(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスとして、ＣＭＰ法のように回転研磨固有のばらつき要因を有したりせず、かつ、エッチバック法のように収縮や不純物ガスを発生させたりするおそれのある無機ＳＯＧ膜のような平坦化膜を使用することのない、新しい層間絶縁膜平坦化プロセスを提供する。【解決手段】配線パターン１を形成した半導体ウェーハ２全面にフォトレジスト膜１０１を形成し、それを配線パターン１に対応させてパターニングし、次に半導体ウェーハ２全面に配線パターン１厚さに略等しい厚さの層間絶縁膜３を形成し、次に粘着テープ１０３を貼付けて剥がして配線パターン１直上のフォトレジスト膜１０１および層間絶縁膜３を剥離除去し、次に残存するフォトレジスト膜１０１を溶剤除去し、さらに半導体ウェーハ２全面に層間絶縁膜を形成する。【選択図】図２
2005051142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に配線パターンが形成された半導体ウェーハ全面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜で前記配線パターンの上面および側面を被覆するように、前記絶縁膜を前記配線パターンに対応させてパターニングする工程と、
前記半導体ウェーハ全面に前記配線パターンの厚さと略等しい厚さの第１層間絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体ウェーハ表面に粘着テープを貼付けて剥がすことで、前記配線パターン直上の前記絶縁膜および前記第１層間絶縁膜を剥離除去する工程と、
前記配線パターンと前記第１層間絶縁膜との間に残存する前記絶縁膜を溶剤で溶解除去する工程と、
前記半導体ウェーハ全面に第２層間絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１層間絶縁膜の厚さは、前記配線パターンの厚さに対して±１０％以内であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜は、フォトレジストで成ることを特徴とする請求項１、または、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２層間絶縁膜を形成した後、前記第２層間絶縁膜を流動化させ平坦化するリフロー工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１、乃至、請求項３に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、半導体装置の製造方法に関し、特に多層配線構造などを製造するために必要とする平坦化された層間絶縁膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層配線構造は、例えばＡｌなどで成る配線パターンとＳｉＯ２などで成る層間絶縁膜とを交互に形成して製造する。このため、配線パターン幅が細くなるに従って層間絶縁膜も微細加工がしやすいように平坦化レベルの向上が要求される。
【０００３】
従来の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスの一例として、ＣＭＰ法を図４を用いて説明する。尚、図４（ａ），図４（ｃ）は半導体ウェーハの要部断面図であり、図４（ｂ）はＣＭＰ装置の説明図である。
【０００４】
先ず、図４（ａ）に示すように、一般的なフォトリソグラフィ法とエッチング技術を用いて、Ａｌで成る所定の配線パターン１を形成した半導体ウェーハ２全面にＳｉＯ２で成る層間絶縁膜３をＣＶＤ法により成膜する。ここで、層間絶縁膜３は後述する理由により厚めに形成する（通常、配線パターン１厚さの２〜３倍の厚さとする）。
【０００５】
次に、図４（ｂ）に示すように、この層間絶縁膜３をＣＭＰ装置４を使用して平坦化する。この方法は、先ず半導体ウェーハ２をウェーハキャリア５に下向けて保持させ、プラテン６と呼ばれる回転台に貼付けられた研磨用パッド７に押付けて、スラリ（研磨溶剤）８を供給しながら回転させることで化学機械研磨する。
【０００６】
尚、半導体ウェーハ２はウェーハキャリア５の自転運動に加えて、プラテン６に対する公転運動をすることでより均一に化学機械研磨されるようになっている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
しかしながら、上記のようなＣＭＰ法の場合、回転研磨であるためにどうしても半導体ウェーハ２の中心部と外周部との回転速度差に依存する研磨量の差や、スラリ８の流れ具合に依存する研磨量の差が生じることは避けられなかった。
【０００８】
そして、これらのばらつきを極力、解消するには研摩代（けんましろ）を多めにして面内均一性の向上を図る必要があり、そのためには層間絶縁膜３を厚めに形成する必要があった。
【０００９】
また、上記に加えてＣＭＰ法の場合、研磨用パッド７が若干の弾力性を有しているため半導体ウェーハ２表面に加わる荷重分布は均一ではなく、例えば配線１の肩部には荷重が集中し研磨速度が速くなったり、大きな凸部中央は平坦化されにくい傾向があったりして、その結果、研磨後の出来映えは、図４（ｃ）に示すように、いわゆるパターン依存性の残る平坦化面となった。
【００１０】
次に、従来の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスの他の例として、エッチバック法を図５を用いて説明する。尚、図５は平坦化のプロセスを工程順に示す断面図であり、図４と同一部分には同一符号を付す。
【００１１】
先ず、図５（ａ）に示すように、一般的なフォトリソグラフィ法とエッチング技術を用いてＡｌで成る所定の配線パターン１を形成した半導体ウェーハ２全面に、ＳｉＯ２で成る層間絶縁膜３をプラズマＣＶＤ法により成膜する。尚、このとき層間絶縁膜３の厚さは、前述のＣＭＰ法の場合のように厚めにする必要はなく配線パターン１を十分被覆できる厚さであればよい。
【００１２】
次に、図５（ｂ）に示すように、その上に絶縁性・緻密性・平坦性に優れた平坦化膜としての無機ＳＯＧ（Spin On Glass）膜９を塗布形成した後、アニール処理を施し膜質および膜形状を安定化させる。
【００１３】
その後、図５（ｃ）に示すように、無機ＳＯＧ膜９をドライエッチングによりエッチバックし層間絶縁膜３の凹部を無機ＳＯＧ膜９で埋める。
【００１４】
さらに、図５（ｄ）に示すように、その上に再びＳｉＯ２で成る層間絶縁膜１０をプラズマＣＶＤ法で形成してさらに平坦化させる（例えば、非特許文献２参照。）。
【００１５】
尚、ここではＳＯＧ膜を無機ＳＯＧ膜としたが有機ＳＯＧ膜であってもよい。
【００１６】
しかしながら、上記のようなエッチバック法においては、平坦化膜としての無機ＳＯＧ膜９が収縮したり、熱酸化膜などに比較すると膜質が劣るという短所があることに加えて、万一、無機ＳＯＧ膜９のアニール処理が不十分であった場合、無機ＳＯＧ膜９から発生する不純物ガスによって、その上に形成される配線（図示せず）や上層膜（図示せず）にフクレが発生するというおそれがあった。また、無機ＳＯＧ膜９は多量のＯＨ基を含んでいるためアニール後でも未反応のＯＨ基が残留し、これに雰囲気中の水分が吸着しＡｌなどで成る配線パターン１を腐食させるおそれがあった。
【非特許文献１】遠藤伸裕・小林伸好・若宮亙著「はじめての半導体製造材料」工業調査会出版、２００２年４月２２日、ｐ．１６０−１６１
【非特許文献２】遠藤伸裕・小林伸好・若宮亙著「はじめての半導体製造材料」工業調査会出版、２００２年４月２２日、ｐ．８４−８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスには以下の問題点があった。例えば、ＣＭＰ法の場合、回転研磨固有のばらつき要因があり、それらのばらつきを解消させるためどうしても層間絶縁膜の厚さを厚めに形成する必要があった。また、研磨用パッド７の有する弾力性のため半導体ウェーハ２表面に加わる荷重分布は均一ではなく、研磨後の出来映えは、いわゆるパターン依存性の残る平坦化面となった。
【００１８】
また一方、エッチバック法においては、平坦化膜としての無機ＳＯＧ膜９は、収縮が生じたり膜質が劣るという短所に加えて、万一、アニール処理が不十分であった場合、不純物ガスが発生し上層膜にフクレが発生したり、含有するＯＨ基によって配線パターン１を腐食させるおそれがあった。
【００１９】
本発明の目的は、半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスとして、ＣＭＰ法のように回転研磨固有のばらつき要因を有したりせず、かつ、エッチバック法のように収縮や不純物ガスを発生させたりするおそれのある無機ＳＯＧ膜のような平坦化膜を使用することのない、まったく新しい層間絶縁膜平坦化プロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法は、
表面に配線パターンが形成された半導体ウェーハ全面に絶縁膜を形成する工程と、
絶縁膜で配線パターンの上面および側面を被覆するように、絶縁膜を配線パターンに対応させてパターニングする工程と、
半導体ウェーハ全面に配線パターンの厚さと略等しい厚さの第１層間絶縁膜を形成する工程と、
半導体ウェーハ表面に粘着テープを貼付けて剥がすことで、配線パターン直上の絶縁膜および第１層間絶縁膜を剥離除去する工程と、
配線パターンと第１層間絶縁膜との間に残存する絶縁膜を溶剤で溶解除去する工程と、
半導体ウェーハ全面に第２層間絶縁膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスによると、ＣＭＰ法のように回転研磨固有のばらつき要因を有したりせず、かつ、エッチバック法のように収縮や不純物ガスを発生させたりするおそれのある無機ＳＯＧ膜のような平坦化膜を使用することなく、多層配線構造を製造するための平坦化された層間絶縁膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
半導体装置の製造において、多層配線構造などを製造するために必要とする平坦化された層間絶縁膜を得るという目的を、ＣＭＰ法のように回転研磨固有のばらつき要因を有したりせず、かつ、エッチバック法のように収縮や不純物ガスを発生させたりするおそれのある無機ＳＯＧ膜のような平坦化膜を使用することなく実現した。
【実施例】
【００２３】
本発明の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスの一例を図１〜図３を用いて説明する。尚、図１〜図３は平坦化のプロセスを工程順に示す断面図であり、図４，図５と同一部分には同一符号を付す。
【００２４】
先ず、図１（ａ）に示すように、一般的なフォトリソグラフィ法とエッチング技術を用いてＡｌで成る所定の配線パターン１（厚さｔ１）を形成した半導体ウェーハ２全面に、例えばネガ型のフォトレジスト膜１０１を塗布形成し配線パターン１を被覆する。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示すように、配線パターン１に対応し、かつ、配線パターン１よりも若干大きめの透光部を有するマスク１０２を用いて一般的なフォトリソグラフィ法でフォトレジスト膜１０１を露光・現像してパターニングする。
【００２６】
そして、その結果として、図１（ｃ）に示すように、配線パターン１の上面および側面はフォトレジスト膜１０１で被覆される。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、半導体ウェーハ２全面にＳｉＯ２で成る層間絶縁膜３をプラズマＣＶＤ法により成膜する。
【００２８】
ここで、層間絶縁膜３の厚さｔ２は、配線パターン１の厚さｔ１と同じ厚さになるように狙って形成する。具体的には層間絶縁膜３の厚さｔ２は、配線パターン１の厚さｔ１に対して±１０％以内であることが望ましい。なぜならば、この配線パターン１の厚さｔ１と層間絶縁膜３の厚さｔ２との一致精度が、結果として層間絶縁膜の平坦化レベルに影響するからである。
【００２９】
尚、この段階で半導体ウェーハ２表面において、配線パターン１の直上にはフォトレジスト膜１０１および層間絶縁膜３が積層されており周辺部に対する段差が助長された格好になっている。
【００３０】
また、配線パターン１の肩部（エッジ）を被覆するフォトレジスト膜１０１および層間絶縁膜３の合計厚みｔ３は比較的薄く機械的強度は弱い。
【００３１】
次に、図２（ｅ）に示すように、半導体ウェーハ２表面に粘着テープ１０３を貼付ける。ここで、粘着テープ１０３は半導体ウェーハ２表面における凸部である配線パターン１直上のフォトレジスト膜１０１および層間絶縁膜３の積層部に強く密着する。
【００３２】
次に、図２（ｆ）に示すように、半導体ウェーハ２表面に貼付けた粘着テープ１０３を剥がす。このとき、粘着テープ１０３に強く密着した配線パターン１直上のフォトレジスト膜１０１および層間絶縁膜３の積層部は粘着テープ１０３に転写されることで剥離除去される。
【００３３】
次に、図３（ｇ）に示すように、配線パターン１と層間絶縁膜３との間の狭い隙間に残ったフォトレジスト膜を例えば有機溶剤で溶解除去する。尚、ここで、配線パターン１の厚さｔ１と層間絶縁膜３の厚さｔ２とはほぼ同じ厚さに形成してあるため半導体ウェーハ２全面は略面一な面となる。
【００３４】
次に、図３（ｈ）に示すように、半導体ウェーハ２全面に再び、ＳｉＯ２で成る層間絶縁膜１０をプラズマＣＶＤ法で形成する。尚、ここで、配線パターン１と層間絶縁膜３との間に生じた隙間は幅が狭いため層間絶縁膜１０表面に生じる若干の凹部は無視できるレベルである。このため、層間絶縁膜１０表面は良好な平坦化面となる。
【００３５】
尚、上記では、配線パターン１上に形成する絶縁膜として、ネガ型のフォトレジスト膜１０１を使用することで説明したが特にこれに限るものではなく、有機溶剤などに可溶な絶縁材料であれば何でもよい。また、層間絶縁膜１０を形成した後、さらにリフロー処理を施し層間絶縁膜１０を流動化させてさらに平坦化を向上させるとよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスとして、ＣＭＰ法のように回転運動固有のばらつき要因を有したりせず、かつ、エッチバック法のように収縮や不純物ガスを発生させたりするおそれのある平坦化膜を使用することなく、層間絶縁膜を平坦化するプロセスに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスの工程順を示す断面図
【図２】本発明の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスの工程順を示す断面図
【図３】本発明の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスの工程順を示す断面図
【図４】従来の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスの一例としてのＣＭＰ法の説明図
【図５】従来の半導体装置の製造における層間絶縁膜の平坦化プロセスの他の例としてのエッチバック法の工程順を示す断面図
【符号の説明】
【００３８】
１  配線パターン
２  半導体ウェーハ
３  層間絶縁膜
４  ＣＭＰ装置
５  ウェーハキャリア
６  プラテン
７  研磨用パッド
８  スラリ（研磨溶剤）
９  無機ＳＯＧ膜
１０  層間絶縁膜
１０１  フォトレジスト膜
１０２  マスク
１０３  粘着テープ
【図１】
2005051142.tif 000003
【図２】
2005051142.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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