JPH1056061A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH1056061A
JPH1056061A JP21251096A JP21251096A JPH1056061A JP H1056061 A JPH1056061 A JP H1056061A JP 21251096 A JP21251096 A JP 21251096A JP 21251096 A JP21251096 A JP 21251096A JP H1056061 A JPH1056061 A JP H1056061A
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JP
Japan
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insulating film
hole
photoresist
semiconductor device
manufacturing
Prior art date
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Application number
JP21251096A
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English (en)
Inventor
Takaaki Kuriyama
尊章 栗山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体基板上の絶縁膜の内部に階段状に深さが
変化する溝穴構造を形成する際、穴が形成された状態の
絶縁膜に対してRIEにより溝を形成する時に、穴の内
面を簡単に保護し、RIEに伴う悪影響を受けないよう
にする。 【解決手段】半導体基板10上の絶縁膜13に形成され
たホール15の内部の少なくとも底面部にネガティブ型
のフォトレジスト16を埋め込む工程と、基板上全面に
ポジティブ型のフォトレジスト17を塗布した後、絶縁
膜の溝形成予定領域上に対応するフォトレジストを感光
させて現像し、溝形成予定領域上に対応するポジティブ
型のフォトレジストの感光部分を開口させ、レジストパ
ターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクと
して絶縁膜に対するRIEを行い、絶縁膜にホールより
浅く溝18を形成する工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特に半導体基板上の絶縁膜の内部に階段状
に深さが変化する溝穴構造を形成する溝穴加工方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上の絶縁膜の内部に階段状に
深さが変化する溝穴を有する構造の一例として、図3に
示すような多層配線構造を有する半導体装置において、
下層配線12上の層間絶縁膜13に形成された溝の底面
に複数のビアホールを有する構造がある。上記ビアホー
ルを含む溝の内部に配線材料19を埋め込むことによ
り、同一配線層の複数の配線12がビアホール内部およ
び溝内部の配線材料19を介して電気的に連なる構造が
チェーン状に繰り返すビアチェーン部が形成される。
【0003】図4(a)乃至(d)は、半導体基板上に
ビアチェーン部を有する二層配線構造を従来の製造方法
により形成した場合の工程の一部を示している。まず、
図4(a)に示すように、シリコン基板40上に形成さ
れた第1の層間絶縁膜41上に1層目の配線42を形成
し、この1層目の配線上に第2の層間絶縁膜43を形成
する。
【0004】次に、前記第2の層間絶縁膜43に対し
て、穴加工用の第1回目のPEP(写真蝕刻工程)およ
びRIE(反応性イオンエッチング)を行ってホールを
形成する。
【0005】即ち、図4(b)に示すように、基板上全
面にポジティブ型の第1のフォトレジスト44を塗布し
た後、ビアホールの形成予定部の上に対応する部分を感
光させた後に現像させ、上記感光部分を溶解させること
により開口させる。
【0006】そして、前記第1のフォトレジスト44の
パターンをマスクとして前記第2の層間絶縁膜43に対
してRIEを行い、第2の層間絶縁膜43に前記1層目
の配線42の上面に達する複数のビアホール45を形成
する。
【0007】次に、前記第2の層間絶縁膜43に対し
て、溝加工用の第2回目のPEPおよびRIEを行って
前記ビアホール45より浅く溝を形成する。即ち、前記
第1のフォトレジスト44を除去した後、図4(c)に
示すように、基板上全面にポジティブ型の第2のフォト
レジスト46を塗布した後、前記第2の層間絶縁膜43
のうちで前記ビアホール45部を平面領域内に含むよう
に指定される溝形成予定領域の上に対応する前記フォト
レジストを感光させる。この際、前記溝形成予定領域
は、その平面領域内に少なくとも2個のビアホールの形
成位置を含むように指定する。
【0008】この後、前記感光後のポジティブ型のフォ
トレジスト46を現像し、前記溝形成予定領域上に対応
する前記フォトレジスト46の感光部分を溶解させるこ
とにより開口させる。これにより、第2の層間絶縁膜4
3上に溝形成用のポジティブ型の第2のフォトレジスト
パターンが得られる。
【0009】そして、前記ポジティブ型の第2のフォト
レジストパターンをマスクとして前記第2の層間絶縁膜
43に対してRIEを行い、前記第2の層間絶縁膜43
に前記ビアホールより浅い溝47を複数形成する。
【0010】この時、第2回目のRIEは第1回目のR
IEよりも浅くエッチングを行うことにより、予め形成
されているビアホール45が溝47の底面に残るので、
階段状に深さが変化する溝穴を有する構造が得られる。
【0011】この後、前記第2の層間絶縁膜43の上に
残留している第2のフォトレジスト46を除去し、図4
(d)に示すように、前記ビアホール45の内部および
前記溝47の内部に2層目の配線48を埋め込むように
形成する。
【0012】ところで、前記第2回目のRIEに際し
て、予め形成されているビアホールの底面および側面が
保護されていないので、ビアホールの底面および側面が
不必要に加工されたり、RIEに伴う悪影響(ビアホー
ル底面層のダメージ、金属汚染など)を受ける。なお、
層間絶縁膜に形成された溝の底面に複数のコンタクトホ
ールを有する構造を形成する場合にも、上記したような
問題は同様に生じる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
半導体装置の溝穴加工方法は、溝形成用の第2回目のR
IEに際して、予め穴形成用の第1回目のRIEにより
形成されているホールの底面および側面が保護されてい
ないので、ホールの底面および側面が不必要に加工され
たり、RIEに伴う悪影響を受けるという問題があっ
た。
【0014】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、半導体基板上の絶縁膜の内部に階段状に深さ
が変化する溝穴を有する構造を形成する際、穴が形成さ
れた状態の絶縁膜に対して平面領域内に穴を含む溝をエ
ッチングする時に、穴の内面を簡単に保護でき、穴の内
面が不必要に加工されなくなり、エッチングに伴う悪影
響を受けなくなる半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板上に形成された絶縁膜に対してホ
ールを形成する工程と、前記ホールの内部に対して少な
くとも底面部にネガティブ型のフォトレジストを埋め込
むフォトレジスト埋込み工程と、前記ホールにネガティ
ブ型のフォトレジストが埋め込まれた状態の半導体基板
上にポジティブ型のフォトレジストを塗布した後、前記
絶縁膜のうちで前記ホール部を平面領域内に含むように
指定される溝形成予定領域の上に対応する前記フォトレ
ジストを感光させる工程と、前記感光後のフォトレジス
トを現像し、前記溝形成予定領域上に対応する前記ポジ
ティブ型のフォトレジストの感光部分を溶解させること
により開口させ、溝形成用のポジティブ型フォトレジス
トパターンを形成する工程と、前記ポジティブ型フォト
レジストパターンをマスクとして前記絶縁膜に対する異
方性エッチングを行い、前記絶縁膜に前記ホールより浅
く溝を形成する工程と、前記ホールの内部および前記絶
縁膜の上に残留しているフォトレジストを除去する工程
とを具備することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1(a)乃至(h)は、
本発明の半導体装置の製造方法の第1の実施の形態によ
り多層配線構造を実現する場合の工程の一部を示してい
る。
【0017】まず、図1(a)に示すように、半導体基
板(例えばシリコン基板)10上に形成された第1の層
間絶縁膜11上に1層目の配線12を形成し、この1層
目の配線上に第2の層間絶縁膜13を形成する。
【0018】次に、前記第2の層間絶縁膜に対して、第
1回目のPEP(穴加工PEP)および第1回目のRI
Eによる加工を行ってホールを形成する。即ち、図1
(b)に示すように、第2の層間絶縁膜13上に第1の
ポジティブ型のフォトレジスト14を塗布した後、ビア
ホールの形成予定部の上に対応する部分を感光させた後
に現像させ、上記ポジティブ型のフォトレジスト14の
感光部分を溶解させることにより開口させる。
【0019】そして、前記ポジティブ型のフォトレジス
ト14のパターンをマスクとして前記第2の層間絶縁膜
13に対してRIEを行い、第2の層間絶縁膜13に前
記1層目の配線12の上面に達する複数のビアホール1
5を形成する。
【0020】次に、前記第1のフォトレジスト14を除
去した後、図1(c)に示すように、基板上全面(ビア
ホール15の内部を含む)にネガティブ型のフォトレジ
スト16を塗布する。
【0021】この後、O2 RIEあるいはO2 アッシャ
ーにより、図1(d)に示すように、前記ネガティブ型
のフォトレジスト16を前記ビアホール15の内部に所
望の厚さだけ残してフォトレジスト16を除去する。本
例ではビアホール15内の全部にフォトレジスト16を
残している。
【0022】前記したようにビアホール15にネガティ
ブ型のフォトレジスト16が埋め込まれた状態の第2の
層間絶縁膜13に対して第2回目のPEP(溝加工PE
P)および第2回目のRIEによる加工を行う。
【0023】即ち、図1(e)に示すように、基板上全
面に第2のポジティブ型のフォトレジスト17を塗布し
た後、第2の層間絶縁膜13のうちでビアホール15部
を平面領域内に含むように指定される溝形成予定領域の
上に対応する部分の第2のフォトレジスト17を感光さ
せる。この際、ビアホール15の内部に残っているネガ
ティブ型のフォトレジスト16は感光により硬化する。
なお、前記溝形成予定領域は、その平面領域内に少なく
とも2個のビアホール15の形成位置を含むように指定
する。
【0024】この後、前記感光後のポジティブ型のフォ
トレジスト17を現像し、図1(f)に示すように、前
記溝形成予定領域上に対応するポジティブ型のフォトレ
ジスト17の感光部分を溶解させることにより開口させ
る。
【0025】これにより、第2の層間絶縁膜13上に溝
形成用のポジティブ型フォトレジスト17のパターンが
得られる。この場合、ビアホール15の内部には硬化状
態のネガティブ型のフォトレジスト16が残っている。
【0026】そして、図1(g)に示すように、前記ポ
ジティブ型フォトレジスト17のパターンをマスクとし
て前記第2の層間絶縁膜13に対してRIEを行い、第
2の層間絶縁膜13に前記ビアホール15より浅く溝1
8を形成する。
【0027】この時、第2回目のRIEは第1回目のR
IEよりも浅くエッチングを行うことにより、予め形成
されているビアホール15が溝18の底面に残るので、
階段状に深さが変化する溝穴を有する構造が得られる。
【0028】この後、前記前記第2の層間絶縁膜13の
上およびビアホール15の内部に残留しているフォトレ
ジスト17、16を除去した後、図1(h)に示すよう
に、溝穴の内部および第2の層間絶縁膜13上に2層目
の配線材料19を堆積する。
【0029】この後、図3に示したように、溝穴の内部
に配線材料19を残すように、エッチバックあるいはC
MP(化学機械的研磨)により第2の層間絶縁膜13上
の配線材料を除去する、または、第2の層間絶縁膜13
上の配線材料をパターニングして配線を形成する。
【0030】図3は、図1の工程により多層配線構造に
おける第1層目配線12がビアホール内部の配線材料1
9により電気的に接続された構造がチェーン状に繰り返
す最下層のビアチェーン部の一部を拡大して示してい
る。
【0031】なお、微小なビアホール15の内部に配線
材料を埋め込む方法として、通常は、高融点金属および
高融点金属窒化物の積層構造からなるバリアメタル層を
CVD法あるいはスパッタリング法により堆積させた
後、半導体基板を加熱しながらスパッリング法により例
えばAl合金膜を堆積させる。
【0032】即ち、例えば高融点金属および高融点金属
窒化物の積層構造(例えばTi/TiN/Ti)からな
るバリアメタル層をスパッタリング法(あるいはCVD
法でもよい)により堆積させる。次に、半導体基板10
を加熱しながら、Al合金ターゲットによるスパッリン
グを行って前記バリアメタル層上にAl合金膜を堆積さ
せる。この場合、上記Al合金膜のAlとその下地のバ
リアメタル層の金属(本例ではTi)とのAl−Ti合
金反応によりAl−Ti合金層が形成される。
【0033】上記したような第1の実施の形態によれ
ば、半導体基板上の絶縁膜の内部に階段状に深さが変化
する溝穴を有する構造を形成する際、ホールが形成され
た状態の絶縁膜に対して平面領域内にホールを含む溝を
ホールより浅くエッチングする時に、ビアホールの内部
には硬化状態のネガティブ型のフォトレジストが残って
いるので、ホールの底面および側面を簡単に保護でき
る。これにより、溝形成用のエッチングに際してホール
の底面および側面が不必要に加工されなくなり、エッチ
ングに伴う悪影響を受けなくなる。
【0034】なお、本発明では、前記ビアホール15の
内部に対して少なくとも底面部にネガティブ型のフォト
レジスト16を埋め込んだ後に第2の層間絶縁膜13に
ビアホール15より浅く溝18を形成することを特徴と
するものであり、ネガティブ型のフォトレジスト16を
埋め込む工程は上記例に限らない。
【0035】図2は、図1中のネガティブ型フォトレジ
スト16の埋め込み工程における変形例を示す断面図で
ある。この変形例では、ビアホール15内の底面部から
深さ方向の中間部までネガティブ型のフォトレジスト1
6を残してフォトレジスト16を除去する。
【0036】なお、本発明は、第1の層間絶縁膜11に
対して、溝の底面に半導体基板の表層部に達する複数の
コンタクトホールを有する溝穴構造を形成する場合にも
適用可能である。
【0037】
【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置の製
造方法によれば、半導体基板上の絶縁膜の内部に階段状
に深さが変化する溝穴構造を形成する際、穴が形成され
た状態の絶縁膜に対して平面領域内に穴を含む溝をエッ
チングする時に、穴の内面を簡単に保護でき、穴の内面
が不必要に加工されなくなり、エッチングに伴う悪影響
を受けなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の第1の実施の
形態により多層配線構造を実現する場合の工程の一部を
示す断面図。
【図2】図1中の工程の一部の変形例を示す断面図。
【図3】多層配線構造における最下層のビアチェーン部
をの一部を拡大して示しす断面図。
【図4】従来の製造方法により二層配線を形成した場合
の工程の一部を示す断面図。
【符号の説明】
10…半導体基板、 11…第1の層間絶縁膜、 12…1層目の配線、 13…第2の層間絶縁膜、 14…第1のポジティブ型のフォトレジスト、 15…ビアホール、 16…ネガティブ型のフォトレジスト、 17…第2のポジティブ型のフォトレジスト、 18…溝、 19…配線材料。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された絶縁膜に対し
    てホールを形成する工程と、 前記ホールの内部に対して少なくとも底面部にネガティ
    ブ型のフォトレジストを埋め込むフォトレジスト埋込み
    工程と、 前記ホールにネガティブ型のフォトレジストが埋め込ま
    れた状態の半導体基板上にポジティブ型のフォトレジス
    トを塗布した後、前記絶縁膜のうちで前記ホール部を平
    面領域内に含むように指定される溝形成予定領域の上に
    対応する前記フォトレジストを感光させる工程と、 前記感光後のフォトレジストを現像し、前記溝形成予定
    領域上に対応する前記ポジティブ型のフォトレジストの
    感光部分を溶解させることにより開口させ、溝形成用の
    ポジティブ型フォトレジストパターンを形成する工程
    と、 前記ポジティブ型フォトレジストパターンをマスクとし
    て前記絶縁膜に対する異方性エッチングを行い、前記絶
    縁膜に前記ホールより浅く溝を形成する工程と、 前記ホールの内部および前記絶縁膜の上に残留している
    フォトレジストを除去するフォトレジスト除去工程とを
    具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記溝形成予定領域は、その平面領域内に少なくとも2
    個のホールの形成位置を含むことを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記ホールは、前記半導体基板の表層部に達するコンタ
    クトホールであることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記絶縁膜は、半導体基板上に形成された配線の上に形
    成された層間絶縁膜であり、前記ホールは、前記配線の
    上面に達するビアホールであることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1に記載の半
    導体装置の製造方法において、 前記フォトレジスト埋込み工程は、前記ホールの内部の
    全部にネガティブ型のフォトレジストを埋め込むことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至4のいずれか1に記載の半
    導体装置の製造方法において、 前記フォトレジスト埋込み工程は、前記ホールの内部お
    よび前記絶縁膜の上にネガティブ型のフォトレジストを
    塗布した後、前記ネガティブ型のフォトレジストを前記
    ホールの内部に所望の厚さだけ残して除去することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1に記載の半
    導体装置の製造方法において、 前記フォトレジスト除去工程の後に前記ホールの内部お
    よび前記溝の内部に配線材料を埋め込むように形成する
    工程をさらに具備することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100376976B1 (ko) * 2000-06-22 2003-03-26 주식회사 하이닉스반도체 금속 배선 형성 방법
CN102201336A (zh) * 2010-03-26 2011-09-28 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体器件层上的氧化层刻蚀后残留物的去除方法

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