JPS61222235A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 □本発明は半導体装置の製造方法、特にその多層配線の
層間絶縁膜に対するコンタクトホールの形成方法に関す
るものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体装置の多層配線の配線層間膜として有機系樹脂を
用いているものについて説明する。

従来この配線層間膜としてはＣＶＤ　（気相成長）絶縁
膜、例えばシリコン窒化膜を用いている。

しかしこのＣＶＤ絶縁膜を用いる場合第５図に示すよう
に、半導体基板ｌに絶縁膜２を介して形成された下段の
第１配線３の上面に形成される絶縁４膜４がＪこの配線
３の側面と同じ急激な段形状となるためここを横切って
形成される上段の第２配線６がここで断切れを起しやす
い。

この配線の段切れを防止するため有機系樹脂を用いる場
合がある。例えば上記絶縁膜上にポリイミド樹脂をスピ
ンプート法により塗布すると、前述した急激な段形状が
なだらかな斜面形状となる。

このため配線の段切れが少なくなる。

この樹脂を層間絶縁膜として用いて多層配線を形成する
従来のプロセスの一例を第４図を用いて説明する。

第１工程　第４図伸）に示すように、半導体素子ｌ上に
Ｓ　ｔ　Ｏ，絶縁膜２を介して形成された第１のアルミ
配線層３を覆うように層間絶縁膜、例えばポリイミド樹
脂膜４を塗布形成する。

第２工程　第４図Φ）に示すように、ポリイミド樹脂膜
４上にフォトレジスト層５を塗布形成する。

°第３工程　第４図０に示すように、眉間絶縁膜４を介
して第１配線層３に対向するフォトレジスト層５の１部
５ａを写真蝕刻法により除去する。

第４工程　第４図（ｄ）に示すようにフォトレジスト層
５をエツチングマスクとし、層間絶縁膜４をエツチング
しコンタクトホールＸを形成する。

第５工程　第４図（ｅ）に示すようにフォトレジスト層
５を剥離除去する。

第６エ程　第４図（ｆ）に示すように層間絶縁膜４上に
コンタクトホーＡＩＸで第１配線と接続する第２配線６
を形成する〇 以上のような工程により多層配線を形成する場合以下に
述べφような問題点がある。

■　一般にポリイミド樹脂にかぎらず有機系の樹脂は吸
湿性に富み、加熱により水分等のガスを発する。そして
、この樹脂を多層配線の層間絶縁膜４として用いる場合
、その膜厚が厚いと半導体装置製造工程における加熱時
にこの樹脂より多量のガスが発生し、このガス圧により
第２配線６がこの樹脂より浮き上がってしまう。

そのため第１配線３による段差形状を完全に平担化する
だけ厚く樹脂膜を形成することはできない。つまり樹脂
のみでは完全な平担化をすることはできず斜面形状とな
る。

そして十分な平担化が成されなかった場合、第１配線３
上の樹脂膜（絶縁膜）４は段差部を持った突出形状を成
し、ここを横切って形成される第２配線６がこの段差部
で段切れを起こすことがあるＯ ■　コンタクトホールＸ形成後）フォトレジスト層５の
剥離工程があり製造工程数が多い。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来の問題点を解決し、少ない工程でコン
タクトホールを形成でき、かつ層間絶縁膜を十分に平担
化することができる半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するための、半導体基板の表面
に第１絶縁層を介して第１配線層を形成する工程と、こ
の第１絶縁層及び第１配線層上に第２絶縁層を前記第１
配線層より厚く形成する工程と、この第２絶縁層上に平
坦化材料として７オトレジスｂ層を形成する工程と、こ
のフォトレジスト層の前記第１配線層に対向する一部に
開口を形成する工程と、この開口より露出した前記第２
絶縁層及び前記フォトレジスト層全面に、これら両層に
対し等しいかまたは近似するようなエツチングレートを
与える異方性ドライエツチングを施し、このフォトレジ
スト層を除去すると同時に前記開口より露出した第２絶
縁層を除去しこの第２絶縁層に前記第１配線の１部が露
出する開口を形成する工程と、この開口により第１配線
層と接続する第２配線層−を前記第２絶縁層上に形成す
る工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。

〔発明の実施例〕

本発明の方法を用いて半導体素子上にアル（ニウムの２
層配線を形成する場合の一実施例を図を用いて説明する
。

第１工程　第１図（ａ）に示すように、半導体基板１の
１主面上に絶縁層、例えばＳｉｎ、膜２を介して厚さ１
．０μｍの第１の配線層３を形成する。

そして、この第１配線層３を覆うように樹脂、例えばポ
リイミド樹脂をこの配線より厚く、例えば２．０μｍの
厚さに塗布し、熱硬化させることにより眉間絶縁膜（第
２絶縁層）４を形成する。

第２工程　第１図の）に示すように、この層間絶縁膜４
上にこの膜厚より薄く例えば１．０μｍの厚さに平坦化
材料を兼ねるフォトレジスト層５を塗布形成する。

第３工程　第１図（Ｃ）に示すように、層間絶縁膜４を
介して第１配線層３の一部に対向する、フォトレジスト
５ａを写真蝕刻工程によりエツチング除去しフォトレジ
ストのコシタクトホールパターンを形成する。

第４工程　第１図（ｄ）に示すように、矢印Ｙで示した
Ｏ！ガスを用いた反応性イオンエツチング（異方性ドラ
イエツチング）で、エッチバックすることによりフォト
レジスト層５の除去および層間絶縁膜４のコンタクトホ
ールＸの形成を同時に行なう。

なお、このエツチングの際フォトレジスト層５および層
間絶縁膜４がスパッタによりダメージを受けることのな
いようＤＣバイアス（反応性イオンエツチング装置のカ
ソードと、接地しているアノードとの直流成分電圧差）
は２５０ｖ以下の低い電圧とする。

本実施例においてはＯ，ガス流量は９０ＳＣＣＭＲＦ１
１力３５０Ｗ、真空度６０ｍＴｏ　ｒ　ｒ、　ＤＣバイ
アス約−２３０ｖの条件により行なう。このとき７オト
レジスト膜５とポリイミド樹脂絶縁膜４とのエツチング
レートは等しいか近似しており共に約６００Ａ／ｍｉｎ
とナル。

この反応性イオンエツギングによるエッチバックにより
フォトレジスト面からのエツチング深さはどこも一定と
なり、平坦なフォトレジスト面がそのままこの層間絶縁
膜４に反映され、この絶縁膜４は平坦化される。そして
同時にコンタクトホールＸが形成される。

第４工程　第１図（ｅ）に示すようにアルｉ　＋ラムの
第２配線層６を、このコンタクトホールＸを通し第１配
線層３に接続すると共に層間絶縁膜４上に形成する。

本実施例により多層配線を形成する場合以下に述べるよ
うな効果がある。

（１）フォトレジスト層５と層間絶縁膜４とのエツチン
グレートが等しいかまたは近似するよりな０゜ガスを用
いる反応性イオンエツチングでエッチバックすることに
よりフォトレジスト膜除去とコンタクトホールＸの形成
を同時に行うため、従来のように格別にフォトレジスト
剥離工程を必要とせずその分工程が簡略化される。

（２）絶縁膜４を樹脂を用いることにより第１配線の凸
形状はある程度平坦化し、その上にフォトレジスト層５
を形成することによりフォトレジスト層５はさらに平坦
化する。そしてこのフォトレジスト層と絶縁膜４のエツ
チングレート等が等しいか近似する反応性イオンエツチ
ングによりエッチバックするため絶縁膜４はフォトレジ
スト面と同じ平坦面となる。よって従来に比べ第２配線
層６が段切れすることなくよ、り安全に安定して形成で
きる。

（３）　　反応性イオンエツチングに用いるガスにＯ２
を使用し、さらにＤＣバイアスを低めの２５０ｖ以下と
すれば、このエツチングによりフォトレジスト膜５及び
層間絶縁膜４の表面が変質し配線間の電流漏れ等が発生
することは無くなる。

続いて本発明方法による二層配線の形成の他の実施例を
第２図に示す。

これは、層間絶縁膜４を８ｔｓＮ、膜７と梅脂膜９との
二層構造とするものである。以下簡単にτの工程を説明
する。

第１工程　第２図（ａ）に示すように、半導体素子ｌ上
に絶縁膜２衛介して形成された第１配線３を覆うように
８ｉ３Ｎ、膜７を１．０μｍの膜厚に形成する〇続いて
この上にフォトレジスト層８を形成し、写真蝕刻工程に
よりコンタクトホール形成用のマスクパターンを形成す
る。

第２工程　第２図中）に示すように、フォトレジスト層
８をマスクに８１．Ｎ４膜７にコンタクトホールＸ１を
形成する。

第３工程　第２図（Ｃ）に示すように、フォトレジスト
層８を除去し、観こに樹脂膜例えばポリイミド膜９を２
．０μｍの膜厚に塗布形成する。

第４工程　第２図（ｄ）に示すように、このポリイミド
１ｇ！９上にフォトレジスト層５を１．５μｍの膜厚に
塗布形成する。

第５工程　第２図（２）に示すようにフォトレジスト層
５を写真蝕刻することにより、ポリイミド膜９のコンタ
クトホール形成用の７オトレジスト層５のコンタクトホ
ールパターンを形成する。

第６エ程　第２図（ｆ）に示すように０．ガスを用いる
反応性イオンエツチングによりフォトレジスト層５を除
去すると同時にメリイミド膜９にコンタクトホールＸを
形成する。

第７エ程　第２図（２）に示すように１この開口が形成
された平坦なポリイミド膜９上に第２配線層６を形成す
る。

この実施例によると居間絶縁＃４を８ｉ８Ｎ、膜７とポ
リイミド膜９により形成するため、製造工程は増すもの
の膜４の電気的な安定性は向上する。

そして樹脂が少なくてすむための樹脂からのガス発生が
少なくなり配線の浮き上がり不良はほとんど無くなる。

またこの実施例の他、第３図（ａ）乃至（Ｃ）に示すよ
うに酸化膜１０とポリイミドＷｋｇとを層間絶縁Ｍ４と
し、前述した２つの実施例と同様に７オトレジ１．スト
によるコンタクトホールパターンを形成する〇そして反
応性イオンエツチング法でエッチバックすることにより
フォトレジスト膜５の除去と酸化膜１０およびポリイミ
ド膜９のコンタクトホールＸを一度に形成してもよい。

この場合前述した８ｉ＠Ｎ４膜７とポリイミド膜９を絶
縁膜４とした方法より工程が簡略化される。

〔発明の効果〕

本発明の方法によると７オトレジスト除去とフンタクト
ホールの形成を一度に行なうため製造工程が簡略化でき
、かつ、層間絶縁膜が凹凸形状であってもその上に塗布
されるフォトレジストの上面は平坦となり、このフォト
レジストと層間絶縁膜とのエツチングレートの比が１で
あるエツチングによりエッチバックするため箋エツチン
グ深さは、平坦なフォトレジスト面から一定となり、層
−絶縁膜はフォトレジストの上面と同じ平坦な面となる
。そのため、この絶縁膜上に確実に安定して第２配線が
形成されるという効果がある０

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｅ）は本発明方法の一実施例を示す
工程断面図、第２図（ａ）乃至億）は本発明方法の″第
２の実施例を示す工程断面図、第３図（１１）乃至（Ｃ
）は本発明方法の第３の実施例を示す工程断面図、第４
図（ｊｌ）乃至（ｆ）は従来の多層配線形成方法を示す
工程断面図、第５図は従来の第２配線の段切れを示す断
面図である。 １・・・半導体基板 ３・・・第１配線層 ４・・・層間絶縁膜 ５・・・フォトレジスト層 ６・・・第２配線層 Ｘ・・・フンタクトホール Ｙ・・・異方性ドライエツチング（反応性イオンエツチ
ング） 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 第１図 （ｂ） （Ｃ） 第１図 （ｅ） 第　２−図 （ａ） 第２図 （土） 第３！Ｉｌ （Ｃ） １ｇ４図 （ｄ） １１４　図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板の表面に第１絶縁層を介して第１配線層を形
   成する工程と、この第１絶縁層及び第１配線層上に第２
   絶縁層を前記第１配線層より厚く形成する工程と、この
   第２絶縁層上に平担化材料としてフォトレジスト層を形
   成する工程と、このフォトレジスト層の前記第１配線層
   に対向する一部に開口を形成する工程と、この開口より
   露出した前記第２絶縁層及び前記フォトレジスト層全面
   に、これら両層に対し等しいかまたは近似するようなエ
   ッチングレートを与える異方性ドライエッチングを施し
   、このフォトレジスト層を除去すると同時に前記開口よ
   り露出した第２絶縁層を除去し、この第２絶縁層に前記
   第１配線の１部が露出する開口を形成成する工程と、こ
   の開口により第１配線層と接続する第２配線層を前記第
   ２絶縁層上に形成する工程とを有することを特徴とする
   半導体装置の製造方法。