JPH098007A - 絶縁膜の平坦化方法 - Google Patents

絶縁膜の平坦化方法

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JPH098007A
JPH098007A JP17416595A JP17416595A JPH098007A JP H098007 A JPH098007 A JP H098007A JP 17416595 A JP17416595 A JP 17416595A JP 17416595 A JP17416595 A JP 17416595A JP H098007 A JPH098007 A JP H098007A
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JP
Japan
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insulating film
resist film
film
layer
region
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Application number
JP17416595A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Koshio
賢治 小塩
Takashi Morikawa
隆史 森川
Osami Bansho
修己 番匠
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のエッチバック法による平坦化方法に比
べてウェハ面全面にわたりより一層均一に絶縁膜を平坦
化できる方法を提供する。 【構成】 本発明方法は、基板20上のAl 配線層22
上に層間絶縁膜24を形成する。次いで、層間絶縁膜上
に第1層レジスト膜26を形成する。その際、Al 配線
層間の層間絶縁膜の凹部状領域28では、第1層レジス
ト膜の表面が、凸部状領域30の層間絶縁膜の表面とほ
ぼ同じ位置に来るように第1層レジスト膜を形成する。
Al 配線層間の層間絶縁膜の凹部状領域を埋めるような
形状の第1層レジスト膜のパターンを形成する。基板全
面に第2層レジスト膜32を平坦に形成する。凸部領域
の層間絶縁膜が露出するまで、レジスト膜をエッチバッ
クする。凸部領域の層間絶縁膜及び凹部状領域のレジス
ト膜を同時にエッチバックする。凹部状領域に残存する
レジスト膜を除去した後、基板全面に層間絶縁膜を成膜
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁膜の平坦化方法に
関し、従来のエッチバック法による平坦化方法に比べて
ウェハ面全面にわたりより一層均一に絶縁膜を平坦化で
きる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高密度、大規模化に伴い、
多層配線技術の重要性が増大している。多層配線におい
ては、下地の素子形成時における凹凸に加え、何層もの
配線層(主として、Al 配線層)や層間絶縁膜が積層さ
れるために、基板表面の凹凸は益々増幅される。素子が
微細化されると、横方向の寸法は縮小されるが、配線層
及び層間絶縁膜の厚さは、所定の電気抵抗を維持し、ま
た静電容量の増大を避けるために薄くできない。そのた
め、凹凸の段差は、増幅されて段々急峻となり、配線や
スルーホールのアスペクト比は大きくなる。表面の凹凸
は、配線の断線・短絡、スルーホールを介した配線層と
配線層との接触不良、更にはホトリソグラフィの解像度
低下を招く。そこで、配線層の平坦化並びに層間絶縁膜
の平坦化が必要となる。
【0003】層間絶縁膜の平坦化方法の一つとして、従
来からエッチバック法と言う手法が使用されている。従
来のエッチバック法は、図4(a)に示すように、配線
層、例えばAl 配線層12上に成膜された層間絶縁膜1
4上に平坦化用レジスト膜16を塗布する。尚、10は
基板を示す。次いで、図4(b)に示すように、プラズ
マエッチング或いは反応性イオンエッチングにより、レ
ジスト膜16と層間絶縁膜14の凸部18をエッチング
する。その際、レジスト膜16のエッチングレートと層
間絶縁膜14のエッチングレートがほぼ同じになるよう
なエッチング条件を設定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の方法で、問題と
なるのは、塗布した平坦化用レジスト膜16の厚さの分
布である。図4(a)に示すように、広い凸部状の領域
(図4(a)で左側)のレジスト膜の厚さをT1 と、狭
い凸部状の領域(図4(a)で中央)のレジスト膜の厚
さをT2 、広い凹部状の領域(図4(a)で右側)のレ
ジスト膜の厚さをT3 とすると、高い流動性によりレジ
スト材が流動して、レジスト膜16は、T1 とT3 とが
ほぼ同じ厚さになる。この状態で、レジスト膜16をエ
ッチバックすると、図4(b)に示すように、広い凹部
状の領域と狭い凸部状の領域との間では段差は解消する
が、広い凸部状の領域と広い凹部状の領域との間では段
差は解消しない。
【0005】そこで、本発明の目的は、従来のエッチバ
ック法による平坦化方法に比べてウェハ面全面にわたり
より一層均一に絶縁膜を平坦化できる方法を提供するこ
とである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る絶縁膜の平坦化方法は、基板上に形成
された配線層上に絶縁膜を成膜する工程と、配線層と配
線層との間の絶縁膜の凹部状領域では、第1層レジスト
膜の表面が、配線層上の凸部状領域の絶縁膜の表面と同
じ位置に来るように、絶縁膜上に第1層レジスト膜を形
成する工程と、配線層と配線層との間の絶縁膜の凹部状
領域を埋めるような形状のパターンを形成するように第
1層レジスト膜をパターニングする工程と、基板面全面
に第2層レジスト膜を平坦に形成する工程と、凸部状領
域の絶縁膜が露出するまで、基板全面にわたり第2層レ
ジスト膜をエッチバックする工程と、更に、絶縁膜の凹
部状領域上のレジスト膜及び露出した凸部状領域の絶縁
膜を基板面に直交する方向に所定深さまで平坦にエッチ
バックする工程と、絶縁膜の凹部状領域に残存するレジ
スト膜を除去する工程と、及び絶縁膜が配線層上の凸部
状領域で所定の膜厚になるように、基板面全面に第2層
目の絶縁膜を平坦に成膜する工程とを備えることを特徴
としている。
【0007】本発明方法では、第1層レジスト膜は配線
層と配線層との間の絶縁膜の凹部状領域を埋めるような
形状のパターンを形成するために成膜され、第2層レジ
スト膜はエッチバックのために成膜される。第1層レジ
スト膜の材料は、感光性と流動性とを有するレジスト材
料であって、ホトリソグラフィ法で通常使用しているレ
ジスト材料を使用でき、また第2層レジスト膜の材料
は、感光性を必要とせず、絶縁膜の平坦化方法で従来か
ら使用しているレジスト材料を使用しても良く、またホ
トリソグラフィ法で使用しているレジスト材料を使用し
ても良い。第1層レジスト膜及び第2層レジスト膜とも
スピンコート法により形成することができる。第1層レ
ジスト膜のパターニングは、通常のホトリソグラフィ法
により施され、絶縁膜の材料及び成膜方法も、特に限定
はない。本発明方法は、層間絶縁膜のみならず他の絶縁
膜、例えば保護膜の平坦化にも適用できる。
【0008】第2層レジスト膜及び絶縁膜のエッチング
方法も特に限定はないが、良好な方向性エッチングが可
能な反応性イオンエッチング法により行う。即ち、好適
には、凸部状領域の絶縁膜が露出するまで、基板全面に
わたり第2層レジスト膜をエッチバックする工程では、
エッチングガスとして酸素ガスとアルゴンガスの混合ガ
スを使用して反応性イオンエッチング法によりレジスト
膜をエッチバックし、絶縁膜の凹部状領域上のレジスト
膜及び露出した凸部状領域の絶縁膜を基板面に直交する
方向に所定深さまで平坦にエッチバックする工程では、
フッ素系のガスとアルゴンガスとの混合ガスを使用して
同じく反応性イオンエッチング法により絶縁膜及びレジ
スト膜をエッチングすることを特徴としている。レジス
ト膜と絶縁膜とを同時にエッチバックする工程を実施す
る際には、レジスト膜のエッチングレートと、絶縁膜の
エッチングレートとが同じ大きさになるようにエッチン
グ条件を設定する。
【0009】本発明の好適な実施態様は、絶縁膜の凹部
状領域に残存するレジスト膜を除去する工程において、
酸素ガスを使用したプラズマアッシング法により、残存
するレジスト膜を除去していることを特徴としている。
【0010】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明方法をより詳細に説明する。図1(a)から
(c)は本発明方法を実施する際の各工程毎の層構造を
示す基板断面図、図2(d)から(f)は図1(c)に
続く各工程毎の層構造を示す基板断面図である。先ず、
図1(a)に示すように、シリコン半導体基板20上に
形成された厚さ約600nmのAl 配線層22上にSi
2 からなる厚さ約800nmの層間絶縁膜24をCV
D法により形成した。
【0011】次いで、図1(b)に示すように、層間絶
縁膜24上に第1層レジスト膜26をパターン形成用の
レジスト膜として成膜した。その際、Al 配線層22A
とAl 配線層22Bとの間の層間絶縁膜24の凹部状領
域28では、第1層レジスト膜26の表面が、Al 配線
層22A上の凸部状領域30の層間絶縁膜24の表面と
ほぼ同じ位置に来るように、層間絶縁膜24上に第1層
レジスト膜26を形成する。尚、第1層レジスト膜の高
さは、段差に対して±25%の厚さでコントロールす
る。本実施例では、通常のホトリソグラフィ法で使用す
るレジスト粘度8cpの感光性レジストを回転数3000
〜4000rpm でスピンコートし、約600nmの膜厚
のレジスト膜26を形成した。
【0012】続いて、図1(c)に示すように、Al 配
線層22AとAl 配線層22Bとの間の層間絶縁膜24
の凹部状領域28を埋めるような形状のパターンを形成
するように第1層レジスト膜26をホトリソグラフィ法
によりパターニングした。次に、図2(d)に示すよう
に、基板全面に第2層レジスト膜32をエッチバック用
レジスト膜として平坦に形成した。本実施例では、レジ
スト膜26と同じレジスト材料を使用して、回転数30
00〜4000rpm でスピンコートし、約350nmの
膜厚の第2層レジスト膜32を形成した。
【0013】平行平板型反応性イオンエッチング装置を
使用して、 圧力:229Pa エッチングガス:O2/Ar=50sccm/ 75sccm RF出力:150W の条件で、凸部領域の層間絶縁膜24が露出するまで、
レジスト膜32をエッチバックした。
【0014】次いで、平行平板型反応性イオンエッチン
グ装置を使用して、 圧力:307Pa エッチングガス:CHF3/CF4/Ar =40sccm/ 65sccm/
900sccm RF出力:900W の条件で、凸部領域30の層間絶縁膜24及び凹部状領
域28の第2層レジスト膜32及び第1層レジスト膜2
6を同時にエッチバックし、凸部領域30の層間絶縁膜
24を約700nmエッチバックした段階で停止した。
従って、この段階で層間絶縁膜24の厚さは、約100
nmであった。これにより、基板の層構造は、図2
(e)に示すように、層間絶縁膜24の凸部領域30が
エッチングされて低くなり、かつレジスト膜32のパタ
ーン及び層間絶縁膜24とレジスト膜32のパターンと
を埋める第2層レジスト膜36の表面がほぼ同じ位置に
なる。
【0015】次いで、酸素ガスを用いたプラズマアッシ
ング法により、凹部状領域28に残存する第2層レジス
ト膜32及び第1層レジスト膜26を除去した。Al 配
線層22上の層間絶縁膜24が薄くなっているので、所
定の耐圧を確保するために、図2(f)に示すように、
基板全面に膜厚約300nmの層間絶縁膜36を第2層
目の補充層間絶縁膜として層間絶縁膜24と同じ材料で
CVD法により成膜した。
【0016】以上の実施例では、層間絶縁膜24を成膜
した段階で約800nmあった段差が約100nmの段
差に改善できた。比率で示すと、段差を87.5%低減
することができた。
【0017】図3は、凹部領域28の層間絶縁膜24上
に形成した第1層レジスト膜が厚い場合の問題点を示
す。層間絶縁膜の狭い凸部領域40(孤立パターンと言
う)では、両側の高い第1層レジスト膜42上に塗布し
た第2層レジスト膜44のレジストが狭い凸部領域40
に流れ込み、そこの第2層レジスト膜の厚さT4 が第1
層レジスト膜42上の第2層レジスト膜44の厚さT5
より厚くなる。そのため、エッチバック工程で、凸部領
域40の層間絶縁膜24がエッチバックされずに、高い
段差となって残る。このため、層間絶縁膜を平坦化する
ことが難しくなる。
【0018】
【発明の効果】本発明方法の構成によれば、従来のエッ
チバック法に比べて、広い凸部領域と広い凹部領域の間
で生じていた絶縁膜の段差及び孤立パターンでの絶縁膜
の段差をより一層低減することができる。また、従来の
エッチバック法に比べて第2層レジスト膜の厚さを薄く
できるので、エッチバックに要する時間が短くなり、こ
れによってエッチバックで生じるバラツキを低減できる
ので、一層平坦化が向上する。よって、従来のエッチバ
ック法に比べて、ウェハ面全面にわたり絶縁膜の平坦化
を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)から(c)は本発明方法を実施する
際の各工程毎の層構造を示す基板断面図である。
【図2】図2(d)から(f)は図1(c)に続く各工
程毎の層構造を示す基板断面図である。
【図3】第1層レジスト膜が厚い場合の問題点を示すた
めの基板断面図である。
【図4】図4(a)及び(b)は、従来のエッチバック
法による層間絶縁膜の平坦化方法の各工程毎の層構造を
示す基板断面図である。
【符号の説明】
10 基板 12 Al 配線層 14 層間絶縁膜 16 平坦化用レジスト膜 18 層間絶縁膜の凸部 20 基板 22 Al 配線層 24 層間絶縁膜 26 第1層レジスト膜 28 凹部状領域 30 凸部状領域 32 第2層レジスト膜 36 層間絶縁膜 40 狭い凸部領域 42 両側の高い第1層レジスト膜 44 第2層レジスト膜のレジスト

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された配線層上に絶縁膜を
    成膜する工程と、 配線層と配線層との間の絶縁膜の凹部状領域では、第1
    層レジスト膜の表面が、配線層上の凸部状領域の絶縁膜
    の表面と同じ位置に来るように、絶縁膜上に第1層レジ
    スト膜を形成する工程と、 配線層と配線層との間の絶縁膜の凹部状領域を埋めるよ
    うな形状のパターンを形成するように第1層レジスト膜
    をパターニングする工程と、 基板面全面に第2層レジスト膜を平坦に形成する工程
    と、 凸部状領域の絶縁膜が露出するまで、基板全面にわたり
    第2層レジスト膜をエッチバックする工程と、 更に、絶縁膜の凹部状領域上のレジスト膜及び露出した
    凸部状領域の絶縁膜を基板面に直交する方向に所定深さ
    まで平坦にエッチバックする工程と、 絶縁膜の凹部状領域に残存するレジスト膜を除去する工
    程と、及び絶縁膜が配線層上の凸部状領域で所定の膜厚
    になるように、基板面全面に第2層目の絶縁膜を平坦に
    成膜する工程とを備えることを特徴とする絶縁膜の平坦
    化方法。
  2. 【請求項2】 凸部状領域の絶縁膜が露出するまで、基
    板全面にわたり第2層レジスト膜をエッチバックする工
    程では、エッチングガスとして酸素ガスとアルゴンガス
    の混合ガスを使用して反応性イオンエッチング法により
    レジスト膜をエッチバックし、 絶縁膜の凹部状領域上のレジスト膜及び露出した凸部状
    領域の絶縁膜を基板面に直交する方向に所定深さまで平
    坦にエッチバックする工程では、 フッ素系のガスとアルゴンガスとの混合ガスを使用して
    同じく反応性イオンエッチング法により絶縁膜及びレジ
    スト膜をエッチングすることを特徴とする請求項1に記
    載の絶縁膜の平坦化方法。
  3. 【請求項3】 絶縁膜の凹部状領域に残存するレジスト
    膜を除去する工程において、 酸素ガスを使用したプラズマアッシング法により、残存
    するレジスト膜を除去していることを特徴とする請求項
    1に記載の絶縁膜の平坦化方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8759849B2 (en) 2011-12-14 2014-06-24 Sony Corporation Driving substrate and display device
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CN106941075A (zh) * 2017-03-08 2017-07-11 扬州国宇电子有限公司 半导体芯片的沟槽肖特基表面平坦化加工工艺

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