多層配線構造およびその製造方法
【課題】 すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にするとともに、スルーホール内にポリマー等が残存するのを防止し、信頼性を向上できる多層配線構造を実現する。
【解決手段】 下地段差の影響により、領域Ａと領域Ｂにおける下層配線１５に高低差が生じるため、領域Ｂのスルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６に段差をつけて平坦化した表面よりも低くして、領域Ａと領域Ｂの各スルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６の厚さをほぼ同じにし、領域Ａと領域Ｂのスルーホール１９の深さをほぼ同じにすることにより、領域Ａと領域Ｂのスルーホール１９のアスペクト比をほぼ同じとし、高アスペクト比のスルーホールが無くなり、領域Ａと領域Ｂのスルーホール１９における上層配線２０のカバレッジが良好となる。過剰にオーバーエッチされるスルーホールも無くなり、ポリマー等が残存するのを防止できる。
【解決手段】 下地段差の影響により、領域Ａと領域Ｂにおける下層配線１５に高低差が生じるため、領域Ｂのスルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６に段差をつけて平坦化した表面よりも低くして、領域Ａと領域Ｂの各スルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６の厚さをほぼ同じにし、領域Ａと領域Ｂのスルーホール１９の深さをほぼ同じにすることにより、領域Ａと領域Ｂのスルーホール１９のアスペクト比をほぼ同じとし、高アスペクト比のスルーホールが無くなり、領域Ａと領域Ｂのスルーホール１９における上層配線２０のカバレッジが良好となる。過剰にオーバーエッチされるスルーホールも無くなり、ポリマー等が残存するのを防止できる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体集積回路に用いられる多層配線構造およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子が微細化されるに従い、半導体集積回路の多層配線において、配線層の下地の段差のため、配線パターンを形成するためのレジスト形成のフォーカスマージンが低下する問題が起こっている。しかしながら平坦性が向上すると、上層配線と下層配線間を接続するスルーホール形成部の層間絶縁膜が厚くなる部分が生じ、その部分のスルーホールが深くなるため、上層配線のカバレッジが不足し、信頼性が低下するという問題が生じる。
【０００３】以下、図面を参照しながら、従来の多層配線構造およびその製造方法について説明する。なお、ここでは、１層多結晶シリコン・２層配線を例として、さらにレジストエッチバック法を用いた例について説明する。図１４は従来の多層配線構造を示す断面構造図であり、５１はシリコン基板、５２はフィールド酸化膜、５３はゲート電極の多結晶シリコン膜、５４はホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）、５５は下層配線、５６は層間絶縁膜、５８はスルーホール、５９は上層配線である。
【０００４】この図１４の多層配線構造の製造方法は、まず、図９に示すように、シリコン基板５１上に、フィールド酸化膜５２およびゲート電極となる多結晶シリコン膜５３が下地段差として形成された後、下地段差形状を緩和するためホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）５４を堆積して、熱処理によりフローさせて、Ａｌ合金等からなる下層配線５５を形成する。このとき、下層配線５５の下部に、領域Ａではフィールド酸化膜５２および多結晶シリコン膜５３が存在するが、領域Ｂでは存在しないため、領域Ａと領域Ｂの下層配線５５に下地段差分の高低差が生じている。その後、下層配線５５を覆う層間絶縁膜５６を形成する。
【０００５】つぎに、図１０に示すように、平坦化のために平坦化レジスト５７を塗布し、その後、図１１に示すように、酸素プラズマによるエッチングにより、平坦化レジスト５７を層間絶縁膜５６の最も高い部分（領域Ａの部分）が露出するまでエッチングする。つぎに、図１２に示すように、層間絶縁膜５６の平坦化を行う。これは、例えば、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ｏ2 のガス系により、平坦化レジスト５７と層間絶縁膜５６を同一のエッチレートでエッチングし、層間絶縁膜５６が最も薄くなる部分すなわち領域Ａでの層間絶縁膜５６が目的の膜厚となるところでエッチングを終了する。このとき、領域Ａの層間絶縁膜５６に対し、領域Ｂの層間絶縁膜５６が下地段差分だけ厚くなる。
【０００６】この後、層間絶縁膜５６上にスルーホールパターンのレジストパターン（図示せず）を形成して、ドライエッチングにより、層間絶縁膜５６にスルーホール５８を開口する（図１３参照）。つぎに、スパッタ法によりＡｌ合金等を堆積し、ドライエッチングによりパターン形成して上層配線５９とする（図１４参照）。このようにして２層配線構造が形成される。
【０００７】この多層（２層）配線構造では、図１４に示すように、層間絶縁膜５６を平坦化して上層配線５９を形成しているが、フィールド酸化膜５２および多結晶シリコン膜５３による下地段差の影響により、領域Ａと領域Ｂにおける下層配線５５に高低差が生じており、領域Ｂの下層配線５５上の層間絶縁膜５６の膜厚が領域Ａの下層配線５５上の層間絶縁膜５６の膜厚よりも厚いため、領域Ｂのスルーホール５８が領域Ａのスルーホール５８よりも深く形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、下地段差の影響により、領域Ｂのスルーホール５８が領域Ａのスルーホール５８よりも深く形成され、アスペクト比が高くなり、領域Ｂのスルーホール５８内における上層配線５９のカバレッジが低下し、信頼性が悪化する。また、領域Ｂのような深いスルーホール５８を開口するため、領域Ａの浅いスルーホール５８に過剰なオーバーエッチがかかり、スルーホール側壁およびレジスト側壁に付着したポリマー等が除去しにくくなって残存し、信頼性が悪化するという問題があった。
【０００９】この発明の目的は、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にするとともに、スルーホール内にポリマー等が残存するのを防止し、信頼性を向上できる多層配線構造およびその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の多層配線構造は、高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造であって、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホールの周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにしたことを特徴とする。
【００１１】この構成によれば、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにしたことにより、各スルーホールの深さが略等しくなり、特に深いスルーホールが存在せず高アスペクト比のスルーホールが無くなり、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にすることができ、信頼性を向上することができる。また、特に浅いスルーホールも存在せず、すべてのスルーホールのエッチング量がほぼ同じとなるため、スルーホール形成時に過剰なオーバーエッチがかかるスルーホールが無くなり、スルーホールやその形成用のレジストの側壁に付着するポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができ、信頼性を向上することができる。
【００１２】請求項２記載の多層配線構造は、請求項１記載の多層配線構造において、複数のスルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の膜厚のばらつきを±２０％以下としたことを特徴とする。これにより、より高い効果が得られる。請求項３記載の多層配線構造の製造方法は、高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造の製造方法であって、下層配線上に層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜のスルーホール形成領域上に開口部を有するレジスト層を形成する工程と、レジスト層の開口部以外で層間絶縁膜の一部が露出するまでレジスト層をエッチングして下層配線の低い部分におけるレジスト層の開口部を拡げる工程と、エッチング後に残存するレジスト層と層間絶縁膜とを同時にエッチングして、層間絶縁膜を平坦化するとともに、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホール形成領域およびその周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにする工程と、平坦化した層間絶縁膜にスルーホールを形成する工程と、スルーホールおよび層間絶縁膜上に上層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】この製造方法によれば、層間絶縁膜のスルーホール形成領域上に開口部を有するレジスト層を形成し、このレジスト層の開口部以外で層間絶縁膜の一部が露出するまでレジスト層をエッチングして下層配線の低い部分におけるレジスト層の開口部を拡げることにより、すべてのスルーホールにおいて、その形成領域より広い範囲で層間絶縁膜が露出した状態となる。その後、残存するレジスト層と層間絶縁膜とを同時にエッチングして、層間絶縁膜を平坦化するとともに、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホール形成領域およびその周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにすることにより、形成するすべてのスルーホールの深さをほぼ同じにでき、特に深いスルーホールが存在せず高アスペクト比のスルーホールが無くなり、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にすることができ、信頼性を向上することができる。また、特に浅いスルーホールも存在せず、すべてのスルーホールのエッチング量がほぼ同じとなるため、スルーホール形成時に過剰なオーバーエッチがかかるスルーホールが無くなり、スルーホールやその形成用のレジストの側壁に付着するポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができ、信頼性を向上することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態における多層配線構造およびその製造方法について説明する。なお、ここでは、１層多結晶シリコン・２層配線を例として説明する。図７はこの発明の実施の形態の多層配線構造を示す断面構造図であり、１１はシリコン基板、１２はフィールド酸化膜、１３はゲート電極の多結晶シリコン膜、１４はホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）、１５は下層配線、１６は層間絶縁膜、１９はスルーホール、２０は上層配線である。
【００１５】この実施の形態の多層配線構造は、図７に示すように、層間絶縁膜１６を平坦化して上層配線２０を形成しているが、フィールド酸化膜１２および多結晶シリコン膜１３による下地段差の影響により、領域Ａと領域Ｂにおける下層配線１５に高低差が生じている。そして、領域Ｂのスルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６に段差をつけて平坦化した表面よりも低くして、領域Ｂのスルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６の厚さを、領域Ａの層間絶縁膜１６の厚さとほぼ同じにしている。すなわち、領域Ａと領域Ｂにおけるスルーホール１９の深さをほぼ同じにしている。
【００１６】この図７の多層配線構造の製造方法は、まず、図１に示すように、シリコン基板１１上に、フィールド酸化膜１２およびゲート電極となる多結晶シリコン膜１３が下地段差として形成された後、下地段差形状を緩和するためホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）１４を堆積して、熱処理によりフローさせて、Ａｌ合金等からなる下層配線１５を形成する。このとき、領域Ａの下層配線１５と領域Ｂの下層配線１５とでは、フィールド酸化膜１２および多結晶シリコン膜１３による下地段差分の高低差が生じている。その後、プラズマＣＶＤ法により下層配線１５を覆うようにシリコン酸化膜（ｐ−ＳｉＯ）を形成して層間絶縁膜１６とする。
【００１７】つぎに、図２に示すように、平坦化のために平坦化レジスト１７として、ポジ型のレジストを塗布し、スルーホール開口部に対応するパターンを形成しておく。すなわち、スルーホール開口予定部上のレジストが除去され、開口された状態になる。つぎに、図３に示すように、酸素プラズマによるエッチングにより、平坦化レジスト１７を層間絶縁膜１６の最も高い部分（領域Ａの部分）が露出するまでエッチバックする。すなわち、平坦化レジスト１７の開口部分以外で、初めて層間絶縁膜１６が表面に現れる状態までエッチングする。このとき、平坦化レジスト１７の開口部分は等方的にエッチングされる。その結果、平坦化レジスト１７は、最も高い領域Ａの部分が除去され、領域Ｂにおける開口部分が広がる。
【００１８】つぎに、図４に示すように、例えば、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ｏ2 のガス系により、平坦化レジスト１７と層間絶縁膜１６を１：１〜１：３のエッチレート比で異方性に同時にエッチバックし、領域Ａにおける層間絶縁膜１６が目的の膜厚となるところでエッチングを終了する。領域Ｂでは、このエッチバックの際に従来例と異なり、スルーホール開口予定部にレジストが存在しないため（図３参照）、領域Ｂの層間絶縁膜１６のエッチング量が領域Ａの層間絶縁膜１６のエッチング量とほぼ同じになり、エッチング後の領域Ｂのスルーホール開口予定部およびその周辺近傍の層間絶縁膜１６の膜厚を、領域Ａのスルーホール開口予定部の膜厚とほぼ同じにすることができる。すなわち、領域Ａと領域Ｂの層間絶縁膜１６のスルーホール開口予定部の膜厚のばらつきは、層間絶縁膜１６堆積時のウェハ面内ばらつきとエッチバックの際のエッチレートのウェハ面内均一性に起因するものだけとなる。
【００１９】従来例では、領域Ａのスルーホール開口予定部での層間絶縁膜の膜厚（ｔA ）に対し、領域Ｂのスルーホール開口予定部での層間絶縁膜の膜厚（ｔB ）が下地の段差分程度厚くなり、通常、ｔB はｔA に対しｔA の＋５０％〜＋１００％厚くなる（すなわち、１．５ｔA ≦ｔB ≦２ｔA となる）。これに対して、この実施の形態では、上記のばらつき要因から、ｔB をｔA に対し−１０％〜＋３０％の差異に抑えることができる（すなわち、０．９ｔA ≦ｔB ≦１．３ｔA となる）。したがって、すべてのスルーホール開口予定部での層間絶縁膜１６の膜厚のばらつき、言い換えればスルーホールの深さのばらつきを、±２０％以下に抑えることができる。
【００２０】つぎに、図５に示すように、層間絶縁膜１６上にスルーホール開口予定部に対応したパターンのスルーホール用レジスト１８を形成する。つぎに、図６に示すように、スルーホール用レジスト１８をマスクとして、ドライエッチングにより、層間絶縁膜１６にスルーホール１９を開口する。このとき、領域Ａと領域Ｂの層間絶縁膜１６のスルーホール開口予定部の膜厚がほぼ同じであるため、スルーホール１９を開口するためのエッチング量もほぼ同一となり、従来例のように過剰にオーバーエッチされるスルーホールが無くなり、スルーホール１９やスルーホール用レジスト１８の側壁に付着したポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができる。
【００２１】最後に、図７に示すように、スパッタ法によりＡｌ合金等を堆積し、ドライエッチングによりパターン形成して上層配線２０とする。このようにして２層配線構造が形成される。以上のようにこの実施の形態によれば、領域Ａと領域Ｂにおけるスルーホール１９の周辺近傍の層間絶縁膜１６の膜厚、すなわちスルーホール１９の深さをほぼ同じとすることにより、従来例において上層配線のカバレッジが悪化する領域Ｂにおいても、スルーホール形成時の実質のアスペクト比を領域Ａとほぼ同じとすることができ、高アスペクト比のスルーホールが無くなり、領域Ａと領域Ｂにおけるスルーホール１９、言い換えればすべてのスルーホール１９における上層配線２０のカバレッジが良好となり、信頼性を向上することができる。
【００２２】また、従来例のように過剰にオーバーエッチされるスルーホールが無くなり、ポリマー等が残存するのを防止することができるのは前述したとおりである。なお、すべてのスルーホール周辺近傍における層間絶縁膜１６の膜厚のばらつき、すなわちスルーホール１９の深さのばらつきを±２０％以下に抑えれば、上記の効果をより十分に得ることができる。
【００２３】なお、上記実施の形態では、図４で説明した工程において、平坦化レジスト１７と層間絶縁膜１６とを同時にエッチバックする際に異方性にエッチバックするとしたが、このとき平坦化レジスト１７が等方的にエッチングされるようにすると、領域Ｂにおける層間絶縁膜１６の凹部（図４参照）の側壁がテーパ形状となり、上層配線２０のカバレッジをより良好にすることができる。なお、このようにした場合の一例を図８に示す。
【００２４】図８に示す２層配線構造は、図２に対応する状態から図３に対応する状態とする工程において、平坦化レジスト１７をエッチバックする際の等方性成分を減らし、図３に対応する状態から図４に対応する状態とする工程において、平坦化レジスト１７と層間絶縁膜１６を同時にエッチバックする際に、平坦化レジスト１７が等方的にエッチングされるようにして形成したものであり、領域Ｂにおけるスルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６の段差部分が斜面となっている。他の工程は前述の説明と同様である。
【００２５】なお、上記実施の形態では、２層配線構造について説明したが、３層以上の配線構造の場合には、上層配線２０を形成した後、その上に層間絶縁膜を形成する以降の工程は、前述した層間絶縁膜１６を形成する以降の工程と同様の工程を繰り返せばよいことは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】請求項１記載の多層配線構造は、高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造であって、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホールの周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにしたことにより、各スルーホールの深さが略等しくなり、特に深いスルーホールが存在せず高アスペクト比のスルーホールが無くなり、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にすることができ、信頼性を向上することができる。また、特に浅いスルーホールも存在せず、すべてのスルーホールのエッチング量がほぼ同じとなるため、スルーホール形成時に過剰なオーバーエッチがかかるスルーホールが無くなり、スルーホールやその形成用のレジストの側壁に付着するポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができ、信頼性を向上することができる。
【００２７】請求項２記載の多層配線構造は、請求項１記載の多層配線構造において、複数のスルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の膜厚のばらつきを±２０％以下としたことにより、より高い効果を得ることができる。請求項３記載の多層配線構造の製造方法は、高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造の製造方法であって、層間絶縁膜のスルーホール形成領域上に開口部を有するレジスト層を形成し、このレジスト層の開口部以外で層間絶縁膜の一部が露出するまでレジスト層をエッチングして下層配線の低い部分におけるレジスト層の開口部を拡げることにより、すべてのスルーホールにおいて、その形成領域より広い範囲で層間絶縁膜が露出した状態となる。その後、残存するレジスト層と層間絶縁膜とを同時にエッチングして、層間絶縁膜を平坦化するとともに、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホール形成領域およびその周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにすることにより、形成するすべてのスルーホールの深さをほぼ同じにでき、特に深いスルーホールが存在せず高アスペクト比のスルーホールが無くなり、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にすることができ、信頼性を向上することができる。また、特に浅いスルーホールも存在せず、すべてのスルーホールのエッチング量がほぼ同じとなるため、スルーホール形成時に過剰なオーバーエッチがかかるスルーホールが無くなり、スルーホールやその形成用のレジストの側壁に付着するポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができ、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図２】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図３】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図４】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図５】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図６】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図７】この発明の実施の形態における多層配線構造を示す断面構造図。
【図８】この発明の実施の形態における多層配線構造を示す断面構造図。
【図９】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１０】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１１】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１２】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１３】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１４】従来の多層配線構造を示す断面構造図。
【符号の説明】
１１ シリコン基板
１２ フィールド酸化膜
１３ 多結晶シリコン膜
１４ ホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）
１５ 下層配線
１６ 層間絶縁膜
１７ 平坦化レジスト
１８ スルーホール用レジスト
１９ スルーホール
２０ 上層配線
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体集積回路に用いられる多層配線構造およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子が微細化されるに従い、半導体集積回路の多層配線において、配線層の下地の段差のため、配線パターンを形成するためのレジスト形成のフォーカスマージンが低下する問題が起こっている。しかしながら平坦性が向上すると、上層配線と下層配線間を接続するスルーホール形成部の層間絶縁膜が厚くなる部分が生じ、その部分のスルーホールが深くなるため、上層配線のカバレッジが不足し、信頼性が低下するという問題が生じる。
【０００３】以下、図面を参照しながら、従来の多層配線構造およびその製造方法について説明する。なお、ここでは、１層多結晶シリコン・２層配線を例として、さらにレジストエッチバック法を用いた例について説明する。図１４は従来の多層配線構造を示す断面構造図であり、５１はシリコン基板、５２はフィールド酸化膜、５３はゲート電極の多結晶シリコン膜、５４はホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）、５５は下層配線、５６は層間絶縁膜、５８はスルーホール、５９は上層配線である。
【０００４】この図１４の多層配線構造の製造方法は、まず、図９に示すように、シリコン基板５１上に、フィールド酸化膜５２およびゲート電極となる多結晶シリコン膜５３が下地段差として形成された後、下地段差形状を緩和するためホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）５４を堆積して、熱処理によりフローさせて、Ａｌ合金等からなる下層配線５５を形成する。このとき、下層配線５５の下部に、領域Ａではフィールド酸化膜５２および多結晶シリコン膜５３が存在するが、領域Ｂでは存在しないため、領域Ａと領域Ｂの下層配線５５に下地段差分の高低差が生じている。その後、下層配線５５を覆う層間絶縁膜５６を形成する。
【０００５】つぎに、図１０に示すように、平坦化のために平坦化レジスト５７を塗布し、その後、図１１に示すように、酸素プラズマによるエッチングにより、平坦化レジスト５７を層間絶縁膜５６の最も高い部分（領域Ａの部分）が露出するまでエッチングする。つぎに、図１２に示すように、層間絶縁膜５６の平坦化を行う。これは、例えば、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ｏ2 のガス系により、平坦化レジスト５７と層間絶縁膜５６を同一のエッチレートでエッチングし、層間絶縁膜５６が最も薄くなる部分すなわち領域Ａでの層間絶縁膜５６が目的の膜厚となるところでエッチングを終了する。このとき、領域Ａの層間絶縁膜５６に対し、領域Ｂの層間絶縁膜５６が下地段差分だけ厚くなる。
【０００６】この後、層間絶縁膜５６上にスルーホールパターンのレジストパターン（図示せず）を形成して、ドライエッチングにより、層間絶縁膜５６にスルーホール５８を開口する（図１３参照）。つぎに、スパッタ法によりＡｌ合金等を堆積し、ドライエッチングによりパターン形成して上層配線５９とする（図１４参照）。このようにして２層配線構造が形成される。
【０００７】この多層（２層）配線構造では、図１４に示すように、層間絶縁膜５６を平坦化して上層配線５９を形成しているが、フィールド酸化膜５２および多結晶シリコン膜５３による下地段差の影響により、領域Ａと領域Ｂにおける下層配線５５に高低差が生じており、領域Ｂの下層配線５５上の層間絶縁膜５６の膜厚が領域Ａの下層配線５５上の層間絶縁膜５６の膜厚よりも厚いため、領域Ｂのスルーホール５８が領域Ａのスルーホール５８よりも深く形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、下地段差の影響により、領域Ｂのスルーホール５８が領域Ａのスルーホール５８よりも深く形成され、アスペクト比が高くなり、領域Ｂのスルーホール５８内における上層配線５９のカバレッジが低下し、信頼性が悪化する。また、領域Ｂのような深いスルーホール５８を開口するため、領域Ａの浅いスルーホール５８に過剰なオーバーエッチがかかり、スルーホール側壁およびレジスト側壁に付着したポリマー等が除去しにくくなって残存し、信頼性が悪化するという問題があった。
【０００９】この発明の目的は、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にするとともに、スルーホール内にポリマー等が残存するのを防止し、信頼性を向上できる多層配線構造およびその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の多層配線構造は、高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造であって、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホールの周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにしたことを特徴とする。
【００１１】この構成によれば、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにしたことにより、各スルーホールの深さが略等しくなり、特に深いスルーホールが存在せず高アスペクト比のスルーホールが無くなり、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にすることができ、信頼性を向上することができる。また、特に浅いスルーホールも存在せず、すべてのスルーホールのエッチング量がほぼ同じとなるため、スルーホール形成時に過剰なオーバーエッチがかかるスルーホールが無くなり、スルーホールやその形成用のレジストの側壁に付着するポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができ、信頼性を向上することができる。
【００１２】請求項２記載の多層配線構造は、請求項１記載の多層配線構造において、複数のスルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の膜厚のばらつきを±２０％以下としたことを特徴とする。これにより、より高い効果が得られる。請求項３記載の多層配線構造の製造方法は、高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造の製造方法であって、下層配線上に層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜のスルーホール形成領域上に開口部を有するレジスト層を形成する工程と、レジスト層の開口部以外で層間絶縁膜の一部が露出するまでレジスト層をエッチングして下層配線の低い部分におけるレジスト層の開口部を拡げる工程と、エッチング後に残存するレジスト層と層間絶縁膜とを同時にエッチングして、層間絶縁膜を平坦化するとともに、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホール形成領域およびその周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにする工程と、平坦化した層間絶縁膜にスルーホールを形成する工程と、スルーホールおよび層間絶縁膜上に上層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】この製造方法によれば、層間絶縁膜のスルーホール形成領域上に開口部を有するレジスト層を形成し、このレジスト層の開口部以外で層間絶縁膜の一部が露出するまでレジスト層をエッチングして下層配線の低い部分におけるレジスト層の開口部を拡げることにより、すべてのスルーホールにおいて、その形成領域より広い範囲で層間絶縁膜が露出した状態となる。その後、残存するレジスト層と層間絶縁膜とを同時にエッチングして、層間絶縁膜を平坦化するとともに、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホール形成領域およびその周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにすることにより、形成するすべてのスルーホールの深さをほぼ同じにでき、特に深いスルーホールが存在せず高アスペクト比のスルーホールが無くなり、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にすることができ、信頼性を向上することができる。また、特に浅いスルーホールも存在せず、すべてのスルーホールのエッチング量がほぼ同じとなるため、スルーホール形成時に過剰なオーバーエッチがかかるスルーホールが無くなり、スルーホールやその形成用のレジストの側壁に付着するポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができ、信頼性を向上することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態における多層配線構造およびその製造方法について説明する。なお、ここでは、１層多結晶シリコン・２層配線を例として説明する。図７はこの発明の実施の形態の多層配線構造を示す断面構造図であり、１１はシリコン基板、１２はフィールド酸化膜、１３はゲート電極の多結晶シリコン膜、１４はホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）、１５は下層配線、１６は層間絶縁膜、１９はスルーホール、２０は上層配線である。
【００１５】この実施の形態の多層配線構造は、図７に示すように、層間絶縁膜１６を平坦化して上層配線２０を形成しているが、フィールド酸化膜１２および多結晶シリコン膜１３による下地段差の影響により、領域Ａと領域Ｂにおける下層配線１５に高低差が生じている。そして、領域Ｂのスルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６に段差をつけて平坦化した表面よりも低くして、領域Ｂのスルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６の厚さを、領域Ａの層間絶縁膜１６の厚さとほぼ同じにしている。すなわち、領域Ａと領域Ｂにおけるスルーホール１９の深さをほぼ同じにしている。
【００１６】この図７の多層配線構造の製造方法は、まず、図１に示すように、シリコン基板１１上に、フィールド酸化膜１２およびゲート電極となる多結晶シリコン膜１３が下地段差として形成された後、下地段差形状を緩和するためホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）１４を堆積して、熱処理によりフローさせて、Ａｌ合金等からなる下層配線１５を形成する。このとき、領域Ａの下層配線１５と領域Ｂの下層配線１５とでは、フィールド酸化膜１２および多結晶シリコン膜１３による下地段差分の高低差が生じている。その後、プラズマＣＶＤ法により下層配線１５を覆うようにシリコン酸化膜（ｐ−ＳｉＯ）を形成して層間絶縁膜１６とする。
【００１７】つぎに、図２に示すように、平坦化のために平坦化レジスト１７として、ポジ型のレジストを塗布し、スルーホール開口部に対応するパターンを形成しておく。すなわち、スルーホール開口予定部上のレジストが除去され、開口された状態になる。つぎに、図３に示すように、酸素プラズマによるエッチングにより、平坦化レジスト１７を層間絶縁膜１６の最も高い部分（領域Ａの部分）が露出するまでエッチバックする。すなわち、平坦化レジスト１７の開口部分以外で、初めて層間絶縁膜１６が表面に現れる状態までエッチングする。このとき、平坦化レジスト１７の開口部分は等方的にエッチングされる。その結果、平坦化レジスト１７は、最も高い領域Ａの部分が除去され、領域Ｂにおける開口部分が広がる。
【００１８】つぎに、図４に示すように、例えば、ＣＨＦ3 ／ＣＦ4 ／Ｏ2 のガス系により、平坦化レジスト１７と層間絶縁膜１６を１：１〜１：３のエッチレート比で異方性に同時にエッチバックし、領域Ａにおける層間絶縁膜１６が目的の膜厚となるところでエッチングを終了する。領域Ｂでは、このエッチバックの際に従来例と異なり、スルーホール開口予定部にレジストが存在しないため（図３参照）、領域Ｂの層間絶縁膜１６のエッチング量が領域Ａの層間絶縁膜１６のエッチング量とほぼ同じになり、エッチング後の領域Ｂのスルーホール開口予定部およびその周辺近傍の層間絶縁膜１６の膜厚を、領域Ａのスルーホール開口予定部の膜厚とほぼ同じにすることができる。すなわち、領域Ａと領域Ｂの層間絶縁膜１６のスルーホール開口予定部の膜厚のばらつきは、層間絶縁膜１６堆積時のウェハ面内ばらつきとエッチバックの際のエッチレートのウェハ面内均一性に起因するものだけとなる。
【００１９】従来例では、領域Ａのスルーホール開口予定部での層間絶縁膜の膜厚（ｔA ）に対し、領域Ｂのスルーホール開口予定部での層間絶縁膜の膜厚（ｔB ）が下地の段差分程度厚くなり、通常、ｔB はｔA に対しｔA の＋５０％〜＋１００％厚くなる（すなわち、１．５ｔA ≦ｔB ≦２ｔA となる）。これに対して、この実施の形態では、上記のばらつき要因から、ｔB をｔA に対し−１０％〜＋３０％の差異に抑えることができる（すなわち、０．９ｔA ≦ｔB ≦１．３ｔA となる）。したがって、すべてのスルーホール開口予定部での層間絶縁膜１６の膜厚のばらつき、言い換えればスルーホールの深さのばらつきを、±２０％以下に抑えることができる。
【００２０】つぎに、図５に示すように、層間絶縁膜１６上にスルーホール開口予定部に対応したパターンのスルーホール用レジスト１８を形成する。つぎに、図６に示すように、スルーホール用レジスト１８をマスクとして、ドライエッチングにより、層間絶縁膜１６にスルーホール１９を開口する。このとき、領域Ａと領域Ｂの層間絶縁膜１６のスルーホール開口予定部の膜厚がほぼ同じであるため、スルーホール１９を開口するためのエッチング量もほぼ同一となり、従来例のように過剰にオーバーエッチされるスルーホールが無くなり、スルーホール１９やスルーホール用レジスト１８の側壁に付着したポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができる。
【００２１】最後に、図７に示すように、スパッタ法によりＡｌ合金等を堆積し、ドライエッチングによりパターン形成して上層配線２０とする。このようにして２層配線構造が形成される。以上のようにこの実施の形態によれば、領域Ａと領域Ｂにおけるスルーホール１９の周辺近傍の層間絶縁膜１６の膜厚、すなわちスルーホール１９の深さをほぼ同じとすることにより、従来例において上層配線のカバレッジが悪化する領域Ｂにおいても、スルーホール形成時の実質のアスペクト比を領域Ａとほぼ同じとすることができ、高アスペクト比のスルーホールが無くなり、領域Ａと領域Ｂにおけるスルーホール１９、言い換えればすべてのスルーホール１９における上層配線２０のカバレッジが良好となり、信頼性を向上することができる。
【００２２】また、従来例のように過剰にオーバーエッチされるスルーホールが無くなり、ポリマー等が残存するのを防止することができるのは前述したとおりである。なお、すべてのスルーホール周辺近傍における層間絶縁膜１６の膜厚のばらつき、すなわちスルーホール１９の深さのばらつきを±２０％以下に抑えれば、上記の効果をより十分に得ることができる。
【００２３】なお、上記実施の形態では、図４で説明した工程において、平坦化レジスト１７と層間絶縁膜１６とを同時にエッチバックする際に異方性にエッチバックするとしたが、このとき平坦化レジスト１７が等方的にエッチングされるようにすると、領域Ｂにおける層間絶縁膜１６の凹部（図４参照）の側壁がテーパ形状となり、上層配線２０のカバレッジをより良好にすることができる。なお、このようにした場合の一例を図８に示す。
【００２４】図８に示す２層配線構造は、図２に対応する状態から図３に対応する状態とする工程において、平坦化レジスト１７をエッチバックする際の等方性成分を減らし、図３に対応する状態から図４に対応する状態とする工程において、平坦化レジスト１７と層間絶縁膜１６を同時にエッチバックする際に、平坦化レジスト１７が等方的にエッチングされるようにして形成したものであり、領域Ｂにおけるスルーホール１９の周囲近傍の層間絶縁膜１６の段差部分が斜面となっている。他の工程は前述の説明と同様である。
【００２５】なお、上記実施の形態では、２層配線構造について説明したが、３層以上の配線構造の場合には、上層配線２０を形成した後、その上に層間絶縁膜を形成する以降の工程は、前述した層間絶縁膜１６を形成する以降の工程と同様の工程を繰り返せばよいことは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】請求項１記載の多層配線構造は、高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造であって、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホールの周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにしたことにより、各スルーホールの深さが略等しくなり、特に深いスルーホールが存在せず高アスペクト比のスルーホールが無くなり、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にすることができ、信頼性を向上することができる。また、特に浅いスルーホールも存在せず、すべてのスルーホールのエッチング量がほぼ同じとなるため、スルーホール形成時に過剰なオーバーエッチがかかるスルーホールが無くなり、スルーホールやその形成用のレジストの側壁に付着するポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができ、信頼性を向上することができる。
【００２７】請求項２記載の多層配線構造は、請求項１記載の多層配線構造において、複数のスルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の膜厚のばらつきを±２０％以下としたことにより、より高い効果を得ることができる。請求項３記載の多層配線構造の製造方法は、高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造の製造方法であって、層間絶縁膜のスルーホール形成領域上に開口部を有するレジスト層を形成し、このレジスト層の開口部以外で層間絶縁膜の一部が露出するまでレジスト層をエッチングして下層配線の低い部分におけるレジスト層の開口部を拡げることにより、すべてのスルーホールにおいて、その形成領域より広い範囲で層間絶縁膜が露出した状態となる。その後、残存するレジスト層と層間絶縁膜とを同時にエッチングして、層間絶縁膜を平坦化するとともに、下層配線の低い部分における層間絶縁膜のスルーホール形成領域およびその周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにすることにより、形成するすべてのスルーホールの深さをほぼ同じにでき、特に深いスルーホールが存在せず高アスペクト比のスルーホールが無くなり、すべてのスルーホール内における上層配線のカバレッジを良好にすることができ、信頼性を向上することができる。また、特に浅いスルーホールも存在せず、すべてのスルーホールのエッチング量がほぼ同じとなるため、スルーホール形成時に過剰なオーバーエッチがかかるスルーホールが無くなり、スルーホールやその形成用のレジストの側壁に付着するポリマー等が除去しにくくなって残存するのを防止することができ、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図２】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図３】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図４】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図５】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図６】この発明の実施の形態における多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図７】この発明の実施の形態における多層配線構造を示す断面構造図。
【図８】この発明の実施の形態における多層配線構造を示す断面構造図。
【図９】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１０】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１１】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１２】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１３】従来の多層配線構造の製造過程を示す断面構造図。
【図１４】従来の多層配線構造を示す断面構造図。
【符号の説明】
１１ シリコン基板
１２ フィールド酸化膜
１３ 多結晶シリコン膜
１４ ホウ素とリンを含むＣＶＤ酸化膜（ＢＰＳＧ膜）
１５ 下層配線
１６ 層間絶縁膜
１７ 平坦化レジスト
１８ スルーホール用レジスト
１９ スルーホール
２０ 上層配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、前記平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して前記下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造であって、前記下層配線の低い部分における前記層間絶縁膜の前記スルーホールの周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の前記層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにしたことを特徴とする多層配線構造。
【請求項２】 複数のスルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の膜厚のばらつきを±２０％以下としたことを特徴とする請求項１記載の多層配線構造。
【請求項３】 高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、前記平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して前記下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造の製造方法であって、前記下層配線上に前記層間絶縁膜を形成した後、前記層間絶縁膜のスルーホール形成領域上に開口部を有するレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層の開口部以外で前記層間絶縁膜の一部が露出するまで前記レジスト層をエッチングして前記下層配線の低い部分における前記レジスト層の開口部を拡げる工程と、前記エッチング後に残存する前記レジスト層と前記層間絶縁膜とを同時にエッチングして、前記層間絶縁膜を平坦化するとともに、前記下層配線の低い部分における前記層間絶縁膜の前記スルーホール形成領域およびその周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の前記層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにする工程と、前記平坦化した前記層間絶縁膜に前記スルーホールを形成する工程と、前記スルーホールおよび前記層間絶縁膜上に前記上層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする多層配線構造の製造方法。
【請求項１】 高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、前記平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して前記下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造であって、前記下層配線の低い部分における前記層間絶縁膜の前記スルーホールの周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の前記層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにしたことを特徴とする多層配線構造。
【請求項２】 複数のスルーホールの周辺近傍の層間絶縁膜の膜厚のばらつきを±２０％以下としたことを特徴とする請求項１記載の多層配線構造。
【請求項３】 高低差を有する下層配線上に表面を平坦化した層間絶縁膜を形成し、前記平坦化した層間絶縁膜上に複数のスルーホールを介して前記下層配線と接続する上層配線を形成した多層配線構造の製造方法であって、前記下層配線上に前記層間絶縁膜を形成した後、前記層間絶縁膜のスルーホール形成領域上に開口部を有するレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層の開口部以外で前記層間絶縁膜の一部が露出するまで前記レジスト層をエッチングして前記下層配線の低い部分における前記レジスト層の開口部を拡げる工程と、前記エッチング後に残存する前記レジスト層と前記層間絶縁膜とを同時にエッチングして、前記層間絶縁膜を平坦化するとともに、前記下層配線の低い部分における前記層間絶縁膜の前記スルーホール形成領域およびその周辺近傍表面を平坦化した表面よりも低くして、各スルーホールの周辺近傍の前記層間絶縁膜の厚さが略等しくなるようにする工程と、前記平坦化した前記層間絶縁膜に前記スルーホールを形成する工程と、前記スルーホールおよび前記層間絶縁膜上に前記上層配線を形成する工程とを含むことを特徴とする多層配線構造の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開平９−２６０４９３
【公開日】平成９年（１９９７）１０月３日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−６８３５８
【出願日】平成８年（１９９６）３月２５日
【出願人】（０００００５８４３）松下電子工業株式会社 (43)
【公開日】平成９年（１９９７）１０月３日
【国際特許分類】
【出願日】平成８年（１９９６）３月２５日
【出願人】（０００００５８４３）松下電子工業株式会社 (43)
[ Back to top ]