JPH1064996A - 半導体装置の自己整合的金属配線形成方法 - Google Patents
半導体装置の自己整合的金属配線形成方法Info
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Abstract
ンタクトホールの表面積の減少を防止して接触抵抗特性
と集積度を向上させる。 【解決手段】半導体基板31上に第1絶縁膜33を形成
し、その上に第1導線層35を形成する工程と、第1絶
縁膜33と第1導線層35との上に第2絶縁膜37を形
成し、その上に感光膜39を塗布する工程と、感光膜3
9を第1露光及び現象してコンタクトホールパターンを
形成し、第2絶縁膜37をエッチングしてコンタクトホ
ール41を形成する工程と、第1露光及び現象の後に残
留する感光膜を第2露光及び現像して、コンタクトホー
ル41を含む位置に所定形状のトレンチパターンを形成
する工程と、第2絶縁膜をエッチングしてトレンチ43
を形成する工程と、感光膜を除去し、第2導線層45を
形成する工程と、を順次行なう。
Description
合的金属配線形成方法に係り、特にコンタクトホールと
上層配線を形成するためのトレンチの誤整列によるコン
タクトホールの表面積の減少を防止して接触抵抗特性と
集積度を向上させることのできる半導体装置の自己整合
的金属配線形成方法に関する。
としてはアルミニウムAlまたはアルミニウム合金薄膜
が広く用いられてきたが、それは電気伝導度が高くて、
ドライエッチングによるパターン形成が容易であり、シ
リコン酸化膜との接合性に優れると同時に、比較的価格
が易いという特性のためである。
つれて、その大きさが減少し、且つ金属配線の多層化及
び幅の微細化が進み、金属配線の形成されるべき表面の
トポグラフィ(topography)の低下や、或いはコンタクト
ホール(contact hole)の内部のように凸凹のある部分で
の段差被覆性(stepcoverage)が重要になった。この点、
金属配線を形成するためにアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金をスパッタリング(sputtering)して金属配線膜
を形成すると、凸凹のある部分でシャドー効果(shadow
effect) によって局部的に金属配線膜が薄く形成され、
特に1より大きい縦横比(aspect ratio)をもつコンタク
トホールでは深刻である。
着方法の代わりに、形成される膜の表面を平坦にするこ
とのできる化学気相蒸着(Chemical Vapor Deposition:
以下、「CVD」という)方法でアルミニウムまたはア
ルミニウム合金を蒸着することにより、段差被覆性を改
善する研究が行われた。しかし、半導体装置の集積度が
さらに増加すると、金属配線は幅の超微細化に応じて銅
Cuや金Auや銀Agなどのようにアルミニウムまたは
アルミニウム合金より電気伝導度の高い金属で形成され
るべきである。前記において、銅はアルミニウムに比べ
て比抵抗が低いのみならず、エレクトロマイグレーショ
ン(electro migration) 及びストレスマイグレーション
(stress migration)特性に優れているので、信頼性を一
層向上させることができる。このため、銅をスパッタリ
ングまたは化学気相蒸着法で形成する方法が研究されて
いる。
グする時に有用に用いられるハロゲン(Halogen) 化合物
で銅をエッチングする場合、ハロゲン化合物の蒸気圧が
低いので、エッチング時に温度を500℃程度の高温に
上昇させなければならない。従って、銅の配線をエッチ
ングによって直接パターニングして形成する代わりに、
基板に金属配線の形状にトレンチ(trench)を形成し、銅
薄膜を蒸着した後、化学機械的研磨(Chemical Mechanic
al Polishing:以下、「CMP」という)方法でエッチ
バックして、埋め込まれた伝導線(buried conductor)を
作る方法が研究されている。また、下部の配線と上部の
配線を連結させるコンタクトホールと上部の配線を形成
するためのトレンチを自己整合的に整列させて上部配線
形成時にコンタクトホールを通じて下部配線と連結して
多層配線を形成する技術がIBM社によって「Dual Dam
ascene:A ULSI Wiring Technology 」という題目で19
91年VMIC(p. 144−p. 152)に発表さ
れ、且つNEC社によって「A Quarter-Micron Planari
zed Interconnection Technology With Self-Aligned P
lug 」という題目でIEDM(p. 305−p. 30
8)に発表された。
社の技術による半導体装置の自己整合的金属配線形成方
法を示す工程図である。図1(A)を参照すると、半導
体基板11上に第1絶縁膜13を形成し、この第1絶縁
膜13上に第1導線層15を形成する。そして、第1導
線層15を通常のフォトリソグラフィ方法よって所定形
状にパターニングし、この第1絶縁膜13と第1導線層
15上に第2絶縁膜17を形成する。その後、第2絶縁
膜17上に第1感光膜19を塗布し、露光及び現像して
コンタクトホールの形成されるべき部分の第2絶縁膜1
7を露出させる。そして、前記第2絶縁膜17の露出し
た部分と第1感光膜19上に第2感光膜21を塗布し、
露光及び現像して所定形状のパターンに形成する。この
時、第2感光膜21の現像された部分は上部の導線層を
形成するためのトレンチパターンを有するもので、第1
感光膜19の現像された部分を含み第1感光膜19の所
定の部分を露出させる。
2感光膜19,21をマスクとして第2絶縁膜17の露
出した部分を所定の深さに異方性エッチングして、第1
導線層15が露出されないようにコンタクトホール23
を形成する。図1(C)を参照すると、第2感光膜21
と第1感光膜19を順次エッチバック(etch-back) して
第1感光膜19に前記トレンチパターン形態を有する第
2感光膜21を転写させる。この時、第1感光膜19の
露出した部分は全て除去されて第2絶縁膜17が露出さ
れるようにする。従って、第2絶縁膜17は第1導線層
15の長さ方向に長く露出される。そして、第2及び第
1感光膜21,19をマスクとして第2絶縁膜17を異
方性エッチングしてトレンチ25を形成する。この時、
コンタクトホール23の底面もエッチングされるので、
前記トレンチ25はコンタクトホール23によって第1
導線層15が露出されるようにエッチングする。
光膜19,21を除去した後、第2絶縁膜17上に銅な
どの導電性物質を、コンタクトホール23とトレンチ2
5とが満たされて第1導線層15と電気的に連結される
ように蒸着して第2導線層27を形成する。そして、第
2絶縁膜17上に蒸着された第2導線層27を化学機械
的研磨方法などでエッチバックする。
社の技術による半導体装置の自己整合的金属配線形成方
法を示す工程図である。図2(A)を参照すると、半導
体基板11上に第1絶縁膜13を形成し、この第1絶縁
膜13上に第1導線層15を形成する。そして、第1導
線層15を通常のフォトリソグラフィ方法によって所定
形状にパターニングし、この第1絶縁膜13と第1導線
層15上に第2絶縁膜17を形成する。
上に、第1絶縁膜13とエッチング選択比の異なる絶縁
物質を蒸着してエッチング防止層18を形成する。そし
て、エッチング防止層18上に第1感光膜19を塗布し
た後、露光及び現像してコンタクトホールの形成される
べき部分のエッチング防止層18を露出させる。そし
て、第1感光膜19をマスクとしてエッチング防止層1
8の露出した部分をエッチングして第2絶縁膜17を露
出させる。
19を除去し、第2絶縁膜17及びエッチング防止層1
8上に前記第2絶縁膜17と同一の絶縁物質で第3絶縁
膜20を形成する。そして、第3絶縁膜20上に第2感
光膜21を塗布し、露光及び現像して所定形状のパター
ンに形成する。この時、第2感光膜21の現像された部
分は上部の導線層を形成するためのトレンチパターンを
有するもので、前記第2絶縁膜17の露出した部分を含
んで第3絶縁膜20の所定部分を露出させる。そして、
第2感光膜21をマスクとして第3絶縁膜20の露出し
た部分をエッチング防止層18が露出されるようにエッ
チングしてトレンチ25を形成し、引き続き、エッチン
グ防止層18をマスクとして第2絶縁膜17を第1導線
層15が露出されるようにエッチングしてコンタクトホ
ール23を形成する。
を除去した後、第3絶縁膜20上に銅などの導電性物質
を、コンタクトホール23とトレンチ25が満たされて
第1導線層15と電気的に連結されるように蒸着して第
2導線層27を形成する。そして、第3絶縁膜20上に
蒸着された第2導線層27をCMPなどでエッチバック
する。
の金属配線形成方法は、コンタクトホールを形成するた
めの第1感光膜とトレンチを形成するための第2感光膜
とを、それぞれ異なる工程で形成するので、工程が複雑
であり、且つ誤整列によってコンタクトホールの表面積
が減少して、接触抵抗が大きくなるおそれがあるという
問題点があった。
ルとトレンチの誤整列によるコンタクトホールの表面積
の減少を防止して接触抵抗特性と集積度を向上させるこ
とのできる半導体装置の自己整合的金属配線形成方法を
提供することにある。本発明の他の目的は、感光膜を単
一層にして2回の露光及び現像工程を行うことにより、
感光膜を塗布する工程を減らすことのできる半導体装置
の自己整合的金属配線形成方法を提供することにある。
に、本発明の第1の構成として、請求項1に係る発明の
ように、半導体基板上に第1絶縁膜を形成し、該第1絶
縁膜上の所定部分に第1導線層を形成する工程と、前記
第1絶縁膜と前記第1導線層との上に第2絶縁膜を形成
し、該第2絶縁膜上に感光膜を塗布する工程と、該感光
膜を第1露光及び現象してコンタクトホールパターンを
形成し、前記感光膜をマスクとして前記第2絶縁膜をエ
ッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、前記
第1露光及び現象の後に残留する感光膜を第2露光及び
現像して、前記コンタクトホールを含む位置に所定形状
のトレンチパターンを形成する工程と、該トレンチパタ
ーンの形成された感光膜をマスクとして前記第2絶縁膜
を所定の深さにエッチングしてトレンチを形成する工程
と、前記感光膜を除去し、前記トレンチ及び前記コンタ
クトホールを満たして前記第1導線層と電気的に連結す
る第2導線層を形成する工程と、を順次行なう。
光材料で形成してもよく、互いに異なる現像特性をもつ
ポジティブ形感光材料及びネガティブ形感光材料の、一
方を下部層として、他方を上部層として積層して形成し
てもよい。後者の場合には、前記第1露光及び現像によ
り前記感光膜の上部層にコンタクトホールパターンを形
成し、エッチバックして前記下部層に前記コンタクトホ
ールパターンを転写することにより、第2露光の位置整
合を容易にする。
項7に係る発明のように、半導体基板上に第1絶縁膜を
形成し、該第1絶縁膜上の所定部分に第1導線層を形成
する工程と、前記第1絶縁膜と前記第1導線層との上に
第2絶縁膜を形成し、該第2絶縁膜上に感光膜を塗布す
る工程と、該感光膜を、露光量を調節して第1露光及び
現像して、前記感光膜の上部層に前記第2絶縁膜が露出
されない所定の深さをもつコンタクトホールパターンを
形成する工程と、前記感光膜の上部層に形成されたコン
タクトホールパターンが前記感光膜の下部層に転写され
て第2絶縁膜が露出されるようにエッチバックする工程
と、前記エッチバック後に残留する感光膜をマスクとし
て、前記第2絶縁膜の露出した部分をエッチングしてコ
ンタクトホールを形成する工程と、前記残留する感光膜
を第2露光及び現像して、前記コンタクトホールパター
ンを含む位置に所定形状のトレンチパターンを形成する
工程と、該トレンチパターンの形成された感光膜をマス
クとして第2絶縁膜を所定の深さにエッチングしてトレ
ンチを形成する工程と、前記感光膜を除去し、前記トレ
ンチ及びコンタクトホールを満たして前記第1導線層と
電気的に連結する第2導線層を形成する工程と、を順次
行なう。
項11に係る発明のように、半導体基板上に第1絶縁膜
を形成し、該第1絶縁膜上の所定部分に第1導線層を形
成する工程と、前記第1絶縁膜と前記第1導線層との上
に第2絶縁膜を形成し、該第2絶縁膜上に感光膜を塗布
する工程と、該感光膜を第1露光及び現像して前記第2
絶縁膜を露出させるコンタクトホールパターンを形成
し、続いて、露光量を調節して第2露光及び現像し、前
記感光膜の上部層にコンタクトホールパターンを含むト
レンチパターンを形成する工程と、前記感光膜をマスク
として前記コンタクトホールパターンによって露出され
た第2絶縁膜の所定部分にコンタクトホールを形成する
工程と、前記感光膜の上部層に形成された前記トレンチ
パターンが第2絶縁膜上に転写されるようにエッチバッ
クする工程と、前記エッチバック後に残留する感光膜を
マスクとして第2絶縁膜を所定の深さにエッチングして
トレンチを形成する工程と、前記感光膜を除去し、前記
トレンチ及び前記コンタクトホールを満たして前記第1
導線層と電気的に連結する第2導線層を形成する工程
と、を順次行なう。
求項15に係る発明のように、半導体基板上に第1絶縁
膜を形成し、該第1絶縁膜上の所定部分に第1導線層を
形成する工程と、前記第1絶縁膜と前記第1導線層との
上に第2絶縁膜を形成し、該第2絶縁膜上に感光膜を塗
布する工程と、該感光膜を第1露光してコンタクトホー
ルパターン形態の露光領域を形成し、前記感光膜に不純
物をドーピングして露光領域の形成されていない部分に
所定の深さをもつ変質層を形成する工程と、前記露光領
域を現像してコンタクトホールパターンを形成し、前記
感光膜をマスクとして前記第2絶縁膜をエッチングして
コンタクトホールを形成する工程と、前記第1露光及び
現像の後に残留する前記感光膜を第2露光及び現像し
て、前記コンタクトホールパターンを含む所定形状のト
レンチパターンを形成し、変質層を除去する工程と、前
記感光膜をマスクとして第2絶縁膜を所定の深さにエッ
チングしてトレンチを形成する工程と、前記感光膜を除
去し、前記トレンチ及び前記コンタクトホールを満たし
て前記第1導線層と電気的に連結する第2導線層を形成
する工程と、を順次行なう。
による露光領域を、露光量を調節して前記感光膜の所定
の深さまでにのみ形成してもよく、また、前記露光領域
を前記2絶縁膜と接触するように形成してもよい。前者
の場合には、前記第1露光による露光領域の現像後、前
記変質層をマスクとして、前記露光領域の下部に位置す
る前記感光膜にコンタクトホールパターンが転写されて
第2絶縁膜が露出されるように感光膜をエッチバックす
るとよい。
を含む有機物質および/または酒石(Sn)を用いるこ
とができる。上述したいずれの構成においても、前記コ
ンタクトホールを形成する工程において、前記第1導線
層が露出されない深さにコンタクトホールを形成し、前
記トレンチを形成する工程において、前記トレンチを形
成しながら、前記コンタクトホールをさらに深く形成し
て前記第1導線層を露出させるようにすれば、トレンチ
形成時の第1導線層へのダメージを軽減できる。
銅、金、銀、白金のいずれかまたはこれらの合金からな
る導電性物質で形成することができる。
を詳細に説明する。図3(A)乃至(C)は本発明の第
1実施例による半導体装置の自己整合的金属配線形成方
法を示す工程図である。図3(A)を参照すると、半導
体基板31上に第1絶縁膜33を形成し、この第1絶縁
膜33上に第1導線層35を形成する。前記半導体基板
31は不純物拡散領域(図示せず)または導線が形成さ
れており、この不純物拡散領域または導線に第1導線層
35が電気的に連結されている。そして、第1導線層3
5を通常のフォトリソグラフィ方法によって所定形状に
パターニングし、この第1絶縁膜33と第1導線層35
上に第2絶縁膜37を形成する。その後、第2絶縁膜3
7上にポジティブ形(positive type) の感光膜39を塗
布し、第1露光及び現像してコンタクトホールパターン
を形成して第2絶縁膜37を露出させる。そして、前記
感光膜39をマスクとしてCF4 またはCHF3 などの
ようにフッ素Fを含む反応性イオンを用いて第2絶縁膜
37の露出した部分を所定の深さだけ異方性エッチング
してコンタクトホール41を形成する。この時、コンタ
クトホール41によって第1導線層35が露出されない
ようにする。
び現像後残留する感光膜39を第2露光及び現像して、
コンタクトホールパターンを含み第1導線層35の長さ
方向に長く形成されるトレンチパターンを形成する。前
記で第1露光及び現像後残留する感光膜39は露光され
ていないため、第2露光及び現像が可能である。図3
(C)を参照すると、前記トレンチパターンの形成され
た感光膜39をマスクとして第2露光及び現像によって
露出された第2絶縁膜37の所定部分をCF4 またはC
HF3 などのようにフッ素Fを含む反応性イオンを用い
て所定の深さだけ異方性エッチングしてトレンチ43を
形成する。この時、コンタクトホール41の底面もエッ
チングされるので、コンタクトホール41によって第1
導線層35が露出される。そして、感光膜39を除去し
た後、全表面にスパッタリング(suppering) または化学
気相蒸着法(Chemical Vapor Deposition) などの方法で
アルミニウム、銅、金、銀、白金のいずれかまたはこれ
らの合金からなる導電性物質を蒸着して第2導線層45
を形成する。この時、第2導線層45はトレンチ43だ
けでなくコンタクトホール41にも満たされて第1導線
層35を電気的に連結される。そして、第2絶縁膜37
上に蒸着された第2導線層45をCMP方法などでエッ
チバックする。
例による半導体装置の自己整合的金属配線形成方法を示
す工程図である。図4(A)を参照すると、半導体基板
31上に第1絶縁膜33を形成し、この第1絶縁膜33
上に第1導線層35を形成する。前記半導体基板31は
不純物拡散領域(図示せず)または導線が形成されるて
おり、この不純物拡散領域または導線に第1導線層35
が電気的に連結されている。そして、第1導線層35を
通常のフォトリソグラフィ方法によって所定形状にパタ
ーニングし、この第1絶縁膜33と第1導線層35上に
第2絶縁膜37を形成する。その後、第2絶縁膜37上
にポジティブ形(positive type) の感光膜39とネガテ
ィブ形(negative type) の感光膜47を順次塗布する。
そして、上部層のネガティブ形の感光膜47を第1露光
及び現像してコンタクトホールパターンを形成して、前
記下部層のポジティブ形の感光膜39を露出させる。前
記において、下部層及び上部層の感光膜39,47をそ
れぞれをポジティブ形及びネガティブ形に形成したが、
逆にそれぞれネガティブ形及びポジティブ形に形成する
こともできる。
層の感光膜47,39を、CF4 またはCHF3 などの
ようにフッ素Fを含むか、或いはO2 などのように酸素
Oを含む反応性イオンを用いて、下部層感光膜39上の
上部層感光膜47が除去されるように異方性エッチング
でエッチバックする。この時、上部層感光膜47に形成
されたコンタクトホールパターンが下部層感光膜39に
転写されてその部分の第2絶縁膜37が露出される。そ
して、コンタクトホールパターンの形成された下部感光
膜39をマスクとしてCF4 またはCHF3 などのよう
にフッ素Fを含む反応性イオンを用いて第2絶縁膜37
の露出した部分を所定の深さだけ異方性エッチングして
コンタクトホール41を形成する。この時、コンタクト
ホール41によって第1導線層35が露出されない。
ホールパターンの形成された下部層感光膜39を第2露
光及び現像して、コンタクトホールを含む所定形状のト
レンチパターンを形成する。前記で残留する感光膜39
は第1露光によって露光されないため、第2露光及び現
像が可能である。そして、前記感光膜39をマスクとし
て第2露光及び現像によって露出された第2絶縁膜37
の所定部分をCF4 またはCHF3 などのようにフッ素
Fを含む反応性イオンを用いて部分を所定の深さだけ異
方性エッチングしてトレンチ43を形成する。この時、
コンタクトホール41の底面もエッチングされるので、
前記トレンチ43はコンタクトホール41によって第1
導線層35が露出されるようにエッチングして形成す
る。
去した後、全表面にスパッタリングまたは化学気相蒸着
法などの方法でアルミニウム、銅、金、銀、白金のいず
れかまたはこれらの合金からなる導電性物質を蒸着して
第2導線層45を形成する。この時、第2導線層45は
トレンチだけでなくコンタクトホール41にも満たされ
て第1導線層35と電気的に連結される。そして、第2
絶縁膜37上に蒸着された第2導線層45をCMP方法
などでエッチバックする。
例による半導体装置の自己整合的金属配線形成方法を示
す工程図である。図5(A)を参照すると、半導体基板
31上に第1絶縁膜33を形成し、この第1絶縁膜33
上に第1導線層35を形成する。前記半導体基板31は
不純物拡散領域(図示せず)または導線が形成されるて
おり、この不純物拡散領域(図示せず)または導線に第
1導線層35が電気的に連結されている。そして、第1
導線層35を通常のフォトリソグラフィ方法によって所
定形状にパターニングし、この第1絶縁膜33と第1導
線層35上に第2絶縁膜37を形成する。その後、第2
絶縁膜37上にポジティブ形(positive type) の感光膜
39を厚く塗布して形成する。そして、感光膜39を第
2絶縁膜37が露出されないように所定の深さまで(上
部層)のみ露光されるように露光量を調節して第1露光
及び現像してコンタクトホールパターンを形成する。
F4 またはCHF3 などのようにフッ素Fを含むか、或
いはO2 などのように酸素Oを含む反応性イオンを用い
て第2絶縁膜37が露出されるように異方性エッチング
でエッチバックする。このとき、感光膜39の上部層の
所定部分に形成されたコンタクトホールパターンが下部
層に転写されて、その部分の第2絶縁膜37が露出され
る。そして、コンタクトホールパターンの形成された残
留の感光膜39をマスクとしてCF4 またはCHF3 な
どのようにフッ素Fを含む反応性イオンを用いて第2絶
縁膜37の露出した部分を所定の深さだけ異方性エッチ
ングしてコンタクトホール41を形成する。この時、コ
ンタクトホール41によって第1導線層35が露出され
ないようにする。
ホールパターンの形成された残留の感光膜39を第2露
光及び現像してコンタクトホールパターンを含む所定形
状のトレンチパターンを形成する。前記で残留する感光
膜39は第1露光によって露光されていないため、第2
露光及び現像が可能である。そして、前記感光膜39を
マスクとして第2露光及び現像によって露出された第2
絶縁膜37の所定部分をCF4 またはCHF3 などのよ
うにフッ素Fを含む反応性イオンを用いて所定の深さだ
け異方性エッチングしてトレンチ43を形成する。この
時、コンタクトホール41の底面もエッチングされるの
で、前記トレンチ43はコンタクトホール41によって
第1導線層35が露出されるようにエッチングして形成
する。
39を除去した後、上述した構造の全表面にスパッタリ
ング(suppering) または化学気相蒸着法(Chemical Vapo
ur Deposition)などの方法でアルミニウム、銅、金、
銀、白金のいずれかまたはこれらの合金からなる導電性
物質を蒸着して第2導線層45を形成する。この時、第
2導線層45はトレンチだけでなくコンタクトホール4
1にも満たされて第1導線層35と電気的に連結され
る。そして、第2絶縁膜37上に蒸着された第2導線層
45をCMP方法などでエッチバックする。
半導体装置の自己整合的金属配線規示す工程図である。
図6(A)を参照すると、半導体基板31上に第1絶縁
膜33を形成し、この第1絶縁膜33上に第1導線層3
5を形成する。前記半導体基板31は不純物拡散領領域
(図示せず)または導線が形成されており、この不純物
拡散領域または導線に第1導線層35が電気的に連結さ
れている。そして、第1導線層35を通常のフォトリソ
グラフィ方法によって所定形状にパターニングし、この
第1絶縁膜33と第1導線層35上に第2絶縁膜37を
形成する。その後、第2絶縁膜37上にポジティブ形の
感光膜39を厚く塗布して形成する。そして、感光膜3
9を第2絶縁膜37と接触する部分までコンタクトホー
ルパターンの第1露光を行い、引き続き、露光量を調節
して所定の深さまで(上部層)のみ前記コンタクトホー
ルパターンを含むトレンチパターンに露光されるように
第2露光する。そして、第1及び第2露光された部分を
現像してコンタクトホールパターン及びトレンチパター
ンを形成する。前記コンタクトホールパターンは前記第
1導線層35と対応する所定の部分の第2絶縁膜37を
露出させ、トレンチパターンはコンタクトホールパター
ンと段差を成す所定形状に形成する。
をマスクとして、CF4 またはCHF3 などのようにフ
ッ素Fを含む反応性イオンを用いて第2絶縁膜37の露
出した部分を所定の深さだけ異方性エッチングしてコン
タクトホール41を形成する。この時、コンタクトホー
ル41によって第1導線層35が露出されないようにす
る。
をCF4 またはCHF3 などのようにフッ素Fを含む
か、或いはO2 などのように酸素Oを含む反応性イオン
でエッチバックして前記トレンチパターンが第2絶縁膜
37上に転写されるようにする。そして、トレンチパタ
ーンの形成された残留の感光膜39をマスクとしてCF
4 またはCHF3 などのようにフッ素Fを含む反応性イ
オンを用いて第2絶縁膜37の露出した部分を異方性エ
ッチングし、トレンチ43を形成する。この時、コンタ
クトホール41の底面もエッチングされるので、コンタ
クトホール41によって第1導線層35が露出される。
39を除去した後、上述した構造の全表面にアルミニウ
ム、銅、金、銀、白金のいずれかまたはこれらの合金か
らなる導電性物質をスパッタリングまたは化学気相蒸着
法などの方法で蒸着して第2導線層45を形成する。こ
の時、第2導線層45はトレンチ43だけでなくコンタ
クトホール41にも満たされて第1導線層35と電気的
に連結される。そして、第2絶縁膜37上に蒸着された
第2導線層45をCMP方法などでエッチバックする。
例に半導体装置の自己整合的金属配線形成方法を示す工
程図である。図7(A)を参照すると、半導体基板31
上に第1絶縁膜33を形成し、この第1絶縁膜33上に
第1導線層35を形成する。前記半導体基板31は不純
物拡散領域(図示せず)または導線が形成されており、
この不純物拡散領域または導線に第1導線層35が電気
的に連結されている。そして、第1導線層35を通常の
フォトリソグラフィ方法によって所定形状にパターニン
グし、この第1絶縁膜33と第1導線層35上に第2絶
縁膜37を形成する。その後、第2絶縁膜37上にポジ
ティブ形(positive type) の感光膜39を厚く塗布して
形成する。そして、感光膜39を露光量を調節して所定
の深さまでのみ第1露光してコンタクトホールパターン
形態の露光領域49を形成する。その後、前記感光膜3
9にシリコンSiを含むHMDS(Hexamethyldisilazan
e)などのような有機物質や酒石Snなどをドーピングし
て露光領域49の形成されていない部分に所定の深さを
もつ変質層51を形成する。
除去されるように現像した後、前記変質層51をマスク
としてCF4 またはCHF3 などのようにフッ素Fを含
むか、或いはO2 などのように酸素Oを含む反応性イオ
ンで感光膜39の露出した部分をエッチバックする。こ
の時、コンタクトホールパターンが感光膜39に転写さ
れて第2絶縁膜37が露出される。そして、前記変質層
51をマスクとしてCF4 またはCHF3 などのように
フッ素Fを含む反応性イオンを用いて第2絶縁膜37の
露出した部分を所定の深さだけ異方性エッチングしてコ
ンタクトホール41を形成する。この時、コンタクトホ
ール41によって第1導線層35が露出されないように
する。
と現像された部分とを除いた残留の感光膜39を、前記
コンタクトホールパターンを含む所定形状のトレンチパ
ターンに第2露光する。その後、変質層51を選択的に
除去し、感光膜39の露光した部分を現像してトレンチ
パターンを形成する。前記で変質層51を選択的に除去
した後、感光膜39を第2露光及び現像してトレンチパ
ターンを形成することもできる。そして、前記トレンチ
パターンの形成された残留の感光膜39をマスクとして
CF4 またはCHF3 などのようにフッ素Fを含む反応
性イオンを用いて第2絶縁膜37の露出した部分を異方
性エッチングしてトレンチ43を形成する。この時、コ
ンタクトホール41の底面もエッチングされるので、コ
ンタクトホール41によって第1導線層35が露出され
る。
39を除去した後、上述した構造の全表面にアルミニウ
ム、銅、金、銀、白金のいずれかまたはこれらの合金か
らなる導電性物質をスパッタリングまたは化学気相蒸着
法などの方法で蒸着して第2導線層45を形成する。こ
の時、第2導線層45はトレンチ43だけでなくコンタ
クトホール41にも満たされて第1導線層35と電気的
に連結される。そして、第2絶縁膜37上に蒸着された
第2導線層45をCMP方法などでエッチバックする。
例による半導体装置の自己整合的金属配線形成方法を示
す工程図である。図8(A)を参照すると、半導体基板
31上に第1絶縁膜33を形成し、この第1絶縁膜33
上に第1導線層35を形成する。前記半導体基板31は
不純物拡散領域(図示せず)または導線が形成されてお
り、この不純物拡散領域または導線に第1導線層35が
電気的に連結されている。そして、第1導線層35を通
常のフォトリソグラフィ方法によって所定形状にパター
ニングし、この第1絶縁膜33と第1導線層35上に第
2絶縁膜37を形成する。その後、第2絶縁膜37上に
ポジティブ形の感光膜39を塗布して形成した後、感光
膜39を第2絶縁膜37と接触する部分までコンタクト
ホールパターンに第1露光してコンタクトホールパター
ンの露光領域49を形成する。その後、前記感光膜39
にシリコンSiを含むHMDS(Hexamethyldisilazane)
などのような有機物質や酒石Snなどをドーピングし
て、露光領域49の形成されていない部分に所定の深さ
をもつ変質層51を形成する。
除去されて第2絶縁膜37が露出されるように現像す
る。そして、前記変質層51をマスクとしてCF4 また
はCHF3 などのようにフッ素Fを含む反応性イオンで
第2絶縁膜37の露出した部分を所定の深さだけ異方性
エッチングしてコンタクトホール41を形成する。この
時、コンタクトホール41によって第1導線層35が露
出されないようにする。
と現像された部分とを除いた残留の感光膜39を前記コ
ンタクトホールパターンを含む所定形状のトレンチパタ
ーンに第2露光する。その後、変質層51を選択的に除
去し、感光膜39の露光された部分を現像してトレンチ
パターンを形成する。このとき、変質層51を選択的に
除去した後、感光膜39を第2露光及び現像してトレン
チパターンを形成することもできる。そして、前記トレ
ンチパターンの形成された残留の感光膜39をマスクと
してCF4 またはCHF3 などのようにフッ素Fを含む
反応性イオンを用いて第2絶縁膜37の露出した部分を
異方性エッチングしてトレンチ43を形成する。この
時、コンタクトホール41の底面もエッチングされるの
で、コンタクトホール41によって第1導線層35が露
出される。
39を除去した後、上述した構造の全表面にアルミニウ
ム、銅、金、銀、白金のいずれかまたはこれらの合金か
らなる導電性物質をスパッタリングまたは化学気相蒸着
法などの方法で蒸着して第2導線層45を形成する。こ
の時、第2導線層45はトレンチ43だけでなくコンタ
クトホール41にも満たされて第1導線層35と電気的
に連結される。そして、第2絶縁膜37上に蒸着された
第2導線層45をCMP方法などでエッチバックする。
レンチの誤整列によるコンタクトホールの表面積の減少
を防止して接触抵抗特性と集積度を向上させることがで
き、且つ感光膜を単一層にして2回の露光及び現像工程
が行えるので工程を減らすことのできる利点がある。
方法を示す工程図
形成方法を示す工程図
Claims (22)
- 【請求項1】半導体基板上に第1絶縁膜を形成し、該第
1絶縁膜上の所定部分に第1導線層を形成する工程と、 前記第1絶縁膜と前記第1導線層との上に第2絶縁膜を
形成し、該第2絶縁膜上に感光膜を塗布する工程と、 該感光膜を第1露光及び現象してコンタクトホールパタ
ーンを形成し、前記感光膜をマスクとして前記第2絶縁
膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程
と、 前記第1露光及び現象の後に残留する感光膜を第2露光
及び現像して、前記コンタクトホールを含む位置に所定
形状のトレンチパターンを形成する工程と、 該トレンチパターンの形成された感光膜をマスクとして
前記第2絶縁膜を所定の深さにエッチングしてトレンチ
を形成する工程と、 前記感光膜を除去し、前記トレンチ及び前記コンタクト
ホールを満たして前記第1導線層と電気的に連結する第
2導線層を形成する工程と、 を順次行なうことを特徴とする半導体装置の自己整合的
金属配線形成方法。 - 【請求項2】前記感光膜を、ポジティブ形感光材料で形
成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の自
己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項3】前記感光膜を、互いに異なる現像特性をも
つポジティブ形感光材料及びネガティブ形感光材料の、
一方を下部層として、他方を上部層として積層して形成
することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の自己
整合的金属配線形成方法。 - 【請求項4】前記第1露光及び現像により前記感光膜の
上部層にコンタクトホールパターンを形成し、エッチバ
ックして前記下部層に前記コンタクトホールパターンを
転写することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の
自己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項5】前記コンタクトホールを形成する工程にお
いて、前記第1導線層が露出されない深さにコンタクト
ホールを形成し、 前記トレンチを形成する工程において、前記トレンチを
形成しながら、前記コンタクトホールをさらに深く形成
して前記第1導線層を露出させることを特徴とする請求
項1〜請求項4のいずれか1つに記載の半導体装置の自
己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項6】前記第2導線層を、アルミニウム、銅、
金、銀、白金のいずれかまたはこれらの合金からなる導
電性物質で形成することを特徴とする請求項1〜請求項
5のいずれか1つに記載の半導体装置の自己整合的金属
配線形成方法。 - 【請求項7】半導体基板上に第1絶縁膜を形成し、該第
1絶縁膜上の所定部分に第1導線層を形成する工程と、 前記第1絶縁膜と前記第1導線層との上に第2絶縁膜を
形成し、該第2絶縁膜上に感光膜を塗布する工程と、 該感光膜を、露光量を調節して第1露光及び現像して、
前記感光膜の上部層に前記第2絶縁膜が露出されない所
定の深さをもつコンタクトホールパターンを形成する工
程と、 前記感光膜の上部層に形成されたコンタクトホールパタ
ーンが前記感光膜の下部層に転写されて第2絶縁膜が露
出されるようにエッチバックする工程と、 前記エッチバック後に残留する感光膜をマスクとして、
前記第2絶縁膜の露出した部分をエッチングしてコンタ
クトホールを形成する工程と、 前記残留する感光膜を第2露光及び現像して、前記コン
タクトホールパターンを含む位置に所定形状のトレンチ
パターンを形成する工程と、 該トレンチパターンの形成された感光膜をマスクとして
第2絶縁膜を所定の深さにエッチングしてトレンチを形
成する工程と、 前記感光膜を除去し、前記トレンチ及びコンタクトホー
ルを満たして前記第1導線層と電気的に連結する第2導
線層を形成する工程と、 を順次行なうことを特徴とする半導体装置の自己整合的
金属配線形成方法。 - 【請求項8】前記感光膜を、ポジティブ形感光材料で形
成することを特徴とする請求項7記載の半導体装置の自
己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項9】前記コンタクトホールを形成する工程にお
いて、前記第1導線層が露出されない深さにコンタクト
ホールを形成し、 前記トレンチを形成する工程において、前記トレンチを
形成しながら、前記コンタクトホールをさらに深く形成
して前記第1導線層を露出させることを特徴とすること
を特徴とする請求項7または請求項8に記載の半導体装
置の自己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項10】前記第2導線層を、アルミニウム、銅、
金、銀、白金のいずれかまたはこれらの合金からなる導
電性物質で形成することを特徴とする請求項7〜請求項
9のいずれか1つに記載の半導体装置の自己整合的金属
配線形成方法。 - 【請求項11】半導体基板上に第1絶縁膜を形成し、該
第1絶縁膜上の所定部分に第1導線層を形成する工程
と、 前記第1絶縁膜と前記第1導線層との上に第2絶縁膜を
形成し、該第2絶縁膜上に感光膜を塗布する工程と、 該感光膜を第1露光及び現像して前記第2絶縁膜を露出
させるコンタクトホールパターンを形成し、続いて、露
光量を調節して第2露光及び現像し、前記感光膜の上部
層にコンタクトホールパターンを含むトレンチパターン
を形成する工程と、 前記感光膜をマスクとして前記コンタクトホールパター
ンによって露出された第2絶縁膜の所定部分にコンタク
トホールを形成する工程と、 前記感光膜の上部層に形成された前記トレンチパターン
が第2絶縁膜上に転写されるようにエッチバックする工
程と、 前記エッチバック後に残留する感光膜をマスクとして第
2絶縁膜を所定の深さにエッチングしてトレンチを形成
する工程と、 前記感光膜を除去し、前記トレンチ及び前記コンタクト
ホールを満たして前記第1導線層と電気的に連結する第
2導線層を形成する工程と、 を順次行なうことを特徴とする半導体装置の自己整合的
金属配線形成方法。 - 【請求項12】前記感光膜を、ポジティブ形感光材料で
形成することを特徴とする請求項11記載の半導体装置
の自己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項13】前記コンタクトホールを形成する工程に
おいて、前記第1導線層が露出されない深さにコンタク
トホールを形成し、 前記トレンチを形成する工程において、前記トレンチを
形成しながら、前記コンタクトホールをさらに深く形成
して前記第1導線層を露出させることを特徴とすること
を特徴とする請求項11または請求項12に記載の半導
体装置の自己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項14】前記第2導線層を、アルミニウム、銅、
金、銀、白金のいずれかまたはこれらの合金からなる導
電性物質で形成することを特徴とする請求項11〜請求
項13のいずれか1つに記載の半導体装置の自己整合的
金属配線形成方法。 - 【請求項15】半導体基板上に第1絶縁膜を形成し、該
第1絶縁膜上の所定部分に第1導線層を形成する工程
と、 前記第1絶縁膜と前記第1導線層との上に第2絶縁膜を
形成し、該第2絶縁膜上に感光膜を塗布する工程と、 該感光膜を第1露光してコンタクトホールパターン形態
の露光領域を形成し、前記感光膜に不純物をドーピング
して露光領域の形成されていない部分に所定の深さをも
つ変質層を形成する工程と、 前記露光領域を現像してコンタクトホールパターンを形
成し、前記感光膜をマスクとして前記第2絶縁膜をエッ
チングしてコンタクトホールを形成する工程と、 前記第1露光及び現像の後に残留する前記感光膜を第2
露光及び現像して、前記コンタクトホールパターンを含
む所定形状のトレンチパターンを形成し、変質層を除去
する工程と、 前記感光膜をマスクとして第2絶縁膜を所定の深さにエ
ッチングしてトレンチを形成する工程と、 前記感光膜を除去し、前記トレンチ及び前記コンタクト
ホールを満たして前記第1導線層と電気的に連結する第
2導線層を形成する工程と、 を順次行なうことを特徴とする半導体装置の自己整合的
金属配線形成方法。 - 【請求項16】前記感光膜を、ポジティブ形感光材料で
形成することを特徴とする請求項15記載の半導体装置
の自己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項17】前記第1露光による露光領域を、露光量
を調節して前記感光膜の所定の深さまでにのみ形成する
ことを特徴とする請求項15または請求項16に記載の
半導体装置の自己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項18】前記第1露光による露光領域の現像後、
前記変質層をマスクとして、前記露光領域の下部に位置
する前記感光膜にコンタクトホールパターンが転写され
て第2絶縁膜が露出されるように感光膜をエッチバック
することを特徴とする請求項17記載の半導体装置の自
己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項19】前記露光領域を前記2絶縁膜と接触する
ように形成することを特徴とする請求項15記載の半導
体装置の自己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項20】前記不純物として、シリコンSiを含む
有機物質および/または酒石(Sn)を用いることを特
徴とする請求項15〜請求項19のいずれか1つに記載
の半導体装置の自己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項21】前記コンタクトホールを形成する工程に
おいて、前記第1導線層が露出されない深さにコンタク
トホールを形成し、 前記トレンチを形成する工程において、前記トレンチを
形成しながら、前記コンタクトホールをさらに深く形成
して前記第1導線層を露出させることを特徴とする請求
項15〜請求項20のいずれか1つに記載の半導体装置
の自己整合的金属配線形成方法。 - 【請求項22】前記第2導線層を、アルミニウム、銅、
金、銀、白金のいずれかまたはこれらの合金からなる導
電性物質で形成することを特徴とする請求項15〜請求
項21のいずれか1つに記載の半導体装置の自己整合的
金属配線形成方法。
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