JPS63289836A - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は多層配線を行う半導体装置の製造方法に関し、
特にその各層の間における平坦化を実現する半導体装置
の製造方法に関する。

８０発明の概要 本発明は、下地層にコンタクトホールを介して接続する
第１の配線層の平坦化を実現する半導体装置の製造方法
において、その第１の配線層の表面を平坦化してからパ
ターニングを行い、さらにその第１の配線層の表面およ
び上記第１の絶縁層の表面の平坦化を行うことにより、
コンタクトホール部等での凹部を確実に埋め込んで、よ
り高度な表面の平坦化を図るものである。

Ｃ０従来の技術 半導体装置の高集積化、高速化に伴い、金属配線の多層
配線技術はますます重要になってきている。そして、配
線パターンの微細化に従って、段差のアスペクト比も増
大し、段切れ防止やエレクトロマイグレーション耐性等
の点から、多層配線技術では、その平坦化が要求されて
いる。

ここで、従来の半導体装置の製造技術における平坦化技
術の一例（■スピンコード法）−について、第２図ａ〜
第２図Ｃを参照しながら説明する。なお、この従来例は
、第２層目のアルミ配線層の平を見比を図るためのもの
である。

（ａ）　　まず、第２図ａに示すように、基体（半導体
基板若しくは各層を意味する。）２０上にパターニング
された第１層目のアルミ配線Ｎ２１が形成されており、
その上に被覆された眉間絶縁ｙｇ４２２の上記第１層目
のアルミ配線層２１上部が開口されてコンタクトホール
２３が形成されている。そして、この眉間絶縁膜２２上
には、全面に第２層目のアルミ配線Ｊｉ２４が形成され
、パターニングによって、このコンタクトホール２３内
に被着した第２層目のアルミ配線層２４ａが凹部３０を
有したパターンに形成され、上記層間絶縁膜２２上には
、引き回される配線部分の断面形状を有したアルミ配線
層２４ｂが所定のパターンに形成される。そして、全面
にはＰＳＣ；　（リンシリケートガラス）層２５が薄く
形成される。

（ロ）次に、第２図すに示すように、上記２３０層２５
上の全面に回転塗布膜（ＳＯＧＦスピン・オン・ガラス
）２６をスピンコーターを用いて形成する。この回転塗
布膜２６は、粘性を有した流動体であり、その一部は上
記コンタクトホール２３に形成された第２Ｎ目のアルミ
配線１ｉ　２４　ａの凹部や、配線同士の間の空間部分
に流れ込む。

（Ｃ）　　このような回転塗布膜２６の形成後、第２図
Ｃに示すように、全面がエッチバックされ、その平坦化
が行われる。

また、他の多層配線の平坦化を図る手法としては、従来
より、■ＣＶＤ膜形成後、エッチハックによりサイドウ
オール形成、次に再びＣＶＤ膜形成を行う方法、■プラ
ズマナイトライドを用いる方法等があり、さらに■バイ
アススパッタ法、■バイアスＣＶＤ法、■ピアホールへ
の高融点金属の埋め込み技術等が知られている。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 半導体装置の製造技術においては、前述の通り微細化が
進められ、また、多層配線の要求も強くなってきている
。そして、特に３層以上の金属配線を形成する場合に、
最も技術的な課題を有しているのが、アルミ配線層のカ
バレージの悪いコンタクトホール２３（ピアホール）部
分である。

すなわち、半導体装置のパターンルールの微細化を図っ
た場合には、コンタクトホール２３のアスペクト比が高
くなり、例えば、第２図すに示すアルミ配線層２４ａの
凹部３０は非常に狭いものとなる。そして、その結果、
凹部３０への回転塗布膜２６の充填は困難となり、その
後の眉間絶縁膜の形成時に例えばクラック発生等の悪影
響を与えていた。

また、第２層目のアルミ配線層２４は、コンタクトホー
ル２３のところだけではなく層間絶縁膜２２上にも形成
されるが、第２層目のアルミ配線層２４ａの上部の回転
塗布膜２６の膜厚と、第２層目のアルミ配線層２４ｂの
上部の回転塗布膜２６の膜厚を比較してみると、コンタ
クトホール２３のところに形成される第２層目のアルミ
配線層２４ａでは、上記凹部３０への回転塗布膜２６の
流入によりその回転塗布膜２６の膜厚が薄くなり、逆に
第２層目のアルミ配線層２．４ｂの上部の回転塗布膜２
６の膜厚は厚くなる。そして、エッチバックによっても
、その膜厚差が配線上に残ることになり、例えば広いバ
ット部上では、それが信幀性の問題につながる。

そこで、上述の問題点に鑑み、本発明は、コンタクトホ
ール部等での凹部を確実に埋め込んで、より高度な表面
の平坦化を図る半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。

Ｅ０問題点を解決するための手段 本発明は、第１の絶縁層に形成されたコンタクトホール
を介して下地層と接続される第１の配線層を全面に形成
する工程と、上記第１の配線層の表面を平坦化する工程
と、上記第１の配線層をパターニングする工程と、上記
第１の配線層の表面及び上記第１の絶縁層の表面を平坦
化する工程とを有する半導体装置の製造方法により上述
の問題点を解決する。

Ｆ６作用 平坦化の手段として、前述の回転塗布膜を用いる場合、
その回転塗布膜は、下地の形状に依存してその流動性が
得られる性質を有する。すなわち、滑らかな面で塗布す
る方が回転塗布膜の流動性が高い。そこで、本発明は、
第１の配線層のパターニングの以前に、まず、平坦化を
図り、回転塗布膜の流動性の高い状態で凹部を充填し且
つ均一な膜厚を実現する。そして、次にパターニングを
施すことで、第１の配線層に対する高度な平坦化を図る
ことができることになる。

Ｇ、実施例 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本発明の実施例は、平坦化の手段に回転塗布膜を用いた
ちのあって、３層のアルミ配線層を形成するものである
。以下、本実施例をその製造工程に従って第１図ａ〜第
１図ｄを参照しながら説明する。

（ａ）　　まず、第１図ａに示すように、基体（半導体
基板若しくは各層を意味する。）１上に下地層としての
パターニングされた第１Ｎ目のアルミ配線層２が形成さ
れ、その上に第１の絶縁膜である眉間絶縁膜３が被覆さ
れる。この眉間絶縁膜３の上記第１Ｎ目のアルミ配線Ｎ
２上部は開口されてコンタクトホール４が形成される。

そして、この眉間絶縁膜３上には、全面に第１の配線層
としての第２層目のアルミ配線層５が形成される。この
第２層目のアルミ配線層５の形状は、上記コンタクトホ
ール４のところでは凹部１０を有しており、上記層間絶
縁膜、３上ではリフローされた該眉間絶縁膜３の表面に
沿って略滑らかな表面を有している０例えばコンタクト
ホール４の径を１．２μｍとした時では、上記凹部１０
の底部の寸法は０゜６μｍ、上記凹部１０の側壁の深さ
の寸法は１゜２μｍ程度のものとなる。

次に、このような第２層目のアルミ配線層５０表面には
、ＣＶＤ法によって全面にｆｉ＜８３０層６が形成され
る。８３０層６は、第２層目のアルミ配線層５の形状を
反映し、上記凹部１０内部にも被着され、眉間絶縁膜３
上の第２層目のアルミ配線層５の表面にも該表面に沿っ
て滑らかな表面を有するものとされる。

そして、この８３０層６の形成後、所要のスピンコータ
ーを使用して回転塗布膜７が塗布形成される。このとき
、この回転塗布膜７が形成されるのは、未だパターニン
グされていない第２層目のアルミ配線層５およびＰＳＣ
；１ｉｉ６の上部である。

したがって、所定の粘性や流動性を有してなる回転塗布
膜７は、略滑らかな表面を有する２８０層６上を流れて
行く、このため凹部１０の内部にも高い流ｙ１性から確
実に当該回転塗布膜７の一部が充填されて行き、従来の
如く凹部が充填しきれないという問題は解決される。ま
た、回転塗布膜７の下部層は未だパターニングされてい
ないことから、当該回転塗布膜７は均一に形成され、膜
厚のばらつき等を防止して、その表面は良好なものとな
る。

（ｂ）　　次に、回転塗布膜７を形成したところで、全
面をエッチバックする。このエッチバックはＲＩＥ法に
よって行うことができる。また、ＲＩＥ法に限定されず
、ウェトエッチングを行うようにしても良い。このエッ
チバックによって、上記回転塗布膜７や上記ＰＳＣ膜６
は除去されるが、上記第２７！ｉ目のアルミ配線層５の
凹部１ｏに充填された回転塗布１１１７は残存する。す
なわち、コンタクトホール４での第２層目のアルミ配線
Ｎ５の凹部１０は埋め込まれ、そのコンタクトホール４
の領域での第２層目のアルミ配線Ｎ５の表面は略平坦と
される。

次に、第１図すに示すように、エッチバックされて略平
坦化された第２Ｎ目のアルミ配線層５゜回転塗布膜７お
よびＰＳＧｌ１６の全面にフォトレジスト層８を形成し
、所定のフォトリソグラフィ技術を用いモ、当該フォト
レジスト層８をマスクとした第２層目のアルミ配線層５
のパターニングを行う、この時、エッチバックによりフ
ォトレジスト層８の下地が平坦化されているため、フォ
トレジスト層８の形成およびそのパターニングに便宜で
ある。そして、第２層目のアルミ配線層５の上部に回転
塗布膜７やＰＳＧ膜６が残存していれば、これら各膜が
反射防止膜として機能し、さらにフォトレジスト層８の
寸法精度は向上することになる。第２層目のアルミ配線
層５のパターニングは、例えばＲＩＥ法によって行われ
、所定の第２層目のアルミ配線層５の配線パターンが形
成されることになる。また、第２層のアルミ配線層５が
除去された領域では、第１の絶縁膜である眉間絶縁膜３
の表面が露出することになる。

（Ｃ）　　第２層目のアルミ配線層５のパターニングの
後、第１図Ｃに示すように、上記フォトレジスト層８が
除去され、ＣＶＤ法によりＰＳＧＩＩｆｆｌｌを被着形
成する。そして、このＰＳＧ膜１１の形成後、上記第１
の配線層である第２層目のアルミ配線層５の表面および
上記第１の絶縁層である眉間絶縁膜３の表面を平坦化す
るために、全面に再び回転塗布膜１２を形成する。アル
ミ配線層のパターニングを行った後では、十分な回転塗
布膜の流動性を得ることができず、従来は狭い凹部への
回転塗布膜の充填が困難であり、また、流れこみによる
薄膜化等の問題があった。しかしながら、本実施例の半
導体装置の製造方法においては、既に第２層目のアルミ
配線層５の凹部１０は埋め込まれており、凹部への充填
は不要であり、また、コンタクトホール４の近傍の回転
塗布膜１２が凹部への流れこみによって薄くなる弊害も
ない。したがって、確実な平坦化を行うことができる。

なお、この工程で使用する回転塗布膜１２は、配線の密
度や段差の高さ等によって最適化を図ることができ、コ
ンタクトホール４のとごろでの多層配線の課題を解決す
ることになる。

（ｄ）　　このような回転塗布膜１２の形成後、第１図
ｄに示すように、全面をエッチバックする。このとき、
回転塗布膜１２によって、高度な平坦化がなされている
ことから、エッチバックによって平坦な表面を得ること
ができる。そして、第２の眉間絶縁膜１３を全面に形成
する。この第２の眉間絶縁膜１＝３は、例えばＣＶＤ法
により形成されるＰＳＧ膜である。そして、この第２の
眉間絶縁膜１３にコンタクトホールを形成し、第３層目
のアルミ配線層１４を全面に形成し、これをパターニン
グして所定の配線パターンを得る。このとき、第３層目
のアルミ配線層１４は、上述のような工程によって、第
２層目のアルミ配線Ｎ５の凹部１０が回転塗布膜７で確
実に充填され、且つ回転塗布膜１２によってもパターニ
ングされた第２Ｎ目のアルミ配線層５の間の領域が埋め
込まれているため、段切れ等もな（確実な接続を行うこ
とになる。

以上の工程によって、本実施例の半導体装置の製造方法
は行われ、本実施例の半導体装置の製造方法を用いるこ
とで、まず、コンタクトホール部の第２層目のアルミ配
線層５の凹部１０は、回転塗布膜７で確実に充填される
。このため多層配線を施した場合であっても、段切れ等
の問題はなく、確実な多層配線がなされることになる。

また、回転塗布膜７の形成時の下地の形状から確実にア
ルミ配線Ｎ５の凹部１０が充填され、このときその周辺
の回転塗布膜７の凹部１０への流人は抑えられる。した
がって、第２層目のアルミ配線Ｎ５上の回転塗布膜７は
全面に亘って均一なものとなり、高度な平坦化を実現で
きる。

さらに、平坦化のための回転塗布膜は２度形成され、配
線ルールや集積度等に応じて、それぞれ制御することで
、平坦化をさらに進めることができる。

また、回転塗布膜７のエッチバック後に残存する回転塗
布膜７等は、フォトレジスト層８の形成時の反射防止膜
となり、フォトレジスト層８を精度良く形成することが
実現できる。さらに、平坦化によって、フォトレジスト
層８の塗りむら等も有効に防止されることになる。

なお、上述の実施例においては、第３層目のアルミ配線
Ｎ１４までを説明したが、これに限定されず、さらに多
く層を積層する場合にも本実施例を適用することができ
る。また、配線層はアルミ配線層に限定されず、他の金
属配線や半導体層等の材料であっても良いことは勿論で
ある。

Ｈ０発明の効果 本発明の半導体装置の製造方法は、上述のように、第１
の配線層のバターニングの以前に回転塗布膜等の平坦化
処理で凹部を充填するため、容易に高度な平坦化を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図ｄは本発明の半導体装置の製造方法の
一例をその工程に従って説明するためのそれぞれ断面図
であって、第１図ａは回転塗布膜の形成工程、第１図す
は第２層目のアルミ配線層のバターニング工程、第１図
Ｃは回転塗布膜の形成工程、第１図ｄは第３層目のアル
ミ配線層の形成工程をそれぞれ示す図である。また、第
２図ａ〜第２図Ｃは従来の半導体装置の製造方法の一例
その工程に従って説明するためのそれぞれ断面図であっ
て、第２図ａはＰＳＧ膜の形成工程、第２図すは回転塗
布膜の形成工程、第２図Ｃはエッチバック工程をそれぞ
れ示す図である。 １・−−−−−−−−−−−−−−−−−一−−−−−
−−−−−・−−一−−基体２−・−−−一−・−・−
−−一−−−−−・−−−−−−−一−・・・第１層目
のアルミ配線層３−・・・−・−・・・・・・・・・−
・−一一一一一−−ｉ間絶縁膜４　−−−・−・〜・−
−−−一一−−−−−−−・−−−−・コンタクトホー
ル５　・−−−ｍ−−−−−−−−−−・・・−−−−
一・・−・−・第２層目のアルミ配線層６−・−・・−
・−・−・−一〜−−−−−−−−Ｐ　Ｓ　Ｇ膜７−−
−−〜−−−−−−−−−−−−−・・−一−−−−−
−−−・−・回転塗布膜８−・・・・・−・−一一一−
・−−−一一−−−−−−−−−−−・−フォトレジス
ト層１０　・・−・・・・−・−・・・−・・−・−−
一−−−−−−凹部１１・・−・−−−ｍ−−−−・・
−・−・−−−−ｐ　ｓ　ｃ膜１２−・・・・・・・・
・・・・・・・−・・・・・−・・−・−・回転塗布膜
１３−・−・・−・・・−・・−・・・・−・−・−第
２の眉間絶縁膜１４−・−一−−−−・−一一−−−−
−−−−−−−−−−−−一第３Ｎ目のアルミ配線層特
許出願人　　　ソニー株式会社 代理人弁理士　小泡　晃（他２名） １）　　　　　　　　　　、Ｏ 区　　　　　　　　　　区 Ｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して下
   地層と接続される第１の配線層を全面に形成する工程と
   、 上記第１の配線層の表面を平坦化する工程と、上記第１
   の配線層をパターニングする工程と、上記第１の配線層
   の表面および上記第１の絶縁層の表面を平坦化する工程
   と を有する半導体装置の製造方法。