JPH0320064B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 半導体基板上に、所定接続を除いて層間誘電
体膜によつて電気的に分離される少なくとも第１
及び第２の金属層が形成される多層配線集積回路
の製造工程において、 半導体基板上に第１の金属層を形成する工程
と、 前記第１の金属層形成時に発生した垂直突出部
を含めて完全に覆うように均一厚の層間誘電体膜
を形成する工程と、 前記層間誘電体膜の表面を平坦化する第１のホ
トレジスト層を形成する工程と、 前記第１のホトレジスト層に他のホトレジスト
溶媒が溶け込まないように硬化処理する工程と、 前記第１の金属層形成時に発生したスパイクに
起因する前記層間誘電体膜の表面の垂直突出部を
覆うのに十分な厚さで、前記第１のホトレジスト
層の上層に選択的に第２のホトレジスト層を形成
する工程と、 前記第２のホトレジスト層をマスクとして前記
層間誘電体膜の所定箇所を除去して前記第１の金
属層を露出させる工程と、 前記第１の金属層の露出箇所と電気的に接続さ
れる第２の金属膜を形成することを特徴とする多
層配線集積回路を製造するための工程。

２ 前記硬化処理工程において、前記第１のホト
レジスト層が所定圧力及び所定温度の雰囲気中に
十分な時間の間、ガス・プラズマにさらされる請
求項１記載の多層配線集積回路を製造するための
製造工程。

３ 半導体基板上に、所定接続を除いて層間誘電
体膜によつて電気的に分離される少なくとも第１
及び第２の金属層が形成される多層配線集積回路
の製造工程において、 半導体基板上に第１の金属層を形成する工程
と、 前記第１の金属層形成時に発生した垂直突出部
を含めて完全に覆うように均一厚の前記層間誘電
体膜を形成する工程と、 前記層間誘電体膜の表面を平坦化するネガテイ
ブ・ホトレジストからなる第１のホトレジスト層
を形成する工程と、 前記第１の金属層形成時に発生したスパイクに
起因する前記層間誘電体膜の表面の垂直突出部を
覆うのに十分な厚さに、前記第１のホトレジスト
層の上層に選択的に前記ネガテイブ・ホトレジス
トとは相互作用しないポジテイブ・ホトレジスト
からなる第２のホトレジスト層を形成する工程
と、 前記第２のホトレジスト層をマスクとして前記
層間誘電体膜の所定箇所を除去し、前記第１の金
属層を露出させる工程と、 前記第１の金属層の露出箇所と電気的に接続さ
れる第２の金属膜を形成することを特徴とする多
層配線集積回路を製造するための工程。

４ 第１のホトレジスト層がポジテイブ・ホトレ
ジストからなり、且つ第２のホトレジスト層が前
記ポジテイブ・ホトレジストとは相互作用しない
ネガテイブ・ホトレジストからなり、前記第１及
び第２のホトレジスト層が所定時間及び所定温度
でベイクされることを特徴とする請求項３記載の
多層配線集積回路を製造するための工程。

発明の分野 この発明は、概して多層配線集積回路（IC）
に関し、特にそのような回路の作製に於いて収率
を増すための工程に関する。

背 景 多層配線集積回路の作製に於いては、珪素のよ
うな半導体基板の選択されたエリアと直接接触さ
れる配線の第１のレベルを提供し、その後該配線
の第１の層の上にそれから物理的に分離した配線
の第２のレベルを堆積することが知られている。
上記配線の第２のレベルは通常、“層間誘電体”
として該分野で参照される二酸化珪素のような選
択された誘電体物質によつて上記配線の第１のレ
ベルから絶縁される。配線のただ２つのレベルの
みが使用される構成に於いては、頭字語“DLM”
が“二層配線”構造及び集積回路を指示するため
に使用されている。

上記配線の第１のレベルと第２のレベルの間に
所望の垂直な電気的相互接続を成すためのある実
施例は、上記層間誘電体の上に所望の外形の保護
ホトレジスト・コーテイングを提供し、次に該ホ
トレジスト・コーテイングの開口によつて露光さ
れたエリアのこの誘電体を通る開口即ちブアイア
をエツチングするような、普通の紫外線（UV）
ホトリソグラフイツク・マスキング及びエツチン
グ・テクニツクを使用することであつた。このエ
ツチング・ステツプが終えられた後、上記配線の
第２の層の堆積が層間誘電体上に、及び上記配線
の第１の層と垂直接触を成すために、これらの開
口即ちブアイアを通して成されていた。

上記工程は、配線の平坦な一様な層を処理する
ためには満足ではあるが、配線の層がそれらの上
に小山即ちスパイクを持つ残りの許容できる製造
物に於いては全く満足できない。これらの小山即
ちスパイクは、配線の水平面上にしばしば１乃至
2μｍ伸びることができる配線中に鋭く直立した
不備の形にある。これらのスパイクは、金属堆積
及び冷却工程に於いて起こる金属の一様でない核
形成によつて生成される。

許容できない製造物のための理由は、これらの
小山即ちスパイクの外形に適合させるための及び
垂直に模写するための、上記ホトレジスト・コー
テイングの失販である。従つて、ホトレジスト・
コーテイングは、この誘電体が配線の第１の層の
上に潜在する小山即ちスパイクによつて垂直に
“押し上げ”られるエリアに十分に適合されず、
そのエリアの層間誘電体をカバーしない。一般的
なルールとして、層間誘電体は下にある金属小山
即ちスパイクの外形と全く十分に適合するが、こ
れは金属の小山即ちスパイクを模写する層間誘電
体にその後形成された突出部上に堆積されるホト
レジスト・コーテイングを有する場合ではない。
この不一致は、次には、上にあるホトレジスト・
コーテイングを完全に通る幾らかのエリアに伸び
るため層間誘電体にこれらの突出部を生じ、それ
によつて配線の第１のレベルと第２のレベルの間
に不所望の電気的シヨートをその後生ずる。電気
的シヨートのこの問題は、本発明の以下の説明で
よりたやすく明らかになるだろう。

上記問題を解決するために、何時でも層間誘電
体の突出部を全てカバーしようとする試みに於い
ては、ホトレジスト・コーテイングの厚さを単に
増すことが提唱されている。しかしながら、この
アプローチはまた、付加されたホトレジスト中の
溶媒が、より厚いホトレジスト層の許容できない
一致及び配線の第１のレベルと第２のレベルの間
になお生ずる許容できない電気的シヨートである
最終結果を有する、より速く堆積されたホトレジ
スト物質を溶解する傾向にある故に、不十分と分
かつている。

発 明 本発明に従つて、配線の第１のレベルと第２の
レベルの間の電気的シヨートのこの問題が事実上
除去されることができ、且つデバイス製造収率が
層間誘電体をコーテイングするためのホトレジス
トの第１の層と第２の層の分離を提供することに
より事実上増されることができるということが分
る。ホトレジストの第１の層は、それにホトレジ
ストの第２の層中の溶媒を通さなくさせるように
処置される。この方法で、下にある層間誘電体中
の模写された小山即ちスパイクを十分にカバーす
るに足る全部のホトレジストの厚さを達すること
が可能であり、それによつて製造される集積回路
中の不所望の電気的シヨートを妨げることが可能
である。

本発明の好ましい実施例に於いては、我々は層
間誘電体中にブアイアを作る工程に於いて、ネガ
テイブ・ホトレジスト物質とポジテイブ・ホトレ
ジスト物質の組合わせを利用する。このコーテイ
ング・ステツプは、層間誘電体の頂上に、且つ配
線の第１の層との電気的接触を作るようにその中
にエツチングされたブアイアを通して、配線の第
２の層の堆積の用意に成される。所望の厚さにホ
トレジストを築き上げるためにネガテイブ・ホト
レジスト・ポリマとポジテイブ・ホトレジスト・
ポリマの組合わせを利用することにより、これら
のそれぞれのホトレジスト物質中の溶媒は、互い
と逆相互作用せず、隣接したネガテイブ又はポジ
テイブ・ホトレジスト物質を溶解させる傾向にな
い。このように、ホトレジスト・コーテイング
は、困難なしに所望の厚さに築き上げられること
ができ、層間誘電体を十分にカバーすることがで
き、それによつて製造工程の収率を十分に増加す
る。

この発明の前述の効果及び他の目的及び特徴
は、添附図面の以下の説明でよりたやすく明らか
になるだろう。

図 面 第１図乃至第８図は、配線の第１及び第２のレ
ベルが二層配線（DLM）集積回路構造中に形成
され、次に相互接続がこれらの配線の第１のレベ
ルと第２のレベルの間に作られる本発明に従つた
工程シーケンスを概略的に示している。

一般説明 先ず第１図を参照すると、典型的に20ミルの厚
さ及び約1Ωcmの抵抗率のものである珪素基板１
０が示されている。該基板１０は、例えば、その
中にアクテイブ領域１２を持つもので、これは電
気的接触が必要であり、且つ通常の拡散又はイオ
ン注入ドーピング・テクニツクを使用して形成さ
れることができる。例えば、不純物拡散は、二酸
化珪素不活性化層１６中に予め形成された開口１
４を通して予め成し遂げられることができる。
SiO₂層は、例えば、ゲート酸化膜応用のため約
700Åの厚さに熱成長されることができ、もしそ
れが該分野で良く知られたような“フイールド酸
化膜”として与えられるべきであれば、約1μｍ
にまで厚く成長されることができる。

次に第２図を参照すると、通常の金属蒸着テク
ニツクを使用して金属の第１の層１８が、上記ア
クテイブ・デバイス領域１２と抵抗的に接触し
て、上記表面酸化膜１６の上面部上に図示のよう
に堆積される。上記金属の第１の層１８は、例え
ば、約6000Åの厚さに既知のアルミニユウム・ス
パツテイング・テクニツクを使用してスパツタさ
れることができ、上記アルミニユウム層１８は、
該金属の第１の層１８の上方水平面上に１−2μ
ｍだけ時々垂直に突出するスパイク即ち小山２０
及び２２を含むことがある。言及されたように、
これらのスパイク即ち小山２０及び２２は、上記
金属層１８の冷却の間、アルミニユウム原子の原
子移動によつて生成されると考えられる限定的な
成長である。

次に第３図を参照すると、二酸化珪素のよう
な、且つ“層間誘電体”として参照される第２の
絶縁層２４が、上記第１のレベルの金属層１８の
頂上に図示のように堆積される。上記金属の第１
のレベル１８の小山２０及び２２は順当に、
SiO₂層２４の突出した酸化膜領域２６及び２８
で全く一様にカバーされるだろう。この層間誘電
体２４は、既知の化学蒸気堆積（CVD）テクニ
ツクを使用して、450℃位の比較的低い温度で、
上記金属層１８上に堆積されることができる。上
記誘電体SiO₂層２４を形成するために使用され
ることができる一つの工程は、SILOX工程とし
て該分野で知られており、二酸化珪素及び水蒸気
を生ずるように、約450℃でシランSiH₄と酸素を
結合させる。上記誘電体層２４は、多くのタイプ
の金属酸化膜珪素（MOS）集積回路のために、
典型的に約1μｍであるだろう。

後者のステツプが完成された後、第３図の構造
物は、ネガテイブ・ホトレジストの第１の層３０
が第４図に示されたように堆積されるホトレジス
ト堆積場所に運ばれる。上記ホトレジスト層３０
は次に、典型的にさしわたし約10μｍである第１
の、粗い即ち低公差の開口３４を定義するため
に、通常のホトリソグラフイツク・コーテイング
及びエツチング・テクニツクを使用して処理され
る。第４図に示されるように、上記第１の、ネガ
テイブ・ホトレジスト層３０は、下にある上記二
酸化珪素層２４に幾分適合し、上記金属小山２０
によつて上方へ押し上げられるあまり鋭くない突
出部、例えば２６を完全にカバーすることさえで
きる。しかしながら、上記層間誘電体２４の、鋭
い下にある金属スパイク即ち小山２２によつて生
成される鋭い突出部２８はしばしば、第４図にも
また示されたように、上記ホトレジスト層３０に
よつても完全にカバーはされない。それは、本発
明によつて今軽減される電気的シヨートを生じさ
せるこれらの鋭い突出部２８である。即ち、第４
図に示されたようにホトレジストの単一の層のみ
を使用し、且つ二層配線相互接続ステツプの用意
にSiO₂層２４の領域３６で離れてエツチングを
始めるべきであれば、そのさらされた突出部２８
の層間誘電体で離れてエツチングされもまたする
だろう。このステツプは、第１と第２のレベルの
配線間の不所望の垂直シヨートを次々に続いて形
成するだろう上記下にある金属小山２２を不所望
に露光するだろう。

しかしながら、本発明に従つた第２のポジテイ
ブ・ホトレジスト層３８は、下にある誘電体間レ
ベル酸化膜２４の突出部２８を完全にカバーする
ように、第５図に示されるように堆積される。上
記第２のホトレジスト層３８が堆積された後、普
通のホトレジスト工程（ベーキング）及びホトリ
ソグラフイツク・コーテイング及びエツチング・
テクニツクが、上記第１のホトレジスト層３０に
予め形成された粗い開口３４内に細かい即ち高公
差の開口４２を形成するために利用される。典型
的に、上記粗い開口即ち線幅３４は、上記細かい
開口即ち線幅４２がさしわたし約3μｍであり、
且つ上記配線の第１の層が上記配線の第２の層と
垂直に相互接続されるべきであるように正確に中
心に置かれるだろうのに対して、さしわたし約
10μｍであるだろう。

上記広げられた即ち粗い開口３４の形成に於い
て、Hunt HNR−120ネガテイブ・ホトレジスト
の層３０が使用されたもので、これはNew
Jersey07650、Palisades ParkのHunt Chemical
Companyから得られた。上記細かい開口４２は、
Shipley AZ 1470として知られ、且つ
Massachusetts 02162、NewtonのShipley
Corporationから得られたポジテイブ・ホトレジ
スト層３８中に形成された。これらの２つのホト
レジスト層３０及び３８の形成に使用された他の
パラメータは、以下の表で与えられる。

【表】 ホトレジスト工程のさらなる説明のために、参
照によつて本明細書に組込まれるWilliam S.
DeForestのPhotoresist Materials and
Process、McGraw−Hill、1975に対する参照が
成されることができる。

本発明が、合成ホトレジスト・コーテイングを
形成するためホトレジストのネガテイブ及びポジ
テイブ層のみの利用に限定されるものではなく
て、むしろ個々の層が隣接する層中の溶媒からの
攻撃を通さないどのような多層ホトレジスト構築
工程も含む傾向にあるということが理解されるべ
きである。従つて、上記ホトレジストの第１及び
第２の層３０及び３８は、それらが前の又は後の
ホトレジスト層の形成に利用される溶媒を通さな
いように処置されるならば、両方ともネガテイブ
又は両方ともポジテイブであることができる。こ
れは、例えば、１トルの圧力及び100WのRF電力
でフレオン14ガスのプラズマに上記第１の層３０
をさらすことにより、及び約５分上記層を熱する
ことにより成し遂げられることができる。好まし
くは、このプラズマ処置は、California 94947、
NovatoのTegal Corporationによつて入手でき
るタイプのバレル・エツチング処置を使用して成
し遂げられることができる。

また、上記ホトレジストの第１の層３０は、30
分の200℃のベイクによりフオローされる深紫外
線放射線でそれを露光することにより処置される
ことができる。上記放射線は、ホトレジスト面を
固くし、高温ベイクによりどのような歪みの特徴
も妨げる。この結合された放射線及び熱処理工程
は、上記第２の層３８中の溶媒による攻撃を通さ
なくする。

その上、上記第２の層３８は、第１の層との反
応からその中に含まれる溶媒を妨げるように処置
されることができ、またはあるいはその上、上記
第２の層３８は、上記第１の層の形成から残るど
の溶媒との反応に対してそれを無害にするように
処置されることができる。

いつたん、ブアイア４４が第６図に示されるよ
うに上記配線の第１のレベルの選択されたエリア
を露光するために上記層間誘電体２４中にエツチ
ングされたならば、上記２つのホトレジスト層３
０及び３８は、標準のホトレジスト工程テクニツ
クを使用して第７図に示されるように取除かれ
る。次に、第７図の構造物は、上記層間誘電体２
４の上面に、その下方が上記ブアイア開口４４で
配線の第１のレベル１８と接触する配線の第２の
レベル４６が第８図に示されるように堆積される
アルミニウム金属蒸着場所に運ばれる。次に配線
の第２のレベル４６は、該分野で良く知られた普
通のホトレジスト・コーテイング及び金属エツチ
ング・テクニツクを使用して、どのような所望の
外形にも模造されることができる。