JPS61501738A - 集積回路構造の多層メタライゼ−ションのためのダブル平面化方法 - 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】 集積回路構造の多層メタライゼーションのためのダブル平面化方法 ［ １、明の゛　術的分野 この発明は、複数のメタライゼーション層を有する集積回路構造を作るための方 法に関するものである。より詳しく言えば、この発明は、メタライゼーション層 間に置かれる絶縁層を平滑にするための平面化の改良された方法に関するもので ある。

２、　１技術の説明 集積回路構造の製作において、構造での回路素子の密度が増加し続けているため 、複数のメタライゼーション層を有する構造を提供することが益々重要になって きている。

不連続または他の傷なしに、メタライゼーション層を上に重ねるためには、メタ ライゼーション層の下にある表面ができるだけ平坦であるかまたは平らであるこ とが望ましい。

これはドープされたガラスを使用して為遂げられ、ガラスはその後軟化点まで加 熱され、段をより平坦に覆い、かつ次のメタライゼーション層の下の表面をより 平らにする。

しかしながら、ドープされたガラスを軟化するために集積回路構造に熱を加える のは望ましくない。

それゆえ、その後メタライゼーション層を施す準備として、平面化の方法で絶縁 層の表面を平滑にすることが慣例となっている。絶縁材料、たとえば酸化物が第 １メタライゼーション層上に施され、続いてエツチング後簡単に除去することが できる別のエツチング可能な材料、たとえばフォトレジスト層が施される。次に 絶縁体およびフォトレジストは、等方性反応イオンエツチングのようなドライエ ツチングを受ける。ドライエツチングで、フォトレジストの部分と同様に、下に ある絶縁体の隆起した部分も除去される。それからフォトレジストは選択的に除 去され、段をよりうまく覆って、下にある表面をより平滑にする。もし平面化が まだ所望したほど平滑でなければ、先行技術のアプローチでは、より厚い絶縁層 、および絶縁体の隆起した部分のより深いエツチングが使用される。

しかしながら、金属ライン間の間隔を縮小するだけでな（金属ピッチを減少する より新しい集積回路技術の出現のため、よりよい平面化を為遂げるためにそのよ うな厚い絶縁層を使用することは逆効果となっている。析出される絶縁材料、た とえば酸化物は開口の側壁の頂部に隣接してより速く析出されるという傾向のた め、そのような厚い絶縁層を使用すると、メタライゼーション層の狭い開口の底 に隣接して空隙が形成される。

もしそのような空隙が生じて、絶縁材料がさらに施されるにつれてすっかり覆わ れるなら、たとえばフォトレジスト材料が続いて施されても、この空隙領域に浸 透することはできないだろう。それゆえに、次のエツチングは空隙を覆っている 絶縁体を除去し、したがって空隙を露出し、根本釣には、企てた平面化と正反対 の位置に非平面的な段付の領域を設ける。さらに、露出された空隙の底部分の下 の絶縁体は、下にある表面上の絶縁体を容認できない厚さまで簿りフるためにエ ツチングされる。

全り驚りべきことだが、金属ピッチがより小さく、また金属ライン間の間隔がよ り接近していても、絶縁層に望ましくない空隙を形成する危険なく所望の平面化 を為遂げることができる。

１」悲ＩＬ それゆえ、この発明の目的は、集積回路構造のメタライゼーション層上に施され た絶縁層を平面化するための改良された方法を提供することである。

この発明のもう１つの目的は、２ステツプの平面化方法を使用して、集積回路構 造のメタライゼーション層上に施された絶縁層を平面化するための改良された方 法を提供することである。

この発明のまたもう１つの目的は、絶縁材料の薄い層がメタライゼーション層上 に置かれ、絶縁体のより高い部分を除去するために、たとえばドライエツチング によって平滑にされた後、絶縁材料の層がさらに施されかつ平滑にされる２ステ ツプの平面化方法を使用して、集積回路構造のメタライゼーション層上に施され た絶縁層を平面化するための改良された方法を提供することである。

ざらにこの発明の目的は、絶縁材料の薄い層がメタライゼーション層上に置かれ 、第２のエツチング可能な材料でコーティングされた後、絶縁材料のより高い部 分を除去するためにドライエツチングによって平滑にされ、その後第２の材料は 除去され、絶縁材料の層がさらに施されかつ平滑にされる２ステツプの平面化方 法を使用して、集積回路構造のメタライゼーション層上に施された絶縁層を平面 化するための改良された方法を提供することである。

この発明に従って、改良された方法が集積回路構造を平面化するために提供され ており、その方法は、１つ以上の開口を有するメタライゼーション層上に、メタ ライゼーション層の開口に施された絶縁体の部分に空隙が形成されるのを避ける ため、十分薄い絶縁層を施し：たとえば絶縁体をドライエツチングして、絶縁体 の高い部分を除去することによって絶縁層を平滑にし：第１絶縁層上にさらに絶 縁層を施し：かつ、たとえばドライエツチングで高い部分を除去することによっ て、さらに施された絶縁層を平滑にするステップを含み、それによって結果とし て生じた平滑にされた絶縁体表面は実質的に平らであり、かつ実質的に空隙がな い。

図面の簡単な説明 第１Ａ図は、先行技術の集積回路構造の部分の垂直断面図であり、酸化物層を施 して平面化し、メタライゼーション層の開口に空隙が形成される第１のステップ を図解している。

第１Ｂ図は、第１Ａ図の先行技術構造が、施された酸化物層が部分的にエツチン グされて取去られた後の垂直断面図である。

第２Ａ図は、パターン化されたメタライゼーション層を有する集積回路構造の垂 直断面図である。

第２Ｂ図は、この発明に従って施された第１平面化メタライゼーション層を有す る集積回路構造の垂直断面図である。

第２Ｃ図は、第２Ａ図に、段の上で滑かに移行するために、第２材料の層が絶縁 層上にスピンされるか、または析出された、垂直断面図である。

第２Ｄ図は、第２Ｂ図の集積回路構造に、第２材料および絶縁材料が部分的にエ ツチングされた、垂直断面図である。

第３Ａ図は、第２Ｄ図の構造に、部分的にエツチングされて取去られた第１絶縁 層上に第２絶縁層が施された、垂直断面図である。

第３Ｂ図は、第３Ａ図の構造に、平面化するために第２材料の層がざらに第２絶 縁層上に施された、垂直断面図である。

第３Ｃ図は、第３Ｂ図の構造が、第２エツチングを受け、さらに第２材料の層お よび第２絶縁層の部分が除去されている、垂直断面図である。

第４Ａ図は、第３Ｃ図の構造に、ざらにメタライゼーション層が施されかつパタ ーン化されて、第２メタライゼーション層に開口を形成している、垂直断面図で ある。

第４Ｂ図は、第４Ａ図の構造に、絶縁層が第２メタライゼーション層上に析出さ れた、垂直断面図である。

第４Ｃ図は、第４Ｂ図の構造に、第２材料が絶縁層上に施された、垂直断面図で ある。

第４Ｄ図は、第４Ｃ図の構造が、さらにエツチングを受けて、除去可能な材料の 少なくとも一部分および第２メタライゼーション層上の絶縁材料を除去した、垂 直断面図である。

第５Ａ図は、第４Ｄ図の構造に、第２絶縁層が置かれた、垂直断面図である。

第５Ｂ図は、第５Ａ図の構造に、さらに第２材料の層が第２絶縁層上に置かれた 、垂直断面図である。

第５Ｃ図は、第５Ｂ図の構造が、さらにエツチングを受けて、第２材料の部分お よび第２絶縁層を除去した後の、垂直断面図である。

第６図は、第５Ｃ図の構造に、パターン化された第３メタライゼーション層が施 された、垂直断面図である。

好ましい　の７日 この発明は、金属の層をさらに施すことを容易にするためにメタライゼーション 層上に置かれた絶縁体の平面化を為遂げる一方、メタライゼーション層がさらに 施される絶縁体の表面が十分平らでない場合に生じることがある不運続を避ける ために、改良された方法を提供する。

第１Ａ図および第１Ｂ図を参照すると、先行技術の問題が図解されている。下に ある集積回路構造２の上にはメタライゼーション層が析出され、それはパターン 化されて金属ライン６および開口８を設ける。絶縁材料、たとえば酸化物！１ｉ １８は、金属ライン６上に施される。しかしながら、開口８は、隣接している金 属ライン６間でかなり小さいまたは狭い開口である。それゆえ、絶縁材料１８で 満すと、尖った先端１８ａおよび１８ｂが形成され、開口８の頂部のちょうど上 で共に成長し、どんな絶縁材料も含まない閉込められた領域すなわち空隙領域を 残す。

標準的な方法に従って絶縁材料を施した後、絶縁材料と同じ平滑化技術、たとえ ばドライエツチングに反応する第２材料の層２２が、絶縁層１８上に施される。

この第２材料は、平滑化動作後、容易に除去できるように前もりて選ばれ、たと えば、ドライエツチング工程が完了した後溶解されるフォトレジスト材料である 。次に、２層がプラズマエツチングのようなドライエツチングを受け、絶縁層１ ８と層２２との上の部分を除去する。

しかしながら、第１Ｂ図に示されるようにエツチング液は絶縁層１８の充分な量 を除去し、第１Ｂ図の１４に見られるようにエツチングされて取去られた尖った 先端１８ａと１８ｂとの間に開口９を作り出すことによって空隙領域１０を露出 する。さらに、開口または空隙１０が露出されるだけでなく、プラズマエツチン グで空隙１ｏの下の層１８の部分がさらにエツチングされて取去られ、１４で示 されるように、下にある集積回路構造２上の酸化物の量が過度に減少している。

第２Ａ図を参照すると、発明の工程が工程ごとに説明され図解される。第２Ａ図 では、先に成長または析出された酸化物部分３２．３４、および３６を有する集 積回路構造３０が図解される。金属ライン４０．４２、および４４は、構造上に 施されているパターン化されたメタライゼーション層を表す。金属ライン４０と ４２との間の開口４６は、金属ライン４２と４４との間の間口４８よりもかなり 狭くなっていることが注目されよう。

第２メタライゼーション層が、金属ライン４０．４２、および４４上に析出され かつパターン化される前に、層間の低い静電容量、ならびに優れたブレークダウ ン、および短絡保護に十分な厚さを有する絶縁層を設けることが必要である。こ の絶縁層は、酸化物層の析出または成長によって形成されるか、または施される が、次に施されるメタライゼーション層にできるだけ平滑な表面を設けて第２メ タライゼーション層の不連続を避けるために、平面化されなければならない。先 行技術では、十分な厚さの絶縁体が、狭い開口４６に空隙を生じることなく析出 または成長されるのは困難であった。

第２Ｂ図を参照すると、絶縁ｌ！！５０は金属ライン４０゜４２、および４４上 に施されている。絶縁層５ｏの尖った先端部分５２および５４は十分形成されて おらず、先に第１Ａ図で図解された先行技術の方法と同様、絶縁層５０に空隙を 生じる。これは、４６で示される開口のように最も間隔が接近している金属ライ ン間の間隔によって厚さが決まる薄い層として、絶縁層５０が施されているから である。

金属ラインの間隔が接近すればするほど、この発明の工程に従って、最初の絶縁 層５０はますま簿くなり、隣接している金属ライン間の狭い開口を満す絶縁材料 の部分に空隙が形成されるのを避けなければならない。

都合よく使用される絶縁材料は、二酸化シリコンのような酸化物であるかもしれ ない。しかしながら、他の絶縁材料、たとえば窒化シリコン、アルミナまたは燐 でドープされた二酸化シリコンを、二酸化シリコンの代わりに使用してもよい。

この発明に従って、絶縁材料の第１層の厚さは、隣接している金属ライン間の間 隔によって決まる。狭い間隔で隣接している金属ライン間の間隔が狭くなればな るほど、絶縁材料の第１層は益々薄くなる筈である。たとえば、隣接している両 金属ライン間の間隔が約２ミクロンであるとき、絶縁材料の第１層の厚さは約８ ｏＯＯオングストロームであるだろう。もし隣接している金属ライン間の間隔が わずか約１．５ミクロンであれば、約５０００オングストロームの厚さが第１絶 縁層として選択される。

第２Ｃ図では、第２材料の層６０が、絶縁層５０上に析出されている。層６ｏの 目的は、絶縁層５０で満されていない、たとえば、５６および５８で示されるよ うな低い部分を満すことができる材料を提供することである。第２層６ｏを構成 する材料は、絶縁材料５０が除去されるのとほぼ同じかまたはわずかに遅い速度 で、たとえばドライエツチングのような平滑化工程によって除去されることが可 能な材料でなければならない。さらに、材料６０は、有機材料のような材料を含 み、平滑化動作後、たとえば湿式化学手段によって、絶縁層を破裂することなく 選択的に除去可能である。

集積回路製作の他の目的で既に使用されている特に便利な材料は、フォトレジス ト材料の有機コーティングである。

たとえばシプリ−１４７０またはコダック７４７のようなフォトレジスト材料は 、第２Ｃ図に示されるように７オトレジストも二酸化シリコンも存在する、当業 者には周知の適当なエツチング条件では、二酸化シリコンとほぼ同じ速度でエツ チング可能であることが知られている。ドライエツチングのような平滑化工程後 、フォトレジスト材料の残りは下にある酸化物層を腐蝕しない有機溶剤で除去さ れる。

フォトレジストまたは他の第２コーティング層の厚さは、絶縁層のより高い部分 の厚さを過度に形成することなく、絶縁層の低い場所または部分を満すのに十分 でなければならない。これは、絶縁層、および絶縁層の上に置かれたフオドレジ ストのような他のコーティング材料の部分を続いて除去するために使用される平 滑化手段、または除去手段の形式に基づいて異なる。両材料はほとんど同じ除去 速度を提供するために前もって選ばれると仮定すると、たとえばプラズマエツチ ングのような異方性ドライエツチングなどの方法で、両材料の等しい量が除去さ れる。

残っているフォトレジスト材料は、その後溶解されて取去られるため、フォトレ ジスト材料は、絶縁体の隆起した部分上では過度に厚くなく、エツチング手段で その高い部分を除去できることも重要である、なぜならば絶縁材料のこの高い部 分を除去することが平滑化ステップの最終目標であるからである。

第２Ｄ図を参照すると、第１平滑化ステツプ後の集積回路構造が示され、酸化物 層５０．および上に重なっているフォトレジスト材料６０は、異方性反応イオン エツチングのようなドライエツチングにさらされ、かつ残っているフォトレジス ト材料は酸素プラズマに続いてアセトンのような有機溶剤で除去される。尖った 先端５２および５４の大部分は除去され、層５０−上に部分５２−および５４− だけ残すことが注目されよう。さらに、開口５６′は第２Ｃ図の開口５６と比べ て非常に浅いために、開口５６−の幅が狭いにもかかわらず、次の平面化段階の 間に、この窪みを満すことが可能または容易になる。

したがって、前述のステップおよび添付の図は、この発明のダブル平面化方法の 第１平面化段階を説明している。

実質的に平らな面は、空隙を形成することなく既に作り出されていることがここ で注目されよう。しかしながら、最初の絶縁層５０が薄いために、またその後そ れにエツチング工程を施すことによってさらに簿くなっているために、たとえば 第２Ｄ図の６４．６６、および６８で示されるが、残っている酸化物層５０′は 、金属ラインのかどのいくつかに隣接してかなり薄い。さらに、先に注目された ように開口５６′が残っているが、第２メタライゼーション層が施される前に満 されなければならない。

第３Ａ図を参照すると、絶縁体材料、たとえば酸化物材′料の第２の層７０は、 絶縁層５０′に施されている。第２絶縁材料は５６′で開口を満し、また部分６ ４．６６、および６８上に被覆されて酸化物を厚くしていることがすぐ注目され よう。

第３Ｂ図で示されるように、第２絶縁層７０はさらにフォトレジスト材料の層８ ｏでコーティングされ、第１平面化段階での層６ｏと同じように働く。第２絶縁 層７０および第２の層８０がもしあるなら、第１平面化段階のようにエツチング されて、第３Ｃ図で示されるように第１酸化物層５０′上に重なっている層７０ ′を設ける。部分６４．６６、および６８は、それぞれ金属ライン４０，４２、 および４４上に重なっていて、必要な絶縁を与えるのに充分な厚さの酸化物を有 していることがわかるだろう。また、開口５６′は満され平滑にされることが注 目されよう。

出願人の２段階平面化方法では、第１段階の平面化が既に第１絶縁層を実質的に 平らにしているために、特に第２段階に使用されるときにはエツチングの前に第 ２材料を絶縁材料上に使用する必要がないために、先に平面化された第１絶縁層 上に第２絶縁層をより平滑に析出できることが、ここでさらに注目されるべきで ある。

集積回路構造は十分平面化されていて、第４Ａ図に示されるようにパターン化さ れた第２メタライゼーション層を安全に施して金属ライン９ｏおよび９２を形成 することができる。金属ライン９０および９２は酸化物層５０”および７０−上 に重なり、それは１絶縁層７２として示される。

第４Ｂ図では、第１絶縁層１００は金属ライン９０および９２上に施されていて 、尖った先端すなわち層状の部分１０２．１０４．１０６、および１０８を形成 している。第４Ｃ図では、フォトレジスト材料の層１１０が、絶縁層１ｏＯ上に 施されている。フォトレジスト層１１０は、尖った先端１０２．１０４．１０６ 、および１０８に隣接している部分を満し、また金属ライン９０と９２との間の 開口を満す際に形成された段のために残された開口１０９を１１２で満すことが 注目されよう。次に第４Ｄ図で示されるように、絶縁層１００およびフォトレジ ストＩ！１．１０が、先の平面化段階と同様ドライエツチングを受け、続いてフ ォトレジスト層１１０の残りが化学的に除去され、金属ライン９０および９２上 に絶縁層１００−を残す。

第５Ａ図に示されるように第２酸化物層１２０は絶縁層１００′上に施され、続 いて第５Ｂ図に示されるように選択的にフォトレジスト層１３０が析出される。

次に絶縁層１２０および選択的フォトレジスト層１３０がさらにドライエツチン グ段階を受け、続いて、もしあればフォトレジスト層１３０が選択的に除去され 、第１酸化物層１００−上に第２酸化物層１２０′を設ける。層１２０′および １００−には、絶縁層１３４が施され、続いて第６図に示されるようにパターン 化されているメタライゼーション層がさらに施され、金属ライン１４０および１ ４２を設ける。

今説明したこの発明の２段階平面化方法を、集積回路構造を製作する成るレベル で使用してもよいし、たとえば上に重なっているメタライゼーション層が下にあ るメタライゼーション層におけるほど金属ラインピッチが小さくなく、また金属 ライン間の間隔が接近していない場合に１平面化方法をメタライゼーションの別 のレベルで使用してもよいことが注目されるべきである。このような場合、第３ メタライゼーション層が金属ラインの第２の層上に所望されないなら、もちろん 上部メタライゼーションラインに、単に一段階の平面化を使用することが可能だ ろう。もし必要なら、金属層を追加して繰返してもよい。

したがって、この発明の新規の方法は、今説明したように、金属ライン上に置か れた絶縁層の平面化を提供することであ□す、それによって次のメタライゼーシ ョン層は不連続の危険なく酸化物層上に置かれる。しかしながら、新規の２段階 の平面化のために、特に、間隔の狭い金属ライン間に作り出された開口に絶縁材 料が析出されて、空隙の発生が避けられる。

国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）１つ以上の開口を有するメタライゼーション層上に、前記メタライゼ ーション層の開口に析出される絶縁体の部分に空隙が形成されるのを避けるのに 十分薄い絶縁層を施し、 （ｂ）前記絶縁体の高い部分を除去することによって前記絶縁層を平滑にし、 （ｃ）前記第１絶縁層上にさらに絶縁層を施し、かつ（ｄ）前記絶縁体の高い部 分を除去することによって、前記さらに施された絶縁層を平滑にし、それによっ て、結果として生じた平滑にされた絶縁体の表面は実質的に平らで、かつ実質的 に空際がない、集積回路構造を平面化するための改良された方法。
2. ２．前記絶縁層の前記平滑化が、前記絶縁体の上部表面をドライエッチングする ことによって行なわれる、請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．前記ドライエッチングステップの前に、前記絶縁材料を第２エッチング可能 材料でさらにコーティングするステッブを含む、請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．（ａ）１つ以上の開口を有するメタライゼーション層上に、前記メタライゼ ーション層の前記１つ以上の開口に施される絶縁材料の部分に空隙が形成される のを避けるのに十分薄い絶縁層を施し、 （ｂ）少なくとも部分的に、前記絶縁体によって形成された段を満し、かつドラ イエッチングされることが可能な第２材料で前記絶縁体をコーティングし、（ｃ ）前記絶縁体の部分および前記第２材料をドライエッチングして取去り、それに よって前記絶縁体の最も高い部分が部分的に除去され、 （ｄ）前記第２材料の残っている部分を選択的に除去し、 （ｅ）前記第１層上に、さらに絶縁層を施し、かつ（ｆ）前記第２絶縁層の最も 高い部分を除去するために、前記さらに施された絶縁層をドライエッチングし、 それによって、結果として生じるエッチングされた表面は実質的に平らとなり、 かつ実質的に空際がない、集積回路構造を平面化するための改良された方法。
5. ５．ドライエッチングされることが可能な第２材料で前記さらに施された絶縁層 をコーティングして、前記絶縁体上の低い領域を少なくとも部分的に満し、かつ 前記ドライエッチングステップ後前記第２材料を除去するステップを含む、請求 の範囲第４項記載の方法。
6. ６．前記さらに施された絶縁層を施すことができるように、前記第１絶縁層が、 前記ドライエッチング後選択的に除去される有機材料でコーティングされる、請 求の範囲第４項記載の方法。
7. ７．前記絶縁層が酸化物材料を施したものを含む、請求の範囲第４項記載の方法 。
8. ８．前記醸化物材料が二酸化シリコンを含む、請求の範囲第７項記載の方法。
9. ９．前記ドライエッチングが非等方性エッチングを含む、請求の範囲第９項記載 の方法。
10. １０．前記非等方性エッチングが、非等方性反応イオンエッチングである、請求 の範囲第９項記載の方法。
11. １１．前記第２材料が、前記ドライエッチングによって部分的に除去されること が可能な有機材料を含む、請求の範囲第９項記載の方法。
12. １２．前記有機材料が、ドライエッチング速度が前記酸化物のエッチング速度に 実質的に類似のフォトレジスト材料を含む、請求の範囲第１１項記載の方法。
13. １３．メタライゼーション層の段の覆いを平滑にして、メタライゼーション層を さらに続いて施すための改良された方法であって、 （ａ）絶縁層に空際を形成することなく、前記メタライゼーション層の開口を前 記絶縁材料で少なくとも部分的に満たすことができるのに十分薄い、二酸化シリ コンおよび燐でドーブされた二酸化シリコンからなる群から選択された、絶縁材 料の層を、前記メタライゼーション層に施し、（ｂ）前記酸化物層の段の覆いを 平滑にするために、前記絶縁層を、フォトレジスト材料の層でコーティングし、 （ｃ）フォトレジストのコーティング部分、および下にある絶縁層の隆起した部 分をドライエッチングし、