JPH10199971A - 半導体装置の接続孔形成方法 - Google Patents

半導体装置の接続孔形成方法

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JPH10199971A
JPH10199971A JP39097A JP39097A JPH10199971A JP H10199971 A JPH10199971 A JP H10199971A JP 39097 A JP39097 A JP 39097A JP 39097 A JP39097 A JP 39097A JP H10199971 A JPH10199971 A JP H10199971A
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JP
Japan
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insulating film
forming
wiring
connection hole
interlayer insulating
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JP39097A
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English (en)
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Toshiaki Shiraiwa
利章 白岩
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メタル配線に接続孔を形成する際、合わせず
れが生じても工程の増加を抑えて良好なメタル配線を形
成する。 【解決手段】 絶縁膜1上に前記配線パタ−ン2を形成
した後、全面に第1層間絶縁膜3を形成する工程と、前
記第1層間絶縁膜3上にエッチング停止層4を形成する
工程と、前記配線パタ−ン2から外れた部分のエッチン
グ停止層を残し、配線パタ−ン上方に突出する凸部のエ
ッチング停止層を除去して表面を平坦化する工程と、全
面に第2層間絶縁膜5を形成する工程と、レジストパタ
−ン6をマスクとして前記第2層間絶縁膜5を開口して
前記配線パタ−ン2に達する接続孔7を形成する工程を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置のメタル
配線に対する接続孔の形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年のVLSI,ULSI等にみられる
ように、半導体装置の高性能化に伴って、デザイン・ル
−ルが高度に縮小されてきており、多層配線に要求され
るスペックがより厳しいものになってきている。この多
層配線技術は、ゲ−トアレイを代表とするある特定の応
用に最適設計された専用ICであるASIC(Applicati
on Specific IC)あるいはマイクロコンピュ−タのCP
Uの一部であるMPU(Micro Processor Unit)に使用
されている。これらASICやMPUにおいては、これ
らの半導体装置の多層配線の製造スペックがそのまま半
導体装置(デバイス)の性能を左右する。
【0003】特に多層配線におけるメタル配線間の間隔
(メタルピッチ)は、デバイスサイズを左右するチップ
サイズの大小に関わる大きな要因である。このように半
導体装置を高集積化するためにはメタルピッチの縮小化
が必要不可欠である。
【0004】このメタルピッチを縮小するためには、上
下のメタル配線同士を電気的に接続するための接続孔と
メタル配線(下層)のリソグラフィ−技術のアラインメ
ント(整合、あるいは位置合わせ)精度のずれとそれぞ
れの寸法ばらつきが無視できなくなっている。前者のア
ラインメント精度のずれは、露光装置性能に起因するも
のであるが、通常のステッパ−で80nm、スキャンタ
イプのステッパ−でも50nmのずれがある。
【0005】このような接続孔とメタル配線のアライン
メント精度のずれの問題を解決するため、接続孔とメタ
ル配線のカバ−マ−ジンを無くしたボ−ダ−レス配線構
造が知られている。すなわちこのボ−ダ−レス配線構造
は、縦断面で接続孔とメタル配線のずれを許容する配線
構造である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造をとるボ−ダ−レス配線構造は、メタル配線上
に接続孔を形成するための層間膜の厚さ(層間膜厚)の
ばらつき等で、接続孔形成時に必要なオ−バ−エッチ量
が大きくなると、接続孔とメタル配線のずれ量、すなわ
ちボ−ダ−レス量が大きくなった際に、接続孔は所定の
メタル配線から大きくずれているため、このずれた部分
の下層絶縁膜をエッチングして最悪の場合は所定のメタ
ル配線の下側のメタル配線(下層配線)にまで達してし
まい、その結果、コンタクトが下層配線まで接してしま
うという問題がある。
【0007】この問題は、メタル配線を形成し、全面に
層間絶縁膜を形成し、その後、凹凸のある層間絶縁膜を
平坦化した後に、メタル配線上にエッチングストッパ−
層を形成することによって防止することができる。しか
し、この方法では通常の多層配線の接続孔形成のプロセ
スに加えて、(1)ストッパ−層の形成工程、(2)ス
トッパ−層エッチング工程の2工程がメタル配線1層形
成当たり増加するすることになる。このように多層配線
におけるメタル配線1層当たり2工程の増加は、例え
ば、5層配線の場合は10工程増加することになる。
【0008】また、上記問題を防止するために、メタル
配線の下層にエッチングストッパ−層を形成する方法で
も、メタル配線から外れた接続孔のエッチングをストッ
プすることができるが、この接続孔エッチングの際に、
メタル配線の側壁までもエッチングしてしまう問題があ
る。例えば、メタル配線がアルミニウム(Al)から構
成されている場合は、Al のクラウンが発生するという
問題がある。
【0009】そこで本発明は、メタル配線に接続孔を形
成する際、合わせずれが生じても工程の増加を抑えて良
好なメタル配線を形成することが可能な半導体装置の接
続孔形成方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明にかかる半導体装置の接続孔形成方法は、絶
縁膜上に形成された配線パタ−ン上に、接続孔を形成す
る半導体装置の接続孔形成方法であって、前記絶縁膜上
に配線パタ−ンを形成した後、この配線パタ−ンを被覆
するように全面に第1層間絶縁膜を形成する工程と、前
記第1層間絶縁膜上全面にエッチングを停止するための
エッチング停止層を形成する工程と、前記配線パタ−ン
から外れた部分のエッチング停止層を残し、配線パタ−
ン上方に突出する凸部のエッチング停止層を除去して表
面を平坦化する工程と、全面に第2層間絶縁膜を形成す
る工程と、レジストパタ−ンをマスクとして前記第2層
間絶縁膜を開口して前記配線パタ−ンに達する接続孔を
形成する工程を有することを特徴とする。
【0011】この構成によれば、配線パタ−ンから外れ
た位置の上方にエッチング停止層が残されているため、
配線上に接続孔を形成する際に位置合わせずれ、ある
いはアラインメント精度ずれが生じても、配線から外れ
た部位でエッチングを停止させることができ、下層絶縁
膜をエッチングすることなく、配線上に確実に接続孔を
形成することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】好ましい実施の形態においては、
前記第1層間絶縁膜の形成を、バイアスECR法により
行なうことを特徴とする。
【0013】この方法によれば、第1層間絶縁膜の形成
をバイアスECR法により行なうため、配線から外れた
部分をほぼ平坦な状態として配線上にのみ凸形状に絶縁
膜を形成することができる。従って、この絶縁膜上にエ
ッチング停止層を形成して層間膜平坦化時に配線上から
外れた部分のエッチング停止層を残し、凸部のエッチン
グ停止層のみを配線形状に対応して正確に除去すること
ができる。
【0014】別の好ましい実施の形態においては、前記
凸部のエッチング停止層のみの除去を化学機械研磨で行
なうことを特徴とする。
【0015】この方法によれば、上記層間膜平坦化を化
学機械研磨で好適に行なうことができる。
【0016】さらに別の好ましい形態においては、前記
接続孔の内径の位置が対応する配線パタ−ンの外側にず
れていることを特徴とする。
【0017】本発明はこのように接続孔の位置が配線パ
タ−ンからずれている場合に特にその作用が有効に発揮
される。
【0018】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について、図
面を参照しながら説明する。本実施例は、MPUにおけ
る多層配線の形成方法に本発明を適用したものである。
先ず図1に示すように、サンプルとしてSiO2層1上に
配線パタ−ン(Al配線)2が形成されたものを用い
た。層間絶縁膜3を、約200〜350℃の低温で絶縁
膜その他を平坦に形成できるバイアス−ECR(電子サ
イクロトロン共鳴)プラズマCVD(以下、単にECR
と記す)装置を用いて、サンプル上面にSiO2からなる
層間絶縁膜3を堆積形成した。
【0019】層間絶縁膜3を堆積形成したECRによる
SiO2成膜条件は以下の通りとした。
【0020】原料ガス流量SiH4/O2/Ar=60/6
6/100sccm, チャンバ−内圧力=0.2Pa, μ波(2.45GHz)パワ−=2000w、 RFパワ−=2000W 成膜温度=300℃ このようにECR法を用いることにより、Al配線から
外れた部分はほぼ平坦に保ったまま、Al配線上にのみ
突出した凸部形状を有する絶縁膜が形成される。
【0021】このようにしてAl配線2を被覆する層間
絶縁膜3を形成した後、図1(b)に示すように、全面
にSi34エッチングストッパ−層を50nmの厚さに
プラズマCVD法を用いて堆積形成した。
【0022】その時のプラズマCVDによる成膜条件
は、以下の通りとした。
【0023】原料ガス流量SiH2Cl2/NH3/N2=5
0/200/200sccm, チャンバ−内圧力=70Pa, 基板温度=760℃ 次に、CMP(化学機械研磨)法によってAl配線上に
突出する凸部のSi3N4層を除去し、Al配線から外れ
た部分のエッチングストッパ−層を残して層間絶縁膜3
を平坦化した。これにより図1(c)に示すように、ほ
ぼ正確にAl配線パタ−ン形状に対応してエッチングス
トッパ−層が除去され、Al配線以外の部分にのみ平坦
なエッチングストッパ−層4が形成された。
【0024】この時の平坦化の条件は、以下の通りとし
た。
【0025】研磨プレ−ト回転数=20rpm, ウェハ−保持試料台回転数=20rpm, 研磨圧力=500gf/cm2, 研磨液=シリカ粒子(14wt%)+KOH水溶液 上記平坦化後、さらに、図2(a)に示すように、平坦
面全面に層間絶縁膜5を以下の条件でCVD法により堆
積形成した。
【0026】 原料ガス流量TEOS/O2=800/600sccm, チャンバ−内圧力=1133.2Pa, 基板温度=400℃, RFパワ−=700W このように層間絶縁膜5を略平坦に形成した後、層間絶
縁膜5上にフォトレジストをスピンコ−ト法により塗布
し、接続孔(コンタクトホ−ル)形成用のレジストパタ
−ン6を作り、このパタ−ンをマスクとして層間絶縁膜
5のドライエッチングを行ない、図2(b)に示すよう
に接続孔7を形成した。
【0027】この時のエッチングは、市販のマグネトロ
ンエッチャ−を使用して下記の条件で行なった。
【0028】原料ガス流量C48/CO/Ar= 10
/150/200sccm, チャンバ−内圧力=5.3Pa, 基板温度=20℃, RFパワ−=1600W この場合、図2(b)でわかるように、Al配線2から
外れた部分の上方はエッチングストッパ−層4で覆われ
ているためエッチングされず、従ってオ−バ−エッチを
十分行なってもAl配線を外れて下部までエッチングさ
れることはない。
【0029】この後、レジストパタ−ンをアッシング
(Ashing)し、図2(c)に示すようなAl配線2の内
部上面に接触する良好な接続孔7が得られた。通常の接
続孔形成プロセスと比較して1工程の増加で、オ−バ−
エッチングを1μm行なっても配線からから外れた部位
を余分にエッチングすることなく接続孔を形成すること
ができた。
【0030】以下、通常の工程により接続孔7内にメタ
ルを埋込み、上層配線とのコンタクトを形成し半導体装
置の多層配線構造をとることができる(図示せず)。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明による半導体
装置の接続孔形成方法によれば、メタル配線とこれに接
続すべきコンタクトホ−ルとの位置がずれても配線以外
の部位をエッチングすることなく、良好な接続孔を形成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る接続孔形成方法の実施例を示す
前半の概略工程断面図であり、(a)はECRによりメ
タル配線上に層間絶縁膜を形成した状態、(b)はスト
ッパ−層を形成した状態、(c)はCMP法による平坦
化時にメタル配線上のストッパ−層を除去した状態をそ
れぞれ示す。
【図2】 本発明に係る接続孔形成方法の実施例を示す
後半の概略工程断面図であり、(a)は平坦層上にさら
に、層間絶縁膜を形成した状態、(b)はレジストパタ
−ンをマスクとして接続孔を形成した状態、(c)はレ
ジストマスクを除去した状態をそれぞれ示す。
【符号の説明】
1:SiO2層、2:Al配線、3:層間絶縁膜、4:エ
ッチングストッパ−層、5:層間絶縁膜、6:レジスト
パタ−ン、7:接続孔

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁膜上に形成された配線パタ−ン上に、
    接続孔を形成する半導体装置の接続孔形成方法であっ
    て、 前記絶縁膜上に配線パタ−ンを形成した後、この配線パ
    タ−ンを被覆するように全面に第1層間絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記第1層間絶縁膜上全面にエッチングを停止するため
    のエッチング停止層を形成する工程と、 前記配線パタ−ンから外れた部分のエッチング停止層を
    残し、配線パタ−ン上方に突出する凸部のエッチング停
    止層を除去して表面を平坦化する工程と、 全面に第2層間絶縁膜を形成する工程と、 レジストパタ−ンをマスクとして前記第2層間絶縁膜を
    開口して前記配線パタ−ンに達する接続孔を形成する工
    程を有することを特徴とする半導体装置の接続孔形成方
    法。
  2. 【請求項2】前記第1層間絶縁膜の形成を、バイアスE
    CR法により行なうことを特徴とする請求項1記載の半
    導体装置の接続孔形成方法。
  3. 【請求項3】前記凸部のエッチング停止層の除去を、化
    学機械研磨で行なうことを特徴とする請求項1記載の半
    導体装置の接続孔形成方法。
  4. 【請求項4】前記接続孔の内壁の位置が対応する配線パ
    タ−ンの外側にずれていることを特徴とする請求項1記
    載の半導体装置の接続孔形成方法。
JP39097A 1997-01-06 1997-01-06 半導体装置の接続孔形成方法 Pending JPH10199971A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6633622B2 (en) 2000-12-13 2003-10-14 Hitachi, Ltd. Reactor power output measurement device
US7871829B2 (en) 2006-01-02 2011-01-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Metal wiring of semiconductor device and method of fabricating the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6633622B2 (en) 2000-12-13 2003-10-14 Hitachi, Ltd. Reactor power output measurement device
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