JPH04218946A - スルーホールの形成方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のメタル多
層配線において、層間絶縁膜にスルーホールを形成する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置においてメタル多層配
線は図４に示すように形成される。まず図４（ａ）に示
すように、基板４０１上に第１層メタル配線４０３を形
成する。このメタル配線４０３は膜厚０．５μｍとする
。次に、そのメタル配線４０３を覆って基板４０１上の
全面に図４（ｂ）に示すように層間絶縁膜４０５、例え
ばＣＶＤ膜を約１μｍ厚に形成する。その後、前記層間
絶縁膜４０５に、通常のホトリソ・エッチング工程で図
４（ｃ）に示すように、第１層メタル配線４０３上に内
在するようにスルーホール４０７を形成する。その後、
そのスルーホール４０７を通して前記第１層メタル配線
４０３に接続されるように、図４（ｄ）に示すように第
２層メタル配線４０９を形成する。

【０００３】このような形成方法において、スルーホー
ル３０７を第１層メタル配線４０３上に内在するように
形成したのは、該スルーホール４０７をフォトリソ・エ
ッチング工程で形成する際にマスクずれが生じても、ス
ルーホール４０７が第１層メタル配線４０３上から外れ
ないようにするためである。もし、スルーホール４０７
がマスクずれで第１層メタル配線４０３上から外れると
、図５に示すようにその外れた部分において深くスルー
ホール４０７が開き、その部分で第２層メタル配線４０
９の段差被覆性が悪化し、断線の恐れがあるから、この
ようなことがないように、第１層メタル配線４０３上の
内側に、ずれに対する余裕を両側にとってスルーホール
４０７を開けるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、フォトリソ
・エッチング工程で第１層メタル配線２上に内在するよ
うにスルーホール４０７を開ける方法では、上述のよう
に、ずれに対する余裕（内在余裕）が必要となり、その
分、配線幅に対してスルーホール４０７の径が小さくな
り、スルーホール４０７のアスペクト比が大きくなるの
で、この点から、やはり、第２層メタル配線４０９の段
差被覆性が図４（ｄ）の円４１１内で示すように悪くな
るという問題があった。ここで、スルーホール４０７は
所定の大きさを確保して、第１層メタル配線４０３の幅
を広くしてもよいが、配線幅の拡大は微細化に逆行する
ことになる。

【０００５】この発明は上記の点に鑑みなされたもので
、上記従来の問題点を解決し得るスルーホールの形成方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、スルーホー
ルの形成方法において、下層メタル配線幅と同一径（正
確には底部が同一径）のスルーホールを前記下層メタル
配線上にセルフアラインで安定して形成するようにした
ものである。

【０００７】具体的には、まず、下地上に第１配線金属
層、被エッチング膜を順次被着し、この２層を下層配線
パターン状にパターニングする。次に、パターニングさ
れた前記２層を覆って基板上の全面に層間絶縁膜を形成
する。その層間絶縁膜上にレジストパターンを形成し、
そのレジストパターンをマスクとして、層間絶縁膜を膜
厚の途中までエッチングすることにより、この層間絶縁
膜にスルーホールの上部を形成し、その底部に前記パタ
ーニングされた被エッチング膜の表面を露出させる。そ
の後、スルーホール内に露出した被エッチング膜を除去
し、スルーホールを第１配線金属層のパターンまで貫通
させる。この時、被エッチング膜には、層間絶縁膜より
もエッチング速度の遅いものを用いる。

【０００８】また、上記方法において、層間絶縁膜のエ
ッチングは等方性とすることにより、スルーホールの上
部は、レジストパターン下にアンダーカットによって広
がったテーパー状とする。

【０００９】

【作用】上記この発明においては、下層配線金属層とと
もに同時に下層配線パターン状にパターニングされた被
エッチング膜を、層間絶縁膜のエッチング後、除去する
ことにより、下層配線金属層パターン（下層メタル配線
）幅と同一径（正確には底部が同一径）にスルーホール
がセルフアラインで開孔される。したがって、下層メタ
ル配線幅が従来と同一だとすると、従来の内在余裕に相
当する分だけスルーホール径を大きくすることができ、
スルーホールのアスペクト比を小さくできるので、スル
ーホールの開孔後形成される上層メタル配線の段差被覆
性が向上する。

【００１０】また、層間絶縁膜のエッチングを等方性と
して、それにより形成されるスルーホールの上部を、レ
ジストパターン下にアンダーカットによって広がったテ
ーパー状とすれば、該テーパーによって上層メタル配線
の段差被覆性がより向上する。

【００１１】

【実施例】実施例１以下本発明の第１の実施例を図１を
参照して説明する。

【００１２】まず図１（ａ）に示すように、素子形成が
完了した基板１０１上の全面に第１層メタル配線金属層
１０３を例えば０．５μｍ厚に形成し、さらにその上の
全面にＣＶＤ酸化膜１０５を同じく０．５μｍ厚に被着
させる。

【００１３】次に、そのＣＶＤ酸化膜１０５と第１層メ
タル配線金属層１０３の２層を通常のフォトリソ・エッ
チング技術により図１（ｂ）に示すように第１層メタル
配線パターン状にパターニングする。これにより、第１
層メタル配線金属層１０３は第１層メタル配線１０３ａ
となる。

【００１４】その後、パターニングされた前記ＣＶＤ酸
化膜１０５と第１層メタル配線１０３ａを覆うように、
基板１０１上の全面に図１（ｃ）に示すようにポリイミ
ド膜１０７を形成する。このポリイミド膜１０７はポリ
イミドのスピン塗布と、例えば３００℃、１時間のキュ
アにより形成され、膜厚は１．５μｍ、表面は平坦に形
成される。

【００１５】次に、そのポリイミド膜１０７上に、通常
のホトリソ技術にて図１（ｄ）に示すようにレジストパ
ターン１０９を形成する。このレジストパターン１０９
は、スルーホール形成部分に開口部１１１を有する。

【００１６】しかる後、そのレジストパターン１０９を
マスクとして、前記開口部１１１を通してポリイミド膜
１０７をその膜厚の途中までエッチングすることにより
、このポリイミド膜１０７にスルーホールの上部１１３
ａを形成し、かつその底部に前記パターニングされたＣ
ＶＤ酸化膜１０５の表面を露出させる。この時、ポリイ
ミド膜１０７のエッチング法としては、Ｏ２　プラズマ
による等方性エッチングを用いる。この等方性エッチン
グを用いることにより、図１（ｄ）に示すようにアンダ
ーカットがレジストパターン１０９の下に生じるので、
前記開口部１１１の幅をＣＶＤ酸化膜１０５のパターン
幅と同一とし、アライメント精度（±０．５μｍ）で開
口部１１１のズレが生じても、スルーホール上部１１３
ａの底部に前記パターニングされたＣＶＤ酸化膜１０５
の表面全幅を露出させることができる。また、アンダー
カットによって、スルーホールの上部１１３ａはテーパ
ー状に形成される。また、ポリイミド膜１０７をエッチ
ングした際の深さのバラツキは、ＣＶＤ酸化膜１０５の
膜厚内で許容できる。

【００１７】しかる後、スルーホールの上部１１３ａ内
に露出しているＣＶＤ酸化膜１０５を選択的に除去する
ことにより、前記スルーホールの上部１１３ａを図１（
ｅ）に示すように第１層メタル配線１０３ａまで貫通さ
せる。これにより、スルーホール１１３が完成する。 このスルーホール１１３は、前記ＣＶＤ酸化膜１０５の
除去により、底部が、第１層メタル配線１０３ａの幅と
同一径で該第１層メタル配線１０３ａ上にセルフアライ
ンで開孔されることになる。

【００１８】しかる後、前記レジストパターン１０９を
除去した後、前記スルーホール１１３を通して第１層メ
タル配線１０３ａに接続される第２層メタル配線１１５
を通常の方法で図１（ｆ）に示すように形成する。

【００１９】なお、以上の一実施例において、層間絶縁
膜であるポリイミド膜１０７を等方性エッチング法でエ
ッチングしたのは、図１（ｄ）に示すようにアンダーカ
ットによるスルーホール上部１１３ａの広がりとテーパ
ーを期待してであるが、これらを期待しない場合は異方
性エッチングとすることもできる。異方性エッチングの
場合は、レジストパターン１０９の開口部１１１の幅を
、ＣＶＤ酸化膜１０５のパターンの幅より幾分広く形成
することにより、マスクずれがあっても、スルーホール
上部１１３ａの底部にＣＶＤ酸化膜１０５の表面全幅を
必ず露出させることができる。

【００２０】また、上記一実施例では、第１層メタル配
線金属層１０３とともに第１層メタル配線パターン状に
パターニングされる絶縁膜（第１の絶縁膜）としてＣＶ
Ｄ酸化膜、層間絶縁膜（第２の絶縁膜）としてポリイミ
ド膜を使用したが、これはこの２種類だとエッチング速
度差を大きく得られるためであるが、他の膜の使用も可
能である。

【００２１】また、本発明の第２の実施例として、図２
に示すように、第１の実施例の第１の絶縁膜の代わりに
、高融点金属、第２の絶縁膜にＣＶＤ酸化膜１１９を用
い、第１の実施例と同様のプロセスでスルーホールを形
成できる。この場合、高融点金属としては、Ｔｉ−Ｗ１
１７を用いた場合の例である。

【００２２】また、本発明の第３の実施例を図３を用い
て説明する。

【００２３】まず、図３（ａ）に示すように、基板３０
１上に第１層メタル配線３０３を０．５μｍの膜厚で、
その上にＴｉ−Ｗ層３０５を０．５μｍの膜厚で順次形
成する。

【００２４】次に、図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤ酸
化膜３０７を１．５μｍの膜厚で形成した後、エッチバ
ックの犠牲膜としてのレジスト３０９を１μｍ塗布し表
面を平坦化する。

【００２５】次に、図３（ｃ）に示すように全面エッチ
ングして、ＣＶＤ酸化膜３０７表面を平坦化する。この
時のエッチングレートはＣＶＤ酸化膜：レジスト＝１：
２である。

【００２６】次に、図３（ｄ）に示すように、配線幅よ
り若干大きめに、例えば、マスク合わせ余裕程度（＝０
．５μｍ）、配線幅にオーバーラップした開口部３１１
をレジスト３０９を用いて、異方性エッチングのＲＩＥ
エッチングにより形成する。これにより、Ｔｉ−Ｗ層３
０５が露出する。

【００２７】次に、図３（ｅ）に示すように、露出した
Ｔｉ−Ｗ層３０５を選択的に除去した後、第２層メタル
配線３１３を形成する。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
方法によれば、下層第１金属層とともに同時にパターニ
ングされた被エッチング膜を、層間絶縁膜のエッチング
後、除去することにより、下層第１金属層パターン（下
層メタル配線）幅と同一径（正確には底部が同一径）に
スルーホールをセルフアラインで開孔できる。したがっ
て、下層メタル配線幅が従来と同一だとすると、従来の
内在余裕に相当する分だけスルーホール径を大きくする
ことができ、スルーホールのアスペクト比を小さくでき
る。例えば２μｍ幅の下層メタル配線上に従来例として
スルーホールを内在して開孔しようとした場合、フォト
アライメント精度から片側０．５μｍの余裕が必要であ
れば両側で１μｍ要し、１μｍ□（２μｍ−１μｍ）の
スルーホールを開孔しなければならず、層間絶縁膜の膜
厚が１μｍとすれば、スルーホールのアスペクト比は１
（１／１）となるが、この発明の場合は、２μｍ幅の下
層メタル配線上に２μｍ□のスルーホール形成が可能と
なり、アスペクト比は０．５（１／２）に低減される。 そして、このようにアスペクト比が小さくなるので、こ
の発明によれば、上層メタル配線の段差被覆性を向上さ
せることができる。

【００２９】また、層間絶縁膜のエッチングを等方性と
して、それにより形成されるスルーホールの上部を、レ
ジストパターン下にアンダーカットによって広がったテ
ーパー状とすることにより、より上層メタル配線の段差
被覆性を向上させることができる。

【００３０】また、この発明では、層間絶縁膜のエッチ
ングは、第２の金属層の表面が露出するまでであるので
、アライメントズレによりズレて層間絶縁膜がエッチン
グされても、そのずれた部分でエッチングが深くなるよ
うなことはない。したがって、エッチングが一部深く行
われて、その部分で上層メタル配線の段差被覆性が悪化
するということも防止できる。

【００３１】このように、この発明によれば、上層メタ
ル配線の段差被覆性を大幅に向上させることができ、信
頼性の高いメタル多層配線形成が可能となる。

【００３２】また被エッチング膜を高融点金属で形成し
た場合は、フォトリソ工程の露光時に生じるノッチ（段
差部から反射によるレジストパターンの一部欠落）が抑
えられるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す工程図

【図２】本
発明の第２の実施例を示す工程図

【図３】本発明の第３
の実施例を示す工程図

【図４】従来の技術を示す工程図

【図５】従来の技術の問題点を示す図

【符号の説明】

１０１　　　　基板 １０３　　　　第１層メタル配線金属層１０５　　　　
ＣＶＤ酸化膜 １０３ａ　　　　第１層メタル配線 １０７　　　　ポリイミド膜 １０９　　　　レジストパターン １１１　　　　開口部 １１３ａ　　　　スルーホールの上部 １１３　　　　スルーホール １１５　　　　第２層メタル配線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に配線層と前記配線層上に被エ
   ッチング膜を形成する工程と、前記配線層および前記被
   エッチング膜を被覆して、前記基板上に層間絶縁膜を形
   成する工程と、前記層間絶縁膜を前記被エッチング膜表
   面が露出するまでエッチングして開口部を形成する工程
   と、前記被エッチング膜をエッチング除去し、前記配線
   層を露出させる工程と、を有することを特徴とするスル
   ーホールの形成方法。
2. 【請求項２】　　前記層間絶縁膜を前記被エッチング膜
   表面が露出するまでエッチングして開口部を形成する工
   程は等方性エッチングで行うことを特徴とする請求項１
   記載のスルーホールの形成方法。
3. 【請求項３】　　前記被エッチング膜は、前記層間絶縁
   膜よりエッチング速度が遅いことを特徴とする請求項１
   記載のスルーホールの形成方法。
4. 【請求項４】　　前記被エッチング膜は、絶縁膜で形成
   されることを特徴とする請求項１記載のスルーホールの
   形成方法。
5. 【請求項５】　　前記被エッチング膜は高融点金属で形
   成されることを特徴とする請求項１記載のスルーホール
   の形成方法。
6. 【請求項６】　　前記層間絶縁膜を前記被エッチング膜
   表面が露出するまでエッチングして開口部を形成する工
   程は、前記配線層の幅より広い開口部を形成することを
   特徴とする請求項１記載のスルーホールの形成方法