JPH0846033A - 多層配線層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、第１の配線層６上に酸化膜１と窒
化膜２を順次形成する工程と、窒化膜２に配線溝を形成
する工程と、この配線溝内の所定箇所にアモルファスシ
リコン４を形成する工程と、このアモルファスシリコン
４をマスクに酸化膜１にコンタクトホールを形成する工
程と、配線溝とコンタクトホールに第２の配線層を形成
する工程とを具備する。 【効果】 本発明で提供する手段を用いると、微細化さ
れたコンタクトホールを有する多層配線層の形成方法を
提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に多層配線における配線溝およびコンタクト
ホールの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多層配線層構造を有する半導体装置の電
極を形成するために、配線層間に形成された絶縁膜を開
口する技術がある。この開口部の形状は通常微細な円筒
形状を成しておりコンタクトホールと称されている。こ
のコンタクトホールは配線層間の電気的接続を取るため
に、基板に対し概ね垂直に形成されている。一方、横方
向の電気的接続を取るために、絶縁膜上に配線層が基板
方向に形成されている。半導体装置を製造するにあた
り、このコンタクトホールに形成される配線層を特にコ
ンタクト層、絶縁層上に形成される配線層を特に横配線
層と称する。また、現在、このコンタクト層と横配線層
は、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、
プレーナトランジスタなどを有する殆ど全ての半導体装
置に形成されており不可欠のものである。ところが近年
の半導体装置の高集積化に伴ってトランジスタ間の間隔
が極めて狭くなっており、半導体装置の製造方法に関す
る問題が生じている。

【０００３】従来のコンタクト層及び横配線層の形成方
法について説明する。図８はフォトレジスト３を形成す
る工程を示している。第１の配線層５を被覆するように
形成された酸化膜１上に、第１の配線層５上の酸化膜１
の所定表面が露出するように、リソグラフィー法によっ
てポジ型のフォトレジスト３を形成する。

【０００４】図９はコンタクトホールを開口する工程を
示している。フォトレジスト３をマスクとして、ＲＩＥ
法によって第１の配線層６の所定表面が露出するよう、
酸化膜１を除去する。

【０００５】図１０はフォトレジスト３を除去する工程
を示している。アッシングによって酸化膜１上のフォト
レジスト３を完全に除去する。図１１は第２の配線層６
を形成する工程を示している。第１の配線層５の表面と
コンタクトホール側壁及び酸化膜１上に第２の配線層６
をスパッタリング形成する。

【０００６】図１２はフォトレジスト３を形成する工程
を示している。コンタクトホールを被覆するよう、コン
タクトホール内とコンタクトホール周辺に形成されてい
る第２の配線層６上に、フォトレジスト３を形成する。

【０００７】図１３は第２の配線層６を残存形成する工
程を示している。先ず、図示せぬレジストをマスクとし
て、コンタクトホール開口部周辺の第２の配線層を、Ｒ
ＩＥ法によって除去する。この時、コンタクトホール内
とコンタクトホール周辺にのみ第２の配線層６を残存さ
せる。コンタクトホール周辺の第２の配線層６が前述の
横配線層６ａであり、またコンタクトホール内の第２の
配線層６が前述のコンタクト層６ｂである。その後、ア
ッシングによってフォトレジスト３を完全に除去する。

【０００８】以上の工程により、横配線層６ａ及びコン
タクト層６ｂが形成される。従来の製造工程において
は、フォトレジスト３を形成する工程が２回ある。その
形状においては、どちらもパターン化されるが、所定の
領域に残存形成させるネガ型フォトレジストの場合、特
に図１２に示すようにコンタクトホール上にのみ形成さ
せるのは非常に困難で、コンタクトホール径が小さくな
るにしたがい、リソグラフィーの合わせズレが生じる。
この合わせズレが進行すると、所定箇所にフォトレジス
ト３が形成されず、コンタクトホールを被覆しない現象
が起こる。その結果、前述の第２の配線層６を残存形成
する工程（図１３参照）において、コンタクト層６ｂが
除去され、基板と垂直方向の電気的接続に支障をきた
す。これをコンタクト不良という。コンタクト不良を回
避するためにフォトレジスト３の横方向の寸法を大きく
する方法があるが、横配線層６ａが広い領域に残存形成
してしまうため、コンタクトホール間隔を小さくするこ
とが困難となる。このように、従来の製造方法では、コ
ンタクトホールの径やコンタクトホール間隔に関する、
いわゆるコンタクトホールの微細化に伴う問題を解消す
ることができない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
製造方法では、コンタクト不良を回避するために、ネガ
型フォトレジストの大型化とコンタクトホールの大口径
化を行っていた。その結果、コンタクトホールの微細化
に著しい悪影響を及ぼしていた。本発明は、上記欠点を
除去し、半導体装置において微細化されたコンタクトホ
ールを有する多層配線層の形成方法を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、第１の導体層上に第１の絶縁層を形成
する工程と、この第１の絶縁層上に第２の絶縁層を形成
する工程と、この第２の絶縁層の所定表面が露出するよ
う第３の絶縁層を形成する工程と、この第３の絶縁層を
マスクに、前記第１の絶縁層の所定表面が露出するよ
う、前記第２の絶縁層を除去し、第１の領域と第２の領
域を有する溝を形成する工程と、前記第３の絶縁層を除
去する工程と、前記第２の絶縁層と前記第１の絶縁層上
及び前記溝の端部に第４の絶縁層を形成する工程と、前
記第４の絶縁層を除去するにあたり、前記第１の領域低
面の前記第１の絶縁層表面上の前記第１の領域端部近傍
と、前記第２の領域低面の前記第１の絶縁層全面に、前
記第４の絶縁層を残存形成する工程と、前記第１の領域
において、残存形成した前記第４の絶縁層をマスクに、
前記第１の導体層の所定表面が露出するよう、前記第１
の絶縁層を除去し、開口部を形成する工程と、残存形成
した前記第４の絶縁層を除去する工程と、前記溝及び前
記開口部を被覆するよう、前記第１の導体層と前記第１
の絶縁層上に第２の導体層を形成する工程とを具備する
ことを特徴とする多層配線層の形成方法を提供する。

【００１１】

【作用】本発明で提供する多層配線層の形成方法は、第
２の導体層を形成する工程において、ＣＭＰ法により、
第２の絶縁層上に形成された第２の導体層を除去し、配
線溝に形成された第２の配線層を残存させる。この残存
した第２の導体層は横配線層とコンタクト層のことであ
る。このように第２の導体層を残存形成するにあたり、
予め配線溝を形成しておくことで、第２の絶縁層上の第
２の導体層の除去にＣＭＰ法による機械的な方法を用い
ることが可能となった。従って、本発明は従来のような
ネガ型のフォトレジスト形成に係わる問題がなく、微細
化されたコンタクトホールを有する多層配線層を形成す
ることができる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図１から図７を用いて説明
する。図１はフォトレジスト３を形成する工程を示す半
導体装置の斜視図である。先ず、第１の配線層５を被覆
するように酸化膜１（膜厚０．４μｍ）と窒化膜２（膜
厚０．３μｍ）が順次形成された半導体装置に、窒化膜
２の所定表面が露出するように、リソグラフィー法によ
って溝状にポジ型のフォトレジスト３を形成する。

【００１３】図２に図１の断面図を示す。図（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ図１中の破線Ａ、Ｂで示した部分の断
面を表している。窒化膜２の露出面が（ａ）より（ｂ）
の方が広いのは、（ｂ）において、後の工程でコンタク
トホールを形成する際に、横配線層が埋め込まれる横配
線溝内に、コンタクトホールを形成するためのマスク
（アモルファスシリコン）を形成するからである。

【００１４】図３はアモルファスシリコン４を形成する
工程を示している。先ず、図示せぬフォトレジスト３を
マスクとして、ＲＩＥ法によって第１の配線層５の所定
表面が露出するよう、窒化膜２を除去し横配線溝を形成
する。次にアッシングにより図示せぬフォトレジスト３
を除去する。その後（ａ）に示す横配線溝が完全に埋ま
り、かつ（ｂ）に示す横配線溝が半分の深さ程度に埋ま
るようアモルファスシリコン４を窒化膜２及び酸化膜１
上に形成する。

【００１５】図４はアモルファスシリコン４を横配線溝
内に残存形成する工程を示している。ＲＩＥ法によっ
て、窒化膜２及び酸化膜１上のアモルファスシリコン４
をエッチングする。この時、（ａ）に示す横配線溝のほ
ぼ全空間と（ｂ）に示す横配線溝の端部にアモルファス
シリコン４を残存させる。

【００１６】図５はコンタクトホールを形成する工程を
示している。（ｂ）に示す横配線溝において、この横配
線溝端部に残存形成されたアモルファスシリコン４をマ
スクとして、ＲＩＥ法により酸化膜１を開口し、第１の
配線層５の所定表面を露出させる。この時、窒化膜２も
若干除去されるが、フォトレジスト４と酸化膜１と窒化
膜２のエッチングレートの比を、フォトレジスト４＞酸
化膜１＞窒化膜２とすることでエッチングに選択性をも
たせることができる。例えばフォトレジスト４にアモル
ファスシリコン、酸化膜１にＳｉＯ₂ 、窒化膜２にＳｉ
Ｎを用いると、エッチングレートの比を２０：１０：１
とすることができ、高い選択性が実現できる。酸化膜１
の開口部の側壁と第１の配線層５とで囲まれる空間がコ
ンタクトホールである。

【００１７】図６はアモルファスシリコン４を除去する
工程を示している。ＣＤＥ法により配線溝内に残存形成
されているアモルファスシリコン４を完全に除去する。
この場合も選択的な除去が必要で、酸化膜１がＳｉＯ
₂ 、窒化膜２がＳｉＮとすると、エッチングガスに、Ｎ
₂ ／Ｏ₂ ／ＣＦ₄ ／Ｃｌ₂ の混合ガスを用いるとよい。

【００１８】図７は第２の配線層６を形成する工程を示
している。第２の配線層７は、横配線溝に形成される横
配線層６ａと、コンタクトホールに形成されるコンタク
ト層６ｂから成る。これらの材質としてＳｉ、Ｃｕを含
むＡｌ膜を選び、先ず各配線溝及びコンタクトホールが
完全に埋まるように、第１の配線層５と酸化膜１と窒化
膜２上にＡｌ膜をスパッタリング形成させる。次に、真
空中加熱によりＡｌ膜を溶融させ、Ａｌ膜の配線溝及び
コンタクトホール内のカバレッジを向上させる。更にＣ
ＭＰ法により窒化膜２上のＡｌ膜を除去し、配線溝内に
Ａｌ膜を残存形成させる。

【００１９】以上の工程により、多層配線層が形成され
る。ところで、アモルファスシリコン４を形成する工程
（図２参照）において、その膜厚と、（ｂ）に示す横配
線溝の溝幅との間には、前者をｔ、後者をｗとした場
合、少なくとも（１）式に示す関係が成立しなければな
らない。

【００２０】 ２ｔ＜ｗ （１）これ
は、横配線溝がアモルファスシリコン４によって埋め尽
くされない条件を示しており、コンタクトホールを微細
化するためには、（１）式を満たす範囲でアモルファス
シリコン４を厚く形成するとよい。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明で提供する手段を
用いると、微細化されたコンタクトホールを有する多層
配線層の形成方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示したフォトレジストを形成
する斜視図。

【図２】本発明の実施例を示したフォトレジストを形成
する工程断面図。

【図３】本発明の実施例を示したアモルファスシリコン
を形成する工程断面図。

【図４】本発明の実施例を示したアモルファスシリコン
を残存形成する工程断面図。

【図５】本発明の実施例を示したコンタクトホールを形
成する工程断面図。

【図６】本発明の実施例を示したアモルファスシリコン
を除去する工程断面図。

【図７】本発明の実施例を示した横配線層とコンタクト
を形成する工程断面図。

【図８】従来例を示したフォトレジストを形成する工程
断面図。

【図９】従来例を示したコンタクトホールを開口する工
程断面図。

【図１０】従来例を示したフォトレジストを除去する工
程断面図。

【図１１】従来例を示した第２の配線層を形成する工程
断面図。

【図１２】従来例を示したフォトレジストを形成する工
程断面図。

【図１３】従来例を示した第２の配線層を残存形成する
工程断面図。

【符号の説明】

１ 酸化膜 ２ 窒化膜 ３ フォトレジスト ４ アモルファスシリコン ５ 第１の配線層 ６ 第２の配線層 ６ａ 横配線層 ６ｂ コンタクト層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の導体層上に第１の絶縁層を形成す
   る工程と、 この第１の絶縁層上に第２の絶縁層を形成する工程と、 この第２の絶縁層の所定表面が露出するよう第３の絶縁
   層を形成する工程と、 この第３の絶縁層をマスクに、前記第１の絶縁層の所定
   表面が露出するよう、 前記第２の絶縁層を除去し、第１の領域と第２の領域を
   有する溝を形成する工程と、 前記第３の絶縁層を除去する工程と、 前記第２の絶縁層と前記第１の絶縁層上及び前記溝の端
   部に第４の絶縁層を形成する工程と、 前記第４の絶縁層を除去するにあたり、前記第１の領域
   低面の前記第１の絶縁層表面上の前記第１の領域端部近
   傍と、前記第２の領域低面の前記第１の絶縁層全面に、
   前記第４の絶縁層を残存形成する工程と、 前記第１の領域において、残存形成した前記第４の絶縁
   層をマスクに、前記第１の導体層の所定表面が露出する
   よう、前記第１の絶縁層を除去し、開口部を形成する工
   程と、 残存形成した前記第４の絶縁層を除去する工程と、前記
   溝及び前記開口部を被覆するよう、前記第１の導体層と
   前記第１の絶縁層上に第２の導体層を形成する工程とを
   具備することを特徴とする多層配線層の形成方法。
2. 【請求項２】 前記第４の絶縁膜の膜厚をｔ、前記第１
   の領域の幅をｗとすると、２ｔ＜ｗであることを特徴と
   する請求項１記載の多層配線層の形成方法。