(57)【要約】【課題】  層間絶縁膜を平坦化することなく、開口部の形成時に段差の肩部の層間絶縁膜が消失することを防止する。【解決手段】  フォトレジスト膜５をエッチバックしながら、上層配線層４を露出させないようにして層間絶縁膜２の段差の肩部６をエッチングすることで、層間絶縁膜２の段差の傾斜を緩和させた後、層間絶縁膜２上にフォトレジスト膜７を再度塗布し、開口部８が形成されたフォトレジスト膜７をマスクとして層間絶縁膜２をエッチングすることにより、下層配線層３を露出させる開口部９を層間絶縁膜２に形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成された段差と、
前記層間絶縁膜に埋め込まれた下層配線層と、
前記層間絶縁膜に埋め込まれた上層配線層と、
前記上層配線層を露出させないようにして前記層間絶縁膜の段差の傾斜を緩和させる緩和部と、
前記下層配線層が露出するように前記層間絶縁膜に形成された開口部とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
下層配線層および上層配線層が埋め込まれるとともに、前記上層配線層に対応する段差を有する層間絶縁膜を半導体基板上に形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に第１フォトレジスト膜を塗布する工程と、
前記第１フォトレジスト膜をエッチバックしながら、前記上層配線層を露出させないようにして前記層間絶縁膜の段差の肩部をエッチングする工程と、
前記第１フォトレジスト膜を除去した後、前記層間絶縁膜上に第２フォトレジスト膜を塗布する工程と、
前記下層配線層上に配置された第１開口部を第２フォトレジスト膜に形成する工程と、
前記第１開口部が形成された第２フォトレジスト膜をマスクとして前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記下層配線層を露出させる第２開口部を前記層間絶縁膜に形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記層間絶縁膜の構成成分を含む化合物に起因する発光強度のモニタリング結果に基づいて、前記層間絶縁膜のエッチング量を制御することを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記下層配線層上に配置される第１フォトレジスト膜の膜厚は、前記層間絶縁膜の段差の高低差よりも薄いことを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置および半導体装置の方法に関し、特に、下層配線層および上層配線層が埋め込まれた段差を有する層間絶縁膜に開口部を形成する方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置では、半導体基板上に形成される配線層の配線密度を向上させるために、配線層を多層化することが行われている。
図４は、従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図４（ａ）において、半導体基板１１上には層間絶縁膜１２が形成され、層間絶縁膜１２には下層配線層１３および上層配線層１４が埋め込まれている。なお、下層配線層１３および上層配線層１４が埋め込まれた層間絶縁膜１２を半導体基板１１上に形成した場合、上層配線層１４に対応する段差が層間絶縁膜１２に形成される。
【０００３】
次に、図４（ｂ）に示すように、下層配線層１３および上層配線層１４が埋め込まれた層間絶縁膜１２上にフォトレジスト膜１５を塗布する。
次に、図４（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いてフォトレジスト膜１５をパターニングすることにより、下層配線層１３上に配置された開口部１６をフォトレジスト膜１５に形成する。
【０００４】
次に、図４（ｄ）に示すように、開口部１６が形成されたフォトレジスト膜１５をマスクとして層間絶縁膜１２をエッチングすることにより、下層配線層１３を露出させる開口部１７を層間絶縁膜１２に形成する。
また、例えば、特許文献１には、配線層を形成するときのステップカバレッジが悪化することを防止するため、レジストと層間絶縁膜とのエッチングレートが同一となる条件でエッチバックすることにより、層間絶縁膜を平坦化する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平８−４６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図４の方法では、層間絶縁膜１３に開口部１７を形成する時にフォトレジスト膜１５もエッチングされる。そして、層間絶縁膜１２の段差部ではフォトレジスト膜１５が薄いため、層間絶縁膜１２の段差の肩部のフォトレジスト膜１５が先に消失し、層間絶縁膜１２の段差の肩部がエッチングされる。そして、開口部１７を形成するためのエッチングの終了時点では、層間絶縁膜１２の段差の肩部の層間絶縁膜１２が消失し、上層配線層１４の端部が露出するため、電流リークの発生原因となるという問題があった。
【０００６】
また、特許文献１に開示された方法では、層間絶縁膜が平坦化されるため、上層配線層１４上に比べて下層配線層１３上の層間絶縁膜１２の膜厚が増加し、エッチングの加工精度が劣化するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、層間絶縁膜を平坦化することなく、開口部の形成時に段差の肩部の層間絶縁膜が消失することを防止することが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置によれば、半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成された段差と、前記層間絶縁膜に埋め込まれた下層配線層と、前記層間絶縁膜に埋め込まれた上層配線層と、前記上層配線層を露出させないようにして前記層間絶縁膜の段差の傾斜を緩和させる緩和部と、前記下層配線層が露出するように前記層間絶縁膜に形成された開口部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、層間絶縁膜の段差の傾斜を緩和させることが可能となり、層間絶縁膜の段差の肩部のフォトレジスト膜の膜厚を確保することができる。このため、層間絶縁膜の段差の肩部をフォトレジスト膜で覆ったまま、下層配線層を露出させる開口部を層間絶縁膜に形成することができる。この結果、層間絶縁膜を平坦化することなく、開口部の形成時に段差の肩部の層間絶縁膜が消失することを防止することが可能となり、エッチングの加工精度の劣化を抑制しつつ、電流リークを低減することができる。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、下層配線層および上層配線層が埋め込まれるとともに、前記上層配線層に対応する段差を有する層間絶縁膜を半導体基板上に形成する工程と、前記層間絶縁膜上に第１フォトレジスト膜を塗布する工程と、前記第１フォトレジスト膜をエッチバックしながら、前記上層配線層を露出させないようにして前記層間絶縁膜の段差の肩部をエッチングする工程と、前記第１フォトレジスト膜を除去した後、前記層間絶縁膜上に第２フォトレジスト膜を塗布する工程と、前記下層配線層上に配置された第１開口部を第２フォトレジスト膜に形成する工程と、前記第１開口部が形成された第２フォトレジスト膜をマスクとして前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記下層配線層を露出させる第２開口部を前記層間絶縁膜に形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、第１フォトレジスト膜をエッチバックすることにより、層間絶縁膜の段差の肩部のフォトレジスト膜を先に消失させることができる。このため、段差の肩部の層間絶縁膜を選択的に薄膜化することが可能となり、段差の周辺の層間絶縁膜の膜厚に影響を与えることなく、層間絶縁膜の段差の傾斜を緩和させることが可能となる。この結果、層間絶縁膜の段差の肩部の第２フォトレジスト膜の膜厚を確保することが可能となり、層間絶縁膜の段差の肩部を第２フォトレジスト膜で覆ったまま、下層配線層を露出させる第２開口部を層間絶縁膜に形成することができる。従って、層間絶縁膜を平坦化することなく、第２開口部の形成時に段差の肩部の層間絶縁膜が消失することを防止することが可能となり、エッチングの加工精度の劣化を抑制しつつ、電流リークを低減することができる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記層間絶縁膜の構成成分を含む化合物に起因する発光強度のモニタリング結果に基づいて、前記層間絶縁膜のエッチング量を制御することを特徴とする。
これにより、層間絶縁膜の段差の肩部の第１フォトレジスト膜が消失した時点を把握することが可能となり、上層配線層を露出させないようにしながら層間絶縁膜の段差の肩部をエッチングすることができる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記下層配線層上に配置される第１フォトレジスト膜の膜厚は、前記層間絶縁膜の段差の高低差よりも薄いことを特徴とする。
これにより、層間絶縁膜の段差の肩部の第１フォトレジスト膜を周囲に比べて薄くすることが可能となり、層間絶縁膜の段差の肩部の第１フォトレジスト膜を先に消失させることができる。このため、第１フォトレジスト膜をマスクとして層間絶縁膜の段差の肩部の層間絶縁膜を選択的に薄膜化することが可能となり、層間絶縁膜の段差の傾斜を安定して緩和させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図１（ａ）において、半導体基板１上には層間絶縁膜２が形成され、層間絶縁膜２には下層配線層３および上層配線層４が埋め込まれている。なお、下層配線層３および上層配線層４が埋め込まれた層間絶縁膜２を半導体基板１上に形成した場合、上層配線層４に対応する段差が層間絶縁膜２に形成される。また、層間絶縁膜２としては、例えば、シリコン酸化膜、下層配線層３および上層配線層４としては、例えば、Ａｌ配線を用いることができる。
【００１４】
次に、図１（ｂ）に示すように、下層配線層３および上層配線層４が埋め込まれた層間絶縁膜２上にフォトレジスト膜５を塗布する。ここで、フォトレジスト膜５を塗布する場合、層間絶縁膜２を形成された段差がフォトレジスト膜５に反映されるような膜厚に設定することが好ましい。なお、下層配線層３上に配置されるフォトレジスト膜５の膜厚Ｈ２は、層間絶縁膜２の段差の高低差Ｈ１よりも薄いことが好ましい。
【００１５】
次に、図１（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜５をエッチバックしながら、上層配線層４を露出させないようにして層間絶縁膜２の段差の肩部６をエッチングする。なお、層間絶縁膜２の段差の肩部６をエッチングする方法としては、例えば、ＣＦ系ガスをエッチングガスとしたドライエッチングを用いることができる。
ここで、層間絶縁膜２の段差の肩部６では、フォトレジスト膜５の膜厚が周辺に比べて薄くなるので、層間絶縁膜２の段差の肩部６のフォトレジスト膜５を周辺よりも先に消失させることができる。このため、段差の肩部６の層間絶縁膜２を選択的に薄膜化することが可能となり、段差の周辺の層間絶縁膜２の膜厚に影響を与えることなく、層間絶縁膜２の段差の傾斜を選択的に緩和させることが可能となる。
【００１６】
なお、フォトレジスト膜５をエッチバックしながら層間絶縁膜２の段差の肩部６をエッチングする場合、図３に示すように、エッチング時に生成されるＣＯに基因する発光強度をモニタリングすることで、層間絶縁膜２のエッチング量を制御することができる。すなわち、層間絶縁膜２がフォトレジスト膜５から露出していない場合には、ＣＯに基因する発光強度は低くなる。そして、時刻ｔ１において層間絶縁膜２がフォトレジスト膜５から露出すると、エッチングガスに含まれる炭素Ｃと層間絶縁膜２に含まれる酸素Ｏとが反応し、一酸化炭素ＣＯが生成されることから、ＣＯに基因する発光強度が増大する。このため、エッチング時に生成されるＣＯに基因する発光強度をモニタリングすることにより、層間絶縁膜２がフォトレジスト膜５から露出した時点を判断することができ、層間絶縁膜２のエッチング量の制御性を向上させることができる。
【００１７】
次に、図２（ａ）に示すように、フォトレジスト膜５を除去した後、下層配線層３および上層配線層４が埋め込まれた層間絶縁膜２上にフォトレジスト膜７を再度塗布する。ここで、層間絶縁膜２の段差の傾斜を緩和させることにより、層間絶縁膜２の段差の肩部６のフォトレジスト膜７の膜厚が薄くなることを防止することができ、層間絶縁膜２の段差の肩部６のフォトレジスト膜７の膜厚を確保することができる。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いてフォトレジスト膜７をパターニングすることにより、下層配線層３上に配置された開口部８をフォトレジスト膜５に形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように、開口部８が形成されたフォトレジスト膜７をマスクとして層間絶縁膜２をエッチングすることにより、下層配線層３を露出させる開口部９を層間絶縁膜２に形成する。
【００１９】
これにより、層間絶縁膜２の段差の肩部６をフォトレジスト膜７で覆ったまま、下層配線層３を露出させる開口部９を層間絶縁膜２に形成することができる。このため、層間絶縁膜２を平坦化することなく、開口部９の形成時に段差の肩部６の層間絶縁膜２が消失することを防止することが可能となり、エッチングの加工精度の劣化を抑制しつつ、電流リークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るエッチング量のモニタリング方法を示す図。
【図４】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１  半導体基板、２  層間絶縁膜、３  下層配線層、４  上層配線層、５、７  フォトレジスト、６  緩和部、８、９  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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