JPH03142833A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＡｆｆｉやＡ／！−３ｔ等からなる金属配線
層を用いて信頼性に優れた配線形成が行われる半導体装
置の製造方法に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、下地上に形成される金属配線層と反射防止膜
との間に反応防止膜を介在させることにより、上記金属
配線層と上記反射防止膜の反応が防止され、良好な配線
が形成されるものである。

また、本発明は、下地上に順次積層される金属配線層と
反射防止膜を共に同じパターンにパターニングした後、
上記反射防止膜を窒化させ、更に、全面に窒化膜を形成
することにより、後工程の熱処理においても金属配線層
と窒化された上記反射防止膜の間では反応が起きる虞れ
がないために、良好な配線が形成されるものである。

更に、本発明は、下地上の金属配線層と該金属配線層上
に形成されるエツチング速度の比較的遅い露出防止膜を
共に同じパターンにパターニングした後、上記露出防止
膜よりも比較的エツチング速度の速い絶縁膜からなる平
坦化膜を用いて上記露出防止膜が露出するまでエツチン
グを行うことにより、上記金属配線層が露出されること
がなく、再現性に優れた平坦化を行うことが可能となる
ものである。

〔従来の技術〕

半導体装置のメタライゼーシッン技術に関して、Ａｌや
Ａｌ−３ｉ等の金属膜を用いて配線形成を行うことが一
般的とされる。この金属膜からなる配線層をパターニン
グする工程では、金属膜の反射によるレジストパターン
の悪化が問題とされる。

この問題はデバイスの高集積化に伴う素子の微細化が進
められると共に顕在化している。特に基板と配線層の間
の段差部近傍では、レジストパターンの側壁形状の悪化
によりパターニングされた配線層にカケや断線等が生じ
るといった悪影響がみられる。

この対策として、金属膜上に薄膜のアモルファスシリコ
ン等を堆積させて金属膜の反射を防止する方法が知られ
ている。

ところが、このようにアモルファスシリコン膜を用いて
反射防止膜を形成する場合、ＡＩ！やＡＮ−５ｉ等の金
属膜のパターニングを行った後にその金属膜上にアモル
ファスシリコン膜を残存させたまま熱処理を行うと、ア
モルファスシリコンが容易にＡｆｆｉ中に拡散する。そ
の結果、ＡＮ中のＳｉ濃度が増加するため、Ｓｔの析出
量が増加する。

このようなＳｉの析出はコンタクト不良の原因となり、
配線の信頼性を著しく低下させる。

そこで、このようなＡｌやＡｌ−５ｉ等の金属膜とアモ
ルファスシリコン膜の反応を防止するために、従来より
、金属膜のパターニング後にアモルファスシリコン膜を
除去することが試みられている。

一方、ＬＳＩが高密度化するにつれ、配線は多層化され
る。このような多層配線の実現には平坦化技術が不可欠
である。平坦化技術の１つとして、層間膜の平坦化技術
がある。この眉間膜の平坦化技術では、下層配線層をパ
ターニングした後、その下層配線層を覆って眉間絶縁膜
が形成され、更にこの眉間絶縁膜上にレジスト層等が塗
布される。

そして、全面エッチバックにより平坦化が行われている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように金属膜のパターニング後にアモルファスシ
リコン膜を除去する技術に関して、アモルファスシリコ
ン膜を除去するために、主にフン素系ガスを用いたドラ
イエツチングが行われている。しかし、配線層がＡｌ４
−５ｉからなる場合には、フッ素系プラズマによって配
ｗＡ層中のＳｉまでがエンチング除去されてしまう、従
って、Ｓｉ濃度の制御が困難となるため、上述のような
エノチングは逆に問題を生じる。また、配線層がバリア
メタル技術を採用した積層構造を有する場合においても
、上述の場合と同様に、バリアメタル膜がエツチングさ
れて配線層の形状が悪化するという問題が起こる。そこ
で、配線層が上述のような悪影響を受けずに信頼性に優
れた配線形成を行うための技術が要求される。

また、多層配線形成に関して、眉間絶縁膜を用いた平坦
化エッチバックでは、オーバーエツチングが生じて下層
配線層が露出することがある。このため、下層配線層が
Ａ２のみからなる場合には、後工程でヒロック等が成長
して下層配線層が劣化する虞れが生じる。また、下層配
線層上に反射防止膜が形成される場合においても、オー
バーエツチングによって反射防止膜まで除去されること
があり、このようなエッチバックによる平坦化は極めて
再現性に乏しいという問題がある。

そこで、本発明は上述の従来の実情に鑑みて提案された
ものであって、上記金属配線層上上記反射防止膜の反応
を防止して信頼性の高い配線層を形成することを第１の
目的とし、また、金属配線層を露出させずに再現性に優
れた平坦化を行い、信頼性の高い多層配線層を形成する
ことを第２の目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体装置の製造方法は上述の目的を達成する
ために提案されたものである。

本願の第１の発明に係る半導体装置の製造方法は、下地
上に金属配線層を形成する工程と、その金属配線層上に
反応防止膜を形成する工程と、その反応防止膜上に反射
防止膜を形成する工程と、その反射防止膜上にフォトレ
ジスト層を形成する工程と、そのフォトレジスト層を選
択的に露光して現像する工程と、その選択的に形成され
たフォトレジスト層をマスクとして上記反応防止膜、上
記反射防止膜及び上記金属配線層をパターニングする工
程とを有することを特徴とする。

また、本願の第２の発明に係る半導体装置の製造方法は
、下地上に金属配線層を形成する工程と、その金属配線
層上に反射防止膜を形成する工程と、その反射防止膜上
にフォトレジスト層を形成する工程と、そのフォトレジ
スト層を選択的に露光して現像する工程と、その選択的
に形成されたフォトレジスト層をマスクとして上記反射
防止膜及び上記金属配線層をパターニングする工程と、
上記反射防止膜を窒化する工程と、全面に窒化膜を形成
する工程とを有することを特徴とする。

更に、本願の第３の発明に係る半導体装置の製造方法は
、下地上に金属配線層を形成する工程と、その金属配線
層上にエツチング速度の比較的遅い露出防止膜を形成す
る工程と、上記露出防止膜と上記金属配線層を共に同じ
パターンにパターニングする工程と、上記露出防止膜上
を含む全面に該露出防止膜よりも比較的エツチング速度
の速い絶縁膜を形成する工程と、その絶縁膜を上記露出
防止膜が露出するまでエツチングして平坦化を行う工程
とを有することを特徴とする。

ここで、上記金属配線層の材料として、は、Ａ１やＡｌ
−３ｉ等が使用可能である。また、上記反応防止膜とし
て、酸化アルくニウム膜、シリコン酸化膜或いはシリコ
ン窒化膜等が使用可能である。

なお、この反応防止膜はスパッタ法やＣＶＤ法等によっ
て形成される薄膜であり、その膜厚は例えば１０〜１０
０人程度であることが好ましい、また、上記反射防止膜
として、スパッタ法やＣＶＤ法等によって形成されるア
モルファスシリコン膜等が使用可能である。上記露出防
止膜としては、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法等によっ
て形成されるシリコン酸化膜等が使用可能である。

〔作用〕

本願の第１の発明では、下地上に形成される金属配線層
と反射防止膜との間に反応防止膜を介在させることによ
り、上記金属配線層と上記反射防止膜が直接接触するこ
とがなく、相互間の反応が阻止される。これにより、反
射防止膜としてアモルファスシリコン膜が使用される場
合でも、熱処理の際に、Ｓｔが金属配線層中に拡散する
ことが防止される。このため、金属配線層中のＳｉ濃度
が増加する虞れがなくなり、それに伴ってＳｉの析出が
抑えられる。

また、本願の第２の発明では、下地上に金属配線層と反
射防止膜を順次積層した後、これらの金属配線層及び反
射防止膜をパターニングする。そして、上記反射防止膜
を窒化させる。これにより、後工程で熱処理を行っても
金属配線層と窒化させた反射防止膜の間では反応が抑え
られるので、金属配線層の悪影響が防止される。また、
この時、金属配線層の側面も同時に窒化されるので、配
線の信頼性が向上する。このような反射防止膜の窒化後
、連続して同一反応室内で全面に窒化膜を形成すること
により、所望の膜厚を有する窒化膜を形成することが可
能である。

更に、本願の第３の発明では、下地上の金属配線層上に
比較的エツチング速度の遅い露出防止膜を形成した後、
上記金属配線層と上記露出防止膜を同じパターンのマス
クを用いてパターニングする０次いで、全面に上記露出
防止膜よりも比較的エツチング速度の速い絶縁膜を形成
してエッチバンクを行う、露出防止膜のエツチング速度
が遅いために、エッチバックが進行して露出防止膜が露
出した時点でエツチングは緩慢になる。つまり、露出防
止膜下の金属配線層までエツチングが進行する虞れがな
い、従って、この時点でエンチングを終了すれば、金属
配線層が露出されることがなく、再現性に優れた平坦化
を行うことが可能とされる。

〔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。

第１の実施例 本実施例は、本願の第１の発明を通用し、アルミニウム
配線層とアモルファスシリコン膜からなる反射防止膜の
間に反応防止膜として機能する酸化アルくニウム膜が形
成される例である。

先ず、第１図（ａ）に示すように、下地体ｌ上に絶縁膜
２が形成され、この絶縁１１！２上にスパック等により
アルミニウム配線層３を形成する。

続いて、第１図（ｂ）に示すように、アルごニウム配線
層３の表面に薄膜の酸化アルミニウム膜４を形成する。

この酸化アルくニウム膜４はスパッタ法やＣＶＤ法等に
より形成され、その膜厚は例えば１０〜１００人程度と
される。このような酸化アルミニウム膜４はアルミニウ
ム配線層３とアモルファスシリコン膜５の間に介在され
て反応防止膜として機能する。

続いて、第１図（ｃ）に示すように、酸化アルごニウム
膜４上にスパッタやＣＶＤ等を行ってアモルファスシリ
コン膜５を形成する。このアモルファスシリコン膜５は
反射防止膜として機能し、その膜厚は例えば５０〜３０
０人程度であることが好ましい、ここで、上述のような
酸化アルくニウム膜４が存在しているので、熱処理を施
してもアモルファスシリコン膜５のＳｉがアルミニウム
配線層３中に拡散される虞れがない。

そして、全面にフォトレジスト層６を塗布した後、アル
ミニウム配線層３等のパターニングを行うためのマスク
パターンを用いて第１図（ｄ）に示すように、フォトレ
ジスト層６を選択的に露光して、現像する。

このように選択的に形成されたフォトレジスト層６をマ
スク、としてＲＩＥ等のドライエツチングを行い、第１
図（ｅ）に示すように、アル旦ニウム配線層３．酸化ア
ルξニウム膜４及び反射防止膜５がパターニングされる
６本実施例において、ここでアモルファスシリコンｌｌ
１５を除去する工程を加えることも可能である。この場
合、アモルファスシリコン膜５を除去するためのエツチ
ングを行っても、酸化アルミニウム膜４がバリヤとなる
ために、Ａｌ−３ｉからなる配線層に対しても配線層中
のＳｉがエツチングされる虞れがない。従って、配線層
中のＳｉａ度が制御される。

そして、フォトレジストＮ６をアシシングした後、第１
図（ｆ）に示すように、アモルファスシリコン膜５を含
む全面にＰＳＧ等によるパッシベーション膜６を形成し
て配線形成が完了する。

第２の実施例 本実施例は、本願の第２の発明を適用し、ＳｉＮ用のプ
ラズマ装置内において、アルミニウム配線層及びアモル
ファスシリコン膜からなる反射防止膜をパターニングし
た後、その反射防止膜０窒化を行う例である。

先ず、通常の工程に従って、下地体２１上に絶縁膜２２
を形成する。その絶縁膜２２上にアルくニウム配線層２
３を所望の膜厚に形成した後、更にスパッタ等を行って
薄膜のアモルファスシリコン膜２４を積層させる。この
アモルファスシリコン膜２４は反射防止膜としてｉ能す
る。そして、同一のマスクパターンを用いてアルミニウ
ム配線層２３及びアモルファスシリコン［２４のエツチ
ングを行う、その結果、第３図（ａ）に示すように、ア
ルミニウム配線層２３．アモルファスシリコン膜２４が
パターニングされる。

このパターニング後、上述のエンチングに用いた同一１
ｉ１１ｆ内で、アモルファスシリコン膜２４の窒化を行
う、これにより、第３図（ｂ）に示すように、アモルフ
ァスシリコン膜２４はシリコン窒化Ｈ１２４ａに窒化さ
れると共にアルミニウム配線層の側面にアルミニウム窒
化１１！２５が形成される。

なお、この時の圧力、′ａ度、ＲＦパワー、反応ガス流
量等の諸条件は適宜設定すれば良く、本実施例では、反
応ガスとしてＮＨｊガスが用いられる。

この窒化の度合いはＦＴＩＲ等のスペクトル分析により
、５ｔ−Ｎ結合の強度測定を行って評価される。

このようにアモルファスシリコン膜２４を窒化させるこ
とにより、後工程の熱処理時にＳｉがアル【ニウム配線
層２３中に拡散される等の悪影響が防止される。また、
このような悪影響を防止するためにアモルファスシリコ
ン膜２４を除去させる必要がないので、配４ｓ層がＡｊ
！−３ｉからなる場合でも配線層中のＳｊがエツチング
される等の問題が回避される。更に、作業工程の簡略化
も図られる。一方、この時、同時にアルミニウム配線層
の側面にアルミニウム窒化１１＊２５が形成されるので
、配線の信頼性の向上が期待される。

続いて、この窒化が行われた同一反応室内で、連続的に
プラズマＣＶＤを行い、第３図（ｃ）に示すように、ア
ルミニウム配線層２３の表面のアルミニウム窒化膜２５
やシリコン窒化膜２４ａを覆って全面に所望の膜厚のシ
リコン窒化膜２６を形成する。このプラズマＣＶＤにお
ける反応ガスは、例えばＮＨ，と５ｉＨａの混合ガス等
が使用可能である。

第３の実施例 本実施例は、本願の第３の発明を通用し、アルミニウム
層からなる下層配線層上に露出防止膜として機能するシ
リコン酸化膜を形成して多層配線が形成される例である
。

先ず、第２図（ａ）に示すように、下地体１１上にアル
ミニウム配線層１２を形成し、そのアルミニウム配線層
１２上に低温プロセスによるプラズマＣＶＤ等を行って
シリコン酸化１１１１３を形成する。このシリコン酸化
１１１３は後述する平坦化エンチバフクにおける露出防
止膜として８１能する。

この露出防止膜はエツチング速度の比較的遅い膜であれ
ばシリコン酸化１１１１３に限られない。

続いて、アルミニウム配線層１２及びシリコン酸化１ｌ
１１３を同一のマスクを用いてエンチングして、第２図
（ｂ）に示すように、パターニングが行われる。

そして、第２図（Ｃ）に示すように、シリコン酸化膜１
３上を含む全面にプラズマＣＶＤ法等によりシリコン窒
化膜１４を形成する。このシリコン窒化膜１４は上記露
出防止膜よりも比較的エツチング速度が迷い絶縁膜であ
ることが要求され、アルミニウム配線層１２及びシリコ
ン酸化１９１３の周囲を埋め込んで基体の平坦化を行う
ために用いられる。このようなシリコン窒化膜１４の膜
厚はアルミニウム配線Ｎ１２及びシリコン酸化［１３の
それぞれの膜厚の和以上とされ、例えば１０００Å以上
であることが好ましい。そして、このシリコン窒化膜１
４上に十分な膜厚を有するレジスト層１５を形成させる
。なお、このレジストＮ１５は上記シリコン窒化Ｈ１４
との組合せによって適宜選択され、本実施例の他にも、
例え：ｆ、シリコン窒化Ｈ１４をシリコン酸化膜とした
場合では、レジスト層１５の代わりにＳＯＣ（スピン・
オン・グラス）膜等に変更することも可能である。

続いて、レジスト層１５とシリコン窒化ｌ１１４のエッ
チレートが等しくされる条件で全面エッチバックを行う
、このエッチバックにおける反応ガスとしては、例えば
フッ素系ガス、酸素系ガス。

ＣＦ、ガス等が使用可能である。このエツチングはシリ
コン酸化膜１３が露出するまで行われる。

このシリコン酸化膜１３はシリコン窒化膜１４よりもエ
ツチング速度が遅いため、シリコン酸化膜１３の表面で
は殆どエツチングが進行しない、従って、シリコン酸化
膜１３がオーバーエツチングされてこのシリコン酸化膜
１３下のアル主ニウム配線層１２が露出される虞れがな
い、また、シリコン窒化膜１４とシリコン酸化膜１３の
エツチング速度の差を利用することにより、再現性に優
れた平坦化を行うことが可能とされる。このようなエツ
チングによって、第２図（ｄ）に示すように、アルミニ
ウム配線層１２がシリコン窒化膜１４に埋め込まれる。

更に、第２図（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜１３
を含む全面に通常の方法によって眉間膜１６条形形成る
。

なお、本実施例においては、配線層を多層構造とさせる
ことも可能であり、例えば配線層下にバリヤメタルを形
成したり、配線層と露出防止膜の間にチタン窒化膜等か
らなる反射防止膜を積層させても良い。

〔発明の効果〕

上述のように、本願の第１の発明は、その反応防止膜に
よって金属配線層と反射防止膜の反応が防止されるので
、熱処理を行ってもＳＬの析出等の金属配線層の反応が
未然に防止される。従って、信頼性に優れた配線が形成
される。

また、本願の第２の発明は、上述のように反射防止膜を
窒化させることにより、後工程の熱処理においても金属
配線層と窒化された上記反射防止膜の間では反応が起き
る虞れがない、また、反射防止膜を除去させる工程が不
要となり、作業工程数も減少される。また、この窒化処
理により金属配線層の側面に窒化膜が形成されるので、
配線の信頼性の向上が期待される。

更に、本願の第３の発明は、金属配線層上に形成される
露出防止膜と絶縁膜のエッチレートの差を利用して平坦
化を行う、金属配線層が露出することが防止されるので
、金属配線層にヒロック等が発生することがなく、良好
なコンタクトが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至第１図（ｆ）は本願の第１の発明を適
用した半導体装置の製造方法の一例をその工程順に従っ
て説明するための概略断面図であり、第２図（ａ）乃至
第２図（ｅ）は本願の第３の発明を適用した半導体装置
の製造方法の一例をその工程順に従って説明するための
概略断面図であり、第３図（ａ）乃至第３図（ｃ）は本
願の第２の発明を通用した半導体装置の製造方法の一例
をその工程順に従って説明するための概略断面図である
。 １１．２１・・・下地体 ２２・・・絶＆！膜 １２．２３・・・アルミニウム配線層 ・・酸化アルミニウム膜 ２４・・・アモルファスシリコン膜 ・・フォトレジスト層 ・・・レジスト層 ・・パンシベーシッン膜 ・・・シリコン酸化膜 ２４ａ、２６・・・シリコン窒化膜 ・・層間膜 ・・アルミニウム窒化膜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地上に金属配線層を形成する工程と、その金属
   配線層上に反応防止膜を形成する工程と、 その反応防止膜上に反射防止膜を形成する工程と、 その反射防止膜上にフォトレジスト層を形成する工程と
   、 そのフォトレジスト層を選択的に露光して現像する工程
   と、 その選択的に形成されたフォトレジスト層をマスクとし
   て上記反応防止膜、上記反射防止膜及び上記金属配線層
   をパターニング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。
2. （２）下地上に金属配線層を形成する工程と、その金属
   配線層上に反射防止膜を形成する工程と、 その反射防止膜上にフォトレジスト層を形成する工程と
   、 そのフォトレジスト層を選択的に露光して現像する工程
   と、 その選択的に形成されたフォトレジスト層をマスクとし
   て上記反射防止膜及び上記金属配線層をパターニングす
   る工程と、 上記反射防止膜を窒化する工程と、 全面に窒化膜を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。
3. （３）下地上に金属配線層を形成する工程と、その金属
   配線層上にエッチング速度の比較的遅い露出防止膜を形
   成する工程と、 上記露出防止膜と上記金属配線層を共に同じパターンに
   パターニングする工程と、 上記露出防止膜上を含む全面に該露出防止膜よりも比較
   的エッチング速度の速い絶縁膜を形成する工程と、 その絶縁膜を上記露出防止膜が露出するまでエッチング
   して平坦化を行う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。