下するた
め、配線材料としては反射の少ない材料が要求される。
一方、本発明では下地からの反射を利用してフォトレジ
ストを露光するので、反射が大きいことが要求される。
この2つの相反する条件を満たすために次の2つの方法
を採用する。A third embodiment will be described. During lithography, if there is reflection from the base, the resolution will decrease, so a material with low reflection is required as the wiring material.
On the other hand, in the present invention, since the photoresist is exposed by utilizing the reflection from the base, it is required that the reflection is large.
In order to satisfy these two contradictory conditions, the following two methods are adopted.
【0020】第1の方法は、メタル配線を形成するため
のレジストパターンを形成するリソグラフィー工程では
メタル配線上に反射防止膜を形成しておき、配線用メタ
ル層をエッチングしてパターン化した後に、その反射防
止膜を除去する方法である。反射防止膜としては、反射
防止用塗布型レジストやSiC膜などが知られている。In the first method, an antireflection film is formed on the metal wiring in a lithography step for forming a resist pattern for forming the metal wiring, and the wiring metal layer is etched and patterned. This is a method of removing the antireflection film. As the antireflection film, an antireflection coating resist, a SiC film, and the like are known.
【0021】第2の方法は、メタル配線用のメタル層上
に反射率が波長依存性をもつ層を形成しておき、メタル
配線用のレジストパターンを形成するリソグラフィー工
程ではその層の反射率が小さくなる波長を用い、メタル
配線からの反射を利用して層間絶縁膜上のフォトレジス
トを露光する工程では逆に反射率が高くなる波長を用い
る方法である。In the second method, a layer whose reflectance has wavelength dependency is formed on a metal layer for metal wiring, and the reflectance of the layer is changed in a lithography process for forming a resist pattern for metal wiring. In the process of exposing the photoresist on the interlayer insulating film by using the smaller wavelength and utilizing the reflection from the metal wiring, on the contrary, the wavelength of the higher reflectance is used.
【0022】反射率が波長依存性をもつ膜としてはTi
N膜がある。図4はTiN膜の組成比(モル比)を異な
らせた場合の反射率の波長依存性を示したものであり、
N/Ti組成比が1未満、例えば0.5のTiN膜では
波長が長くなるほど反射率が増大しており、パターン化
のためのリソグラフィーでは反射率の小さい短波長側の
光を照射し、反射を利用してレジストを感光させる工程
では逆に反射率の大きくなる長波長側の光を照射する。Ti is used as a film whose reflectance has wavelength dependence.
There is an N film. FIG. 4 shows the wavelength dependence of the reflectance when the composition ratio (molar ratio) of the TiN film is changed.
In a TiN film having an N / Ti composition ratio of less than 1, for example, 0.5, the reflectance increases as the wavelength becomes longer, and in lithography for patterning, light on the short wavelength side with low reflectance is irradiated to reflect. On the contrary, in the step of exposing the resist to light, light on the long wavelength side where the reflectance becomes large is irradiated.
【0023】[0023]
(実施例1)第1の実施例を図2を参照して詳細に説明
する。 (a)〈100〉方位をもち、比抵抗が20Ωcmの6
インチP型シリコンウエハ1上に、プラズマCVD法を
用いて下部絶縁膜としてシリコン酸化膜2を1μmの厚
さに形成した。その上に、スパッタリング法を用いてA
l−Si−Cu膜(Alが98.5%、Siが1%、C
uが0.5%)を600nmの厚さに成膜した。その上
に反射防止用下塗りレジスト(日本合成ゴム株式会社の
製品)を100nmの厚さに塗布し、さらにその上にP
型フォトレジストip2800(東京応化株式会社の製
品)を1μmの厚さに塗布した。そしてi線ステッパー
を用い、マスクを用いてメタル配線形成用のフォトレジ
ストパターンを形成するための露光を、露光時間350
ミリ秒で行なった。そのフォトレジストを現像してレジ
ストパターンを形成した後、RIE(反応性イオンエッ
チング)方式のドライエッチング装置で、メタル膜をパ
ターン化し、その後レジスト及び下塗りレジストを除去
した。(Embodiment 1) A first embodiment will be described in detail with reference to FIG. (A) 6 having <100> orientation and a specific resistance of 20 Ωcm
A silicon oxide film 2 having a thickness of 1 μm was formed as a lower insulating film on the inch P-type silicon wafer 1 by using a plasma CVD method. On top of that, use the sputtering method
l-Si-Cu film (98.5% Al, 1% Si, C
(0.5% u) was deposited to a thickness of 600 nm. An undercoat resist for antireflection (a product of Japan Synthetic Rubber Co., Ltd.) is applied on top of this to a thickness of 100 nm, and then P is applied on top of it.
Mold photoresist ip2800 (product of Tokyo Ohka Co., Ltd.) was applied to a thickness of 1 μm. Then, using an i-line stepper, exposure for forming a photoresist pattern for forming metal wiring is performed using a mask for an exposure time of 350
It was done in milliseconds. After developing the photoresist to form a resist pattern, the metal film was patterned by a dry etching apparatus of RIE (reactive ion etching) system, and then the resist and the undercoat resist were removed.
【0024】このようにして形成したメタル配線3上か
らプラズマCVD法を用いて膜厚2μmのシリコン酸化
膜4と膜厚2000Åのシリコン窒化膜5を順次成膜し
た。次に、シリコン窒化膜5上にP型フォトレジストi
p2800を1μmの厚さに塗布し、今度はマスクを用
いずに露光を行なった。このときの露光時間は280ミ
リ秒とした。A silicon oxide film 4 having a film thickness of 2 μm and a silicon nitride film 5 having a film thickness of 2000 Å were sequentially formed on the metal wiring 3 thus formed by the plasma CVD method. Next, a P-type photoresist i is formed on the silicon nitride film 5.
p2800 was applied to a thickness of 1 μm, and this time exposure was performed without using a mask. The exposure time at this time was 280 milliseconds.
【0025】(b)現像してレジスト6のパターンを形
成した。 (c)そのレジスト6のパターンをマスクとして、RI
E方式のドライエッチング装置により、シリコン窒化膜
5を選択的に除去した。 (d)レジスト6を除去した後、化学・機械研磨装置に
よりシリコン酸化膜4の平坦化を行なった。化学・機械
研磨はウエステック社製のCMP装置を用い、スラリー
としてSiO2微粒子を分散させたKOH溶液を用い
た。研磨圧力5PSIで1分間研磨した後の絶縁膜のウ
エハ面内での平坦性を膜厚計により評価した。その結果
を表1に示す。(B) The resist 6 was developed to form a pattern of the resist 6. (C) Using the pattern of the resist 6 as a mask, RI
The silicon nitride film 5 was selectively removed by an E-type dry etching apparatus. (D) After removing the resist 6, the silicon oxide film 4 was flattened by a chemical / mechanical polishing apparatus. For chemical / mechanical polishing, a CMP apparatus manufactured by Westec Co. was used, and a KOH solution in which SiO 2 fine particles were dispersed was used as a slurry. The flatness of the insulating film in the wafer surface after polishing for 1 minute at a polishing pressure of 5 PSI was evaluated by a film thickness meter. Table 1 shows the results.
【0026】[0026]
【表1】 [Table 1]
【0027】研磨速度の小さい絶縁膜としてはシリコン
窒化膜5の他にダイヤモンド膜やダイヤモンド状炭素膜
を用いてもよい。As the insulating film having a low polishing rate, a diamond film or a diamond-like carbon film may be used in addition to the silicon nitride film 5.
【0028】(実施例2)第2の実施例を図3を参照し
て詳細に説明する。実施例1のメタル配線3上の絶縁膜
をシリコン酸化膜4の1層とした他は実施例1と同じ工
程を経て、レジスト6の現像後、RIE方式のドライエ
ッチング装置によりシリコン酸化膜4を選択的に600
nmの厚さまでエッチングした。その後6レジストを除
去し、CMP装置によりシリコン酸化膜4の平坦化を行
なった。化学・機械研磨の条件は実施例1と同じとし
た。実施例2のウエハ面内での平坦性の結果も表1に示
す。(Second Embodiment) A second embodiment will be described in detail with reference to FIG. The same process as in Example 1 was performed except that the insulating film on the metal wiring 3 in Example 1 was one layer of the silicon oxide film 4, and after the resist 6 was developed, the silicon oxide film 4 was removed by a dry etching apparatus of the RIE system. Selectively 600
Etched to a thickness of nm. After that, the 6 resist was removed, and the silicon oxide film 4 was flattened by a CMP apparatus. The conditions of chemical / mechanical polishing were the same as in Example 1. Table 1 also shows the result of the flatness in the wafer surface of Example 2.
【0029】(実施例3)実施例1におけるメタル配線
用のAl−Si−Cu膜上に真空中で連続してTiN膜
を成膜した。TiN膜の成膜にはTiをスパッタリング
のターゲットとして用いる反応性スパッタリング法を用
いた。その成膜条件は、ガス圧3mTorr、Ar流量10
0sccm、N2流量10sccm、RFパワー500
Wである。この条件で成膜した膜のN/Ti組成比はモ
ル比で0.5であり、図4に破線で示す反射率の波長依
存性を示した。(Example 3) A TiN film was continuously formed in vacuum on the Al-Si-Cu film for metal wiring in Example 1. A reactive sputtering method using Ti as a sputtering target was used for forming the TiN film. The film forming conditions are a gas pressure of 3 mTorr and an Ar flow rate of 10
0 sccm, N 2 flow rate 10 sccm, RF power 500
W. The N / Ti composition ratio of the film formed under these conditions was 0.5 in terms of molar ratio, and the wavelength dependence of the reflectance shown by the broken line in FIG. 4 was shown.
【0030】次に、i線ステッパーを用いてメタル配線
用のレジストパターンを形成するためのリソグラフィー
を行なった。レジストはip2800を1μmの厚さに
塗布したものであり、露光時間は310ミリ秒とした。
レジストパターン形成後、それをマスクとしてRIE方
式のドライエッチング装置でメタル膜をエッチングして
メタル配線を形成した。その後、メタル膜上にTiN膜
を残した状態で、プラズマCVD法を用いて図2の実施
例と同様にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜をそれぞれ
2μm及び2000Åの膜厚に順次成膜した。Next, lithography for forming a resist pattern for metal wiring was performed using an i-line stepper. As the resist, ip2800 was applied to a thickness of 1 μm, and the exposure time was 310 milliseconds.
After forming the resist pattern, the metal film was etched with the RIE dry etching apparatus using the resist pattern as a mask to form metal wiring. Then, with the TiN film left on the metal film, a silicon oxide film and a silicon nitride film were sequentially formed to a thickness of 2 μm and 2000 Å, respectively, by the plasma CVD method as in the embodiment of FIG.
【0031】次に、g線(436nm)に感光するレジ
ストとしてP型のOFPR−800(東京応化株式会社
の製品)を1μmの厚さに塗布し、アライナーを用い
て、マスクを用いずに露光を行なった。露光時間は10
秒とした。現像、ベーキングの後、実施例1と同じ条件
でシリコン窒化膜のみをドライエッチングにより選択的
にエッチングした。その後の工程は実施例1と同じとし
た。実施例3の平坦性の結果も表1に示す。Next, P-type OFPR-800 (a product of Tokyo Ohka Co., Ltd.) was applied to a thickness of 1 μm as a resist sensitive to g-line (436 nm), and exposed using a aligner without using a mask. Was done. Exposure time is 10
Seconds After development and baking, only the silicon nitride film was selectively etched by dry etching under the same conditions as in Example 1. The subsequent steps were the same as in Example 1. The flatness results of Example 3 are also shown in Table 1.
【0032】(比較例)図2を用いた実施例1における
メタル配線3上の絶縁膜4,5を形成した後、レジスト
6の形成及びその露光の工程を省略して化学・機械研磨
を行なった。他の条件は実施例1と同じとした。比較例
の平坦性の結果も表1に示す。表1に示された結果から
分かるように、実施例1〜3においては比較例に比べて
良好な平坦性を得ることができる。(Comparative Example) After forming the insulating films 4 and 5 on the metal wiring 3 in Example 1 using FIG. 2, the steps of forming the resist 6 and exposing the same are omitted and chemical / mechanical polishing is performed. It was The other conditions were the same as in Example 1. Table 1 also shows the results of the flatness of the comparative example. As can be seen from the results shown in Table 1, in Examples 1 to 3, good flatness can be obtained as compared with the comparative example.
【0033】[0033]
【発明の効果】本発明では層間絶縁膜となる絶縁膜上に
ポジ型フォトレジストを塗布した後、マスクを用いずに
その絶縁膜下のメタル配線からの反射を利用してフォト
レジストを露光し現像してメタル配線上部のフォトレジ
ストを選択的に除去し、そのレジストパターンをマスク
として絶縁膜をその厚さ方向の一部についてエッチング
した後、化学・機械研磨を行なって絶縁膜表面を平坦化
するようにしたので、低コストで、かつグローバルな平
坦化を実現することができる。According to the present invention, a positive photoresist is applied on an insulating film which will be an interlayer insulating film, and then the photoresist is exposed by utilizing reflection from metal wiring under the insulating film without using a mask. After development, the photoresist on the metal wiring is selectively removed, the insulating film is partially etched in the thickness direction using the resist pattern as a mask, and then chemical / mechanical polishing is performed to planarize the insulating film surface. Since this is done, it is possible to realize global flattening at low cost.
【図1】下地反射率とレジスト感度の関係を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a base reflectance and a resist sensitivity.
【図2】第1の実施形態及び第1の実施例を示す工程断
面図である。FIG. 2 is a process cross-sectional view showing a first embodiment and a first example.
【図3】第2の実施形態及び第2の実施例を示す工程断
面図である。FIG. 3 is a process sectional view showing a second embodiment and a second example.
【図4】第3の実施形態及び第3の実施例におけるTi
N膜の反射率の波長依存性を示す図である。FIG. 4 Ti in the third embodiment and the third example.
It is a figure which shows the wavelength dependence of the reflectance of N film.
1 シリコン基板 2 下地絶縁膜 3 メタル配線 4 研磨速度の大きい絶縁膜 5 研磨速度の小さい絶縁膜 6 フォトレジスト 1 Silicon Substrate 2 Base Insulating Film 3 Metal Wiring 4 Insulating Film with High Polishing Rate 5 Insulating Film with Low Polishing Rate 6 Photoresist
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/90 M Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location H01L 21/90 M
Claims (6)
タル配線上の層間絶縁膜表面を平坦にすることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 (A)メタル配線が形成された下地上に、後でその上層
に形成されるメタル配線との間の層間絶縁膜となる絶縁
膜を形成する工程、 (B)その絶縁膜上にポジ型フォトレジストを塗布した
後、マスクを用いずにその絶縁膜下のメタル配線からの
反射を利用してフォトレジストを露光し、現像してメタ
ル配線上部のフォトレジストを選択的に除去するリソグ
ラフィー工程、 (C)前記リソグラフィー工程によりパターン化された
フォトレジストをマスクとして前記絶縁膜をその厚さ方
向の一部についてエッチングする工程、 (D)フォトレジストを除去した後、化学・機械研磨を
行なって絶縁膜表面を平坦化する工程。1. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises the following steps (A) to (D) to flatten a surface of an interlayer insulating film on a metal wiring. (A) A step of forming an insulating film, which will be an interlayer insulating film between the metal wiring formed later on the base on which the metal wiring is formed, and (B) a positive photo film on the insulating film. After applying the resist, a lithography process of exposing the photoresist by utilizing reflection from the metal wiring under the insulating film without using a mask and developing it to selectively remove the photoresist on the metal wiring, ( C) a step of etching the insulating film in a part of its thickness direction using the photoresist patterned by the lithography process as a mask; (D) removing the photoresist and then performing chemical / mechanical polishing to perform the insulating film Step of flattening the surface.
械研磨に対して上層の絶縁膜の研磨速度が下層の絶縁膜
の研磨速度よりも小さく、 かつ、工程(C)においてエッチングするのは上層の絶
縁膜である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。2. The insulating film has a two-layer structure, the polishing rate of the upper insulating film is lower than the polishing rate of the lower insulating film with respect to chemical / mechanical polishing, and etching is performed in the step (C). 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein is an upper insulating film.
メタル配線用のメタル膜上にメタル配線用レジストパタ
ーンを形成する露光波長に対する反射防止膜を形成して
おき、メタル配線形成後にその反射防止膜を除去する請
求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。3. When forming a metal wiring on a base, an antireflection film for an exposure wavelength for forming a metal wiring resist pattern is formed on the metal film for the metal wiring, and the reflection is performed after the metal wiring is formed. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the prevention film is removed.
メタル配線用のメタル膜上に反射率の波長依存性をもつ
膜を形成しておき、メタル配線用レジストパターンを形
成するリソグラフィー工程では前記膜の反射率が小さく
なる波長で露光を行ない、 前記膜はメタル配線上に残したままとして、そのメタル
配線上に絶縁膜を形成し、その上にフォトレジストを塗
布し、そのフォトレジストをメタル配線からの反射を利
用して露光する工程では、前記膜の反射率が大きくなる
波長を用いる請求項1又は2に記載の半導体装置の製造
方法。4. When a metal wiring is formed on a base, a film having a wavelength dependence of reflectance is formed on the metal film for the metal wiring, and a metal wiring resist pattern is formed in a lithography process. Exposure is performed at a wavelength at which the reflectance of the film becomes small, the film is left on the metal wiring, an insulating film is formed on the metal wiring, a photoresist is applied on the insulating film, and the photoresist is applied. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a wavelength at which the reflectance of the film is increased is used in the step of exposing by utilizing the reflection from the metal wiring.
の半導体装置の製造方法。5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the film is a TiN film.
未満である請求項5に記載の半導体装置の製造方法。6. The N / Ti composition ratio of the TiN film is 1 in molar ratio.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7239235A JPH0964045A (en) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7239235A JPH0964045A (en) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0964045A true JPH0964045A (en) | 1997-03-07 |
Family
ID=17041762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7239235A Pending JPH0964045A (en) | 1995-08-23 | 1995-08-23 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0964045A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998011601A1 (en) * | 1996-09-11 | 1998-03-19 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2005277284A (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Seiko Epson Corp | Exposure method and manufacturing method of semiconductor device |
-
1995
- 1995-08-23 JP JP7239235A patent/JPH0964045A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998011601A1 (en) * | 1996-09-11 | 1998-03-19 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2005277284A (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Seiko Epson Corp | Exposure method and manufacturing method of semiconductor device |
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