(57)【要約】　　　（修正有）【課題】絶縁膜に第１の凹部を形成し、この第１の凹部と重畳して第２の凹部を形成する際に高精度な第２の凹部のパターンを形成することができる埋め込み配線構造の製造方法を提供する。【解決手段】絶縁膜３，５に第１の凹部７を形成し、その第１の凹部と絶縁膜上に埋め込み材料８を塗布して第１の凹部を埋め込み、埋め込み材料を化学的機械研磨して第１の凹部内のみに残るようにし、埋め込み材料が埋め込まれた絶縁膜上に第１の凹部と重なる第２の凹部１１のパターンを有するレジスト１０を形成し、このレジストをマスクとして埋め込み材料と絶縁膜を所定の深さまでエッチングして第２の凹部を形成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜に第１の凹部を形成する工程と、その第１の凹部と前記絶縁膜上に埋め込み材料を塗布して前記第１の凹部を埋め込む工程と、前記埋め込み材料を化学的機械研磨して前記第１の凹部内のみに残るようにする工程と、前記埋め込み材料が埋め込まれた前記絶縁膜上に前記第１の凹部と重なる第２の凹部のパターンを有するレジストを形成する工程と、このレジストをマスクとして前記埋め込み材料と前記絶縁膜を所定の深さまでエッチングして第２の凹部を形成する工程と、このエッチングで残った前記レジストと前記埋め込み材料を除去する工程と、前記第１の凹部と前記第２の凹部に導電体材料を堆積する工程とを備えることを特徴とする埋め込み配線構造の製造方法。
【請求項２】
下層配線上に絶縁膜を堆積する工程と、その絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールと前記絶縁膜上に埋め込み材料を塗布して前記コンタクトホールを埋め込む工程と、前記埋め込み材料を化学的機械研磨して前記コンタクトホール内のみに残るようにする工程と、前記埋め込み材料が埋め込まれた前記絶縁膜上に前記コンタクトホールと重なる配線溝のパターンを有するレジストを形成する工程と、このレジストをマスクとして前記埋め込み材料と前記絶縁膜を所定の深さまでエッチングして配線溝を形成する工程と、このエッチングで残った前記レジストと前記埋め込み材料を除去する工程と、前記コンタクトホールと前記配線溝に導電体材料を堆積する工程とを備えることを特徴とする埋め込み配線構造の製造方法。
【請求項３】
下層配線上に絶縁膜を堆積する工程と、その絶縁膜に配線溝を形成する工程と、前記配線溝と前記絶縁膜上に埋め込み材料を塗布して前記配線溝を埋め込む工程と、前記埋め込み材料を化学的機械研磨して前記配線溝内のみに残るようにする工程と、前記埋め込み材料が埋め込まれた前記絶縁膜上に前記配線溝と重なるコンタクトホールのパターンを有するレジストを形成する工程と、このレジストをマスクとして前記埋め込み材料と前記絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、このエッチングで残った前記レジストと前記埋め込み材料を除去する工程と、前記コンタクトホールと前記配線溝に導電体材料を堆積する工程とを備えることを特徴とする埋め込み配線構造の製造方法。
【請求項４】
前記埋め込み材料として、前記絶縁膜とほぼ同じエッチングレートを有する有機系高分子材料を用いることを特徴とする請求項２に記載の埋め込み配線構造の製造方法。
【請求項５】
前記埋め込み材料として、芳香族系化合物を含まない有機系高分子材料を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の埋め込み配線構造の製造方法。
【請求項６】
前記レジストを形成する工程の前に、前記絶縁膜上に反射防止膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の埋め込み配線構造の製造方法。
【請求項７】
前記埋め込み材料は前記反射防止膜と相互に溶解しないことを特徴とする請求項６記載の埋め込み配線構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、絶縁膜に第１の凹部を形成し、この第１の凹部と重畳して第２の凹部を形成し、第１の凹部と第２の凹部に導電体材料を堆積する埋め込み配線構造の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体装置等の高集積化および高速化に伴って、配線材料の抵抗を下げることが重要になってきている。この配線材料としては多種多様なものがあるが、配線材料によってはドライエッチングによる加工が困難である。そのため、下層配線上に絶縁膜を堆積し、この絶縁膜にコンタクトホールと配線溝を形成し、これに導電体材料を堆積するプロセスが採用されている。
【０００３】
このような従来のプロセスでは、下層配線上に絶縁膜を堆積し、この絶縁膜上にフォトリソグラフィ技術によりコンタクトホールのパターンを有するレジストを形成し、このレジストをマスクとして絶縁膜をエッチングして第１の凹部であるコンタクトホールを形成し、レジストを除去する。そして、コンタクトホールと絶縁膜上に埋め込み材料を塗布してコンタクトホールを埋め込む。ここで、埋め込み材料として、反射防止膜の機能を有する芳香族系化合物を含む有機系高分子材料を用いる。
【０００４】
次に、埋め込み材料を反応性イオンエッチングまたは酸素プラズマ中での灰化などの全面エッチングしてコンタクトホール内のみに残るようにする。そして、フォトリソグラフィ技術により、埋め込み材料が埋め込まれた絶縁膜上にコンタクトホールと重なる配線溝のパターンを有するレジストを形成し、このレジストをマスクとして埋め込み材料と絶縁膜を所定の深さまでエッチングして第２の凹部である配線溝を形成する。この時、コンタクトホールの底の下層配線は、埋め込み材料で覆われているため、エッチングによるダメージを受けない。さらに、このエッチングで残ったレジストと埋め込み材料を除去し、コンタクトホール底の下層配線を露出させる。そして、コンタクトホールと配線溝に導電体材料を堆積することにより、下層配線とコンタクトした配線を形成する（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３３５６３４号公報（第４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
コンタクトホールを埋め込み材料で埋め込む際に、それぞれのコンタクトホール内の埋め込み材料の量や形状は、コンタクトホールのパターンの疎密に依存する。パターンが密な個所では、コンタクトホール内に埋め込まれる埋め込み材料が少なくなり、下層配線に対するダメージ防止マージンが少なくなってしまう。そこで、埋め込み材料を多めに塗布して、全てのコンタクトホールを完全に埋め込むと、絶縁膜上に形成された埋め込み材料の膜が被エッチング膜となり、このままエッチングするとエッチングマスクとなるレジストのエッチング耐性がもたなくなる。
【０００７】
この絶縁膜上の埋め込み材料の膜を反応性イオンエッチングまたは酸素プラズマ中での灰化などの全面エッチングで除去すると、コンタクトホール内の埋め込み材料と絶縁膜の上面を揃えて平坦化するのは困難である。配線溝のパターンはコンタクトホールのパターンと重なっているにもかかわらず、この部分での絶縁膜表面の平坦化がなされないため、高精度な配線溝のパターンを形成することができないという問題があった。
【０００８】
また、従来は、埋め込み材料として、反射防止膜の機能を有する有機系高分子材料を用いていた。これはフォトリソグラフィで用いる波長の光を吸収する芳香族系化合物を含むため、材質が硬くなり、エッチングレートが絶縁膜より小さくなっていた。このため、配線溝パターン形成のためのエッチングの際に、コンタクトホールに埋め込まれた埋め込み材料のエッチングが遅れ、その周囲の絶縁膜がエッチングされ残る。よって、埋め込み材料を除去した後に、コンタクトホールの淵にフェンス状のエッチング残渣が形成されるという問題があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、絶縁膜に第１の凹部を形成し、この第１の凹部と重畳して第２の凹部を形成する際に、高精度な第２の凹部のパターンを形成することができる埋め込み配線構造の製造方法を得るものである。また、第２の目的は、コンタクトホールの淵にエッチング残渣が発生するのを防ぐことができる埋め込み配線構造の製造方法を得るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る埋め込み配線構造の製造方法においては、絶縁膜に第１の凹部を形成する工程と、その第１の凹部と絶縁膜上に埋め込み材料を塗布して第１の凹部を埋め込む工程と、埋め込み材料を化学的機械研磨して第１の凹部内のみに残るようにする工程と、埋め込み材料が埋め込まれた絶縁膜上に第１の凹部と重なる第２の凹部のパターンを有するレジストを形成する工程と、このレジストをマスクとして埋め込み材料と絶縁膜を所定の深さまでエッチングして第２の凹部を形成する工程と、このエッチングで残ったレジストと埋め込み材料を除去する工程と、第１の凹部と第２の凹部に導電体材料を堆積する工程とを備えるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における埋め込み配線構造の製造方法を示すものである。
【００１２】
先ず、図１（ａ）に示すように、Ｃｕなどからなる下層配線１上に保護膜２、絶縁膜３、エッチングストッパー膜４、絶縁膜５を順に堆積させる。この絶縁膜５上にコンタクトホール７のパターンを有するレジスト６を形成する。このパターンは、レジスト６上面が平坦となっているため、フォトリソグラフィにより高精度に形成される。そして、このレジスト６をマスクとして絶縁膜５、エッチングストッパー膜４、絶縁膜３をエッチングして第１の凹部としてコンタクトホール７を形成する。このエッチングの際に下層配線１は保護膜２によって保護される。
【００１３】
次に、図１（ｂ）に示すように、レジスト６を除去し、コンタクトホール７と絶縁膜５上に埋め込み材料８をスピンコート等により塗布し、１８０〜２２０℃で６０秒間程度のベーキング（熱処理）を行って材料中の溶媒を蒸発させる。この時、絶縁膜５上の埋め込み材料８の膜厚は約５０〜１５００ｎｍとすることが好適である。ここで、埋め込み材料８として分子量の小さな有機系高分子材料を用いており、これは熱処理した時の流動性が大きい。そのため、コンタクトホール７は、そのパターンの疎密によらず、埋め込み材料８によって完全に埋め込まれる。そして、この埋め込み材料８として用いている有機系高分子材料は、芳香族系化合物を含まず、絶縁膜５とほぼ同じエッチングレートを有する。また、埋め込み材料８は熱硬化温度が高い材料とするのが好ましい。このような埋め込み材料８の例としては、重量平均分子量４０００のアクリル系ポリマーとアルコキシメチルアミノ基を有する架橋剤とスルホン酸系酸触媒とをアセテート系溶媒で溶解したものがある。
【００１４】
次に、図１（ｃ）に示すように、コロイダルシリカ等をスラリーに用いた化学的機械研磨により、埋め込み材料８を絶縁膜５が露出するまで研磨し、埋め込み材料８がコンタクトホール７内のみに残るようにする。この時、コンタクトホール７内の埋め込み材料８と絶縁膜５の上面を揃えて平坦化している。
【００１５】
次に、図１（ｄ）に示すように、埋め込み材料８が埋め込まれた絶縁膜５上に反射防止膜９を形成する。この反射防止膜９は、有機材料からなり、後のレジストパターンを形成する際に使用する露光波長に吸収を有するものである。この反射防止膜９の膜厚は約５０〜１５００ｎｍとすることが好適である。また、埋め込み材料８と反射防止膜９は相互に溶解しないという特徴を有している。そして、反射防止膜９の上にレジスト１０を形成する。このレジスト１０の厚さは、約５００〜１５００ｎｍとすることが好適である。このレジスト１０はスピンコート等により塗布することができ、例えば８０〜１５０℃で６０秒間程度のベーキング（熱処理）を行って材料中の溶媒を蒸発させる。
【００１６】
そして、図１（ｅ）に示すような、コンタクトホール７と重なる配線溝１１（図１（ｆ）参照）のレジストパターンを形成するために、ｉ光線またはＫｒＦエキシマ、ＡｒＦエキシマ等のレジスト感光波長に対応した光源を用いてレジスト１０を露光する。ここで絶縁膜５上面を平坦化したため、レジスト１０上面は平坦であり、配線溝１１のパターンは高精度に露光される。露光後、例えば８０〜１２０℃で６０秒間程度のＰＥＢ（露光後加熱）を行ってレジスト１０の解像度を向上させ、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）等の２．００〜２．５０％程度のアルカリ水溶液を用いて現像する。その後、必要に応じて例えば１００〜１３０℃で６０秒間程度のＰＤＢ（熱処理）を行い、レジスト１０を焼き固める（図１（ｅ））。
【００１７】
次に、図１（ｆ）に示すように、このレジスト１０をマスクとして、反射防止膜９と絶縁膜５と埋め込み材料８を所定の深さまでエッチングして第２の凹部である配線溝１１を形成する。この時、絶縁膜５と埋め込み材料８はほぼ同じ速度でエッチングされる。また、このエッチングは１回で行ってもよいし、２回に分けて、まず反射防止膜９をエッチングした後に、絶縁膜５と埋め込み材料８をエッチングすることもできる。いずれにしてもエッチングの際にはエッチングストッパー膜４が存在しているため、このエッチングストッパー膜４より下層の絶縁膜３はエッチングされない。次に、配線溝１１の底部のエッチングストッパー膜４を除去する。
【００１８】
次に、図１（ｇ）に示すように、エッチングで残ったレジスト１０と埋め込み材料８を除去し、さらにコンタクトホール７の底部の保護膜２を除去する。そして、コンタクトホール７と配線溝１１にＣｕなどの導電体材料を堆積することで埋め込み配線１２が完成する。
【００１９】
以上のような製造方法によれば、絶縁膜（２〜５）に第１の凹部（コンタクトホール７）を形成し、この第１の凹部と重畳して第２の凹部（配線溝１１）を形成する際に、高精度な第２の凹部のパターンを形成することができる。また、コンタクトホール７の淵にエッチング残渣が発生するのを防ぐことができる。これにより、埋め込み配線１２と下層配線１とを、コンタクトホール７に埋めた導電体材料により電気的に接続した２層配線構造を高精度に形成することができる。
【００２０】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２における埋め込み配線構造の製造方法を示すものである。
【００２１】
先ず、図２（ａ）に示すように、Ｃｕなどからなる下層配線２１上に保護膜２２、絶縁膜２３、エッチングストッパー膜２４、絶縁膜２５を順に堆積させる。この絶縁膜２５上に配線溝２７のパターンを有するレジスト２６を形成する。このパターンは、レジスト２６上面が平坦となっているため、フォトリソグラフィにより高精度に形成される。そして、このレジスト２６をマスクとして絶縁膜２５をエッチングして第１の凹部である配線溝２７を形成する。この時、エッチングストッパー膜２４が存在しているため、このエッチングストッパー膜２４より下層の絶縁膜２３はエッチングされない。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、レジスト２６を除去し、配線溝２７と絶縁膜２５上に埋め込み材料２８をスピンコート等により塗布し、１８０〜２２０℃で６０秒間程度のベーキング（熱処理）を行って材料中の溶媒を蒸発させる。この時、絶縁膜２５上の埋め込み材料２８の膜厚は約５０〜１５００ｎｍとすることが好適である。ここで、この埋め込み材料２８として分子量の小さな有機系高分子材料を用いており、これは熱処理した時の流動性が大きい。そのため、コンタクトホール７は、そのパターンの疎密によらず、埋め込み材料２８によって完全に埋め込まれる。そして、この埋め込み材料２８として用いている有機系高分子材料は、芳香族系化合物を含めない方が、後で埋め込み材料２８をエッチングする際にエッチング速度が速くなり有利である。また、埋め込み材料２８は熱硬化温度が高い材料とするのが好ましい。このような埋め込み材料２８の例としては、重量平均分子量４０００のアクリル系ポリマーとアルコキシメチルアミノ基を有する架橋剤とスルホン酸系酸触媒とをアセテート系溶媒で溶解したものがある。
【００２３】
そして、図２（ｃ）に示すように、コロイダルシリカ等をスラリーに用いた化学的機械研磨により、埋め込み材料２８を絶縁膜２５が露出するまで研磨し、埋め込み材料２８が配線溝２７内のみに残るようにする。この時、配線溝２７内の埋め込み材料２８と絶縁膜２５の上面を揃えて平坦化している。
【００２４】
次に、図２（ｄ）に示すように、埋め込み材料２８が埋め込まれた絶縁膜２５上に反射防止膜２９を形成する。この反射防止膜２９は、有機材料からなり、後のレジストパターンを形成する際に使用する露光波長に吸収を有するものである。この反射防止膜２９の膜厚は約５０〜１５００ｎｍとすることが好適である。また、埋め込み材料２８と反射防止膜２９は相互に溶解しないという特徴を有している。そして、反射防止膜２９の上にレジスト３０を形成する。このレジスト３０の厚さは、約５００〜１５００ｎｍとすることが好適である。このレジスト３０はスピンコート等により塗布することができ、例えば８０〜１５０℃で６０秒間程度のベーキング（熱処理）を行って材料中の溶媒を蒸発させる。
【００２５】
そして、図２（ｅ）に示すように、配線溝２７と重なるコンタクトホール３１（図２（ｆ）参照）のレジストパターンを形成するために、ｉ光線またはＫｒＦエキシマ、ＡｒＦエキシマ等のレジスト感光波長に対応した光源を用いて露光する。ここで絶縁膜２５上面を平坦化したため、レジスト３０上面は平坦であり、コンタクトホール３１のパターンは高精度に露光される。露光後、例えば８０〜１２０℃で６０秒間程度のＰＥＢ（露光後過熱）を行ってレジスト３０の解像度を向上させ、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）等の２．００〜２．５０％程度のアルカリ水溶液を用いて現像する。その後、必要に応じて例えば１００〜１３０℃で６０秒間程度のＰＤＢ（熱処理）を行い、レジスト３０を焼き固める。
【００２６】
次に、図２（ｆ）に示すように、このレジスト３０をマスクとして、反射防止膜２９と埋め込み材料２８と絶縁膜２５を所定の深さまでエッチングして第２の凹部であるコンタクトホール３１を形成する。このエッチングの際に下層配線２１は保護膜２２によって保護される。
【００２７】
そして、図２（ｇ）に示すように、エッチングで残ったレジスト３０と埋め込み材料２８を除去し、コンタクトホール３１の底部の保護膜２２も除去する。そして、配線溝２７とコンタクトホール３１にＣｕなどの導電体材料を堆積することで埋め込み配線３２が完成する。
【００２８】
以上のような製造方法によれば、絶縁膜（２２〜２５）に第１の凹部（配線溝２７）を形成し、この第１の凹部と重畳して第２の凹部（コンタクトホール３１）を形成する際に、高精度な第２の凹部のパターンを形成することができる。また、コンタクトホール３１の淵にエッチング残渣が発生するのを防ぐことができる。これにより、埋め込み配線３２と下層配線２１とを、コンタクトホール３１に埋めた導電体材料により電気的に接続した２層配線構造を高精度に形成することができる。
【００２９】
以上では半導体装置における配線構造を例にして説明したが、この発明の配線構造は、半導体装置に限らず液晶装置、磁気メモリ等、その他の電子デバイスにも適用できるものである。従って、この発明は、半導体装置、液晶装置などの電子デバイスの製造方法としても把握しうるものである。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、絶縁膜に第１の凹部を形成し、この第１の凹部と重畳して第２の凹部を形成する際に、高精度な第２の凹部のパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による埋め込み配線構造の製造方法を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２による埋め込み配線構造の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２１　下層配線、　　３，５，２３，２５　絶縁膜、　　１０，３０　レジスト、　　７　コンタクトホール（第１の凹部）、　　１１　配線溝（第２の凹部）、　　８，２８　埋め込み材料、　　９，２９　反射防止膜、　　２７　配線溝（第１の凹部）、　　３１　コンタクトホール（第２の凹部）。
【図１】
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【図２】
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